Параболическая antena. Спутниковая антенна. Описание экспериментальной установки

В к-рой зеркалом служит вырезка из параболоида вращения или параоолич. цилиндра,

. 2004 .

Смотреть что такое "ПАРАБОЛИЧЕСКАЯ АНТЕННА" в других словарях:

параболическая антенна - Зеркальная антенна, отражающая поверхность которой представляет собой сектор параболоида вращения или параболического цилиндра. Возбуждение антенны осуществляется облучателем, расположенным в фокусе зеркала F1, или на его фокальной оси (рис. Р 3) …

параболическая антенна - parabolinė antena statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. parabolic reflector antenna vok. Parabolspiegelantenne, f rus. параболическая антенна, f pranc. antenne à réflecteur parabolique, f … Radioelektronikos terminų žodynas

Зеркальная антенна (См. Зеркальные антенны), в которой для фокусировки электромагнитной энергии в нужном направлении в качестве отражателя используют металлическую или металлизированную поверхность параболической формы, например… …

антенна типа “сыр” - Сегментно параболическая антенна, состоящая из зеркала в виде параболического цилиндра (полуцилинда) и смещенного относительно оси облучателя. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь справочник. Под… … Справочник технического переводчика

Устройство для излучения и приёма радиоволн. Передающая А. преобразует энергию электромагнитных колебаний высокой частоты, сосредоточенную в выходных колебательных цепях радиопередатчика, в энергию излучаемых радиоволн. Преобразование… … Большая советская энциклопедия

Устройство для излучения и(или) приёма радиоволн. Передающая антенна преобразует электромагнитную энергию, генерируемую радиопередатчиком, в энергию излучаемых радиоволн. Свойство переменного электрического тока, протекающего по проводнику,… … Энциклопедия техники

- (от лат. antenna мачта, рей) устройство для непосредств. излучения и (или) приема радиоволн. А. отличаются диапазоном излучаемых (принимаемых) радиоволн (см. Радиочастоты), перекрытием по частоте (частотно независимые, широкополосные и… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Исследуемая в данной работе антенна состоит из параболического зеркала 1 и облучателя 2, помещенного в фокус параболоида (рис.3). В качестве облучателя используется слабонаправленная полосковая антенна, а в качестве зеркала - поверхность, образованная вращением параболы вокруг своей оси Z (параболоид вращения).

Антенна характеризуется следующими геометрическими размерами (рис.3):

Радиусом раскрыва R;

Фокусным расстоянием F;

Углом раскрыва 0 .

В прямоугольной системе координат (рис.3) поверхность параболоида описывается выражением:

x2 + y2 = 4Fz (4).

Антенна сохраняет все свои характеристики при выполнении следующего условия:

Здесь - длина волны в свободном пространстве, соответствующая излучаемому или принимаемому сигналу. Условие позволяет при анализе принципа действия антенны пренебречь в первом приближении дифракционными эффектами и рассматривать ее с позиции геометрической оптики.

На рис.4 изображено сечение параболоида плоскостью, проходящей через ось Z (рис.3).

Следует отметить два свойства рассматриваемой поверхности зеркала, которые формулируются следующим образом.

1. Расстояние от точки F называемой фокусом параболоида, лежащего на его оси (ось z), до любой точки Мi , лежащей на прямой МN, перпендикулярной оси, по ломаным путям FPiMi (Pi - точка на зеркале) одинаковы (FP1M1 = FP2M2 =);

2. Нормаль n к поверхности зеркала в любой точке лежит в плоскости чертежа рис.2 и составляет угол /2 с прямой, соединяющей эту точку на зеркале с точкой F и с прямой параллельной оси.

Эти геометрические свойства поверхности определяют принцип действия антенны. Рассмотрим ее работу в режиме передачи. Волна, формируемая полосковым излучателем малых размеров 2 , близка по своим свойствам к неоднородной сферической. С позиций геометрической оптики ее можно представить лучами FPi (рис.4), которые падают на поверхность параболоида. Вследствие второго свойства параболического зеркала, после отражения от него лучи будут распространяться по траекториям, параллельным оси антенны. Таким образом ломанные линии FPiMi представляют собой части траекторий этих лучей.

