Использование: в антенной технике. Сущность изобретения: рефлектор антенны выполнен из обшивок, между которыми размещен заполнитель. На одной из обшивок размещена отражающая поверхность, выполненная из уложенных внахлест отражающих элементов в форме криволинейных или правильных многоугольников. Обшивки могут быть выполнены многослойными, а каждый слой - из элементов в форме криволинейных или правильных многоугольников, слои обшивок расположены симметрично относительно заполнителя. Кроме того, слои на вершине образованы из элементов в форме криволинейных квадратов. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к конструкциям рефлекторов антенн. Известен также рефлектор антенны, выполненный в виде многослойной конструкции с отражающим слоем из металлизированной ткани, исходным материалом для которой служат синтетические или натуральные волокна, покрытые медью, серебром или никелем. Для формирования отражающей поверхности ткань, предварительно пропитанную связующим, разрезают на фигурные клинья. Для этого методом центрального проектирования с помощью компьютера раскраивают на клинья ткань и, располагая клинья внахлестку, формируют криволинейную отражающую поверхность зеркала. Такой крой препрега отражающей поверхности рефлектора антенны не обеспечивает изотропности этого слоя относительно оси вращения параболоида в силу наличия выделенных направлений клиньев, что ведет к неравномерности механических характеристик и, следовательно, искажению радиотехнических характеристик. При укладке клина неизбежна вытяжка препрега, так как параболоид является неразвертывающейся поверхностью, деформация клина при его наложении на эту поверхность с нарушением угла ячеек сетки, что влияет на структурные свойства рефлектора антенны, такие как модуль упругости, прочность, а также на температурную деформацию рефлектора. При перепадах температур в процессе изготовления рефлектора и его эксплуатации в материале отражающего слоя возникают внутренние напряжения, ведущие к расслаиванию. Явления нарушения однородности заготовок препрега усиливаются с увеличением диаметра рефлектора, а следовательно, с увеличением длины кусков препрега, что способствует образованию складок, морщин и тому подобных неравномерностей. Кроме того, выкладка параболического рефлектора большого диаметра нетехнологична, так как раскрой фиксирует местоположение каждого клина. Целью изобретения является создание рефлектора антенны, преимущественно параболической формы, обладающего высокими радиотехническими характеристиками, повышенной надежностью и жесткостью за счет минимизации внутренних напряжений и поводок в процессе изготовления его и эксплуатации, а также повышение технологичности. Для достижения цели рефлектор антенны, преимущественно параболической фоpмы, выполнен в виде многослойного изделия, включающего ячеистый или пористый заполнитель, расположенный между обшивками, при этом внутренняя обшивка содержит отражающий слой, выложенный с нахлестом из криволинейных или правильных многоугольников, например, в виде криволинейной трапеции или шестиугольных фигур. Слои обшивок также могут быть выложены из криволинейных или правильных многоугольников, например, шестиугольных фигур. Слои внутренней и наружной обшивок рефлектора антенны расположены зеркально относительно ячеистого заполнителя. Слои, расположенные на вершине рефлектора антенны, выполнены из криволинейных квадратов. Рефлектор заявляемой конструкции обеспечивает высокие радиотехнические характеристики антенны за счет того, что слои обшивок выложены из элементов в виде правильных многоугольников, преимущественно пяти- или шестиугольников, при этом слои ориентированы относительно друг друга поворотом на постоянный угол. С учетом сторон и зеркального расположения слоев обшивок относительно ячеистого заполнителя получается равномерная, практически изотропная по механическим свойствам жесткая параболическая поверхность, исключающая отклонения от заданной геометрии в процессе изготовления и эксплуатации рефлектора антенны. Сравнительно короткие стороны криволинейных многоугольников обеспечивает хорошее наложение на параболическую поверхность, увеличивающее механическую прочность конструкции. Возможность унифицировать элементы обеспечивает технологичность изготовления рефлектора антенны, исключает отходы при крое и снижает затраты на его изготовление. На фиг. 1 представлен рефлектор антенны (общий вид); на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 узел II на фиг.2. Рефлектор антенны представляет собой многослойное изделие, включающее внутреннюю