В к-рой зеркалом служит вырезка из параболоида вращения или параоолич. цилиндра,
. 2004 .
Смотреть что такое "ПАРАБОЛИЧЕСКАЯ АНТЕННА" в других словарях:
параболическая антенна - Зеркальная антенна, отражающая поверхность которой представляет собой сектор параболоида вращения или параболического цилиндра. Возбуждение антенны осуществляется облучателем, расположенным в фокусе зеркала F1, или на его фокальной оси (рис. Р 3) …
параболическая антенна - parabolinė antena statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. parabolic reflector antenna vok. Parabolspiegelantenne, f rus. параболическая антенна, f pranc. antenne à réflecteur parabolique, f … Radioelektronikos terminų žodynas
Зеркальная антенна (См. Зеркальные антенны), в которой для фокусировки электромагнитной энергии в нужном направлении в качестве отражателя используют металлическую или металлизированную поверхность параболической формы, например… …
антенна типа “сыр” - Сегментно параболическая антенна, состоящая из зеркала в виде параболического цилиндра (полуцилинда) и смещенного относительно оси облучателя. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь справочник. Под… … Справочник технического переводчика
Устройство для излучения и приёма радиоволн. Передающая А. преобразует энергию электромагнитных колебаний высокой частоты, сосредоточенную в выходных колебательных цепях радиопередатчика, в энергию излучаемых радиоволн. Преобразование… … Большая советская энциклопедия
Устройство для излучения и(или) приёма радиоволн. Передающая антенна преобразует электромагнитную энергию, генерируемую радиопередатчиком, в энергию излучаемых радиоволн. Свойство переменного электрического тока, протекающего по проводнику,… … Энциклопедия техники
- (от лат. antenna мачта, рей) устройство для непосредств. излучения и (или) приема радиоволн. А. отличаются диапазоном излучаемых (принимаемых) радиоволн (см. Радиочастоты), перекрытием по частоте (частотно независимые, широкополосные и… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Первая параболическая антенна, разработанная Генрихом Герцем
Параболическая антенна была изобретена немецким физиком Генрихом Герцем в 1887 году. Герц использовал цилиндрические параболические рефлекторы для искрового возбуждения дипольных антенн во время своих экспериментов. Антенна имела размер апертуры в 1,2 метра шириной и использовалась на частоте около 450 МГц. Отражатель был сделан из цинковой листовой стали. С двумя такими антеннами, одна из которой была передающей, а другая - приёмной, Герц успешно продемонстрировал существование электромагнитных волн, которые 22 годами раньше были предсказаны Максвеллом.
Обычно в зеркальных антеннах происходит преобразование более широкой диаграммы направленности облучателя в узкую диаграмму направленности самой антенны .
Кромка зеркала и плоскость Z образуют поверхность, называемую раскрывом зеркала. При этом радиус R называется радиусом раскрыва, а угол 2ψ - углом раскрыва зеркала. От угла раскрыва зависит тип зеркала :
- если ψ < π/2 - зеркало называют мелким или длиннофокусным;
- если ψ > π/2 - глубоким или короткофокусным,
- если ψ = π/2 - средним.
Фокус облучателя антенны может как располагаться в фокусе зеркала F, так и быть смещённым относительно него. Если фокус облучателя расположен в фокусе антенны, то она называется прямофокусной . Прямофокусные антенны существуют различных размеров, в то время как осенесимметричные антенны, облучатель которых находится не в фокусе зеркала, обычно не превышают в диаметре более 1,5 м . Такие антенны часто называют офсетными . Преимущество офсетной антенны - это бо́льший коэффициент усиления антенны, что обусловлено отсутствием затенения раскрыва зеркала облучателем . Рефлектор офсетных антенн представляет собой боковую вырезку из параболоида вращения. Фокус облучателей в таких антеннах расположен в фокальной плоскости рефлектора.
Зеркальная антенна может иметь дополнительное эллиптическое зеркало (двухзеркальная схема Грегори) или дополнительное гиперболическое зеркало (двухзеркальная схема Кассегрена), с фокусами, расположенными в фокальной плоскости зеркальной антенны. При этом облучатель расположен в фокусе дополнительного зеркала.
Зеркальная антенна может иметь одновременно несколько облучателей, расположенных в фокальной плоскости антенны. Каждый облучатель формирует диаграмму направленности, направленную в нужном направлении. Облучатели могут работать в разных диапазонах волн ( , , ) или каждый одновременно в нескольких диапазонах.
Расположение фокуса и фокальной плоскости зеркала антенны не зависит от рабочего диапазона волн.
В зависимости от поставленных задач и облучателя зеркальная антенна формирует одну узконаправленную суммарную, суммарно-разностную диаграмму направленности (для пеленгаторов) или одновременно несколько разнонаправленных диаграмм - при использовании нескольких облучателей.