Благодаря первому свойству параболического зеркала фазовый набег на различных частях траекторий FPiMi оказывается одинаковым. Легко понять, что поверхность, на которой фазы лучей, отраженных от зеркала, будут одинаковы (фазовый фронт волны), представляет собой плоскость, перпендикулярную к оси z (рис.3,4). Это означает, что созданная облучателем волна, близкая по свойствам к сферической, преобразуется в плоскую. Таким образом, параболическое зеркало трансформирует относительно широкую диаграмму направленности излучателя (400 - 700) в узкую, шириной в доли градуса.

Работа антенны в режиме приема рассматривается аналогичным образом. Плоская волна, падающая на зеркало, фокусируется им (преобразуется в сходящуюся) на облучатель.

В качестве облучателей параболических антенн могут быть использованы:

Вибраторные облучатели, представляющие собой систему "активный - пассивный вибратор", "активный вибратор - плоский контррефлектор";

Рупорные облучатели (пирамидальные рупоры, конические рупоры);

Щелевые облучатели;

Спиральные облучатели.

В настоящей работе в качестве облучателя используется малогабаритная полосковая антенна, методы ее анализа рассмотрены в отдельном разделе.

При строгом анализе зеркальной параболической антенны используется волновой подход для определения поля в ее дальней зоне. Например, при анализе ее работы в качестве передающей, определяются вторичные токи, распределенные по поверхности параболического зеркала. Появление этих токов обусловлено падающей на зеркало электромагнитной волной от облучателя. Вторичные токи и формируют излучение антенны в дальней зоне.

Каждый тип облучателя обеспечивает отличное от других распределение вторичных токов по поверхности параболического зеркала. Следовательно, тип облучателя влияет на характеристики направленности антенны в целом.

Важным моментом при разработке конструкции зеркальной параболической антенны является согласование характеристик направленности облучателя и геометрических размеров зеркала. На рис.5 изображено сечение параболоида плоскостью, проходящей через ось Z (рис.5) и отмечены точка фокуса F, в которой расположен облучатель и угол раскрыва ц0.

С практической точки зрения важно, чтобы энергия электромагнитной волны, создаваемой облучателем, по возможности полно перехватывалась и переотражалась зеркалом. Для этого диаграмма направленности облучателя должна быть ограничена прямыми AF и BF (рис.5).

На рис.5 изображена диаграмма направленности облучателя в полярной системе координат и отмечены два уровня 1 и 0,3. Им соответствуют две пунктирные окружности. Пересечение этих окружностей с диаграммой направленности облучателя определяет направление главного максимума и направления, в котором амплитуда излучаемой волны уменьшается до уровня 0,3 от максимального значения.

На рис.5 прямые AF и BF проходят через эти точки пересечений. Это значит, что энергия электромагнитной волны облучателя, выходящая за пределы угла AFB не перехватывается облучателем и безвозвратно теряется. С практической точки зрения такой выбор соотношения между геометрией зеркала и характеристиками направленности облучателя оказывается оптимальным. Увеличения доли энергии, перехватываемой зеркалом требует увеличения геометрических размеров антенны в целом, что ведет к увеличению ее веса, площади и стоимости. С другой стороны это не приводит к существенному увеличению КПД антенны. Компенсировать энергетические потери в этом случае проще за счет незначительного увеличения мощности передатчика (при работе на прием) или чувствительности приемника (при работе на передачу).

Большое влияние на характеристики зеркальной параболической антенны оказывает точность, с которой фазовый центр используемого облучателя совмещен с точкой фокуса. На рис.6.а показано, что продольное смещение облучателя из фокуса приводит к распространению переизлученных зеркалом лучей (рассматривается режим работы антенны на передачу) по направлениям, составляющим различные углы с продольной осью антенны (ось z). Следовательно, фазовый фронт MN (рис. 6.а) переизлученной волны уже не является плоским. Легко понять, что это соответствует увеличению ширины диаграммы направленности антенны в целом.

На рис.6.б показано, что смещение облучателя из фокуса в поперечном направлении приводит к изменению направления главного максимума. Теоретический анализ показывает, что при незначительных смещениях d облучателя в поперечном направлении (порядка длины волны л принимаемого или передаваемого излучения) не происходит (в первом приближении) увеличения ширины главного максимума диаграммы направленности. Поэтому на практике часто механические перемещения облучателя используются для целей сканирования или подстройки характеристик направленности антенны.

