Antena oglindă

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 10 septembrie 2017; verificările necesită 22 de modificări .

Antena oglindă  - o antenă în care câmpul electromagnetic din deschidere se formează datorită reflectării unei unde electromagnetice de pe suprafața metalică a unei oglinzi speciale ( reflector ). Sursa undei este de obicei un mic emițător situat în centrul oglinzii. În rolul său poate fi orice altă antenă cu un centru de fază care emite o undă sferică. Scopul principal al antenelor reflectoare este transformarea unui front de undă sferic sau cilindric într-un front plat [1] .

Istorie

Antena parabolica a fost inventata de fizicianul german Heinrich Hertz in 1887. Hertz a folosit reflectoare parabolice cilindrice pentru a declanșa antene dipol în timpul experimentelor sale. Antena avea o dimensiune a deschiderii de 1,2 metri lățime și era folosită la o frecvență de aproximativ 450 MHz . Reflectorul a fost realizat din tablă zincată. Cu două astfel de antene, una de transmisie și una de recepție, Hertz a demonstrat cu succes existența undelor electromagnetice, pe care Maxwell le prezisese cu 22 de ani mai devreme.

Inventatorul italian Guglielmo Marconi a folosit un reflector parabolic în anii 1930 în experimente pentru a transmite semnale către o barcă din Marea Mediterană . În 1931, comunicația telefonică prin releu radio a fost stabilită la o frecvență de 1,7 GHz peste Canalul Mânecii, folosind o antenă reflector. Prima antenă parabolică mare cu un diametru reflector de 9 m a fost construită în 1937 de radioastronomul Grote Reber în curtea sa. Cu ajutorul lui, a explorat cerul înstelat.

Dezvoltarea radarului în timpul celui de -al Doilea Război Mondial a dat impuls dezvoltării de noi forme de antene parabolice, au fost create antene cu modele de radiații sectoriale. După război, au fost create antene parabolice cu diametre de oglindă de 60 de metri (Bear Lakes în URSS ), un radiotelescop de 100 de metri în Green Bank, Virginia de Vest și altele.

În anii 1960, antenele reflectoare au început să fie utilizate pe scară largă pentru rețelele terestre de comunicații cu relee radio. Prima antenă antenă folosită pentru comunicațiile prin satelit a fost construită în 1962 la Gunhilly în Cornwall, Anglia , pentru a funcționa cu satelitul de comunicații Telstar. Antena Cassegrain a fost dezvoltată în Japonia în 1963 de NTT, KDDI și Mitsubishi Electric . Apariția computerelor în anii 1980 capabile să efectueze calcule complexe ale modelelor de radiație ale antenelor parabolice a condus la dezvoltarea unor antene complexe asimetrice și multi-oglindă.

Informații generale

Antenele oglindă sunt una dintre cele mai comune antene cu direcționare îngustă din gama VHF [1] .

De obicei, în antenele reflectoare, un model de radiație mai larg al fluxului este convertit într- un model de radiație îngust al antenei în sine [1] .

Marginea oglinzii și planul Z formează o suprafață numită deschidere a oglinzii. În acest caz, raza R se numește raza deschiderii, iar unghiul 2ψ se numește unghiul de deschidere al oglinzii. Tipul oglinzii depinde de unghiul de deschidere [2] :

Focalizarea fluxului de antenă poate fi situat atât în ​​focalizarea oglinzii F, cât și deplasată în raport cu aceasta. Dacă focarul iradiatorului este situat la focalizarea antenei, atunci se numește focalizare directă . Antenele cu focalizare directă vin în diferite dimensiuni, în timp ce antenele simetrice de toamnă, a căror alimentare nu se află în focalizarea oglinzii, de obicei nu depășesc 1,5 m în diametru [3] . Astfel de antene sunt adesea denumite antene offset . Avantajul unei antene offset este un câștig de antenă mai mare, care se datorează absenței umbririi deschiderii oglinzii de către feed [3] . Reflectorul antenelor offset este o decupare laterală a unui paraboloid de revoluție. Focalizarea iradiatoarelor din astfel de antene este situată în planul focal al reflectorului.

