Теория антенн - параболический отражатель

Parabolic Reflectorsантенны СВЧ. Для лучшего понимания этих антенн необходимо обсудить концепцию параболического отражателя.

Диапазон частот

Частотный диапазон, используемый для применения антенн с параболическим отражателем, составляет above 1MHz. Эти антенны широко используются для радио и беспроводных приложений.

Принцип действия

Стандартное определение параболы - это геометрическое место точки, которая движется таким образом, что расстояние до нее от фиксированной точки (называемой focus) плюс расстояние от прямой (называемой directrix) постоянна.

На следующем рисунке показана геометрия параболического отражателя. СмыслF является фокусом (подача дана) и Vэто вершина. Линия, соединяющая F и V, является осью симметрии. PQ - отраженные лучи, гдеLпредставляет собой направляющую линии, на которой лежат отраженные точки (чтобы сказать, что они коллинеарны). Следовательно, согласно приведенному выше определению, расстояние между F и L остается постоянным по отношению к фокусируемым волнам.

Отраженная волна образует коллимированный волновой фронт параболической формы. Отношение фокусного расстояния к размеру диафрагмы (т. Е. F / D), известное как“f over D ratio”является важным параметром параболического отражателя. Его значение варьируется от0.25 to 0.50.

Закон отражения гласит, что угол падения и угол отражения равны. Этот закон, когда он используется вместе с параболой, помогает лучу фокусироваться. Форма

парабола, когда используется для отражения волн, проявляет некоторые свойства параболы, которые полезны для построения антенны, использующей отраженные волны.

Свойства параболы

  • Все волны, исходящие из фокуса, отражаются обратно к параболической оси. Следовательно, все волны, достигающие апертуры, находятся в фазе.

  • Поскольку волны синфазны, луч излучения вдоль параболической оси будет сильным и сосредоточенным.

Следуя этим пунктам, параболические отражатели помогают обеспечить высокую направленность при меньшей ширине луча.

Конструкция и работа параболического отражателя

Если антенна параболического отражателя используется для передачи сигнала, сигнала от корма, выходит из диполя или рупорной антенны, чтобы сфокусировать волну на параболу. Это означает, что волны выходят из фокальной точки и ударяются о параболоидальный отражатель. Эта волна теперь отражается какcollimated wave front, как обсуждалось ранее, для передачи.

Эта же антенна используется как приемник. Когда электромагнитная волна попадает в форму параболы, волна отражается на точку питания. Диполь или рупорная антенна, которая действует как приемная антенна в своем питании, принимает этот сигнал, чтобы преобразовать его в электрический сигнал и направить его в схему приемника.

На следующем изображении показана антенна с параболическим отражателем.

Коэффициент усиления параболоида зависит от светосилы. (D/λ). Эффективная излучаемая мощность(ERP) антенны - это произведение входной мощности, подаваемой на антенну, и ее усиления по мощности.

Обычно волноводная рупорная антенна используется в качестве излучателя для параболоидной рефлекторной антенны. Наряду с этой техникой у нас есть еще один тип питания, подаваемый на параболоидную рефлекторную антенну, который называется питанием Кассегрена.

Кассегреновый корм

Кассетное зерно - это еще один тип питания рефлекторной антенны. В этом типе корма расположена в вершине параболоида, в отличие от параболического отражателя. Отражатель выпуклой формы, который действует как гиперболоид, расположен напротив источника питания антенны. Он также известен какsecondary hyperboloid reflector или sub-reflector. Он расположен так, чтобы один из его фокусов совпадал с фокусом параболоида. Таким образом, волна отражается дважды.

На приведенном выше рисунке показана рабочая модель подачи кассегрена.

Работа антенны Кассегрена

Когда антенна действует как передающая антенна, энергия от источника излучается через рупорную антенну на гиперболоидный вогнутый отражатель, который снова отражается обратно на параболический отражатель. Оттуда сигнал отражается в пространство. Следовательно, контролируются потери мощности и улучшается направленность.

Когда та же антенна используется для приема, электромагнитные волны падают на отражатель, отражаются на вогнутый гиперболоид, а оттуда достигают источника. Там присутствует волноводная рупорная антенна, принимающая этот сигнал и отправляемая в схему приемника для усиления.

Взгляните на следующее изображение. На нем изображен параболоидный отражатель с подачей из кассегрена.

Преимущества

Ниже приведены преимущества параболической рефлекторной антенны:

  • Уменьшение малых долей

  • Снижены потери мощности

  • Достигнуто эквивалентное фокусное расстояние

  • Корм можно разместить в любом месте, в зависимости от нашего удобства.

  • Регулировка луча (сужение или расширение) осуществляется регулировкой отражающих поверхностей.

Недостаток

Недостатком параболической рефлекторной антенны является следующее:

  • Часть мощности, которая отражается от параболического отражателя, блокируется. Это становится проблемой с параболоидом малых размеров.

Приложения

Ниже приведены области применения параболической рефлекторной антенны.

  • Параболический рефлектор с кассегреновым питанием в основном используется в спутниковой связи.

  • Также используется в системах беспроводной связи.

Давайте посмотрим на другой тип корма, называемый григорианским питанием для параболических отражателей.

Григорианский корм

Это еще один вид используемого корма. Есть пара определенных конфигураций, в которых ширина луча питания постепенно увеличивается, а размеры антенны остаются неизменными. Такой вид корма известен как григорианский корм. Здесь выпуклый гиперболоид кассегрена заменен на параболоидный отражатель вогнутой формы, который, конечно, меньше по размеру.

Эти Gregorian feed Типовые отражатели можно использовать четырьмя способами -

  • Григорианские системы с использованием рефлектора эллипсоидального субрефлектора в фокусах F1.

  • Григорианские системы с использованием отражателя эллипсоидального субрефлектора в фокусах F2.

  • Системы Кассегрена с гиперболоидным субрефлектором (выпуклым).

  • Системы Кассегрена с использованием гиперболоидного субрефлектора (вогнутый, но подача находится очень близко к нему).

Все это просто необходимо упомянуть, потому что они не популярны и не используются широко. У них есть свои ограничения.

На рисунке наглядно представлена ​​схема работы всех типов отражателей. Существуют и другие типы параболоидных отражателей, такие как -

  • Вырезать параболоид
  • Параболический цилиндр
  • Таблетка параболоид

Однако все они редко используются из-за ограничений и неудобств, которые они имеют в условиях их работы.

Следовательно, из всех типов рефлекторных антенн наиболее часто используются простые параболические рефлекторы и параболические рефлекторы с питанием кассегрена.