При разработке конструкции антенны большое внимание уделяется минимизации "теневого эффекта". Он состоит в экранировке части параболического зеркала облучателем, имеющим конечные размеры. С одной стороны это ведет к неполному использованию энергии излученной или принимаемой волны.

С другой стороны этот эффект ведет к рассогласованию облучателя с питающей линией. Данный эффект иллюстрируется рисунком 7, на котором показано наличие в питающем облучатель фидере двух волн, распространяющихся во встречных направлениях - от генератора и от зеркала.

Для устранения "теневого эффекта" используются различные методы. На сегодняшний день наиболее эффективным из них является использование в качестве зеркала не центральной, а боковой части параболоида вращения. Как следует из рис.7, облучатель при этом уже не перекрывает зеркало и в питающем фидере не возникают волны, порожденные отражением от параболического зеркала.

Теоретический анализ показывает, что требования к точности выполнения геометрических размеров зеркала определяют допустимые отклонения порядка /8. При увеличении частоты требования к точности изготовления ужесточаются, что ведет к существенному удорожанию антенны в целом.

Параболическая антенна состоит из облучателя и отражателя в виде параболоида вращения либо его части.

При можно использовать оптическое представление хода лучей. Конструкция облучателя такова, что он излучает волны, форма фронта которых близка к сферической. Параболический отражатель преобразует сферический фронт в плоский, что определяет узкую ДН.

Существуют антенны двух видов: осесимметричные и осенесимметричные.

Уменьшить обратную реакцию рефлектора на облучатель можно выносом облучателя из поля отраженной волны.

Уравнение параболы в полярной системе координат определяется равенством

,

где: – фокусное расстояние, – угол раскрыва.

Если угол раскрыва , антенна называется длиннофокусной, в противном случае – короткофокусной. Ширина ДН:

.

Направленные свойства антенн ухудшаются за счет фазовых искажений поля в раскрыве, которые могут быть вызваны отклонением профиля рефлектора. Допустимым отклонением фазы поля в раскрыве считают

Тогда погрешность изготовления профиля рефлектора равна

.

Наибольшая точность должна быть в центре при

В тех случаях, когдане требуется высокого защитного действия, для уменьшения веса и ветровой нагрузки поверхность рефлекторов перфорируют или выполняют решетчатой. Отношение энергии, прошедшей через рефлектор, к падающей энергии называется коэффициентом прохождения Т 0 .

Для перфорированных поверхностей:

,

где S – площадь отражающей поверхности; S¢ общая площадь всех отверстий в рефлекторе; r - радиус отверстий.

Диаметр отверстий не должен превышать с расстоянием между центрами отверстий при этом .

На рисунке приведена зависимость коэффициента прохождения от соотношений и для решетчатого рефлектора, выполненного из прямоугольных пластин с размерами d и t и расстоянием между пластинами и для решетчатого рефлектора из параллельных проводов с радиусом r .

а) из проводов прямоугольного сечения, б) из проводов круглого сечения

Достоинством параболической антенны является относительная простота и малая стоимость. Недостатки – низкий КЗД =30 – 48 дБ (), сложность согласования с фидером.

Для улучшения направленных свойств и увеличения КЗД до 55 – 70 дБ применяются цилиндрические экраны (бленды).

При использовании волн с ортогональной поляризацией облучающий рупор должен иметь квадратное сечение. Есте­ственная помехозащищенность осесимметричных антенн в области тени невысока - уровень излучения в области пуассоновского лепестка лишь на 5-10 дБ ниже уровня изотропного излучения. В связи с этим проблема улуч­шения помехозащищенности в заднем полупространстве весьма важна. Особенно острой она является для радиорелейной связи, где для нормальной работы линии необходимо обеспечить во всей теневой области уровень излучения на 20-30 дБ ниже изотропного.

Разработанные к настоящему времени методы умень­шения теневого излучения сводятся к уменьшениям уров­ня возбуждения кромки антенны и дифракционной спо­собности кромки, дополнительному затенению дифракционного поля, компенсации полей кромки, расфазировке полей кромки.