обшивку 1, наружную обшивку 2, расположенный между ними сотовый заполнитель 3. Обшивки выполнены многослойными, при этом слои выполнены из криволинейных или правильных многоугольников 4. Внутренняя обшивка имеет отражающий слой 5, представляющий собой два слоя углеродного волокна, уложенные под углом 90 o относительно друг друга. Отражающий слой 5 расположен между внешним 6 и внутренним 7 слоями внутренней обшивки рефлектора антенны, выполненными из стеклоткани. Наружная обшивка 2 выполнена из четырех слоев стеклоткани. Схема выкладки наружной обшивки является зеркальным отражением схемы выкладки внутренней обшивки относительно сотового заполнителя ПСП на основе бумаги финелон и фенольного связующего. Изготовление рефлектора диаметром 2 м для антенны с фокусным расстоянием 82 см, предназначенной для работы в диапазоне 10-12 ГГц на длине волны 2,5-3 см. Изготовление рефлектора антенны включает следующие операции. Изготовление внутренней обшивки. Внутреннюю многослойную обшивку изготавливают последовательной сборкой пакета: сначала на поверхность неметаллической оснастки выкладывают первый слой стеклоткани Т-11, пропитанной термореактивный связующим на основе эпоксидной смолы "Спорт" в направлении "0". Далее выкладывают второй и третий отражающие слои из углеродного волокна ЭЛУР-0,08 и, располагая их относительно друг друга под углом 90 o , а относительно первого слоя под углом 45 o . После чего выкладывают четвертый слой из стеклоткани Т-11, пропитанной связующим "Спорт" под углом 90 o относительно первого слоя. Каждый из четырех слоев выкладывают с перехлестом заготовок, полученным раскроем препрега, в виде криволинейной трапеции. Геометрические размеры криволинейной трапеции определяли экспериментально, высота трапеции составила 30 см, а ширина 40 см. Технологический пакет упаковывают в герметизирующий чехол и проводят вакуумное формование при температуре 130 o и давлении 0,5-0,7 кг/см 2 в течение 2 ч. На изготовленную таким образом обшивку наносят слой клея ВК-51 и укладывают несущий слой из сотового заполнителя ПСП на основе бумаги финелон и фенольного связующего с ячейкой 5 мм и высотой 50 мм. На несущий слой из сотового заполнителя выкладывают внешнюю обшивку рефлектора, состоящую из четырех слоев стеклоткани Т-11, пропитанной термореактивным связующим "Спорт", из предварительно раскроенных заготовок в виде криволинейной трапеции. При этом схема выкладки слоев наружной обшивки является зеркальным отражением схемы выкладки слоев внутренней обшивки рефлектора. Собранный технологический пакет упаковывают в герметизирующий чехол и проводят вакуумное формование также при 130 o и давлении 0,5-0,7 кГ/см 2 в течение 2 ч. Изготовленный таким образом рефлектор антенны соответствовал заданным радиотехническим характеристикам.
Формула изобретения
1. Рефлектор антенны, содержащий отражающую поверхность, выполненную из отражающих элементов, уложенных внахлест на опорную оболочку, отличающийся тем, что опорная оболочка выполнена из обшивок, между которыми размещен пористый или ячеистый заполнитель, а отражающие элементы выполнены в форме криволинейных или правильных многоугольников и уложены на одну из обшивок. 2. Рефлектор по п. 1, отличающийся тем, что каждый отражающий элемент выполнен в форме криволинейной трапеции или шестиугольника. 3. Рефлектор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что обшивки выполнены многослойными, а каждый слой образован из элементов в форме криволинейных или правильных многоугольников. 4. Рефлектор по пп. 1 3, отличающийся тем, что слои обшивок расположены симметрично относительно ячеистого заполнителя. 5. Рефлектор по пп. 1 4, отличающийся тем, что слои на его вершине образованы из элементов в форме криволинейных квадратов.
Для проведения дальних любительских связей на коротких волнах широко используются направленные антенны различных типов. Сравнительно давно вошли в практику антенны типа "волновой канал", наиболее простые из которых содержат два элемента - активный полуволновой вибратор и пассивный рефлектор. Однако двухэлементные антенны с пассивным рефлектором не дают удовлетворительной направленности излучения.
Если на частотах телевизионных каналов еще можно мириться с использованием многоэлементных антенн, то для KB диапазонов (даже 28 Мгц) они вместе с вращающим устройством представляют чрезмерно громоздкие сооружения. В связи с этим все более широкое применение находят двухэлементные антенны с активным рефлектором. Дело в том, что антенны с питанием рефлектора имеют ряд преимуществ перед антеннами с пассивными элементами.
