ระบบเรดาร์ - เสาอากาศเรดาร์
ในบทนี้ให้เราเรียนรู้เกี่ยวกับเสาอากาศซึ่งมีประโยชน์ในการสื่อสารด้วยเรดาร์ เราสามารถแบ่งประเภทของเสาอากาศเรดาร์ได้ดังต่อไปนี้two types ขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางกายภาพ
- เสาอากาศสะท้อนแสงพาราโบลา
- เสาอากาศเลนส์
ในส่วนต่อไปเราจะพูดถึงเสาอากาศทั้งสองประเภทโดยละเอียด
เสาอากาศสะท้อนแสงพาราโบลา
Parabolic Reflector Antennas คือเสาอากาศไมโครเวฟ ความรู้เกี่ยวกับตัวสะท้อนแสงพาราโบลาเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจเกี่ยวกับการทำงานของเสาอากาศในเชิงลึก
หลักการทำงาน
Parabola ไม่มีอะไรนอกจาก Locus ของจุดซึ่งเคลื่อนที่ในลักษณะที่ระยะห่างจากจุดคงที่ (เรียกว่าโฟกัส) บวกระยะทางจากเส้นตรง (เรียกว่า directrix) เป็นค่าคงที่
รูปต่อไปนี้แสดงไฟล์ geometry of parabolic reflector. จุด F และ V คือโฟกัส (ให้ฟีด) และจุดยอดตามลำดับ เส้นเชื่อม F และ V เป็นแกนสมมาตร $ P_1Q_1, P_2Q_2 $ และ $ P_3Q_3 $ เป็นรังสีสะท้อน เส้น L แสดงถึงเส้นกำกับที่จุดสะท้อนอยู่ (เพื่อบอกว่ากำลังเรียงกัน)
ดังแสดงในรูประยะห่างระหว่าง F และ L คงที่เมื่อเทียบกับคลื่นที่ถูกโฟกัส คลื่นสะท้อนก่อตัวเป็นรูปคลื่นโคลิเมตด้านหน้าออกจากรูปพาราโบลา อัตราส่วนของความยาวโฟกัสต่อขนาดรูรับแสง (เช่น $ f / D $) เรียกว่า“f over D ratio”. เป็นตัวแปรสำคัญของตัวสะท้อนแสงพาราโบลาและค่าของมันแตกต่างกันไป0.25 to 0.50.
law of reflectionระบุว่ามุมตกกระทบและมุมสะท้อนเท่ากัน กฎนี้เมื่อใช้ร่วมกับพาราโบลาช่วยให้ลำแสงโฟกัส รูปร่างของพาราโบลาเมื่อใช้เพื่อจุดประสงค์ในการสะท้อนของคลื่นแสดงคุณสมบัติบางอย่างของพาราโบลาซึ่งเป็นประโยชน์ในการสร้างเสาอากาศโดยใช้คลื่นที่สะท้อน
คุณสมบัติของพาราโบลา
ต่อไปนี้เป็นคุณสมบัติที่แตกต่างกันของ Parabola -
คลื่นทั้งหมดที่เกิดจากโฟกัสสะท้อนกลับไปที่แกนพาราโบลา ดังนั้นคลื่นทั้งหมดที่มาถึงรูรับแสงจึงอยู่ในเฟส
ในขณะที่คลื่นอยู่ในเฟสลำแสงของรังสีตามแกนพาราโบลาจะแข็งแรงและเข้มข้น
ตามจุดเหล่านี้ตัวสะท้อนพาราโบลาช่วยในการสร้างทิศทางที่สูงด้วยความกว้างของลำแสงที่แคบลง
การก่อสร้างและการทำงานของ Parabolic Reflector
หากใช้เสาอากาศแบบ Parabolic Reflector สำหรับ transmitting a signalสัญญาณจากฟีดจะออกมาจากเสาอากาศแบบไดโพลหรือเสาอากาศแบบฮอร์นเพื่อโฟกัสคลื่นไปที่พาราโบลา หมายความว่าคลื่นจะออกมาจากจุดโฟกัสและกระทบกับตัวสะท้อนพาราโบลา ตอนนี้คลื่นนี้ได้รับการสะท้อนให้เห็นเป็นรูปคลื่นด้านหน้าตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้เพื่อรับการส่ง