Уменьшение уровня возбуждающего кромку поля мо­жет быть осуществлено либо созданием в раскрыве спе­циальных распределений, либо нанесением поглощаю­щих материалов на рабочую поверхность зеркала, при­чем в обоих случаях уменьшается усиление антенны. До­статочно эффективно покрытие поглотителем внутренней поверхности цилиндрической бленды. При этом существенно ослабляется на кромке бленды уровень поля от антенны

При достаточно протяженной бленде можно таким об­разом обеспечить широкодиапазонное подавление тене­вого излучения на 10-15 дБ без заметного уменьшения эффективности антенны.

Уменьшение дифракционной способности кромки мо­жет быть достигнуто многими способами. Это, напри­мер, четвертьволновые ловушки или импедансные устройства. Такие устройства сложны в производ­стве и полностью не решают задачу. Неплохие результа­ты могут быть обеспечены покрытием внешней поверх­ности антенны поглотителем. Так, по данным, это позволяет уменьшить уровень поля в области тени на 7-10 дБ.

В ряде случаев целесообразно использование скруг­ленных кромок. Подавление эффективно, если , где - радиус скругления (рис).

Дифракционное излучение кромки может быть суще­ственно уменьшено, если переход от металла к свобод­ному пространству выполнить плавным, т. е. пери­ферийную область антенны сделать полупрозрачной.

Эффективное ослабление дифракционного поля кромки может быть достигнуто использованием дисковых металлических экранов (рис.).

Если про­филь экрана выполнить параболическим с фокусом на кромке антенны (см. рис.), то отраженное от него поле будет сконцентрировано в окрестности главного лепестка антенны и его влияние будет совершенно неза­метным.

Компенсация дифракционных полей кромки может быть осуществлена с помощью щелевого экрана (см. рис.), при определенных размерах его ди­фракционные поля на кромках А, В, С компенсируют друг друга в направлении .

Эффективно использование щелевого экрана совме­стно со сплошным дисковым экраном (см. рис.).

Рассмотрение устройств подавления теневого излуче­ния расфазировкой дифракционных полей кромки нач­нем с так называемых скошенных бленд (см.рис.). Диаграмма направленности в плоскости NN обычно плоскость NN горизонтальна; в этом случае скос бленды АВ лежит в вертикальной плоскости) ан­тенны со скошенной блендой может быть определена
следующим образом. Если обозначить через угол между плоскостью NN и поляризацией поля облучателя(ось OY ), то для поля основной поляризации в заднем полупространстве получим.

где 2р - разность фаз сигналов, дифрагированных в на­правлении от верхней и нижней точек бленды .

Интенсивное подавление излучения в заданной пло­скости может быть осуществлено с помощью экрана (или фланца), состоящего из двух полудисков (см. рис.), размеры которых подобраны таким обра­зом, что дифракционные поля от верхнего полудиска сдвинуты по фазе на я по отношению к полям от ниж­него полудиска . В плоскости раздела

Определенный интерес представляют устройства с плавной расфазировкой дифракционных полей на кромке. В частности, если обрез кромки выполнен по спирали (см. рис.), то фаза полей в направлении изменяется по закону .

Значительно лучшие результаты могут быть получены, если выпол­нить экран в виде многоугольной звезды (см. рис.).

ДВУХЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА КАССЕГРЕНА (АДГ)

В 1672 г. французский оптик Кассегрен изобрел телескоп, состоящий из 2-х зеркал. Фокус является реальной фокальной точкой и расположен вблизи главного зеркала. Второй фокус является виртуальной фокальной точкой и расположен в фокусе параболоида. Антенна построенная по этой схеме позволяет укоротить тракт СВЧ и разместить основную часть конструкции облучателя за зеркалом.

Уменьшение фокусного расстояния главного зеркала, а также малое рассеяние поля облучателя в заднюю полусферу способствует уменьшению шумовой температуры.

При простой ДЗА в качестве промежуточного используется гиперболическое зеркало. Такая антенна получила название антенна двузеркальная с гиперболическим малым зеркалом АДГ. Гиперболическое зеркало имеет два фокуса. Антенна выполняется так, чтобы F1 совпал с фокусом параболического рефлектора, а F2 – с фокусом облучателя. АДГ имеет более высокое значение КЗД и лучшее согласование с фидером. В зависимости от отношения диаметров КИП составляет 0,5..0,6. Обычно берется .

