Зеркальные антенны

Зеркальными называются антенны,формирующие ДН путем отражения ЭМВ, падаючи на зеркало определенным профилем:параболоид, параболический цилиндр,сфера, бывает кругопараболическая,специального профиля, двух зеркальная.

Источником Эмв служит какая либо слабонаправленная антенна-облучатель

По направленности, коефициенту эффективности,простоте конструкции зеркальные антенны являются лучшим типом высоконаправленных антенн Свч

Они широко используются в качестве антенн радиополосных станций, радиорелейных антенн, антенн бортовой радиостанции.

Зеркальные антенны классифицируются:

- по количеству зеркал (одно и многозеркальные)

-по форме профиля зеркала (параболические,сферические, плоские, и специального профиля)

В зависимости от формы раскрыва и профиля зеркала могут используваться для формирования веерхных Дн

Принцип действия параболической зеркальной антенны основан на известном из оптики свойства преобразования сферического или цилиндрического фронта падаюшей волны в плоский

При этом создается синфазное поле на большом излучаемом раскрыве и достигается высокая направленность антенны.

Профиль зеркала рассчитывается таким образом,чтобы получить требоваемое фаз. распред. на раскрыве

Введя 2 системы координат, прямоугольную и полярную запишем уравнение параболы:

Х²=4fz=2pz

R=2f\1+cos Θ

P=2f

X=rsin Θ=fsec² (Θ\2)=2ftg (Θ\2)

Т.0 называется вершиной параболоида

f-фокусное расстояние

Прямая, которая проходит через вершину и фокус зеркала называется фокальной (оптической) осью.

Угол 2 Θ ₀ под которым из фокуса f видно края параболоида называется углом раскрыва зеркала.

Поверхность ограниченная краем параболоида и плоскости Z=Z₀ называется раскрывом апертурой)зеркала.

AB=d=2a называется диаметром раскрыва.

Расстояние Z₀ от вершины зеркала до раскрыв называется глубиной зеркала.

Если Z₀< f, то параболоид называется длиннофокусный

Если Z₀>f - глубокий или короткофокусный

Связь между глубиной зеркала,диаметром раскрыва и фекальной плоскостью Ж

F=d²\z₀

Z₀f=d²

Расчет поля излучения зеркальных антенн путем строгого решения уравнений Максвела в настоящее время отсутствует.

В практике применяют приближенное решение этой задачи, используют метод поверхностных токов,метод поля на раскрыве (апертурный метод).

В общем случае ХН излучения может быть аппроксимирована выражением:

F_обл(Θ)=соsⁿ Θ,

где Θ – полярный угол

n>=1 – показатель степени.

Для полноволнового вибратора с контррефлектором в виде диска n=2

Для рупорного n>=3

Опт. фокусное расстояние обеспечивается при данном диаметре раскрыва и данной ДН облучателя.

Наибольшее значение КНД антенны определяется диаметром раскрыва рефлектора и ДН облучателя.

M f/d

1 0.35-0.4

2 0.4-0.5

3 0.5- 0.625

Диаметр раскрыва антенны и угол 0₀ (Тетта ₀) связаны соотношением:

D=4ftg(Θ ₀\2)

Параболические антенны с ассиметрическим зеркалом при оптически фокусном расстоянии характеризируется следующими параметрами:

-ширина луча по половине мощности

2 Θ _0.5^H=1.2 l\d

2 Θ _0.5^E=1.3l\d

- Кнд

D=(Пd\l)²К_{ип рез} =5.5 (d\l)²

К_{ип рез} є [0.5-0.7]

К_{ип рез –} результирующий

-коефициент бегущей волны в фидере облучателя

К_б.в= (1-l D_обл./4Пf) / (1+l D_обл./4Пf)

Для устранения реакции зеркала на облучатель используется два способа:

1. Применением плоского, компенсационного зеркала, которое устанавливают в вершине параболоида.

2. Использованием усечённого параболоида с облучателем, вынесенного из поля действия отраженных от зеркала волн. (офсетная антенна)

Часто используют зеркало в форме параболоида цилиндра.

Параболоид цилиндра возбуждается линейным облучателем, расположенным вдоль фокальной оси цилиндра и преобразующий цилиндрический фронт волны в плоский.

Ширина луча по уровню половины мощности:

Для уменьшения осевого разреза, увеличивают К_ип КНД, а так же для снижения шумовой температуры зеркальной параболической антенны, к оси зеркала добавляют вспомогательный в виде гиперболоида вращения, один из фокусов которого совмещен с фокусом основного зеркала, а в фокусе 2-го помещен облучатель (антенна Кассегрена)

Коэффициент прохождения ЭМЭ через перфорированную поверхность высчитывается по формуле

- где 2r – диаметр отверстия,

S₀ – общая площадь всех отверстий,

S – площадь отраженной поверхности.