Типы зеркал
В технике наибольшее распространение нашли следующие типы зеркал:
Особенности конструкции
Зеркало обычно состоит из диэлектрической основы (углепластик - для космических антенн), которую покрывают металлическими листами, проводящей краской, фольгой . При этом листы часто являются перфорированными или представляют собой сетку, что обусловлено стремлением снизить вес конструкции, а также максимально снизить сопротивление ветру и осадкам. Однако такое несплошное зеркало приводит к следующим последствиям: часть энергии проникает сквозь зеркало, что приводит к ослаблению КНД антенны, и усилению излучения позади рефлектора. Эффективность антенны с несплошным зеркалом рассчитывается по формуле T = P p r P p a d {\displaystyle T={\frac {P_{pr}}{P_{pad}}}} , где P p r {\displaystyle P_{pr}} - мощность излучения позади рефлектора, а P p a d {\displaystyle P_{pad}} - мощность излучения рефлектора (падающей волны) . Если T < 0 , 01 {\displaystyle T<0,01} , несплошное зеркало считают хорошим. Данное условие обычно выполняется при диаметре отверстий перфорированного зеркала менее 0 , 2 λ {\displaystyle 0,2\lambda } и суммарной площади отверстий до 0 , 5 − 0 , 6 {\displaystyle 0,5-0,6} от всей площади зеркала . Для сетчатых зеркал диаметр отверстий не должен превышать 0 , 1 λ {\displaystyle 0,1\lambda } .
Облучатель
Диаграмма направленности параболической антенны формируется облучателем . Облучателей в антенне может быть один или несколько, соответственно в антенне формируется одна или несколько диаграмм направленности. Делается это, например, для того, чтобы принимать сигнал одновременно с нескольких космических спутников связи.
Раскрыв облучателей расположен в фокусе параболического рефлектора или в его фокальной плоскости, если используется несколько облучателей в одной антенне. Несколько облучателей формируют в одной антенне несколько диаграмм направленности, это необходимо при наведении одной антенны сразу на несколько спутников связи.
Ширина луча
Параметры параболической антенны. Ширина ДН, уровень боковых лепестков, усиление
Угловая ширина луча антенны и её диаграмма направленности не зависит от того, работает ли антенна на приём или на передачу. Ширина луча определяется по уровню половинной мощности луча, то есть по уровню (-3 дБ) от его максимального значения. Для параболических антенн этот уровень определяется по формуле:
θ = k λ / d {\displaystyle \theta =k\lambda /d\,} ,где K является фактором, который незначительно меняется в зависимости от формы отражателя, а d - диаметр рефлектора в метрах, ширина диаграммы по половинной мощности θ в радианах. Для 2-х метровой спутниковой антенны, работающей C диапазоне (3-4 ГГц на приём и 5-6 ГГц на передачу), эта формула даёт ширину диаграммы направленности около 2,6°.
Усиление антенны определяется по формуле:
G = (π k θ) 2 e A {\displaystyle G=\left({\frac {\pi k}{\theta }}\right)^{2}\ e_{A}}При этом существует обратная зависимость между усилением и шириной луча.
Параболические антенны больших диаметров формируют очень узкие лучи. Наведение таких лучей на спутник связи становится проблемой, так как вместо основного лепестка можно навести антенну на боковой лепесток.
Диаграмма направленности антенны представляет собой узкий главный луч и боковые лепестки. Круговая поляризация в главном луче задаётся в соответствии с задачами, уровень поляризации в разных местах главного луча разный, в первых боковых лепестках поляризация меняется на противоположную, левая - на правую, правая - на левую.
Характеристики зеркальных антенн
Характеристики зеркальной антенны измеряются в дальней зоне.
- В однозеркальной антенне с круговой поляризацией облучатель должен иметь направление вращения поля, противоположное заданному направлению вращения поля антенны.
- Зеркальные антенны с направлением ДН на движущийся объект обычно имеют электропривод для отслеживания углового направления за объектом.
- Измерения ДН больших зеркальных антенн в дальней зоне связано с большими трудностями, связанными со значительными расстояниями от антенн до мест измерения их сигналов. Для измерений ДН используют шумовые сигналы от Солнца, спутников связи, большие коллиматорные антенны.
- Большие зеркальные антенны, расположенные в разных местах планеты Земля, используются в качестве элементов антенных решёток, для исследования дальнего космоса.
Применение
Параболические антенны используются в качестве антенн с большим усилением для следующих видов связи: радиорелейная связь между близлежащими городами, беспроводная связь WAN / LAN линий связи для передачи данных, для спутниковой связи и связи между космическими аппаратами. Они также используются для радиотелескопов.
Параболические антенны также используются в качестве радиолокационных антенн, управляющих кораблями, самолётами и управляемыми ракетами. С появлением домашних спутниковых телевизионных приёмников, параболические антенны стали особенностью ландшафтов современных городов.
