Antennentheorie - Parabolreflektor
Parabolic Reflectorssind Mikrowellenantennen. Zum besseren Verständnis dieser Antennen muss das Konzept des Parabolreflektors diskutiert werden.
Frequenzbereich
Der für die Anwendung von Parabolreflektorantennen verwendete Frequenzbereich beträgt above 1MHz. Diese Antennen werden häufig für Funk- und Funkanwendungen verwendet.
Funktionsprinzip
Die Standarddefinition einer Parabel lautet - Ort eines Punktes, der sich so bewegt, dass sein Abstand vom Fixpunkt (genannt) focus) plus seinen Abstand von einer geraden Linie (genannt directrix) ist konstant.
Die folgende Abbildung zeigt die Geometrie des Parabolreflektors. Der PunktF ist der Fokus (Feed ist gegeben) und Vist der Scheitelpunkt. Die Verbindungslinie zwischen F und V ist die Symmetrieachse. PQ sind die reflektierten Strahlen woLstellt die Linienrichtlinie dar, auf der die reflektierten Punkte liegen (um zu sagen, dass sie kollinear sind). Daher liegt gemäß der obigen Definition der Abstand zwischen F und L in Bezug auf die zu fokussierenden Wellen konstant.
Die reflektierte Welle bildet aus der parabolischen Form eine kollklimierte Wellenfront. Das Verhältnis von Brennweite zu Aperturgröße (dh f / D), bekannt als“f over D ratio”ist ein wichtiger Parameter des Parabolreflektors. Sein Wert variiert von0.25 to 0.50.
Das Reflexionsgesetz besagt, dass der Einfallswinkel und der Reflexionswinkel gleich sind. Dieses Gesetz hilft, wenn es zusammen mit einer Parabel verwendet wird, den Strahl zu fokussieren. Die Form der
Wenn die Parabel zum Zwecke der Reflexion von Wellen verwendet wird, weist sie einige Eigenschaften der Parabel auf, die beim Aufbau einer Antenne unter Verwendung der reflektierten Wellen hilfreich sind.
Eigenschaften der Parabel
Alle vom Fokus ausgehenden Wellen werden zur Parabolachse zurückreflektiert. Daher sind alle Wellen, die die Apertur erreichen, in Phase.
Während die Wellen in Phase sind, ist der Strahlungsstrahl entlang der parabolischen Achse stark und konzentriert.
Nach diesen Punkten tragen die Parabolreflektoren zur Erzeugung einer hohen Richtwirkung bei geringerer Strahlbreite bei.
Konstruktion und Arbeitsweise eines Parabolreflektors
Wenn eine Parabolreflektorantenne zur Übertragung eines Signals verwendet wird, kommt das Signal von der Einspeisung aus einem Dipol oder einer Hornantenne, um die Welle auf die Parabel zu fokussieren. Dies bedeutet, dass die Wellen aus dem Brennpunkt kommen und auf den Paraboloidreflektor treffen. Diese Welle wird nun als reflektiertcollimated wave front, wie zuvor besprochen, übertragen zu werden.
Die gleiche Antenne wird als Empfänger verwendet. Wenn die elektromagnetische Welle auf die Form der Parabel trifft, wird die Welle auf den Einspeisepunkt reflektiert. Der Dipol oder die Hornantenne, die bei ihrer Einspeisung als Empfängerantenne fungiert, empfängt dieses Signal, um es in ein elektrisches Signal umzuwandeln und an die Empfängerschaltung weiterzuleiten.
Das folgende Bild zeigt eine Parabolreflektorantenne.
Die Verstärkung des Paraboloids ist eine Funktion des Öffnungsverhältnisses (D/λ). Die effektive Strahlungsleistung(ERP) einer Antenne ist die Multiplikation der der Antenne zugeführten Eingangsleistung und ihrer Leistungsverstärkung.
Üblicherweise wird eine Wellenleiterhornantenne als Speisestrahler für die Parabolreflektorantenne verwendet. Zusammen mit dieser Technik haben wir eine andere Art der Einspeisung der Paraboloid-Reflektorantenne, die als Cassegrain-Einspeisung bezeichnet wird.
