Sistemi radar - Antenne radar

In questo capitolo, impariamo a conoscere le antenne, utili nella comunicazione radar. Possiamo classificare le antenne radar nelle seguentitwo types in base alla struttura fisica.

• Antenne a riflettore parabolico
• Antenne per lenti

Nelle nostre sezioni successive, discuteremo in dettaglio i due tipi di antenne.

Antenne a riflettore parabolico

Le antenne a riflettore parabolico sono le antenne a microonde. Una conoscenza del riflettore parabolico è essenziale per comprendere in profondità il funzionamento delle antenne.

Principio di funzionamento

Parabola non è altro che il Locus dei punti, che si muovono in modo tale che la sua distanza dal punto fisso (chiamato fuoco) più la sua distanza da una linea retta (chiamata direttrice) sia costante.

La figura seguente mostra il file geometry of parabolic reflector. I punti F e V sono rispettivamente il fuoco (viene fornito il feed) e il vertice. La linea che unisce F e V è l'asse di simmetria. $ P_1Q_1, P_2Q_2 $ e $ P_3Q_3 $ sono i raggi riflessi. La linea L rappresenta la direttrice su cui giacciono i punti riflessi (per dire che sono allineati).

Come mostrato in figura, la distanza tra F e L è costante rispetto alle onde messe a fuoco. L'onda riflessa forma un fronte d'onda collimato, fuori dalla forma parabolica. Il rapporto tra la lunghezza focale e la dimensione dell'apertura (cioè $ f / D $) è noto come“f over D ratio”. È un parametro importante del riflettore parabolico e il suo valore varia da0.25 to 0.50.

Il law of reflectionafferma che l'angolo di incidenza e l'angolo di riflessione sono uguali. Questa legge, se usata insieme a una parabola, aiuta la messa a fuoco del raggio. La forma della parabola quando utilizzata allo scopo di riflettere le onde, mostra alcune proprietà della parabola, che sono utili per costruire un'antenna, utilizzando le onde riflesse.

Proprietà della parabola

Di seguito sono riportate le diverse proprietà di Parabola:

• Tutte le onde originate dal fuoco si riflettono sull'asse parabolico. Quindi, tutte le onde che raggiungono l'apertura sono in fase.

• Poiché le onde sono in fase, il raggio di radiazione lungo l'asse parabolico sarà forte e concentrato.

Seguendo questi punti, i riflettori parabolici aiutano a produrre un'elevata direttività con una larghezza del fascio più stretta.

Costruzione e funzionamento di un riflettore parabolico

Se viene utilizzata un'antenna parabolica a riflettore per transmitting a signal, il segnale dal feed esce da un'antenna a dipolo o un'antenna a tromba, per focalizzare l'onda sulla parabola. Significa che le onde escono dal punto focale e colpiscono il riflettore paraboloide. Questa onda ora viene riflessa come fronte d'onda collimato, come discusso in precedenza, per essere trasmessa.

La stessa antenna è usata come un receiver. Quando l'onda elettromagnetica colpisce la forma della parabola, l'onda viene riflessa sul punto di alimentazione. L'antenna a dipolo o l'antenna a tromba, che funge da antenna ricevente alla sua alimentazione riceve questo segnale, per convertirlo in segnale elettrico e lo inoltra al circuito del ricevitore.

Il guadagno del paraboloide è una funzione del rapporto di apertura $ D / \ lambda $. L'effettiva potenza irradiata(ERP) di un'antenna è la moltiplicazione della potenza in ingresso fornita all'antenna e il suo guadagno di potenza.

Di solito un'antenna a tromba a guida d'onda viene utilizzata come radiatore di alimentazione per l'antenna riflettore paraboloide. Insieme a questa tecnica, abbiamo i seguenti due tipi di feed forniti all'antenna del riflettore paraboloide.

