ЗЕРКАЛЬНЫЕ ПАРАБОЛИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ
Зеркальная параболическая антенна, которая состоит из отражающей поверхности, выполненной в виде параболоида вращения, и небольшой слабонаправленной антенны - облучателя, установленной в фокусе параболоида, и облучающей внутреннюю поверхность последнего, т. е. поле в раскрыве формируется в результате отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального рефлектора (зеркала).
КЛАССИФИКАЦИЯ. 1. По числу отражающих зеркал: - однозеркальные; - многозеркальные (как правило, содержат два зеркал). 2. По взаимной ориентации зеркал и облучателей: - симметричные; - осенесимметричные. 3. По числу основных лучей, создаваемых зеркальной антенной: - однолучевые; - многолучевые.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ(ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ) 1 – зеркало, 2 – облучатель, 3 – сферический фронт волны облучателя, 4 – плоский фронт волны облучателя, 5 – диаграмма направленности облучателя, 6 – диаграмма направленности зеркала. Точечный облучатель (например, маленький рупор), расположенный в фокусе параболоида, создает у поверхности зеркала сферическую волну. Зеркало преобразует ее в плоскую, т. е. расходящийся пучок лучей преобразуется в параллельный, чем и достигается формирование острой диаграммы направленности.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ (ФИЗИЧЕСКИЙ) При падении, излучаемой облучателем, электромагнитной волны на зеркало на последнем возникают электрические поверхностные токи (вторичные источники электромагнитного поля). Эти токи существуют не только на внутренней, обращенной к облучателю поверхности зеркала, но также из за явления дифракции электро магнитных волн и на его внешней поверхности. Электромагнитное поле, создаваемое зеркальной антенной в любой точке окружающего пространства, есть результат сложения (интерференции) полей: вторичного, создаваемого поверхностными токами, и первичного, создаваемого облучателем.
ПРИБЛИЖЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТАДН ЗЕРКАЛЬНОЙ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ Апертурный; Токовый. В апертурном поле излучения зеркальной антенны находится по известному полю в ее раскрыве. В этом методе, в качестве излучающей рассматривается плоская поверхность раскрыва параболоида с синфазным полем и известным законом распределения его амплитуды. Амплитудный метод в том виде, в котором он используется на практике, является менее точным, чем метод расчета через плотность тока. Это объясняется тем, что в этом случае поле в раскрыве зеркала находится по законам геометрической оптики. Следовательно, не учитывается векторный характер поля и, как результат этого, не учитывается составляющие с паразитной поляризацией. Однако в пределах главного лепестка и первых боковых лепестков, т. е. в наиболее важной для нас области диаграммы направленности, оба метода практически дают одинаковые результаты. Поэтому на практике наибольшее распространение получил апертурный метод расчета как более простой.
АПЕРТУРНЫЙ МЕТОД На основе законов геометрической оптики, т. е. на основе представлений о падающем луче и луче, отражённом по закону равенства угла падения углу отражения, вычисляется поле в раскрыве зеркала, а затем по известному полю в раскрыве и пользуясь понятием об элементе Гюйгенса определяется поле излучения.
АПЕРТУРНЫЙ МЕТОД Поле в раскрыве определяется методом геометрической оптики. Всегда выполняется условие , следовательно, зеркало в дальней зоне и падающую от облучателя волну на участке от фокуса до поверхности зеркала можно считать сферической. В сферической волне амплитуда поля изменяется обратно пропорционально . После отражения от поверхности зеркала волна становится плоской и амплитуда ее до раскрыва зеркала с расстоянием не изменяется. Таким образом, если нам известна нормированная диаграмма направленности облучателя , поле в раскрыве зеркала легко находится.
НОРМИРОВАННОЕ ЗНАЧЕНИЕ АМПЛИТУДЫ ПОЛЯ В РАСКРЫВЕ ОПРЕДЕЛИТСЯ ВЫРАЖЕНИЕМ: Где нормированная координата точки в раскрыве зеркала. По известному полю в раскрыве определяется поле излучения.
