Вам бонус- начислено 1 монета за дневную активность. Сейчас у вас 1 монета

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Лекция



Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про параболическая зеркальная антенна, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое параболическая зеркальная антенна, многозеркальная антенна, параболическая антенна, облучатели зеркальных антенн , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Устройства СВЧ и антенны.

Зеркальная анте́ннаантенна, у которой электромагнитное поле в раскрыве образуется за счет отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального зеркала (рефлектора). В качестве источника волны обычно выступает небольшой излучатель, располагаемый в фокусе зеркала. В его роли может быть любая другая антенна с фазовым центром, излучающая сферическую волну. Основная цель зеркальных антенн сводится к преобразованию сферического или цилиндрического фронта волны в плоский фронт

параболическая антенна представляет собой антенну , которая использует параболический отражатель , криволинейную поверхность с формой поперечного сечения на параболе , чтобы направить радиоволны . Самая распространенная форма имеет форму тарелки и обычно называется тарелочной антенной или параболической тарелкой . Главное преимущество параболической антенны в том, что она имеет высокую направленность . Он работает так же, как прожектор или отражатель фонарика, направляя радиоволны узким лучом или принимая радиоволны только с одного определенного направления. Параболические антенны имеют одни из самых высокихЭто означает, что они могут обеспечить самую узкую ширину луча среди антенн любого типа. Для достижения узкой ширины луча параболический отражатель должен быть намного больше, чем длина волны используемых радиоволн, поэтому параболические антенны используются в высокочастотной части радиочастотного спектра , на УВЧ и микроволновые ( СВЧ ) частоты, на которых длины волн достаточно малы, чтобы можно было использовать отражатели подходящего размера.

Параболические антенны используются в качестве антенн с высоким коэффициентом усиления для связи точка-точка в таких приложениях, как микроволновые ретрансляционные линии, которые передают телефонные и телевизионные сигналы между близлежащими городами, беспроводные линии WAN / LAN для передачи данных, спутниковая связь и антенны связи космических кораблей. Они также используются в радиотелескопах .

Другое широкое применение параболических антенн - это радиолокационные антенны, в которых необходимо передавать узкий луч радиоволн для определения местоположения таких объектов, как корабли, самолеты и управляемые ракеты , а также часто для обнаружения погоды. С появлением домашних спутниковых телевизионных приемников параболические антенны стали обычным явлением в ландшафтах современных стран.

Зеркала телескопов параболические только в теории. Реальные зеркала имеют сложнейшую даже для расчета форму (она параболическая только в очень грубом приближении), не говоря уже о последующей реализации и шлифовке с точностью до долей длины волны, т.е. сотен,если не десятков нанометров (для наболюдения в видимом, ульрофиолетовом или инракрасном диапазоне).

Зеркальные антенны

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

виды зеркальных антенн

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

15.1. Принцип действия зеркальных антенн

Параболические антенны являются одним из наиболее распространенных типов антенн, используемых в современных радиотехнических системах различного назначения (радиорелейныесистемы связи, радиолокационные станции, спутниковые системы связи и телевидение, системы радиоуправления и т. д.). Они применяются в различных диапазонах волн, от метровых домиллиметровых. Наибольшее распространение получили антенны с зеркалами в виде параболоида вращения, усеченного параболоида, параболического цилиндра и вырезки из параболоидавращения (обычно с контуром овальной формы). Такое широкое распространение этих антенн объясняется возможностью формирования самых разнообразных диаграмм направленности приотносительной простоте конструкции, достаточновысоком КПД, малойшумовой температуре.

Параболическая антенна состоит из двух элементов: металлического зеркала параболического профиля и облучателя, помещенного в фокусе зеркала. Схема антенны с параболическимзеркалом изображена на рис. 15.1.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Принцип работы антенны основан на том, что сумма расстояний от фокуса F дозеркала и от зеркала до апертуры является величиной постоянной (FA+AA’=FB+BB’...). Следовательно,если в фокусе расположен источник сферической волны, то после отражения от зеркала волна преобразуется в плоскую, и излучающий раскрыв антенны возбуждается синфазно.