Antena reflector poate avea o oglindă eliptică suplimentară ( schema Gregory cu două oglinzi ) sau o oglindă hiperbolică suplimentară ( schema Cassegrain cu două oglinzi ), cu focare situate în planul focal al antenei reflector. În acest caz, iradiatorul este situat în centrul oglinzii suplimentare.

O antenă reflector poate avea simultan mai multe fluxuri situate în planul focal al antenei. Fiecare iradiator formează un model de radiație îndreptat în direcția dorită. Iradiatoarele pot funcționa în diferite benzi de undă ( C , Ku , Ka ) sau fiecare simultan în mai multe benzi.

Locația focalizării și planul focal al oglinzii antenei nu depind de intervalul de lungimi de undă de funcționare.

În funcție de sarcini și de iradiator, antena reflector formează un model total direcționat îngust, sumă-diferență (pentru radiogonitori) sau mai multe modele multidirecționale în același timp - atunci când se utilizează mai multe iradiatoare.

Tipuri de oglinzi

În tehnologie, următoarele tipuri de oglinzi sunt cele mai utilizate pe scară largă:

  1. oglinzile parabolice transformă o undă cilindrică sau sferică într-o undă plană. Pentru o undă cilindrică oglinda este un cilindru parabolic , pentru o undă sferică este un paraboloid de revoluție [1] .
  2. oglinzile sferice diferă puțin de oglinzile parabolice cu o distanță focală egală cu jumătate din raza sferei [1] .
  3. oglinzile plate sunt folosite în principal în antene vibratoare și uneori în periscopice și foarte direcționale [1] , în timp ce un sistem de două oglinzi situate la un anumit unghi una față de cealaltă, împreună cu un vibrator simetric (alimentare) formează o antenă de colț (tipul de oglinda în acest caz se numește colț) [4] .
  4. oglinzile cu profil special sunt mai adesea oglinzi parabolice cu o abatere calculată de la suprafața parabolice. Scopul principal al utilizării unor astfel de antene este formarea unui model de radiație cu o formă specială, de exemplu, cosecant [1] sau orice formă dată. Oglinzile cu formă specială pot fi folosite și pentru a crea un model de radiație, o zonă confortabilă de serviciu în care funcționează o stație de radio (de exemplu: satelit, stație de bază celulară ). Scopul principal al utilizării unor astfel de oglinzi este economisirea resursei energetice a SRE cu o calitate maximă a recepției și transmisiei în zona de serviciu.

Caracteristici de design

Oglinda constă de obicei dintr-o bază dielectrică ( fibră de carbon pentru antenele spațiale), care este acoperită cu foi de metal, vopsea conductivă și folie [4] . În același timp, foile sunt adesea perforate sau plasate, ceea ce se datorează dorinței de a reduce greutatea structurii, precum și de a minimiza rezistența la vânt și precipitații. Cu toate acestea, o astfel de oglindă necontinuă duce la următoarele consecințe: o parte din energie pătrunde prin oglindă, ceea ce duce la o slăbire a directivității antenei și la o creștere a radiației în spatele reflectorului. Eficiența unei antene cu o oglindă nesolidă se calculează prin formula , unde este puterea de radiație în spatele reflectorului și este puterea de radiație a reflectorului (unda incidentă) [4] . Dacă , o oglindă necontinuă este considerată bună. Această condiție este de obicei îndeplinită atunci când diametrul găurilor oglinzii perforate este mai mic decât și aria totală a găurilor până la întreaga zonă a oglinzii [4] . Pentru oglinzile cu plasă, diametrul găurilor nu trebuie să depășească [4] .