Геометрия классической ан­тенны Кассегрена

В двухзеркальной антенне можно получить лучшее амплитудное распределение поля в раскрыве большого параболического зеркала с резким спадом поля на его краях за счет установки специального фланца 3 на малом зеркале. Этим достигается уменьшение интенсивности боковых лепестков диаграммы направленности антенны и в улучшение ее защитного действия. Все указанные свойства двухзеркальной антенны являются существенными при работе линий космической связи, поэтому эти антенны часто используются в космических комплексах.

Двухзеркальная антенна

Недостатками двухзеркальной антенны являются наличие обратной реакции малого гиперболического рефлектора на облучатель и затенение малым зеркалом раскрыва антенны. Затенение раскрыва вызывает увеличение интенсивности боковых лепестков в диаграмме направленности антенны.

ПРИЛОЖЕНИЕ 10.

ПАРАБОЛИЧЕСКАЯ ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА

Параболические зеркальные антенны состоят из двух частей: зеркала и облучателя.

Облучатель излучает электромагнитную волну в сторону зеркала. Фронт волны в пространстве формируется в результате отражения электромагнитной волны от поверхности зеркала (рефлектора).

Зеркальные антенны широко применяются, начиная с дециметрового диапазона длин волн. Их используют в различных радиотехнических системах : радиолокаторах, радиорелейных линиях, радиоастрономии и т. д.

Исходными данными для расчета зеркальной антенны являются: длина волны https://pandia.ru/text/78/045/images/image002_222.gif" width="41" height="28 src=">.gif" alt="Подпись: Рис. П10.2 " align="left" width="253" height="220">.gif" width="87" height="25">.

При заданном коэффициенте усиления антенны радиус зеркала может быть определен из выражения

, (П10.1)

где RO радиус раскрыва зеркала; ν - коэффициент использования поверхности зеркала (КИП), - КПД антенны.

На рис. 10.2 приведена зависимость от угла . В реальных параболических антеннах эффективность антенны (произведение ) лежит в пределах от 0,45 до 0,6..gif" width="145" height="24 src=">. (П10.2)

В том случае, если задана ширина диаграммы направленности антенны, то для выбора размеров зеркала можно воспользоваться данными табл. П10.1.

Данные для выбора размеров зеркала антенны Таблица П10.1

			Подавление уровня боковых лепестков
Н-плоскость	Е-плоскость

2. Рассчитываются параметры заданного типа облучателя.

Необходимо проектировать облучатель так, чтобы он имел однонаправленное излучение. Диаграмма направленности должна обладать осевой симметрией с минимальным уровнем боковых лепестков.

Фазовый центр облучателя находится в фокусе зеркала. Облучатель в минимальной степени должен затенять зеркало.

Вибраторный облучатель

Облучатель в виде симметричного вибратора с контррефлектором находит применение в дециметровом и длинноволновой части сантиметрового диапазона волн (https://pandia.ru/text/78/045/images/image019_43.gif" alt="Подпись:" align="left" width="278 height=247" height="247">ство щелевого типа.

Диаграмма направленности полуволнового вибратора с контррефлектором в плоскости, перпендикулярной оси вибратора (в плоскости Н), рассчитывается по формуле

где d - расстояние от вибратора до контррефлектора,

Расстояние от вибратора до контррефлектора, равное , необходимо для того, чтобы отраженное от контррефлектора поле было синфазно с полем, которое излучается вибратором в сторону зеркала.

Диаграмма направленности полуволнового вибратора с контррефлектором в плоскости, проходящей через ось вибратора (и ось зеркала), описывается выражением

https://pandia.ru/text/78/045/images/image024_35.gif" width="107" height="41">; , где - длина одного плеча вибратора, а h - расстояние между вибратором и его зеркальным изображением.

, Ом, https://pandia.ru/text/78/045/images/image029_27.gif" width="65" height="23">, Ом, а , Ом

Для согласования облучателя с питающим фидером необходимо, чтобы входное сопротивление вибратора было чисто активным и равным волновому сопротивлению питающего фидера.