Параболическая антенна характеризуется геометрическими параметрами a — радиусом раскрыва (апертуры), f — фокусным расстоянием и 0— углом раскрыва, которые связанысоотношением

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. (15.1)

Если 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны., параболоид называют длиннофокусным, при 0  15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. 2(а2f) — короткофокусным.

Параболический профиль зеркала описывается в прямоугольной системе координат уравнением

y2  4 fx , где f — фокусное расстояние, в полярнойсистеме координат соотношение имеет вид

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

С точки зрения формирования поля излучения и диаграммы направленности антенну с зеркалом в виде параболоида вращения можно рассматривать как синфазно возбужденный круглыйраскрыв, амплитудное распределение возбуждающего поля на котором описывается некоторой функцией А(r,a). Вид этой функции определяет форму и параметры ДН антенны при заданномразмере раскрыва (ширину главного лепестка; уровень бокового излучения).

Необходимый закон амплитудного распределения возбуждающего поля на раскрыве антенны, т. е. вид функции А(r,a), может быть реализован путем выбора облучателя антенныссоответствующей диаграммойнаправленности игеометрических параметров зеркала.

15.2. облучатели зеркальных антенн

см облучатель антенны , поляризатор антенны ,

Исходя из принципа действия зеркальной антенны можно сформулировать следующие достаточно очевидные требования к облучателям этих антенн:

1.Облучатель должен иметь фазовый центр, который располагается в фокусе параболоида вращения (для параболического цилиндра облучатель должен формировать цилиндрическуюволну с линией фазовых центров, расположенных на фокальной линии параболического цилиндра).

  1. Амплитудная диаграмма направленности облучателя должна быть такова, чтобы почти вся мощность от облучателя попадала на зеркало. В облучателе должно отсутствоватьизлучение в направлении, противоположном направлению на зеркало. Кроме того, т.к. амплитудное распределение в раскрыве зеркала создается в основном диаграммой облучателя, тоформа амплитудной диаграммы облучателя должна соответствовать требуемойформе амплитудного распределения поля в раскрыве зеркала.
  2. Облучатель находится в поле, отраженном от зеркала, поэтому его габариты должны быть как можно меньше, чтобы он создавал минимальное затенение для поля зеркальнойантенны.
  3. Т.к. электрическая прочность и частотные свойства зеркальной антенны в основном ограничиваются облучателем, то эти параметры облучателя должны соответствоватьаналогичным параметрам всей зеркальной антенны.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Наиболее распространенными типами облучателей зеркальных антенн являются вибраторые, щелевые или волноводно-рупорные облучатели. Рассмотрим их конструктивные особенности.

Вибраторные облучатели состоят из активного резонансного полуволнового вибратора и контррефлектора в виде металлического диска или пассивного вибратора. Питание вибраторныхизлучателей осуществляется от коаксиального фидера или волновода. Вибраторы, питаемые коаксиальным фидером, применяются в качестве облучателей в дециметровом и длинноволновойчасти сантиметрового диапазона волн, волноводное питание вибраторов используется в более коротковолновом 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. диапазоне волн.

На рис. 15.2 показаны наиболее распространенные конструкции вибраторных излучателей с питанием откоаксиального фидера с волновым сопротивлением  50 Ом.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Рис.15.2 — Вибраторные облучатели с питанием откоаксиального кабеля

В конструкциях на рис. 15.2, а, б используют дисковый отражатель, в конструкции рис. 15.2, в — пассивный вибратор. Для симметричного возбуждения симметричного вибратора отнесимметричной коаксиальной линии используются симметрирующие устройства в виде четверть волнового стакана (на рис. 15.2, а, в) или симметрирующей щели (рис. 15.2, б). Звездочками нарис. 15.2 показано положение фазового центра облучателя, который расположенмежду вибратором ирефлектором.

