Радиолокационные системы - Радиолокационные антенны

В этой главе давайте узнаем об антеннах, которые используются при радиолокационной связи. Мы можем классифицировать антенны радара на следующиеtwo types на основе физической структуры.

• Параболические рефлекторные антенны
• Объективные антенны

В наших последующих разделах мы подробно обсудим два типа антенн.

Параболические рефлекторные антенны

Параболические рефлекторные антенны - это микроволновые антенны. Знание параболического отражателя необходимо для глубокого понимания работы антенн.

Принцип действия

Parabola представляет собой не что иное, как геометрическое место точек, которые перемещаются таким образом, что расстояние до фиксированной точки (называемое фокусом) плюс расстояние от прямой линии (называемое директрисой) постоянно.

На следующем рисунке показан geometry of parabolic reflector. Точки F и V являются фокусом (подача дана) и вершиной соответственно. Линия, соединяющая F и V, является осью симметрии. $ P_1Q_1, P_2Q_2 $ и $ P_3Q_3 $ - отраженные лучи. Линия L представляет собой директрису, на которой лежат отраженные точки (чтобы сказать, что они коллинеарны).

Как показано на рисунке, 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 апертуры (т.е. $ f / D $) известно как“f over D ratio”. Это важный параметр параболического отражателя и его значение варьируется от0.25 to 0.50.

В law of reflectionутверждает, что угол падения и угол отражения равны. При использовании этого закона вместе с параболой луч фокусируется. Форма параболы, когда она используется для отражения волн, демонстрирует некоторые свойства параболы, которые полезны для построения антенны, использующей отраженные волны.

Свойства параболы

Ниже приведены различные свойства Параболы -

• Все волны, исходящие от 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 параболическая рефлекторная антенна используется для transmitting a signal, Сигнал из канала выходит из дипольной антенны или рупорной антенны, чтобы сфокусировать волну на параболу. Это означает, что волны выходят из фокальной точки и ударяются о параболоидный отражатель. Эта волна теперь отражается как коллимированный волновой фронт, как обсуждалось ранее, чтобы пройти.

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

Коэффициент усиления параболоида является функцией светосилы $ D / \ lambda $. Эффективная излучаемая мощность(ERP) Антенны - это произведение входной мощности, подаваемой на антенну, и ее усиления.

Обычно волноводная рупорная антенна используется в качестве излучателя для параболоидной рефлекторной антенны. Наряду с этим методом на параболоидную отражательную антенну подаются следующие два типа сигналов.

• Кассегреновый корм
• Григорианский корм

Кассегреновый корм

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 reflectorили вспомогательный отражатель. Он размещен таким образом, чтобы один из его фокусов совпадал с фокусом параболоида. Таким образом, волна отражается дважды.

На приведенном выше рисунке показана рабочая модель подачи кассегрена.

Григорианский корм

Тип питания, при котором имеется пара определенных конфигураций и ширина луча питания постепенно увеличивается, а размеры антенны остаются неизменными, известен как Gregorian feed. Здесь выпуклый гиперболоид Кассегрена заменен параболоидным отражателем вогнутой формы, который, конечно, меньше по размеру.

Эти отражатели григорианского типа с питанием можно использовать следующими 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 вспомогательного рефлектора (вогнутый, но подача находится очень близко к нему).

Среди различных типов рефлекторных антенн наиболее часто используются простые параболические рефлекторы и параболические рефлекторы с питанием Кассегрена.

Объективные антенны

Линзовые антенны имеют изогнутую поверхность как для передачи, так и для приема сигналов. Эти антенны изготовлены из стекла, в котором учитываются свойства линзы сходящейся и расходящейся. Вfrequency range использования Lens Antenna начинается в 1 GHz но его использование больше в 3 GHz and above.

Для глубокого понимания работы линзовой антенны требуется знание объектива. Напомним, что обычный стеклянный объектив работает наprinciple of refraction.

Конструкция и работа линзовой антенны

Если предполагается, что источник света присутствует в фокусной точке линзы, которая находится на фокусном расстоянии от линзы, то лучи проходят через линзу как коллимированные или коллимированные. parallel rays на фронте плоской волны.

Когда лучи падают с разных сторон линзы, происходят два явления. Они приведены здесь -

• Лучи, проходящие через центр линзы, меньше преломляются, чем лучи, проходящие через края линзы. Все лучи направляются параллельно фронту плоской волны. Это явление линзы называетсяDivergence.

• Та же процедура меняется на противоположную, если луч света направляется с правой стороны на левую сторону той же линзы. Затем луч преломляется и встречается в точке, называемой фокусной точкой, на фокусном расстоянии от линзы. Это явление называетсяConvergence.

Следующая диаграмма поможет нам лучше понять это явление.

В ray diagramпредставляет собой точку фокусировки и фокусное расстояние от источника до объектива. Полученные параллельные лучи также называются коллимированными лучами.

На приведенном выше рисунке источник в фокусной точке на фокусном расстоянии от линзы коллимирован во фронте плоской волны. Это явление можно обратить вспять, что означает, что свет, направленный с левой стороны, сходится с правой стороны линзы.

Это из-за этого reciprocity, объектив можно использовать как антенну, поскольку одно и то же явление помогает использовать одну и ту же антенну как для передачи, так и для приема.

Для достижения фокусирующих свойств на более высоких частотах показатель преломления должен быть меньше единицы. Каким бы ни был показатель преломления, цель линзы - выпрямить форму волны. На основе этого были разработаны линзы в плоскости E и H, которые также задерживают или ускоряют волновой фронт.