Реактивная составляющая входного сопротивления может быть скомпенсирована или реактивным шлейфом, или некоторым укорочением плеч вибратора. Так как в данном случае фидер коаксиальный, то его волновое сопротивление равно

https://pandia.ru/text/78/045/images/image032_27.gif" width="23" height="18">- внутренний диаметр внешнего проводника; d - внешний диаметр внутреннего проводника; - относительная диэлектрическая проницаемость материала, заполняющего коаксиальный фидер.

Обычно задаются диаметром плеч вибратора 2…4 мм и равного им диаметра d и определяют по формуле (П10.6) величину D . После выбора размеров коаксиальной линии ее надо проверить на условие пробоя

КВ/см, (П10.7)

здесь P - проходящая по линии мощность в кВт; d – в см.; W – в Ом; КСВ следует принять равным 1,2... 1,4.

Если условие (П10.7) не выполняется, то необходимо увеличить внутренний диаметр коаксиальной линии и диаметр плеч вибратора с тем, чтобы снизить концентрацию электрического поля около поверхности малого радиуса кривизны.

Коаксиальная линия заканчивается высокочастотным разъемом для подключения кабеля со стандартным волновым сопротивлением (= 50, 75 Ом). Если коаксиальная линия имеет ,то следует применить четвертьволновый согласующий трансформатор с волновым сопротивлением , который обычно конструктивно выполняется в участке коаксиальной линии.

Двухщелевой облучатель

Облучатель такого типа обычно используется на длинах волн короче 5...6 см. Он выполняется на основе Е - плоскостного волноводного Т – разветвителя. Разветвление при этом осуществляется в плоскости расположения вектора Е волны Н10 (рис. П10.4).

Разработка облучателя начинается с выбора стандартного волновода по заданному рабочему диапазону волн. Длина щели выбирается равной (0,47...0,48). Расстояние d 1 от щелей до стенок должно быть равным . Расстояние между щелями d 2 выбирается как в обычных антенных решетках, чаше всего или . Ширина щели выбирается из условия отсутствия электрического пробоя при заданной величине мощности излучения

, (П10.8)

где ЕПРОБ – пробивное значение напряженности поля в материале щели. Для воздуха ЕПРОБ = 3 106 В/м. Максимальное напряжение на щели равно

. (П10.9)

https://pandia.ru/text/78/045/images/image043_17.gif" width="128" height="25">,

где https://pandia.ru/text/78/045/images/image045_17.gif" width="108" height="27">,В

Диаграммы направленности двухщелевого облучателя рассчитываются по формулам:

, в плоскости Е, (П10.11)

, в плоскости Н. (П10.12)

Углы q и j отсчитываются от нормали к плоскости расположения щелей..gif" width="83" height="21 src=">.

Рупорный облучатель

Рупорные облучатели используются, в основном, в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн https://pandia.ru/text/78/045/images/image051_15.gif" width="37" height="21">и равным 0,3 при q (j ) = 50°…70о, находят размеры раскрыва рупора .

Характеристика направленности рупора в плоскости Е может быть оценена по упрощенной формуле

https://pandia.ru/text/78/045/images/image055_13.gif" width="323" height="41 src=">, (П10.14)

где углы https://pandia.ru/text/78/045/images/image057_11.gif" width="20" height="18">отсчитываются от нормали к плоскости раскрыва рупора.

Уравнения (П10.13) и (П10.14) являются относительно размеров раскрыва рупора трансцендентными и решаются методом подбора.

Длину рупора обычно берут равной R = (1,2 … 1,3) аР , при которой фронт волны сферический.

3. Рассчитывается диаграмма направленности антенны.

Характеристику направленности антенны можно вычислить по приближенной формуле

https://pandia.ru/text/78/045/images/image059_11.gif" width="55" height="24">– функция Бесселя первого рода первого порядка.

Более точно диаграмма направленности зеркальной антенны рассчитывается через амплитудное распределение поля вдоль раскрыва. Для этого в фокусе зеркала строится в полярной системе координат диаграмма направленности облучателя, а по ней амплитудное распределение поля вдоль зеркала (см. рис. П10.5).

https://pandia.ru/text/78/045/images/image061_12.gif" width="27" height="18">= 0; 0,5; 1,0, которые называют узлами интерполяции.