Диаграмма направленности вибратора с контррефлектором приближенно может быть
рассчитана как произведение диаграммы одиночного вибратора ( ) 1 F  на множитель
решетки:

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

где через b обозначено расстояние от вибратора до контррефлектора.

Диаграмма направленности двухвибраторного облучателя может быть рассчитана по формулам:

— в плоскости Е

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

— в плоскости Н

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

где — угол, определяющий направление на точку наблюдения (угол отсчитывается от оси облучателя);

d — расстояние между активным и пассивным вибраторами;

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. — отношение амплитуд токов в пассивном и активном вибраторах;

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. — отношение фаз токов в пассивном и активном вибраторах;

R12, X12 — оставляющие взаимного сопротивления вибраторов;

R22, Х22 — составляющие собственногосопротивления пассивного вибратора.

На рис. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . 15.3 показаны конструкции вибраторных облучателей с питанием от прямоугольного волновода.

Вибраторы крепятся на тонкой металлической пластине, которая перпендикулярна

направлениюэлектрическогополя ипоэтому не возбуждается им.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Длина вибраторов и расстояние между ними подбираются таким образом, чтобы последующий (по направлению от зеркала) вибратор являлся рефлектором по отношению к предыдущему.

Этим обеспечивается формирование однонаправленного излучения вибраторов на зеркало.

В четырех-вибраторном излучателе, возможно получение более симметричной относительно осизеркала диаграммы направленности. Вибраторные облучатели имеют довольно широкую диаграмму направленности. Оптимальный угол раскрыва зеркала 2  длятаких облучателейсоставляет около 140160 .

Достоинством вибраторных облучателей является незначительное затенение, создаваемое системой питания этих облучателей.

Недостатком вибраторных облучателей является их узкополосность, связанная с резонансными свойствами вибраторов, а также относительно высокий уровень излучения в направлениях,противоположных направлениям на зеркало.

В сантиметровом диапазоне волн широко используется двухщелевой облучатель, конструкция которого показана на рис.15.4.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Двухщелевой облучатель представляет прямоугольный волновод, который заканчивается прямоугольным резонатором с двумя симметрично расположенными полуволновыми щелями вего широкой стенке. Расстояние d между щелями выбирается равное приблизительно 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. .

Расстояние от щелей до боковых стенок резонатора выбирается из условия хорошего согласования с питающим волноводом.

Для этих же щелей используется сужение волновода по узкой стенке.

Для настройки облучателя в сбореиспользуют винт в широкой стенке резонатора.

Двухщелевой облучатель получается компактным и мало затеняет зеркало.

Его диаграмма направленности близка к осесимметричной и в первом приближении может быть аппроксимирована функцией 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. в

плоскости Н и 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. вплоскости Е.

Недостатком двухщелевого облучателя являются ограничения на относительно небольшую пропускаемую мощность, связанную с малой электрической прочностью щелей,иузкополосность облучателя, вызванная узкополосностью щелевых излучателей.

Волноводно-рупорные облучатели представляют собой либо открытый конец волновода, либо небольшой рупор, питаемый волноводом. Используются волноводы (рупоры) какпрямоугольного, так и круглого сечения. Последние более предпочтительны, т.к. их диаграмма направленности является более симметричной относительно оси волновода. Зато прямоугольныерупорные облучатели позволяют получать разную ширину диаграммы направленности в перпендикулярных плоскостях и поэтому также облучатели более предпочтительнее для зеркальныхантенн с продолговатым раскрывом.

В рупорных облучателях имеются довольно значительные возможности как для регулирования ширины диаграммы облучателя, так и формы этой диаграммы в пределах угла раскрывазеркала. Для этой цели, помимо подбора размеров рупора, используются импедансные структуры, выполненные в виде набора кольцевых канавок на внутренних стенках рупора. Подбираяпараметры этих канавок, можно получить более равномерное облучение зеркала при сохранении малого уровня мощности облучателя, проходящего мимо зеркала. Для расширения диаграммырупорного облучателя используются также диэлектрические линзы, помещаемые вего раскрыве.

