Зеркальные антенны

Зеркальные или рефлекторные антенны состоятиз облучателя и рефлектора.

Рефлектор - параболоид вращения отражает падающие на его апертуру параллельные лучи в одну точку, называемую фокусом. Апертура — это часть плоскости, ограниченная кромкой параболоида вращения.

Облучатель – антенна с широкой диаграммой направленности.

Плоскость, образованная наружными краями рефлектора, является раскрывом антенны.

Осесимметричная антенна имеет раскрыв в форме круга.

Антенны с большим КНД имеют размеры раскрыва >> длины волны.

Параболоид вращения, который используется в качестве отражателя антенны, образуется вращением плоской параболы вокруг ее оси.

Каноническое уравнение параболоида вращения в прямоугольных координатах:

Параллельные оси параболоида, лучи (радиоволны) от спутника, отраженные от апертуры к фокусу, проходят одинаковое (фокусное расстояние). Отраженные сигналы обоих лучей проходят к фокусу F одинаковое расстояние. Это означает, что расстояние A+B=C+D. Все лучи, которые излучает передающая антенна спутника, и на которую направлено зеркало параболоида, концентрируются синфазно в фокусе F.

Если в фокус зеркала поместить облучатель, создающий сферическую волну, то плоскость раскрыва рефлектора будет являться плоскостью одинаковых фаз. В результате сферическая волна преобразуется в плоскую, а широкая ДН – в узкую.

Выбор параметра параболы определяет глубину параболоида, т. е. расстояние между вершиной и фокусом.

Зеркало называют короткофокусным, когда угол раскрыва при этом (глубокое зеркало).

Длиннофокусным - и (мелкое зеркало).

С увеличением радиуса раскрыва и уменьшением ДН сужается.

Облучатель должен:

· обладать односторонней в направлении рефлектора направленностью,

· обеспечивать необходимое ампли­тудное распределение поля в раскрйве,

· иметь устойчивый фазо­вый центр, совмещенный с фокусом зеркала,

· создавать малое за­тенение раскрыва,

· иметь требуемую рабочую полосу частот.

В качестве облучателей могут использоваться любые слабонаправ­ленные антенны:

1. Полуволновые вибраторы с контрефлектором в виде стержня или с дисковым просты, создают малое затенение, но узкополосны. Используются в диапазоне дм волн.

2. Рупорные облучатели являются широкополосными, но они больше затеняют раскрыв антенны. Рупорные облучатели применяются на частотах от 600 МГц и выше.

3. Спиральные облучатели позволя­ют получить волны с эллиптической поляризацией.

Поле, созданное облучателем, должно быть по возможности равномерным в раскрыве рефлектора и быстро спадать за его пределами.

· У короткофокусных антенн почти вся энергия облучателя попадает на рефлектор, но распределение поля неравномерно, что понижает КИП.

· У длиннофокусных антенн поле в раскрыве более равномерно, но много энергии рассеивается.

Параболические антенны делятся на два основных класса: симметричный параболический рефлектор и асимметричный (рис. 4, 5). Первый тип антенн принято называть прямофокусными, второй — офсетными.

Рисунок 4 – Осесимметричная Рисунок 5 – офсетная параболическая параболическая антенна антенна

Офсетные антенны целесообразно использовать, если для устойчивого приема программ выбранного спутника необходим размер антенны до 1,5 м, так как с увеличением общей площади антенны эффект затенения зеркала становится менее значительным.

Диаграмма направленности антенны (рис. 8) характеризует зависимость амплитуды напряженности электрического поля Е, создаваемого в некоторой точке, от направления на эту точку. При этом расстояние от антенны до данной точки остается постоянным.

Рисунок 6 – Диаграмма направленности антенны