Аппроксимирующая функция представляется полиномом вида

https://pandia.ru/text/78/045/images/image063_11.gif" width="57" height="22">и действительная функция порядка.

Лямбда - функция может быть выражена через функцию Бесселя первого рода того же порядка

.

Значения лямбда - функции табулированы, их значения даны в Приложении 20.

Первый множитель в выражении (П10.20), зависящий от угла , имеет вид и представляет собой поле излучения элементарной площадки – элемента Гюйгенса. Второй множитель, определяемый суммой, является множителем решетки, который характеризует направленные свойства системы излучателей. Влиянием первого множителя при изменении угла можно пренебречь, так как диаграмма направленности элемента Гюйгенса много шире, чем диаграмма направленности зеркальной антенны. Тогда нормированная диаграмма направленности антенны определяется выражением

https://pandia.ru/text/78/045/images/image081_7.gif" width="267" height="45 src=">. (П10.22)

В общем случае диаграммы направленности следует рассчитать для двух плоскостей: Е и Н . Однако, если диаграмма направленности облучателя в плоскостях Е и Н примерно одинаковы, то можно полагать, что формула (П10.22) описывает направленные свойства зеркальной антенны в обеих плоскостях..gif" width="93" height="44 src=">, (П10.23)

где D ОБЛ - коэффициент направленного действия облучателя (обычно 3…6);

f - фокусное расстояние.

5. Вычисляется КПД антенно-фидерного тракта.

6. Выполняется конструктивный расчет антенны и делается её эскиз.

История [ | ]

Первая параболическая антенна, разработанная Генрихом Герцем

Параболическая антенна была изобретена немецким физиком Генрихом Герцем в 1887 году. Герц использовал цилиндрические параболические рефлекторы для искрового возбуждения дипольных антенн во время своих экспериментов. Антенна имела размер апертуры в 1,2 метра шириной и использовалась на частоте около 450 МГц. Отражатель был сделан из цинковой листовой стали. С двумя такими антеннами, одна из которой была передающей, а другая - приёмной, Герц успешно продемонстрировал существование электромагнитных волн, которые 22 годами раньше были предсказаны Максвеллом.

Обычно в зеркальных антеннах происходит преобразование более широкой диаграммы направленности облучателя в узкую диаграмму направленности самой антенны .

Кромка зеркала и плоскость Z образуют поверхность, называемую раскрывом зеркала. При этом радиус R называется радиусом раскрыва, а угол 2ψ - углом раскрыва зеркала. От угла раскрыва зависит тип зеркала :

• если ψ < π/2 - зеркало называют мелким или длиннофокусным;
• если ψ > π/2 - глубоким или короткофокусным,
• если ψ = π/2 - средним.

Фокус облучателя антенны может как располагаться в фокусе зеркала F, так и быть смещённым относительно него. Если фокус облучателя расположен в фокусе антенны, то она называется прямофокусной . Прямофокусные антенны существуют различных размеров, в то время как осенесимметричные антенны, облучатель которых находится не в фокусе зеркала, обычно не превышают в диаметре более 1,5 м . Такие антенны часто называют офсетными . Преимущество офсетной антенны - это бо́льший коэффициент усиления антенны, что обусловлено отсутствием затенения раскрыва зеркала облучателем . Рефлектор офсетных антенн представляет собой боковую вырезку из параболоида вращения. Фокус облучателей в таких антеннах расположен в фокальной плоскости рефлектора.

Зеркальная антенна может иметь дополнительное эллиптическое зеркало (двухзеркальная схема Грегори) или дополнительное гиперболическое зеркало (двухзеркальная схема Кассегрена), с фокусами, расположенными в фокальной плоскости зеркальной антенны. При этом облучатель расположен в фокусе дополнительного зеркала.

Зеркальная антенна может иметь одновременно несколько облучателей, расположенных в фокальной плоскости антенны. Каждый облучатель формирует диаграмму направленности, направленную в нужном направлении. Облучатели могут работать в разных диапазонах волн ( , , ) или каждый одновременно в нескольких диапазонах.

Расположение фокуса и фокальной плоскости зеркала антенны не зависит от рабочего диапазона волн.