Рупорные облучатели конструктивно просты, обладают хорошими диапазонными свойствами, пропускают значительные мощности и поэтому наиболее широко используются взеркальных антеннах. Их основным недостатком является сравнительно большое затенение раскрыва зеркала как самим рупором, так и поддерживающей его системой крепления и питающимволноводом.

Рассмотренные выше типы облучателей используются в зеркальных антеннах с зеркалом в виде параболоида вращения. Для зеркальных антенн в виде параболических цилиндровтребуются линейные облучатели с длиной, равной длине образующей зеркала. В качестве линейных облучателей могут использоваться волноводно-щелевые и вибраторные решеткиизлучателей, а также секториальные рупоры. Довольно часто в качестве линейного облучателяиспользуется сегментно-параболический облучатель (рис. 15.4).

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Рис.15.4 — Сегментно-параболический облучатель

Он представляет собой две параллельные металлические пластины, расположенные на расстоянии, равному размеру одной из стенок волновода. С одной стороны пластины образуютплоский раскрыв, с другой стороны между пластинами расположен отражатель параболического профиля. В фокусе параболы, находящемся в плоском раскрыве, расположен открытый конецпрямоугольного волновода. После отражения от параболическогопрофиля враскрыве облучателя формируетсясинфазное поле.

15.3. Характеристики направленности зеркальных антенн.

Абсолютные характеристики направленной антенны

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Коэффициент направленного действия (КНД) определяется как отношение мощности,

излучаемой антенной в выбранном направлении к мощности, излучаемой изотропной антенной в этом же направлении, при условии, что электрическая мощность, подводимая к этим антеннам, одинакова. Другими словами, КНД показывает выигрыш от «сужения» диаграммы направленности всенаправленной антенны.

Коэффициент усиления антенны – коэффициент, который учитывает не только фокусирующие свойства антенны, но и ее возможности по преобразованию одного вида

энергии в другой, т. е. ее КПД.

Ширина диаграммы направленности (по половинной мощности) – угол между электрической осью антенны и направлением внутри главного лепестка амплитудной ДН, в

котором плотность мощности сигнала составляет половину от максимального. То есть ширина ДН, в пределах которой мощность сигнала падает не более, чем в два раза.

Диаграмма направленности зеркальной антенны

Основной характеристикой излучения антенны является ее диаграмма направленности, которая полностью определяется распределением поля, возбужденного в плоскости апертуры облучателем.

В дальнейшем будем полагать, что фазовый фронт поля облучателя сферический, а следовательно, в плоскости апертуры антенны будет иметь место плоский фронт, которомусоответствуетсинфазное возбуждение.

При синфазном возбуждении апертуры антенны в виде параболоида вращения ее диаграмма направленности рассчитывается по следующему выражению:

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

где — 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. функция, описывающая амплитудное распределение поля в апертуре;

S — геометрическая площадь апертуры;

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. — волновое число;

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. — сферические координаты точки наблюдения, при этом 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. отсчитывается отнормалик апертуре.

Для дальнейшего интегрирования в формуле (15.4) удобно перейти от декартовых координат 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. к полярным координатам 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.:

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. , тогда 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны., а формула (15.4) запишется ввиде

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

где a — радиус апертуры. Если ввести переменные:

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

то получим следующеевыражение для ДН

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Здесь f (rH , ) представляет собой нормированное распределение амплитуды поля в апертуреантенны. Интеграл в формуле (15.6) зависит от вида функции f(rH ,), которая представляет собой аппроксимирующую функцию для поляизлучения данного облучателя. С учетом формулы (15.6) и заданного видаамплитудной функции f (rH , ) исследуемосновные параметрыДН круглой синфазной апертуры. Рассмотрим следующиеслучаи. Есливапертуре антенныимеетместо равномерное амплитудное распределение, то 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны., а интегрирование в (15.6) даетследующее выражение

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

где 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. — функция Бесселя первого порядка.