Коротко эти преимущества сводятся к следующему. Коэффициент усиления двухэлементной антенны с обоими активными элементами эквивалентен усилению полноразмерной трехэлементной антенны с пассивными директором и рефлектором. При одинаковых значениях коэффициента усиления двухэлементная система легче, проще в конструктивном отношении и обладает меньшими моментом инерции и парусностью. Антенны с активным питанием позволяют получить большее подавление излучения назад, что в условиях любительской связи важнее, чем получение максимально возможных для данной системы значений коэффициентов усиления. Вместе с тем следует отметить, что антенны с активным питанием сложнее в настройке и более критичны к изменению параметров.
Принцип работы двухэлементной антенны с питанием рефлектора заключается в создании двух противофазных полей равных амплитуд в направлении, обратном главному максимуму излучения системы. Применение активного рефлектора позволяет добиться равенства токов в обоих элементах антенны и разности фаз, необходимой для максимального ослабления излучения назад. Расчеты, проведенные по общеизвестным формулам теории антенн , показывают, что коэффициент усиления у такой антенны на 3,4 дб выше, чем у антенны с пассивным рефлектором, а максимальное подавление излучения назад (с учетом потерь в соединительной линии) составляет 40- 50 дб, в то время как в пассивных системах оно не превышает 25 дб. Ширина диаграммы в горизонтальной плоскости по уровню 0,707Е составляет 58°, а ширина луча в вертикальной плоскости при высоте подвеса l/2 и угле излучения 30° составляет 32°.
Описываемая двухэлементная антенна с активным рефлектором является модификацией антенны HB9CV , схема которой приведена на рис. 1. При оптимальном расстоянии между элементами, равном l/8, противофазные поля могут быть получены при запитывании элементов антенны с фазовым сдвигом 225°. Фазовый сдвиг 225° в питании рефлектора равен сумме фазовых сдвигов, возникающих за счет противофазной системы питания элементов (180°) и задержки в линии питания (45°).
Следует отметить, что в схеме антенны приведены ошибочные данные, не обеспечивающие требуемый сдвиг фаз при питании коаксиальным кабелем.
Принципиальным недостатком этой антенны является трудность получения необходимого фазового сдвига, что обусловлено выбранной схемой питания. Любой фидерной линии присущ коэффициент укорочения, связанный с ее конструкцией и примененными материалами Для используемых в антенной технике фидерных линий коэффициент укорочения обычно составляет 1,05-1,66. Следовательно, для схемы рис. 1 при питании в точках XX вместо требуемого сдвига фаз (за счет линии), равного 45°, будет получена величина, зависящая от типа примененной линии.
Схема антенны, свободной от этого недостатка и позволяющей получить практически любой сдвиг фазы между двумя активными элементами, показана на рис. 2.
Pиc.2
Точку подключения питающего фидера при известном коэффициенте укорочения линии легко определить по формулам:
где d - расстояние между элементами;
da - длина линии от точки включения до антенны;
dp - длина линии от точки включения до рефлектора;
Dlk - конструктивнее удлинение линии (10-20 см) и
где l - рабочая длина волны;
y - требуемый сдвиг фазы;
e - коэффициент укорочения.
Для питания антенны удобно пользоваться коаксиальным кабелем типа РК-75-7-11 (для которого e=1,52) и коаксиальным тройником типа ВР-193-Ф, делящим мощность поровну, между вибраторами. При использовании тройника для лучшего согласования необходимо в качестве соединительных линий использовать коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 150 ом (типа РК-150-4-11 или ему подобный).
При расчете длин элементов антенной системы (которые составляют 0,5l для рефлектора и 0,46l для собственно антенны) необходимо учитывать их коэффициент укорочения, зависящий от диаметра. Рассчитанные значения для антенны диаметром 22 мм и согласующей линии диаметром 20 мм даны в табл. 1. Здесь же указаны размеры согласующих элементов.
Размеры заготовок для антенны диапазона 14 Мгц приведены в табл. 2.
Конструкция антенны показана на рис. 3. Каждый элемент выполнен из трех секций, состоящих из дюралюминиевых трубок сопряженных диаметров, вдвигающихся одна в другую.
Pиc.3
Поскольку, наружный диаметр одной трубки равен внутреннему диаметру второй, система допусков не позволяет вогнать одну трубку в другую на значительную глубину. Поэтому вдоль трубки меньшего диаметра делается пропил на длину 400 - 500 мм, после чего обеспечивается надежное их сочленение. Необходимо обратить особое внимание на обеспечение надежного электрического контакта в месте сочленения. Нарушение контакта вызывает заметное ухудшение электрических параметров антенны. Для облегчения настройки на концы элементов надеты гибкие наконечники из сплава АМЦ-М (рис. 4).
