Зеркальные антенны

Зеркальными называются антенны ,формирующие ДН путем отражения ЭМВ , падаючи на зеркало определенным профилем :параболоид, параболический цилиндр ,сфера, бывает кругопараболическая ,специального профиля, двух зеркальная .

Источником Эмв служит какая либо слабонаправленная антенна-облучатель

По направленности, коефициенту эффективности ,простоте конструкции зеркальные антенны являются лучшим типом высоконаправленных антенн Свч

Они широко используются в качестве антенн радиополосных станций, радиорелейных антенн, антенн бортовой радиостанции.

Зеркальные антенны классифицируются:

- по количеству зеркал ( одно и многозеркальные )

-по форме профиля зеркала ( параболические ,сферические , плоские, и специального профиля)

В зависимости от формы раскрыва и профиля зеркала могут используваться для формирования веерхных Дн

Принцип действия параболической зеркальной антенны основан на известном из оптики свойства преобразования сферического или цилиндрического фронта падаюшей волны в плоский

При этом создается синфазное поле на большом излучаемом раскрыве и достигается высокая направленность антенны.

Профиль зеркала рассчитывается таким образом ,чтобы получить требоваемое фаз. распред. на раскрыве

Введя 2 системы координат , прямоугольную и полярную запишем уравнение параболы:

Х2=4fz=2pz

R=2f1+cos Θ

P=2f

 

X=rsin Θ=fsec2 (Θ2)=2ftg (Θ2)

 

Т.0 называется вершиной параболоида

f-фокусное расстояние

Прямая , которая проходит через вершину и фокус зеркала называется фокальной (оптической) осью.

Угол 2 Θ 0 под которым из фокуса f видно края параболоида называется углом раскрыва зеркала.

Поверхность ограниченная краем параболоида и плоскости Z=Z0 называется раскрывом апертурой)зеркала.

AB=d=2a называется диаметром раскрыва.

Расстояние Z0 от вершины зеркала до раскрыв называется глубиной зеркала.

Если Z0< f , то параболоид называется длиннофокусный

Если Z0>f - глубокий или короткофокусный

Связь между глубиной зеркала ,диаметром раскрыва и фекальной плоскостью Ж

F=d2z0

Z0f=d2

Расчет поля излучения зеркальных антенн путем строгого решения уравнений Максвела в настоящее время отсутствует.

В практике применяют приближенное решение этой задачи, используют метод поверхностных токов ,метод поля на раскрыве ( апертурный метод).

В общем случае ХН излучения может быть аппроксимирована выражением :

Fобл(Θ)=соsn Θ,

где Θ – полярный угол

n>=1 – показатель степени.

Для полноволнового вибратора с контррефлектором в виде диска n=2

Для рупорного n>=3

Опт. фокусное расстояние обеспечивается при данном диаметре раскрыва и данной ДН облучателя .

Наибольшее значение КНД антенны определяется диаметром раскрыва рефлектора и ДН облучателя.

M f/d

1 0.35-0.4

2 0.4-0.5

3 0.5- 0.625

Диаметр раскрыва антенны и угол 00 (Тетта 0) связаны соотношением:

D=4ftg(Θ 02)

Параболические антенны с ассиметрическим зеркалом при оптически фокусном расстоянии характеризируется следующими параметрами:

-ширина луча по половине мощности

2 Θ 0.5H=1.2 ld

2 Θ 0.5E=1.3ld

- Кнд

D=(Пdl)2Кип рез =5.5 (dl)2

Кип рез є [0.5-0.7]

Кип рез – результирующий

-коефициент бегущей волны в фидере облучателя

Кб.в= (1-l Dобл./4Пf) / (1+l Dобл./4Пf)

 

Для устранения реакции зеркала на облучатель используется два способа:

1. Применением плоского, компенсационного зеркала, которое устанавливают в вершине параболоида.

2. Использованием усечённого параболоида с облучателем, вынесенного из поля действия отраженных от зеркала волн. (офсетная антенна)

Часто используют зеркало в форме параболоида цилиндра.

Параболоид цилиндра возбуждается линейным облучателем, расположенным вдоль фокальной оси цилиндра и преобразующий цилиндрический фронт волны в плоский.

 

 

Ширина луча по уровню половины мощности:

 

 

 

Для уменьшения осевого разреза, увеличивают Кип КНД, а так же для снижения шумовой температуры зеркальной параболической антенны, к оси зеркала добавляют вспомогательный в виде гиперболоида вращения, один из фокусов которого совмещен с фокусом основного зеркала, а в фокусе 2-го помещен облучатель (антенна Кассегрена)

 

 

 

 

Коэффициент прохождения ЭМЭ через перфорированную поверхность высчитывается по формуле

 

- где 2r – диаметр отверстия,

S0 – общая площадь всех отверстий,

S – площадь отраженной поверхности.