Отсутствие в (15.7) зависимости от 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. указывает на осевую симметрию ДН круглой апертуры, т. е. ДН является «игольчатой». Нормированная ДН по мощности будет определятьсяследующим соотношением

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Часто необходимо перед расчетом ДН производить приближенную оценку некоторых важных параметров ДН, таких как ширина ДН на уровне половинной мощности — 2 E 0,5 (вплоскости Е, при =0) и 2 H 0,5 (в плоскости H, при 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.), угловое положение первого нуля ДН 0 в плоскости Е и в плоскости Н; уровень первого бокового лепестка в дБ понапряженности поля, определяемый величиной бок

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Тогда, для распределения f (rH ,) будем иметь следующие значения указанных параметров:

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

В данном случае коэффициент использования поверхности (КИП) апертуры — наибольший и равенединице.

Пусть в апертуре имеет место спадающее до нулевых значений амплитудное распределение, которое можно описывать следующейфункцией:

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

где n=1,2,3...

Подставляя (15.9) в формулу (15.6), получаем

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

где 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. — функция Бесселя нулевого порядка.

Параметры ДН будут иметь следующие значения:

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

— при n=3:

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

При увеличении n и степени спадания амплитуды поля на краю раскрыва зеркала, КИП апертурыуменьшаетсятак,какпоказано втаблице 15.1.

Таблица 15.1 — Зависимость КИП антенны от n

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Однако на практике стремятся увеличить КHД антенны, увеличивая амплитуду поля на краях апертуры, хотя бы до –10 дБ относительно максимума поля в центре апертуры зеркала. Такиеспадающие распределения располагаются на пьедестале с амплитудой, равной 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны..

В этом случае

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Проанализируем параметры ДН для распределения (15.11). В этом случае ДН F(u) и КИП 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. для круглой апертуры определяются в виде:

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Параметры ДН представим ввиде таблицы 15.2.

Таблица 15.2 — Численные параметры ДН

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

На практике редко удается получить распределение амплитуд, обладающее круговой симметрией. Обычно скачки поля на краях апертуры в Е-и Н-плоскостях получаются различным. Так распределение амплитуд, изменяющеесяпо закону

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

создается полем линейно-поляризованного облучателя.

Коэффициент направленного действия зеркальной антенны и его зависимость от геометрических размеров антенны.

Проанализируем влияние фокусного расстояния на распределение плотности поверхностных токов Je на внутренней части зеркала, КНД и коэффициент усиления G зеркальной антенны.На рис. 16.16 показаны примеры распределения токов, текущих по поверхности зеркала в случае короткофокусного (рис. 16.16, а) и длиннофокусного (рис.16.16, б) зеркала. В качествеоблучателя зеркальной антенны выбран вибратор с дисковым контррефлектором. Распределение тока построено в соответствии с формулой (16.33).

Как видно, в короткофокусном зеркале линии поверхностного тока существенно искривлены. Кроме того, имеются точки P (полюса), в окрестности которых ток меняет направление.Положение полюсов на зеркале определяется направлениями нулевых значений диаграммы направленности облучателя. Для длиннофокусных зеркал линии тока искривлены меньше, причемчем больше фокусное расстояние, тем меньше искривление линий тока.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Рис.15.5 — Распределение токов Je на поверхности параболическогозеркала: а – зеркалокороткофокусное; б – зеркало длиннофокусное.

Искривление линий тока в зеркальной антенне является вредным явлением, т.к. приводит к появлению кроссполяризационной составляющей в ее поле излучения. В самом деле, раскладывая вектор тока J e на координатные составляющие 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны., нетрудно понять, что поле основной поляризации в направлении оси антенны создается только J ye составляющей тока. Хотя Jze составляющая тока и излучает поле основной поляризации, однако уровень этого излучения заметен лишь в области боковых лепестков. Составляющая же тока Jxeизлучает поле паразитной поляризации. Так как направление Jxe в соседних квадратах зеркала противоположно, то в главных плоскостях ZOX и ZOY поле, излучаемое током Jxe , равно нулю.Максимального значения кроссполяризационная составляющая достигаетвдиагональных плоскостях.