Pиc.4
Элементы укрепляются на дюралевой трубе диаметром 40-45 мм с толщиной стенок 2 мм.
Для придания жесткости всей антенной системе она должна быть расчалена капроновой леской диаметром 1 мм (рис. 5).
Pиc.5
Остальные особенности конструкции видны из фотографии.
Вес антенной системы составляет всего 6,5 кг, что позволяет легко монтировать антенну одному человеку.
Для вращения антенны использован электродвигатель типа ПР-1 с вмонтированным внутрь корпуса потенциометрическим датчиком направления.
Настройку антенной системы производят исходя из необходимости получения наилучшего согласования антенны с питающим кабелем и максимального подавления заднего излучения.
При настройке целесообразно воспользоваться сигналом от местного источника, находящегося приблизительно в плоскости расположения элементов на расстоянии не менее 150- 200 м.
Последовательность настройки такова.
Определяют электрическую длину фазосдвигающих линий. Измерение и подгонка этого параметра должна быть проведена с точностью не хуже 2-3 электрических градусов. Изменяя длину согласующих элементов ya и yp добиваются приемлемого значения КСВ всей системы (не выше 1,5 на средней частоте диапазона). Регулируя длины la и lр, добиваются максимального подавления заднего излучения. На данном этапе достаточно добиться подавления в 20- 25 дб. Измерения следует провести в нескольких точках диапазона, после чего повторно регулируют y a и y p , добиваясь значения КСВ, близкого к единице.
Эти операции производят последовательно несколько раз до получения наилучших параметров антенны.
Желательно все измерения производить в рабочем положении антенны с тем, чтобы избежать влияния земли, Которое при малых высотах расположения антенны может сильно исказить результаты.
Следует заметить, что антенны с активными элементами имеют известную зависимость уровня подавления заднего излучения от угла места, что определяется различием в фазовых соотношениях для волн, приходящих под различными углами к горизонту. Для дальних связей, когда эти углы незначительны, подавление достигает 40-50 дб.
Литература:
1. С. И. Надененко. "Антенны". Связьтехиздат, Москва, 1959.
2. "Радио", 1965, № 11, стр. 22.
3. К. Ротхаммель. "Антенны". Изд-во "Энергия", Москва, 1967.
РАДИО N 9 1968 г., c.17-18.
Антенны с уголковым рефлектором достаточно просты в изготовлении и по этой причине раньше пользовались у радиолюбителей большой популярностью. Эти антенны имеют усиление, сравнимое с усилением, которое обеспечивает антенна Уда-Яги, но по сравнению с последними требуют применения большего количества материалов.
Схема уголковой антенны (так иногда называют рассматриваемые антенны) приведена на рис. 6.53. Излучающим элементом обычно служит полуволновый диполь. Обычно этот элемент выполняют с малым отношением l/d , что способствует расширению диапазона рабочих частот. Уголковый рефлектор выполняется из набора диполей длиной H ≥ 0,6λ , размешенных на расстоянии G = 0,1λ друг от друга. Длина стороны рефлектора L зависит от расстояния S между вибратором и вершиной отражателя, а также от угла раскрыва уголкового рефлектора.
Рассмотрим процесс отражения волны от уголкового рефлектора. Волна, падающая в точку A рефлектора, после отражения распространяется параллельно оси рефлектора. Волна, падающая на рефлектор выше или ниже точки A , после отражения распространяется под некоторым углом к оси рефлектора (см. рис. 6.53б ).
Для рефлектора с углом раскрыва α = 90° длина стороны рефлектора достигает значения 2S . В этом случае точка A находится на расстоянии 1,41S от вершины рефлектора. Если уменьшить угол раскрыва рефлектора с 90° до 60°, то точка A будет отстоять от вершины рефлектора уже на расстояние 1,73S . Поэтому в этом варианте, при котором не меняется длина стороны рефлектора, а только уменьшается угол раскрыва, усиление антенны не изменится. Усиление увеличится, если одновременно уменьшить угол раскрыва и удлинить до значения 3S длину стороны рефлектора.
Уменьшение высоты рефлектора H от 0,6λ до 0,3λ приводит вначале к уменьшению усиления, а потом и к изменению направления излучения главного лепестка диаграммы направленности.
Для того чтобы расширить полосу рабочих частот уголковой антенны, следует использовать широкополосный вибратор и выбирать антенну со следующими размерами S = 0,5 и L = 1,0λ . Обычно эффективная площадь поверхности раскрыва уголковых антенн A эфф = (1...2)λ 2 зависит от угла раскрыва антенны и длины сторон рефлектора.