Iradiator

Modelul de radiație al unei antene parabolice este format dintr-o alimentare . Pot exista una sau mai multe fluxuri în antenă, respectiv, unul sau mai multe modele de radiație sunt formate în antenă. Acest lucru se face, de exemplu, pentru a primi un semnal simultan de la mai mulți sateliți de comunicații spațiale.

Deschiderea iradiatoarelor este situată la focarul reflectorului parabolic sau în planul focal al acestuia dacă se folosesc mai multe iradiatoare într-o antenă. Mai multe iradiatoare formează mai multe modele de radiație într-o antenă, acest lucru este necesar atunci când se îndreaptă o antenă deodată către mai mulți sateliți de comunicație.

Vezi și: Iradiator .

Lățimea fasciculului

Lățimea fasciculului unghiular a unei antene și modelul său de radiație nu depind de dacă antena transmite sau recepționează. Lățimea fasciculului este determinată de nivelul de jumătate din puterea fasciculului, adică de nivelul (-3 dB) din valoarea sa maximă. Pentru antenele parabolice, acest nivel este determinat de formula:

,

unde K este un factor care variază ușor cu forma reflectorului și d este diametrul reflectorului în metri, lățimea modelului de jumătate de putere θ în radiani. Pentru o antenă satelit de 2 metri care funcționează în banda C (recepție 3-4 GHz și transmisie 5-6 GHz), această formulă oferă o lățime a fasciculului de aproximativ 2,6°.

Câștigul antenei este determinat de formula:

Există o relație inversă între câștig și lățimea fasciculului.

Antenele parabolice de diametre mari formează fascicule foarte înguste. Îndreptarea unor astfel de fascicule către un satelit de comunicații devine o problemă, deoarece în loc de lobul principal, puteți îndrepta antena către lobul lateral.

Modelul antenei este un fascicul principal îngust și lobi laterali. Polarizarea circulară în fasciculul principal este stabilită în conformitate cu sarcinile, nivelul de polarizare în diferite locuri ale fasciculului principal este diferit, în primii lobi laterali polarizarea se schimbă la opus, de la stânga la dreapta, de la dreapta la stânga.

Caracteristicile antenelor reflectoare

Caracteristicile unei antene reflectoare sunt măsurate în câmpul îndepărtat.

Fapte interesante

Aplicație

Antenele parabolice sunt folosite ca antene cu câștig mare pentru următoarele tipuri de comunicații: releu radio între orașele din apropiere, legături de date wireless WAN / LAN, pentru comunicații prin satelit și nave spațiale. Sunt folosite și pentru radiotelescoape.

Antenele parabolice sunt, de asemenea, folosite ca antene radar pentru a controla navele, aeronavele și rachetele ghidate. Odată cu apariția receptoarelor de televiziune prin satelit de acasă, antenele parabolice au devenit o caracteristică a peisajelor orașelor moderne.

Vezi și

Note

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Manual de electronică radio / Ed. A. A. Kulikovski. - M . : Energie, 1967. - T. 1. - 316 p.
  2. ↑ I.P. Zaikin, A.V. Totsky, S.K. Abramov, V.V. Lukin. Proiectarea dispozitivelor de antenă cu microunde / Ed. A. A. Kulikovsky .. - Harkov: Nat. aerospațială un-t „Khark. aviaţie Institutul”, 2005. - S. 47. - 107 p.
  3. ↑ 1 2 Reflector Antennas Arhivat 5 aprilie 2011 la Wayback Machine la antenna.tj
  4. ↑ 1 2 3 4 5 Shifrin Ya.S. Antene. — VIRTA-i. Goborova L.A., 1976. - S. 239-241. — 408 p.
  5. ↑ Câștigul și directivitatea nu se potrivesc și sunt interconectate prin eficiența antenei .
  6. ↑ Aria efectivă a antenei este legată de câștig prin raportul: . Raportul dintre aria efectivă și cea geometrică a antenei depinde de caracteristicile sale de proiectare. Antenele mai mari, ceteris paribus, au, de asemenea, o suprafață efectivă mai mare.