Вопрос 2.3. Зеркальные антенны

Зеркальная антенна — антенна, у которой электромагнитное поле в раскрыве образуется за счет отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального зеркала (рефлектора). В качестве источника волны обычно выступает небольшой излучатель, располагаемый в фокусе зеркала. В его роли может быть любая другая антенна с фазовым центром, излучающая сферическую волну. Основная цель зеркальных антенн сводится к преобразованию сферического или цилиндрического фронта волны в плоский.

Структура зеркальной антенны

В последнее время зеркальные антенны одни из самых распространенных узконаправленных антенн диапазона УКВ.

Обычно в зеркальных антеннах происходит преобразование более широкой диаграммы направленности облучателя в узкую диаграмму направленности самой антенны.

Кромка зеркала и плоскость Z образуют поверхность называемую раскрывом зеркала. При этом радиус R называется радиусом раскрыва, а угол 2ψ — углом раскрыва зеркала. От угла раскрыва зависит тип зеркала:

· если ψ < π/2 — зеркало называют мелким или длиннофокусным;

· если ψ > π/2 — глубоким или короткофокусным,

· если ψ = π/2 — средним.

Фокус облучателя антенны может раполагаться как в фокусе зеркала F, так и смещенным относительно него. Если фокус облучателя расположен в фокусе антенны, то она называется прямофокусной. Прямофокусные антенны существуют различных размеров, в то время как осенесимметричные антенны, облучатель которых находится не в фокусе зеркала, обычно не превышают в диаметре более 1,5 м. Такие антенны часто называют офсетными. Преимущество офсетной антенны это бо́льший коэффициент усиления антенны, что обусловлено отсутствием затенения раскрыва зеркала облучателем.

Зеркальная антенна может иметь дополнительное эллиптическое зеркало или дополнительное гиперболическое зеркало, расположенными в фокальной плоскости зеркальной антенны. При этом облучатель расположен в фокусе дополнительного зеркала.

Зеркальная антенна может иметь одновременно несколько облучателей, расположенных в фокальной плоскости антенны. Каждый облучатель формирует диаграмму направленности, направленную в нужном направлении. Облучатели могут работать в разных диапазонах волн (С, Ku, Ka

Расположение фокуса и фокальной плоскости зеркала антенны не зависит от рабочего диапазона волн.

В технике наибольшее распространение нашли следующие типы зеркал:

1)параболические зеркала преобразуют цилиндрическую или сферическую волну в плоскую. Для цилиндрической волны — зеркало представляет собой параболический цилиндр, для сферической волны — параболоид вращения.

2)сферические зеркала мало отличаются от параболических зеркал с фокусным расстоянием равным половине радиуса сферы.

3)плоские зеркала в основном используются в вибраторных антеннах и иногда в перископических и остронаправленных, при этом система из двух зеркал, находящихся под определенным углом друг к другу, образуют вместе с симметричным вибратором (облучатель) уголковую антенну (тип зеркала в данном случае называют уголковым).

4)зеркала специального профиля чаще представляют собой параболические зеркала с рассчитанным отклонением от параболической поверхности. Основная цель использования таких антенн — формирование диаграммы направленности специальной формы, например, косекансной^[1] или любой заданной формы. Зеркала специальной формы, могут применяться так же для создания диаграммы направленности, комформной зоне обслуживания, в которой работает радиостанция (пример: спутник, базовая станция сотовой связи). Основная цель использования таких зеркал - экономия энергетического ресурса РЭС при максимальном качестве приема - передачи в зоне обслуживания.

·

Прямофокусная параболическая зеркальная антенна

·

Офсетные параболические зеркальные антенны

·

Тороидальная зеркальная антенна

·

Зеркальная антенна со схемой Кассегрена

Зеркало обычно состоит из диэлектрической основы (углепластик - для космических антенн), которую покрывают металлическими листами, проводящей краской, фольгой. При этом листы часто являются перфорированными, или представляют собой сетку, что обусловлено стремлением снизить вес конструкции, а также максимально снизить сопротивление ветру и осадкам. Однако такое несплошное зеркало приводит к следующим последствиям: часть энергии проникает сквозь зеркало, что приводит к ослаблению КНД антенны, и усилению излучения позади рефлектора. Эффективность антенны с несплошным зеркалом рассчитывается по формуле , где - мощность излучения позади рефлектора, а - мощность излучения рефлектора (падающей волны). Если , несплошное зеркало считают хорошим. Данное условие обычно выполняется при диаметре отверстий перфорированного зеркала менее и суммарной площади отверстий до от всей площади зеркала. Для сетчатых зеркал диаметр отверстий не должен превышать .

Дата добавления: 2014-11-20; просмотров: 339; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!