Анализ уголковой антенны можно провести, пользуясь методом зеркальных изображений, согласно которому стороны рефлектора исключаются из рассмотрения, а их взаимодействие с реальным источником излучения заменяется рядом мнимых источников. На рис. 6.54а , б приведены эквивалентные схемы антенн, имеющих угол раскрыва соответственно 90° и 60° Схема, эквивалентная уголковой антенне с углом раскрыва 90°, имеет один реальный излучатель и три мнимых, причем фаза возбуждения мнимых диполей 2 и 4 отличается на 180° от фазы возбуждения реального диполя, а фаза возбуждения третьего мнимого диполя совпадает с фазой реального диполя. Диполи 2 и 4 отстоят от диполя 1 на расстояние 1,41S , а расстояние между этими диполями вдоль оси антенны составляет S . Результирующая диаграмма направленности четырехэлементной системы, у которой амплитуды токов в элементах одинаковы, а фазы возбуждения определены выше, является диаграммой излучения уголковой антенны.
Результирующая диаграмма направленности шести излучателей, один из которых является реальным излучателем, а пять - мнимыми, определяет диаграмму направленности уголковой антенны, имеющий угол раскрыва 60°.
Из графиков, приведенных на рис. 6.55, следует, что изменение расстояния S приводит к изменению формы диаграммы направленности. Диаграмма направленности в плоскости E уголковой антенны значительно шире, чем в плоскости H , для которой рефлектор играет основную роль.
О влиянии расстояния S на форму диаграммы направленности можно судить по рис. 6.55б , на котором представлены диаграммы в плоскостях E и H для уголковой антенны с углом раскрыва 90°. Изменяя угол раскрыва и расстояние S , можно регулировать усиление антенны. При малых расстояниях S усиление антенны изменяется так, как показано на рис. 6.56а , а при больших - как на рис. 6.56б , в . Значение усиления нормировано относительно усиления полуволнового диполя, размещенного в свободном пространстве. Угол 180° означает, что рефлектор выполнен плоским. Пунктирной линией показаны реальные значения усиления, отличающиеся от теоретических из-за наличия сопротивления потерь R пот = 1 Ом . Из графиков, приведенных на рис. 6.56б , в , следует, что изменение усиления антенны в зависимости от отношения S/λ носит осциллирующий характер: усиление сначала растет с увеличением S/λ , а затем уменьшается, далее вновь растет и т. д.
Входное сопротивление R A зависит от расстояния S и угла раскрыва антенны. Для анализа влияния этих параметров на R A можно воспользоваться графиками, приведенными на рис. 6.57а для малых значений S/λ и рис. 6.57б , в для больших значений S/λ . Анализ графиков показывает, что при больших значениях отношения S/λ входное сопротивление уголковой антенны, излучателем которой является полуволновый диполь, приближается к входному сопротивлению полуволнового диполя, размещенного в свободном пространстве.
В табл. 6.8 сведены основные параметры уголковой антенны, предназначенной для работы в диапазонах 145 и 432 МГц.
Первая параболическая антенна, разработанная Генрихом Герцем
Параболическая антенна была изобретена немецким физиком Генрихом Герцем в 1887 году. Герц использовал цилиндрические параболические рефлекторы для искрового возбуждения дипольных антенн во время своих экспериментов. Антенна имела размер апертуры в 1,2 метра шириной и использовалась на частоте около 450 МГц. Отражатель был сделан из цинковой листовой стали. С двумя такими антеннами, одна из которой была передающей, а другая - приёмной, Герц успешно продемонстрировал существование электромагнитных волн, которые 22 годами раньше были предсказаны Максвеллом.
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 как располагаться в фокусе зеркала F, так и быть смещённым 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 . Рефлектор офсетных антенн представляет собой боковую вырезку из параболоида вращения. Фокус облучателей в таких антеннах расположен в фокальной плоскости рефлектора.
Зеркальная антенна может иметь дополнительное эллиптическое зеркало (двухзеркальная схема Грегори) или дополнительное гиперболическое зеркало (двухзеркальная схема Кассегрена), с фокусами, 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 ( , , ) или каждый одновременно в нескольких диапазонах.
Расположение фокуса и фокальной плоскости зеркала антенны не зависит от рабочего диапазона волн.