ใช้เสาอากาศเดียวกันเป็นไฟล์ receiver. เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระทบรูปร่างของพาราโบลาคลื่นจะสะท้อนไปยังจุดป้อน เสาอากาศไดโพลหรือเสาอากาศฮอร์นซึ่งทำหน้าที่เป็นเสาอากาศรับสัญญาณที่ฟีดรับสัญญาณนี้เพื่อแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าและส่งต่อไปยังวงจรรับ
การได้รับของพาราโบลาเป็นฟังก์ชันของอัตราส่วนรูรับแสง $ D / \ lambda $ พลังการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพ(ERP) ของเสาอากาศคือการคูณของกำลังอินพุตที่ป้อนให้กับเสาอากาศและกำลังไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น
โดยปกติเสาอากาศแตรนำคลื่นจะใช้เป็นตัวป้อนสำหรับเสาอากาศสะท้อนแสงพาราโบลา นอกจากเทคนิคนี้แล้วเรายังมีฟีดสองประเภทต่อไปนี้ที่มอบให้กับเสาอากาศสะท้อนแสงพาราโบลา
- ฟีด Cassegrain
- ฟีดเกรกอเรียน
ฟีด Cassegrain
ในประเภทนี้ฟีดจะอยู่ที่จุดยอดของพาราโบลาซึ่งแตกต่างจากตัวสะท้อนพาราโบลา ตัวสะท้อนรูปทรงนูนซึ่งทำหน้าที่เป็นไฮเปอร์โบลอยด์วางอยู่ตรงข้ามกับฟีดของเสาอากาศ เป็นที่รู้จักกันในชื่อsecondary hyperboloid reflectorหรือตัวสะท้อนแสงย่อย มันถูกวางไว้ในลักษณะที่จุดโฟกัสจุดหนึ่งตรงกับโฟกัสของพาราโบลา ดังนั้นคลื่นจึงสะท้อนสองครั้ง
รูปด้านบนแสดงรูปแบบการทำงานของฟีด cassegrain
ฟีดเกรกอเรียน
ประเภทของฟีดที่มีคู่ของการกำหนดค่าบางอย่างอยู่ที่นั่นและความกว้างของลำแสงฟีดจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในขณะที่ขนาดของเสาอากาศถูกยึดไว้คงที่เรียกว่า Gregorian feed. ที่นี่ไฮเพอร์โบลอยด์รูปนูนของ Cassegrain จะถูกแทนที่ด้วยตัวสะท้อนแสงพาราโบลารูปเว้าซึ่งแน่นอนว่ามีขนาดเล็กกว่า
ตัวสะท้อนแสงประเภทฟีดเกรกอเรียนเหล่านี้สามารถใช้ได้ในสี่วิธีต่อไปนี้ -
ระบบเกรกอเรียนใช้รีเฟลกเตอร์รีเฟลกเตอร์รีเฟลกเตอร์ย่อยที่ foci F1
ระบบเกรกอเรียนใช้รีเฟลกเตอร์รีเฟลกเตอร์รีเฟลกเตอร์ย่อยที่ foci F2
ระบบ Cassegrain โดยใช้ตัวสะท้อนแสงแบบไฮเปอร์โบลอยด์ (นูน)
ระบบ Cassegrain โดยใช้ตัวสะท้อนแสงแบบไฮเปอร์โบลอยด์ (เว้า แต่ฟีดอยู่ใกล้กับมันมาก)
ในบรรดาเสาอากาศสะท้อนแสงประเภทต่างๆตัวสะท้อนแสงพาราโบลาธรรมดาและตัวสะท้อนแสงพาราโบลาฟีด Cassegrain เป็นตัวสะท้อนแสงที่ใช้กันมากที่สุด
เสาอากาศเลนส์
เสาอากาศของเลนส์ใช้พื้นผิวโค้งสำหรับทั้งการส่งและรับสัญญาณ เสาอากาศเหล่านี้ประกอบด้วยแก้วซึ่งจะมีคุณสมบัติในการบรรจบกันและการเบี่ยงเบนของเลนส์ frequency range การใช้งานเสาอากาศเลนส์เริ่มต้นที่ 1 GHz แต่การใช้งานนั้นมากกว่าที่ 3 GHz and above.
จำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับเลนส์เพื่อทำความเข้าใจการทำงานของเสาอากาศเลนส์ในเชิงลึก จำได้ว่าเลนส์แก้วปกติใช้งานได้กับprinciple of refraction.
การก่อสร้างและการทำงานของเสาอากาศเลนส์
หากมีการสันนิษฐานว่าแหล่งกำเนิดแสงอยู่ที่จุดโฟกัสของเลนส์ซึ่งอยู่ที่ระยะโฟกัสจากเลนส์รังสีจะผ่านเลนส์ไปในลักษณะที่มีการรวมกันหรือ parallel rays ที่ด้านหน้าคลื่นระนาบ
มีสองปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อรังสีตกจากด้านต่างๆของเลนส์ พวกเขาได้รับที่นี่ -
รังสีที่ผ่านศูนย์กลางของเลนส์จะหักเหน้อยกว่ารังสีที่ผ่านขอบของเลนส์ รังสีทั้งหมดจะถูกส่งขนานกับคลื่นระนาบด้านหน้า ปรากฏการณ์ของเลนส์นี้เรียกว่าDivergence.
ขั้นตอนเดียวกันนี้จะย้อนกลับหากลำแสงถูกส่งจากด้านขวาไปยังด้านซ้ายของเลนส์เดียวกัน จากนั้นลำแสงจะหักเหและมาบรรจบกันที่จุดที่เรียกว่าจุดโฟกัสที่ระยะโฟกัสจากเลนส์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าConvergence.
แผนภาพต่อไปนี้จะช่วยให้เราเข้าใจปรากฏการณ์ได้ดีขึ้น
ray diagramแทนจุดโฟกัสและความยาวโฟกัสจากแหล่งสัญญาณไปยังเลนส์ รังสีขนานที่ได้รับเรียกอีกอย่างว่ารังสีโคลิเมต
ในรูปด้านบนแหล่งที่มาที่จุดโฟกัสที่ระยะโฟกัสจากเลนส์จะถูกจับคู่กันที่ด้านหน้าของคลื่นระนาบ ปรากฏการณ์นี้สามารถย้อนกลับได้ซึ่งหมายความว่าแสงหากส่งจากด้านซ้ายจะมาบรรจบกันที่ด้านขวาของเลนส์
มันเป็นเพราะเหตุนี้ reciprocityเลนส์สามารถใช้เป็นเสาอากาศได้เนื่องจากปรากฏการณ์เดียวกันนี้ช่วยในการใช้เสาอากาศเดียวกันสำหรับทั้งการส่งและการรับ
เพื่อให้ได้คุณสมบัติการโฟกัสที่ความถี่สูงขึ้นดัชนีการหักเหของแสงควรมีค่าน้อยกว่าเอกภาพ ไม่ว่าดัชนีการหักเหของแสงจะเป็นอย่างไรจุดประสงค์ของเลนส์คือการปรับรูปคลื่นให้ตรง ด้วยเหตุนี้เลนส์ E-plane และ H-plane จึงได้รับการพัฒนาซึ่งทำให้หน้าคลื่นล่าช้าหรือเร็วขึ้นด้วย