• Cassegrain Feed
• Feed gregoriano

Cassegrain Feed

In questo tipo, l'alimentazione si trova al vertice del paraboloide, a differenza del riflettore parabolico. Un riflettore di forma convessa, che funge da iperboloide, è posto di fronte all'alimentazione dell'Antenna. È anche conosciuto comesecondary hyperboloid reflectoro sub-riflettore. È posizionato in modo tale che uno dei suoi fuochi coincida con il fuoco del paraboloide. Pertanto, l'onda viene riflessa due volte.

La figura sopra mostra il modello di lavoro del mangime cassegrain.

Feed gregoriano

Il tipo di alimentazione in cui sono presenti una coppia di determinate configurazioni e in cui la larghezza del raggio di alimentazione viene progressivamente aumentata mentre le dimensioni dell'antenna sono mantenute fisse è noto come Gregorian feed. Qui, l'iperboloide a forma convessa di Cassegrain viene sostituito con un riflettore paraboloide di forma concava, che è ovviamente di dimensioni più piccole.

Questi riflettori del tipo di alimentazione gregoriana possono essere utilizzati nei seguenti quattro modi:

• Sistemi gregoriani che utilizzano un riflettore ellissoidale sub-riflettore ai fuochi F1.

• Sistemi gregoriani che utilizzano un riflettore ellissoidale sub-riflettore ai fuochi F2.

• Sistemi Cassegrain che utilizzano sub-riflettore iperboloide (convesso).

• Sistemi Cassegrain che utilizzano un sub-riflettore iperboloide (concavo ma il feed essendo molto vicino ad esso).

Tra i diversi tipi di Antenne a riflettore, i riflettori parabolici semplici ed i riflettori parabolici di alimentazione Cassegrain sono quelli più comunemente usati.

Antenne per lenti

Le antenne con lenti utilizzano la superficie curva sia per la trasmissione che per la ricezione dei segnali. Queste antenne sono costituite da vetro, dove vengono seguite le proprietà convergenti e divergenti della lente. Ilfrequency range di utilizzo di Lens Antenna inizia a 1 GHz ma il suo utilizzo è maggiore a 3 GHz and above.

È necessaria una conoscenza di Lens per comprendere a fondo il funzionamento di Lens Antenna. Ricorda che una normale lente in vetro funziona suprinciple of refraction.

Costruzione e funzionamento dell'antenna dell'obiettivo

Se si presume che una sorgente di luce sia presente in un punto focale di una lente, che si trova a una distanza focale dalla lente, i raggi attraversano la lente come collimati o parallel rays sul fronte delle onde piane.

Ci sono due fenomeni che si verificano quando i raggi cadono da lati diversi di una lente. Sono dati qui -

• I raggi che passano attraverso il centro della lente sono meno rifratti dei raggi che passano attraverso i bordi della lente. Tutti i raggi vengono inviati parallelamente al fronte d'onda piano. Questo fenomeno di Lens è chiamato comeDivergence.

• La stessa procedura viene invertita se un raggio di luce viene inviato dal lato destro al lato sinistro della stessa lente. Quindi il raggio viene rifratto e si incontra in un punto chiamato punto focale, a una distanza focale dalla lente. Questo fenomeno è chiamatoConvergence.

Il diagramma seguente ci aiuterà a capire meglio il fenomeno.

Il ray diagramrappresenta il punto focale e la lunghezza focale dalla sorgente all'obiettivo. I raggi paralleli ottenuti sono anche chiamati raggi collimati.

Nella figura sopra, la sorgente nel punto focale, a una distanza focale dalla lente, è collimata nel fronte d'onda piano. Questo fenomeno può essere invertito, il che significa che la luce, se inviata dal lato sinistro, converge sul lato destro della lente.

È per questo motivo reciprocity, la lente può essere usata come un'antenna, poiché lo stesso fenomeno aiuta a utilizzare la stessa antenna sia per la trasmissione che per la ricezione.

Per ottenere le proprietà di focalizzazione a frequenze più alte, l'indice di rifrazione dovrebbe essere inferiore all'unità. Qualunque sia l'indice di rifrazione, lo scopo di Lens è quello di raddrizzare la forma d'onda. Sulla base di ciò, vengono sviluppati l'E-plane e l'H-plane Lens, che ritardano o accelerano anche il fronte d'onda.