В зависимости от поставленных задач и облучателя зеркальная антенна формирует одну узконаправленную суммарную, суммарно-разностную диаграмму направленности (для пеленгаторов) или одновременно несколько разнонаправленных диаграмм - при использовании нескольких облучателей.
Типы зеркал
В технике наибольшее распространение нашли следующие типы зеркал:
Особенности конструкции
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 T = P p r P p a d {\displaystyle T={\frac {P_{pr}}{P_{pad}}}} , где P p r {\displaystyle P_{pr}} - мощность излучения позади рефлектора, а P p a d {\displaystyle P_{pad}} - мощность излучения рефлектора (падающей волны) . Если T < 0 , 01 {\displaystyle T<0,01} , несплошное зеркало считают хорошим. Данное условие обычно выполняется при диаметре отверстий перфорированного зеркала менее 0 , 2 λ {\displaystyle 0,2\lambda } и суммарной площади отверстий до 0 , 5 − 0 , 6 {\displaystyle 0,5-0,6} от всей площади зеркала . Для сетчатых зеркал диаметр отверстий не должен превышать 0 , 1 λ {\displaystyle 0,1\lambda } .
Облучатель
Диаграмма направленности параболической антенны формируется облучателем . Облучателей в антенне может быть один или несколько, соответственно в антенне формируется одна или несколько диаграмм направленности. Делается это, например, для того, чтобы принимать сигнал одновременно с нескольких космических спутников связи.
Раскрыв облучателей расположен в фокусе параболического рефлектора или в его фокальной плоскости, если используется несколько облучателей в одной антенне. Несколько облучателей формируют в одной антенне несколько диаграмм направленности, это необходимо при наведении одной антенны сразу на несколько спутников связи.
Ширина луча
Параметры параболической антенны. Ширина ДН, уровень боковых лепестков, усиление
Угловая ширина луча антенны и её диаграмма направленности не зависит от того, работает ли антенна на приём или на передачу. Ширина луча определяется по уровню половинной мощности луча, то есть по уровню (-3 дБ) от его максимального значения. Для параболических антенн этот уровень определяется по формуле:
θ = k λ / d {\displaystyle \theta =k\lambda /d\,} ,где K является фактором, который незначительно меняется в зависимости от формы отражателя, а d - диаметр рефлектора в метрах, ширина диаграммы по половинной мощности θ в радианах. Для 2-х метровой спутниковой антенны, работающей C диапазоне (3-4 ГГц на приём и 5-6 ГГц на передачу), эта формула даёт ширину диаграммы направленности около 2,6°.
Усиление антенны определяется по формуле:
G = (π k θ) 2 e A {\displaystyle G=\left({\frac {\pi k}{\theta }}\right)^{2}\ e_{A}}При этом существует обратная зависимость между усилением и шириной луча.
Параболические антенны больших диаметров формируют очень узкие лучи. Наведение таких лучей на спутник связи становится проблемой, так как вместо основного лепестка можно навести антенну на боковой лепесток.
Диаграмма направленности антенны представляет собой узкий главный луч и боковые лепестки. Круговая поляризация в главном луче задаётся в соответствии с задачами, уровень поляризации в разных местах главного луча разный, в первых боковых лепестках поляризация меняется на противоположную, левая - на правую, правая - на левую.
Характеристики зеркальных антенн
Характеристики зеркальной антенны измеряются в дальней зоне.
- В однозеркальной антенне с круговой поляризацией облучатель должен иметь направление вращения поля, противоположное заданному направлению вращения поля антенны.
- Зеркальные антенны с направлением ДН на движущийся объект обычно имеют электропривод для отслеживания углового направления за объектом.
- Измерения ДН больших зеркальных антенн в дальней зоне связано с большими трудностями, связанными со значительными расстояниями от антенн до мест измерения их сигналов. Для измерений ДН используют шумовые сигналы от Солнца, спутников связи, большие коллиматорные антенны.
- Большие зеркальные антенны, расположенные в разных местах планеты Земля, используются в качестве элементов антенных решёток, для исследования дальнего космоса.
Применение
Параболические антенны используются в качестве антенн с большим усилением для следующих видов связи: радиорелейная связь между близлежащими городами, беспроводная связь WAN / LAN линий связи для передачи данных, для спутниковой связи и связи между космическими аппаратами. Они также используются для радиотелескопов.
Параболические антенны также используются в качестве радиолокационных антенн, управляющих кораблями, самолётами и управляемыми ракетами. С появлением домашних спутниковых телевизионных приёмников, параболические антенны стали особенностью ландшафтов современных городов.