ТОКОВЫЙ МЕТОД Поле излучения находится через токи, протекающие на поверхности антенны. Затем обтекаемая током проводящая поверхность антенны разбивается на элементарные площадки с некоторой плотностью тока. Поле излучения определяется как суперпозиция элементарных полей, создаваемых элементарными площадками (то есть необходимо проинтегнировать )
КОЭФФИЦИЕНТЫ УСИЛЕНИЯ И НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ КНД: D = v рез 4πS /λ 2, где S - πR 02 - площадь раскрыва; νрез = νaν 1ν 2ν 3ν 4ν 5. . Здесь vа— апертурный КИП раскрыва зеркала; ν 1 - множитель, определяемый переливанием части энергии через края зеркала; ν 2 - множитель, определяемый затенением; v 3 -множитель, определяемый фазовыми ошибками; ν 4 множитель, учитывающий явление кроссполяризации; ν 5 - множитель, учитывающий дифракцию поля на кромке зеркала. Множитель ν 1, называемый коэффициентом перехвата, - есть отношение мощности, излученной облучателем и перехватываемой зеркалом, к полной мощности, излученной облучателем, при этом потери в зеркале не учитываются.
КОЭФФИЦИЕНТЫ УСИЛЕНИЯ И НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ
ДВУХЗЕРКАЛЬНЫЕ АНТЕННЫ Рассмотренные зеркальные параболические антенны по сравнению с другими типами антенн обладают хорошими электрическими характеристиками, технологичны в изготовлении и имеют сравнительно простую конструкцию. Наряду с этими достоинствами они обладают недостатками, которые в ряде случаев не позволяют удовлетворять комплексу требований, предъявляемых к современным антеннам. Такими недостатками являются: большая длина фидерного тракта от антенны до приемопередающей аппаратуры и его размещение в поле излучения антенны; сложность обеспечения амплитудного распределения поля в раскрыве, близкого к равномерному, с сохранением высокого значения результирующего КИП (vpeз); неприемлемые в ряде случаев продольные габаритные размеры антенны и др. Поэтому наряду с однозеркальными схемами антенн были разработаны, так называемые, двухзеркальные антенны, в которых перечисленные недостатки проявляются в меньшей степени либо полностью устраняются.
ДВУХЗЕРКАЛЬНЫЕ АНТЕННЫ Среди многообразия типов двухзеркальных антенн есть две классические: это двухзеркальные антенны Кассегрена и Грегори:
ДВУХЗЕРКАЛЬНЫЕ АНТЕННЫ В этих антеннах используются две отражающие поверхности: основная -большое (обычно параболическое) зеркало и вспомогательная малое зеркало, выполненное либо в виде части гиперболоида вращения (рис. а), либо в виде части эллипсоида вращения (рис. б).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Основные параметры зеркальной параболической антенны 1. ДН приближённо определяется по формуле где J 2 – функция Бесселя второго порядка от аргумента (0, 5·k·D З·sinθ), – волновое число. 1. Основные характеристики ДН 1. 1. Ширина ДН в плоскости Е 1. 2. Ширина ДН в плоскости Н 1. 3. Уровень первого бокового лепестка определяется по таблицам, исходя из предположения о характере распределения поля. 2. Профиль параболы описывается выражениями 3. Коэффициент направленного действия (КНД) антенны результирующий коэффициент использования поверхности. 4. Коэффициент усиления антенны где υ рез –
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Обобщение: 1. Использование параболических антенн в СВЧ диапазоне позволяет создавать зеркала небольших размеров, так как геометрические размеры антенн много больше рабочей длины волны и становится возможным использование законов геометрической оптики. Анализ антенн в таком случае удобнее производить апертурным методом. 2. Главные особенности параболической антенны – её высокая направленность, высокий КПД и коэффициент усиления. КНД может достигать значений в несколько сотен тысяч. 3. Часть характеристик параболической антенны сильно зависят от частоты. Это означает, что для каждого частотного диапазона необходимо изменять её геометрические размеры.
Скачать презентацию ЗЕРКАЛЬНЫЕ ПАРАБОЛИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ Зеркальная параболическая антенна
Зеркальные параболические антенны.pptx