Наличие на зеркале полюсов приводит, кроме возрастания кроссполяризационной составляющей, к ослаблению поля излучения основной поляризации, т.к. за полюсами составляющаятока оказывается противофазной по сравнению с этой же составляющей между полюсами.

Таким образом, приведенные результаты показывают, что в короткофокусных зеркальных антеннах возникают дополнительные потери в коэффициенте усиления, связанные с рассеяниемчасти мощности на кроссполяризационное излучение и ослаблением поля основной поляризации из-за наличия противофазных составляющих тока J ye . В длиннофокусных антенная эти явления проявляются менее заметно. По этой причине на практике чаще используются длиннофокусные зеркальные антенны. Если же габаритные ограничениявынуждают использовать короткофокусные зеркала, то для ослабления неприятных явлений в таких зеркалах делают вырезы вредных зон, расположенных вокруг полюсов.

Вычисление коэффициента направленного действия антенны производитсяпо формуле

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

где 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. — нормированные диаграммы направленности по мощности антенны в горизонтальной ивертикальной плоскостях, соответственно.

Коэффициентусиления G апертурной антенны определяетсяпо формуле

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

где 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. — коэффициентполезного действия антенны.

Основными источниками потерь в длиннофокусной зеркальной антенне являются потери на рассеивание части мощности облучателя мимо зеркала. Обозначая через 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. соответственнополную мощность излучения облучателя и мощность излучения облучателя, попадаемую на зеркало, и учитывая, что поток мощности пропорционален квадрату амплитудной диаграммы направленности, получаем

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

где 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.— двумерная диаграмма направленности облучателя.

Если диаграмма направленности облучателя симметрична относительно оси антенны и можетбыть аппроксимирована функцией вида:

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

где n — любое положительное число, то после подстановки (15.18) в (15.17), получаем

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

График зависимости 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны., рассчитанный по формуле (15.19) при n=1, представлен на рис.15.6.

Качественная зависимость 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. остается неизменной и при других формах диаграммы направленности облучателя.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Коэффициент использования поверхности раскрыва зеркальной антенны 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. полностью определяется характером амплитудного распределения поля в раскрыве зеркала.

С увеличением 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. увеличивается спадание амплитудного распределения к краям зеркала и поэтому 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. уменьшается с увеличением 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны..

На рис. 15.6 показана характерная качественная зависимость 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. от 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. для зеркальных антенн.

Там же приведен график зависимости 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. от 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. .

Параметр g называется эффективность зеркальной антенны и связан с ее коэффициентомусиления соотношением:

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Как следует из рис.15.6 существует оптимальный угол раскрыва , при котором 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. эффективность, а, следовательно, коэффициентусиления зеркальной антенны максимальны.

Эффективность зеркальной антенны зависит только от диаграммы направленности облучателя и угла раскрыва зеркала 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

График зависимости 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. для частного случая диаграммы облучателя, представляемой в форме (15.21), показан на рис. 15.7.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Для наиболее употребляемых на практике облучателей параметр аппроксимации n в выражении (15.18) лежит в интервале n=1...2.

При этом оптимальный угол раскрыва лежит в интервале 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Оптимальное фокусное расстояние 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. выражается через 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны. и диаметр раскрыва 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Уровень ослабления поля на краю зеркала при 15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

составляет -7,5 ... -8,0 дБ по сравнению с полем в центре раскрыва зеркала.

Максимальная эффективность в соответствии с рис. 15.7 достигает величины gmax =0,82.

На практике затенение облучателя и системы крепления, кроссполяризационные потери и ряд других эффектов приводят к уменьшению эффективности до значений g = 0,4 ... 0,6.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

примерно в 1961 году был переименован в телескоп «Марк-1» («Mark I»), когда было начато обсуждение строительства новых телескопов В 1987 году был переименован в радиотелескоп «Ловелл»

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

пантографическая развертываемая антенна

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Раскладной многозеркальный параболический телескоп Джеймс Уэбб инфракрасного диспазона запущенный в декабре 2021 года

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

ферменная конструкция космической развертываемой антенны

Многозеркальные антенны

многозеркальная антенна - это Антенна с несколькими отражающими поверхностями, обычно обеспечивающая работу в нескольких диапазонах частот. Среди антенн этого класса наибольшее распространение получили антенны Кассегрена и Грегори.

