抛物面天线是最常用的高增益反射面天线，当要求天线的增益达到30～50 dBi 时，首选的天线形式就是反射面天线。该天线由一个小照射器 （馈源）和一个大型抛物反射面构成。小照射器可以是其他各种类型的小天线，例如，偶极子、小喇叭天线、小螺旋天线、小对数周期天线、小槽线天线等。它们被安装在大抛物面的焦点上，它所辐射的球面电磁波照射到大的抛物反射面，并在反射面上激励起射频电流，这些射频电流产生二次辐射。由于抛物面的等光程特性，使得所有从焦点出发的射线经由反射面反射后，再次到达反射面口径上时，其走过的路径长度相等——二次辐射波在反射面口径上形成平面的等相位波前，从而在空间产生窄波束和高增益。而反射面的工作带宽，主要取决于照射器的工作带宽。对于圆形口径的抛物反射面天线，在照射器对反射面的边缘，照射电平为-10 dB 时，该反射面天线的辐射特性可以用下面的经验公式估算，即
式中 λ——工作波长；
D——抛物反射面的口径尺寸；
η——天线的辐射效率。
天线的辐射效率包括照射的非均匀性、照射器及支撑杆的遮挡、截获不全、杂散损失、失配损失、欧姆损耗等。
根据系统的需求，对反射面天线的方向图会有不同的要求。因此，出现了切割抛物面天线的情况，它通常在俯仰面内将抛物面切割一部分，以扩大波束在俯仰面内的覆盖空域。另外，可以采用双弯曲赋形反射面，在俯仰面内形成余割平方波束，方位面产生一般聚焦特性，以覆盖仰角为0°～40°的广阔空域。利用抛物反射面天线横向偏焦可以形成和波束、交叉波束，实现对远距离目标的探测、跟踪、定位。由于反射面天线可以产生增益，从而提高系统的灵敏度，有利于捕获和发现目标。波束窄、交叉波束的差值斜率陡，测向和跟踪的精度高，有利于对目标的高精度定位和跟踪，并为其他系统性能的提升带来好处。
对于干扰发射天线，为了获得很大的等效辐射功率，提高发射天线的增益，可以极大地提高干扰系统的等效辐射功率。反射面天线容易把微波天线的增益做到30～40 dBi，假设干扰发射机可以产生1 000 W 的功率，则ERP=106～107 W=1～10 MW。从天线理论可知，一般的抛物反射面只有一个焦点，将宽带馈源置于焦点上产生一个高效的波束，它的横向偏焦距离很有限，只能扫描几个波束宽度。为此，采用宽带电扫描阵列天线或多波束天线作为柱形反射面或球形抛物面等的照射器，形成多个空间子波束的波束簇，让每个子波束指向不同目标，从而解决宽带、高增益天线的宽角覆盖的问题。下面讨论环形抛物面的电扫描复合阵天线情况。
随着现代卫星通信技术和监测技术的发展，需要天线具有高增益和高精度测向能力，同时，能给出目标的其他信息，不仅完成方位上的测向，而且利用其他相关信息进行空间定位。平面阵列天线完成一个空域覆盖且具有上述功能，但系统构成复杂，连接部件多，成本高且无源增益比较低。目前，在方位面形成多波束是一种比较实用的方法，俯仰面用其他方法实现测向，以达到二维测角的目的。产生多波束有多种技术途径，这里介绍一种产生高增益多波束的途径——圆弧薄形印制Vivaldi 槽线天线阵与环形抛物面反射体构成的复合多波束天线系统，它具有抛物面天线的聚焦特性和环球面天线的宽角多波束能力。在俯仰面产生很窄的波束，方位上产生均匀波束分布，改善了近轴次级方向图旁瓣特性，天线结构紧凑，可靠性高。采用一个专门的馈电网络和有源控制电路形成快速扫描，对抛物面天线分区照射，使得在宽频带范围内工作，并有效地解决了高增益天线的机械旋转扫描对载体的影响问题。
图8.49 所示为整个天线阵列的结构示意图。天线阵包括俯仰为抛物形而方位面是球形的复合口径与圆弧薄形印制槽线天线阵、连接幅相一致性好的电缆、馈电网络和有源控制电路等。同时，在空间产生两个波束，通过控制电路的转换完成快速扫描，圆弧薄形阵瞬时分区域工作，并通过专用移相器进行次级方向图的校正和补偿，后面与两路灵敏度高、一致性好的超外差接收机相连，通过信号处理获取目标的位置及有关信息。在图8.49 中，抛物面采用正馈方式，整个天线所占的体积比偏馈小，而俯仰面的方向图是对称形式，有利于测向处理。采用的馈源对主面的遮挡是一个难题，尤其是圆弧阵做馈电阵时，情况就会更加突出。为了保证方位上的测向精度，电扫描多波束相邻波束间距、交叉点的电平及波束本身相对恒定，从而对圆弧阵的阵元天线尺寸提出了苛刻的要求。同时，又要求馈电阵在宽带范围内工作，在对多个馈源阵列的射频信号处理中，综合考虑多种因素。对于球面反射器，当它的半径为R 时，照射区域的半径为a，最佳焦距的近似表达式为