В зависимости от поставленных задач и облучателя зеркальная антенна формирует одну узконаправленную суммарную, суммарно-разностную диаграмму направленности (для пеленгаторов) или одновременно несколько разнонаправленных диаграмм - при использовании нескольких облучателей.

Типы зеркал [ | ]

В технике наибольшее распространение нашли следующие типы зеркал:

Особенности конструкции [ | ]

Зеркало обычно состоит из диэлектрической основы (углепластик - для космических антенн), которую покрывают металлическими листами, проводящей краской, фольгой . При этом листы часто являются перфорированными или представляют собой сетку, что обусловлено стремлением снизить вес конструкции, а также максимально снизить сопротивление ветру и осадкам. Однако такое несплошное зеркало приводит к следующим последствиям: часть энергии проникает сквозь зеркало, что приводит к ослаблению КНД антенны, и усилению излучения позади рефлектора. Эффективность антенны с несплошным зеркалом рассчитывается по формуле T = P p r P p a d {\displaystyle T={\frac {P_{pr}}{P_{pad}}}} , где P p r {\displaystyle P_{pr}} - мощность излучения позади рефлектора, а P p a d {\displaystyle P_{pad}} - мощность излучения рефлектора (падающей волны) . Если T < 0 , 01 {\displaystyle T<0,01} , несплошное зеркало считают хорошим. Данное условие обычно выполняется при диаметре отверстий перфорированного зеркала менее 0 , 2 λ {\displaystyle 0,2\lambda } и суммарной площади отверстий до 0 , 5 − 0 , 6 {\displaystyle 0,5-0,6} от всей площади зеркала . Для сетчатых зеркал диаметр отверстий не должен превышать 0 , 1 λ {\displaystyle 0,1\lambda } .

Облучатель [ | ]

Диаграмма направленности параболической антенны формируется облучателем . Облучателей в антенне может быть один или несколько, соответственно в антенне формируется одна или несколько диаграмм направленности. Делается это, например, для того, чтобы принимать сигнал одновременно с нескольких космических спутников связи.

Раскрыв облучателей расположен в фокусе параболического рефлектора или в его фокальной плоскости, если используется несколько облучателей в одной антенне. Несколько облучателей формируют в одной антенне несколько диаграмм направленности, это необходимо при наведении одной антенны сразу на несколько спутников связи. θ = k λ / d {\displaystyle \theta =k\lambda /d\,} ,

где K является фактором, который незначительно меняется в зависимости от формы отражателя, а d - диаметр рефлектора в метрах, ширина диаграммы по половинной мощности θ в радианах. Для 2-х метровой спутниковой антенны, работающей C диапазоне (3-4 ГГц на приём и 5-6 ГГц на передачу), эта формула даёт ширину диаграммы направленности около 2,6°.

Усиление антенны определяется по формуле:

G = (π k θ) 2 e A {\displaystyle G=\left({\frac {\pi k}{\theta }}\right)^{2}\ e_{A}}

При этом существует обратная зависимость между усилением и шириной луча.

Параболические антенны больших диаметров формируют очень узкие лучи. Наведение таких лучей на спутник связи становится проблемой, так как вместо основного лепестка можно навести антенну на боковой лепесток.

Диаграмма направленности антенны представляет собой узкий главный луч и боковые лепестки. Круговая поляризация в главном луче задаётся в соответствии с задачами, уровень поляризации в разных местах главного луча разный, в первых боковых лепестках поляризация меняется на противоположную, левая - на правую, правая - на левую.

Характеристики зеркальных антенн [ | ]

Характеристики зеркальной антенны измеряются в дальней зоне.

Интересные факты [ | ]

Применение [ | ]

Параболические антенны используются в качестве антенн с большим усилением для следующих видов связи: радиорелейная связь между близлежащими городами, беспроводная связь WAN / LAN линий связи для передачи данных, для спутниковой связи и связи между космическими аппаратами. Они также используются для радиотелескопов.

Параболические антенны также используются в качестве радиолокационных антенн, управляющих кораблями, самолётами и управляемыми ракетами. С появлением домашних спутниковых телевизионных приёмников, параболические антенны стали особенностью ландшафтов современных городов.