15 Параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. Облучатели зеркальных антенн. Многозеркальные антенны.

Принцип работы зеркальных антенн заключается в сужении диаграммы направленности облучателя (обычно в качестве облучателя используется рупорная антенна) за счет отражения и фокусировки волн с помощью параболического зеркала. При этом характер отражения радиоволн идентичен характеру отражения световых волн, а ширина итоговой диаграммы направленности обратно пропорциональна фокусному расстоянию. Поэтому обычно облучатели и рефлекторы зеркальных антенн разносят на максимально возможное расстояние: облучатели закрепляют в верхней части КА, а рефлекторы – в нижней.

В случае, когда нет возможности обеспечить необходимое фокусное расстояние (например, антенны размещены на панели, ориентированной на Землю), либо при необходимости менять регион обслуживания, то есть поворачивать радиолуч, используют многозеркальные антенны.

Наиболее широкое распространение получила двухзеркальная система Грегори, где в качестве малого зеркала используется поверхность эллипсодальной формы. Такая конструкция позволяет исключить затенение сигнала частями антенны и улучшить поляризационные свойства антенны.

Система Кассегрена в качестве малого зеркала использует гиперболическую поверхность, что позволяет существенно сократить габариты системы.

Быстрое развитие технологий радиосвязи и значительное увеличение количества пользователей услуг спутниковой связи привело к необходимости формирования на поверхности Земли зон покрытия, отличных от конического сечения (например, зон, ограниченных пределами одного острова или небольшого государства, когда необходимо, чтобы сигналы антенн космических аппаратов не мешали работе радиоустройств в соседних регионах). Появление таких зон также продиктовано возросшей коммерческой составляющей эксплуатации спутников: зачем распространять сигнал, тратить мощность передатчиков на, например, поверхность океана, где этот сигнал невозможно продать? Поэтому на космических аппаратах активно используются зеркальные контурные антенны, представляющие собой антенну с рефлектором, форма которого повторяет контур необходимой зоны на Земле, либо поверхность рефлектора является не гладкой, либо сигнал формируется несколькими облучателями, направленными на рефлектор под разными углами и формирующими каждый свою узкую зону в пределах требуемого контура на Земле.

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

Статью про параболическая зеркальная антенна я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развитие теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое параболическая зеркальная антенна, многозеркальная антенна, параболическая антенна, облучатели зеркальных антенн и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства СВЧ и антенны

создано: 2014-09-11
обновлено: 2022-01-10
132953



Рейтиг 9 of 10. count vote: 2
Вы довольны ?:


Поделиться:

Найди готовое или заработай

С нашими удобными сервисами без комиссии*

Как это работает? | Узнать цену?

Найти исполнителя
$0 / весь год.
  • У вас есть задание, но нет времени его делать
  • Вы хотите найти профессионала для выплнения задания
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • Приорететная поддержка
  • идеально подходит для студентов, у которых нет времени для решения заданий
Готовое решение
$0 / весь год.
  • Вы можите продать(исполнителем) или купить(заказчиком) готовое решение
  • Вам предоставят готовое решение
  • Будет предоставлено в минимальные сроки т.к. задание уже готовое
  • Вы получите базовую гарантию 8 дней
  • Вы можете заработать на материалах
  • подходит как для студентов так и для преподавателей
Я исполнитель
$0 / весь год.
  • Вы профессионал своего дела
  • У вас есть опыт и желание зарабатывать
  • Вы хотите помочь в решении задач или написании работ
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • подходит для опытных студентов так и для преподавателей



Комментарии


Оставить комментарий
Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.
To reply

Устройства СВЧ и антенны

Термины: Устройства СВЧ и антенны