图8.49 天线阵列的结构示意图
（a）阵列抛物面无线顶视图；（b）薄形阵列天线馈源
对于渐变的口径场分布，最佳的方向图所对应的实际焦距将比式（8.138）中给定的值大些，通常采用试验的方法来确定照射器馈源阵的正确位置。照射区域半径为
式中，
为容许的口径相差最大值，如Δ=
在有效口径范围内的最大路径差为
根据式（8.140）可以确定方位面上的球形焦距，而俯仰面的口径尺寸由天线波束的增益和俯仰面波束宽带决定，同时考虑到实际折中情况，得
弧形共形阵列相邻单元天线之间的角间距α=5°，最外两个单元天线接匹配负载，形成虚元，以保证边缘处单元的电环境。圆弧的半径为了保持随频率变化，所形成的波束宽度相对恒定。同时，要求整个天线阵宽带工作，产生单脉冲测向所要求的波束图。采用多元组阵、功分器组件、移相器补偿通道相位不平衡、波束转换的SP8T 开关、左右波束合成器、波束控制器等组成天线阵的馈电网络。在方位面内，至少应该同时生成两个波束，通过波束控制器使得微波开关很快切换状态，产生快速波束扫描，其极化形式是线极化，沿方位面为水平极化。天线的远区辐射场为
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式中 f——复合抛物面口径的焦距；
ΔR=xsin θcos φ +ysin θsin φ +zcos θ;
在第m个单元天线附近，同时用两个槽线天线形成初级波束为
式中 Eθ（
，
）——分布在弧形阵列上第m个单元的辐射场；
I1～I6——馈源阵列与空间场球坐标之间的变换系数，即
单个Vivaldi 天线的直角坐标变为球坐标的公式为
设第m个Vivaldi 天线的相位参考点M 在系统坐标系下的坐标为M（xm，ym，zm），而
式中 αm——第m个Vivaldi 天线绕其y 轴旋转角度，则
Vivaldi 槽线单元天线属于端射式宽带天线，采用传输线理论和并矢格林函数法获得其辐射场的闭合公式，从而由式（8.141）～式（8.150）得到方位面多个波束的辐射图计算值。如图8.50 所示，图8.50 （a）给出了频率为4 GHz的方位波束图，共有14个波束覆盖30°～-30°的角度范围；图8.50 （b）给出了相应的实测波束图。从两种结果可以看出它们相当吻合，一致性好。图8.51 给出了另外两个频点的实测波束图（包括整个波束网络一起），整个阵列复合多波束天线，工作在比较宽的频率范围，并保持好的电特性，波束指向几乎不变。有相对低的副瓣电平，波束对称、光滑，左、右两个波束同时扫描，有高的增益值。其中一个波束的宽度随频率的变化是俯仰面与传统的抛物面口径天线相当，随频率升高，波束变窄，而方位面波束宽带在频率高端反而变宽。
图8.50 频率为4 GHz 的方位波束图
（a）f=4 GHz 方位面波束计算值；（b）f=4 GHz 方位面波束实测值
图8.51 给出了频率为2.5 GHz 的方位面多个波束的测试结果和计算结果，它们比较吻合。同时，整个电扫天线阵波束质量比较好。另外，方位面扫描的角度范围可以进一步加大，最外波束可以达到60°。这种利用宽带小阵列电扫波束的组阵灵活性和大口径天线的波束压缩技术形成复合功能的天线系统，解决了宽带、大角度覆盖、高增益和高精度的技术难题。也可以用附面的二次反射相交点偏离聚焦形成多波束方法，它们从性能、可靠性、成本、使用方面等进行综合考虑，是天线工程应用方面的一个趋势。
图8.51 方位面典型的波束扫描测试结果
（a）f=2.5 GHz 方位面波束计算值；（b）f=7 GHz 方位面波束实测值
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