Cassegrain Feed
Casse-Korn ist eine andere Art der Einspeisung der Reflektorantenne. Bei diesem Typ befindet sich die Zufuhr im Gegensatz zum Parabolreflektor am Scheitelpunkt des Paraboloids. Ein konvex geformter Reflektor, der als Hyperboloid wirkt, ist gegenüber der Einspeisung der Antenne angeordnet. Es ist auch bekannt alssecondary hyperboloid reflector oder sub-reflector. Es ist so platziert, dass einer der Schwerpunkte mit dem Fokus des Paraboloids zusammenfällt. Somit wird die Welle zweimal reflektiert.
Die obige Abbildung zeigt das Arbeitsmodell des Cassegrain-Vorschubs.
Arbeiten einer Cassegrain-Antenne
Wenn die Antenne als Sendeantenne fungiert, strahlt die Energie von der Einspeisung durch eine Hornantenne auf den hyperboloiden konkaven Reflektor ab, der wiederum auf den Parabolreflektor zurückreflektiert. Das Signal wird von dort in den Raum reflektiert. Somit wird die Energieverschwendung kontrolliert und die Richtwirkung verbessert.
Wenn dieselbe Antenne für den Empfang verwendet wird, treffen die elektromagnetischen Wellen auf den Reflektor, werden auf das konkave Hyperboloid reflektiert und erreichen von dort die Einspeisung. Dort befindet sich eine Wellenleiterhornantenne, die dieses Signal empfängt und zur Verstärkung an die Empfängerschaltung sendet.
Schauen Sie sich das folgende Bild an. Es zeigt einen Paraboloidreflektor mit Cassegrain-Vorschub.
Vorteile
Das Folgende sind die Vorteile der Parabolreflektorantenne -
Reduktion kleinerer Lappen
Energieverschwendung wird reduziert
Eine äquivalente Brennweite wird erreicht
Das Futter kann nach Belieben an jedem Ort platziert werden
Die Einstellung des Strahls (Verengung oder Verbreiterung) erfolgt durch Einstellen der reflektierenden Oberflächen
Nachteil
Das Folgende ist der Nachteil einer Parabolreflektorantenne -
Ein Teil der Leistung, die vom Parabolreflektor reflektiert wird, ist behindert. Dies wird zu einem Problem bei Paraboloiden mit kleinen Abmessungen.
Anwendungen
Das Folgende sind die Anwendungen der Parabolreflektorantenne -
Der Cassegrain-Feed-Parabolreflektor wird hauptsächlich in der Satellitenkommunikation verwendet.
Wird auch in drahtlosen Telekommunikationssystemen verwendet.
Schauen wir uns die andere Art von Feed an, die als Gregorianischer Feed für die Parabolreflektoren bezeichnet wird.
Gregorianisches Futter
Dies ist eine andere Art von Futter. Es gibt ein Paar bestimmter Konfigurationen, bei denen die Einspeisungsstrahlbreite schrittweise erhöht wird, während die Antennenabmessungen festgehalten werden. Eine solche Art von Futter ist als Gregorianisches Futter bekannt. Hier wird das konvex geformte Hyperboloid des Casssegrain durch einen konkav geformten Paraboloidreflektor ersetzt, der natürlich kleiner ist
Diese Gregorian feed Typ Reflektoren können auf vier Arten verwendet werden -
Gregorianische Systeme mit ellipsoidalem Reflektor-Subreflektor an den Brennpunkten F1.
Gregorianische Systeme mit Reflektor-Ellipsoid-Subreflektor an den Brennpunkten F2.
Cassegrain-Systeme mit hyperboloidem Subreflektor (konvex).
Cassegrain-Systeme mit hyperboloidem Subreflektor (konkav, aber der Vorschub ist sehr nahe daran).
Diese sind alle nur zu erwähnen, weil sie nicht beliebt und nicht weit verbreitet sind. Sie haben ihre Grenzen.
Die Abbildung zeigt deutlich das Arbeitsmuster aller Reflektortypen. Es gibt andere Arten von Paraboloidreflektoren wie -
- Cut-Paraboloid
- Parabolzylinder
- Pillenbox-Paraboloid
Sie werden jedoch aufgrund der Einschränkungen und Nachteile ihrer Arbeitsbedingungen nur selten verwendet.
Daher sind von allen Arten von Reflektorantennen die einfachen Parabolreflektoren und die Parabolreflektoren mit Cassegrain-Einspeisung die am häufigsten verwendeten.