Теоретическая справка. Параболическая антенна используется для создания остронаправленного излучения в

Параболическая антенна используется для создания остронаправленного излучения в диапазоне СВЧ, когда размеры антенны во много раз превышают рабочую длину волны l. Антенна состоит из металлического зеркала (рефлектора) параболической формы и облучателя, расположенного в ее фокусе.

В работе исследуется антенна с зеркалом в виде параболоида вращения (рисунок 38) с раскрывом, имеющим форму круга диаметром D Прямая, перпендикулярная плоскости раскрыва и проходящая через его центр, является осью зеркала. Расстояние F от вершины зеркала до фокуса называется фокусным расстоянием.

Рисунок 38 - Параболическая зеркальная антенна

Для формирования узкой диаграммы направленности (ДН) в режиме передачи в раскрыве зеркала необходимо возбудить синфазное поле. В режиме приема параболическое зеркало фокусирует падающую плоскую волну в небольшой объем вблизи фокуса («фокальное пятно») [5, 9].

Возможная конфигурация антенны для непосредственного приема сигнала со спутника в бытовых условиях, антенна Кассегрена (рисунок 39). Она редко используется из-за дополнительных расходов на вспомогательный гиперболический рефлектор, хотя и имеет определенные достоинства. Профиль антенны может быть уменьшен, поскольку вспомогательный рефлектор перехватывает отраженные волны до того, как они достигнут прямофокусной точки, и снова направляет их обратно к расположенной сзади головке облучателя. Главным недостатком такой конфигурации является блокировка вспомогательным рефлектором некоторой части приходящего сигнала, однако применение офсетной конструкции антенны может его устранить.

Р

Рисунок 39 – Антенна Кассегрена

Антенна Грегори (рисунок 40) отличается от антенны Кассегрена тем, что вспомогательный гиперболический рефлектор перемещен к эллиптической поверхности. Как и в предыдущем случае, антенна может быть прямофокусной или со смещенным фокусом. Данная конфигурация обладает высокой эффективностью, поскольку преимущества офсетной конструкции соединяются с преимуществами, получаемыми от расположения блока малошумящего конвертора (LNB) с обратной стороны антенны [5, 6, 9].

Рисунок 40 - Антенна Грегори

Поскольку линейные размеры зеркала значительно превышают λ, при анализе параболической антенны можно пользоваться методом геометрической оптики, таким образом можно наглядно показать, что сферическая волна, создаваемая облучателем, помещенным в фокус параболического зеркала, преобразуется зеркалом в плоскую волну, распространяющуюся вдоль его оси [5, 9].

В режиме осевого излучения нормированная ДН параболической ан­тенны может быть рассчитана по приближенной формуле:

F(θ)=Λ1(kRsin(θ))=	2J1kRsinθ	,(15)
kRsinθ

где Θ – угол между осью зеркала и направлением в точку наблюдения;

k=2π/λ – волновое число;

J1(x)– функция Бесселя первого порядка от аргумента x;

λ– рабочая длина волны.

Коэффициент направленного действия (КНД) антенны равен:

D=v	4πS	=v(	2πR	)^2
λ^2	λ

, (16)

где S = пR² - площадь раскрыва зеркала; v- коэффициент использо­вания поверхности (КИП) зеркала, зависящий от характера изменения ам­плитуды поля в его раскрыве (чем ближе распределение поля к равномер­ному, тем ближе величина КИП к единице).

Коэффициент усиления (КУ) антенны равен:

G=ηD=ηv(	2πR	)^2
λ

, (17)

где η – КПД антенны.

Дата добавления: 2015-08-27