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.