Основные типы параболической антенны

Исследуемая в данной работе антенна состоит из параболического зеркала 1 и облучателя 2, помещенного в фокус параболоида (рис.3). В качестве облучателя используется слабонаправленная полосковая антенна, а в качестве зеркала - поверхность, образованная вращением параболы вокруг своей оси Z (параболоид вращения).

Антенна характеризуется следующими геометрическими размерами (рис.3):

радиусом раскрыва R;

фокусным расстоянием F;

углом раскрыва j0 .

В прямоугольной системе координат (рис.3) поверхность параболоида описывается выражением:

+ y2 = 4Fz (4).

Антенна сохраняет все свои характеристики при выполнении следующего условия:

(R,F) >> l (5) .

Здесь l - длина волны в свободном пространстве, соответствующая излучаемому или принимаемому сигналу. Условие позволяет при анализе принципа действия антенны пренебречь в первом приближении дифракционными эффектами и рассматривать ее с позиции геометрической оптики.

На рис.4 изображено сечение параболоида плоскостью, проходящей через ось Z (рис.3).

Следует отметить два свойства рассматриваемой поверхности зеркала, которые формулируются следующим образом.

. Расстояние от точки F называемой фокусом параболоида, лежащего на его оси (ось z), до любой точки Мi , лежащей на прямой МN, перпендикулярной оси, по ломаным путям FPiMi (Pi - точка на зеркале) одинаковы (FP1M1 = FP2M2 = ¼);

. Нормаль n к поверхности зеркала в любой точке лежит в плоскости чертежа рис.2 и составляет угол q/2 с прямой, соединяющей эту точку на зеркале с точкой F и с прямой параллельной оси.

Эти геометрические свойства поверхности определяют принцип действия антенны. Рассмотрим ее работу в режиме передачи. Волна, формируемая полосковым излучателем малых размеров 2 , близка по своим свойствам к неоднородной сферической. С позиций геометрической оптики ее можно представить лучами FPi (рис.4), которые падают на поверхность параболоида. Вследствие второго свойства параболического зеркала, после отражения от него лучи будут распространяться по траекториям, параллельным оси антенны. Таким образом ломанные линии FPiMi представляют собой части траекторий этих лучей.

Благодаря первому свойству параболического зеркала фазовый набег на различных частях траекторий FPiMi оказывается одинаковым. Легко понять, что поверхность, на которой фазы лучей, отраженных от зеркала, будут одинаковы (фазовый фронт волны), представляет собой плоскость, перпендикулярную к оси z (рис.3,4). Это означает, что созданная облучателем волна, близкая по свойствам к сферической, преобразуется в плоскую. Таким образом, параболическое зеркало трансформирует относительно широкую диаграмму направленности излучателя (400 - 700) в узкую, шириной в доли градуса.

Работа антенны в режиме приема рассматривается аналогичным образом. Плоская волна, падающая на зеркало, фокусируется им (преобразуется в сходящуюся) на облучатель.

В качестве облучателей параболических антенн могут быть использованы:

вибраторные облучатели, представляющие собой систему "активный - пассивный вибратор", "активный вибратор - плоский контррефлектор";

рупорные облучатели (пирамидальные рупоры, конические рупоры);

щелевые облучатели;

спиральные облучатели.

В настоящей работе в качестве облучателя используется малогабаритная полосковая антенна, методы ее анализа рассмотрены в отдельном разделе.

При строгом анализе зеркальной параболической антенны используется волновой подход для определения поля в ее дальней зоне. Например, при анализе ее работы в качестве передающей, определяются вторичные токи, распределенные по поверхности параболического зеркала. Появление этих токов обусловлено падающей на зеркало электромагнитной волной от облучателя. Вторичные токи и формируют излучение антенны в дальней зоне.

Каждый тип облучателя обеспечивает отличное от других распределение вторичных токов по поверхности параболического зеркала. Следовательно, тип облучателя влияет на характеристики направленности антенны в целом.

Важным моментом при разработке конструкции зеркальной параболической антенны является согласование характеристик направленности облучателя и геометрических размеров зеркала. На рис.5 изображено сечение параболоида плоскостью, проходящей через ось Z (рис.5) и отмечены точка фокуса F, в которой расположен облучатель и угол раскрыва φ0.

Другие материалы

Разработка технологического процесса производства усилителя мощности
Первым усилителем был, вероятно, прибор "Аудионс" (Аudions), который построил в 1912 году Ли де Форрест (Lee De Forest) - изобретатель лампового триода. Его усилитель позволил ...

Разработка территориальной модели и электрической схемы блока сети сухопутной подвижной службы
В современном мире подвижная связь играет очень важную, незаменимую роль. Мобильной связью пользуются люди совершенно разных профессий для решения абсолютно разных задач. Сотовая связь, ...

Решение задач синтеза и анализа систем автоматического управления (САУ) конкретными техническими объектами на базе современных методов и с использованием вычислительной техники
Основной целью курсовой работы по дисциплине "Теория управления” является закрепление и углубление теоретических знаний, полученных на лекциях и практических занятиях. ...