Работа спутниковых антенн, в частности тех, которые принимают телевизионный сигнал, основана на оптическом свойстве параболы. Парабола - это геометрическое место точек, равноудаленных от прямой (называемой директрисой) и от не лежащих на директрисе точки (называемой фокусом). Из приведенного определения параболы не сложно получить "школьное": парабола - это график квадратичной функции y=ax^2+bx+c (в частности, y=x^2).
Сформулируем упомянутое оптическое свойство параболы. Если в фокусе параболы поместить точечный источник света (лампочку) и включить его, то лучи, отразившись от параболы, пойдут параллельно оси симметрии параболы, причем передний фронт будет перпендикулярен оси.
Верно и обратное - если на параболу падает поток лучей, параллельных оси симметрии, то, отразившись от параболы, лучи придут в фокус, причём одновременно, если передний фронт потока лучей перпендикулярен оси.
При вращении параболы вокруг её оси симметрии получается параболоид вращения - поверхность второго порядка. При любом сечении параболоида плоскостями, проходящими через ось симметрии, получаются равные параболы с общим фокусом, поэтому параболоид также обладает оптическим свойством. Если поместить излучатель в фокус, то лучи, отразившись от поверхности, пойдут параллельно оси вращения. А если на параболоид падают лучи, параллельные его оси, то после отражения все они собираются в фокусе.
Оптическое свойство - принципиальная основа параболических антенн. Антенны могут вращаться, пример - параболические антенны в аэропортах, по форме являющиеся "ломтиками" огромных параболоидов, они и передают и принимают сигнал. Антенны могут быть неподвижными. К последнему типу относятся бытовые спутниковые телевизионные антенны ("тарелки"): их нацеливают на спутник-ретранслятор, находящийся высоко над Землёй на геостационарной орбите, после чего их положение фиксируется.
Поскольку спутник находится далеко от поверхности, приходящие от него лучи в точке приёма антенной можно считать параллельными. В фокусе спутниковой антенны находится приёмник, от которого сигнал по кабелю отправляется к телевизору.
Эта же идея применяется при создании прожекторов железнодорожных локомотивов, фар автомобилей, её можно использовать даже для приготовления еды в полевых условиях. Оптическое свойство параболы "знает" и мир живой природы. Например, некоторые северные цветы, живущие в условиях короткого лета и недостатка солнечных лучей, раскрывают лепестки в форме параболоида, чтобы "сердцу" цветка было теплее. «Параболическими» являются такие альпийские и арктические цветы, как прострел альпийский, беквичия ледниковая, полярный мак. Благодаря оптическому свойству параболы у таких цветов ускоряется созревание семян. Ещё одно полезное для цветов следствие свойства их параболичности — привлечение насекомых, которые любят «понежиться» в чаше цветка, а это влияет на процесс переноса пыльцы (опыление).
Прием сигналов спутникового телевидения осуществляется специальными приемными устройствами, составной частью которых является антенна. Для профессионального и любительского приемов передач с ИСЗ наиболее популярны параболические антенны, благодаря свойству параболоида вращения отражать падающие на его апертуру параллельные оси лучи в одну точку, называемую фокусом. Апертура - это часть плоскости, ограниченная кромкой параболоида вращения.
Параболоид вращения, который используется в качестве отражателя антенны, образуется вращением плоской параболы вокруг ее оси. Параболой называется геометрическое место точек, равноудаленных от заданной точки (фокуса) и заданной прямой (директрисы) (рис. 6.1). Точка F - фокус и линия АВ - директриса. Точка М с координатами х, у - одна из точек параболы. Расстояние между фокусом и директрисой называется параметром параболы и обозначается буквой р. Тогда координаты фокуса F следующие: (р/2, 0). Начало координат (точка 0) называется вершиной параболы.
По определению параболы отрезки MF и РМ равны. Согласно теореме Пифагора MF^2 =FK^2+ MK^2. В то же время FK = = х - р/2, КМ = у и РМ = х + р/2, тогда (х - р/2)^2 + у^2 = (х + р/2)^2.
Возводя в квадрат выражения в скобках и приводя подобные члены, окончательно получаем каноническое уравнение параболы:
у^2 = 2рх, или у = (2рх)^0.5. (6.1)
По этой классической формуле сделаны миллионы антенн для приема сигналов спутникового телевидения. Чем же заслужила внимание данная антенна?
Параллельные оси параболоида, лучи (радиоволны) от спутника, отраженные от апертуры к фокусу, проходят одинаковое (фокусное расстояние). Условно два луча (1 и 2) падают на площадь раскрыва параболоида в разных точках (рис. 6.2). Однако отраженные сигналы обоих лучей проходят к фокусу F одинаковое расстояние. Это означает, что расстояние A+B=C+D. Таким образом, все лучи, которые излучает передающая антенна спутника и на которую направлено зеркало парабо
лоида, концентрируются синфазно в фокусе F. Этот факт доказывается математически (рис. 6.3).
Выбор параметра параболы определяет глубину параболоида, т. е. расстояние между вершиной и фокусом. При одинаковом диаметре апертуры короткофокусные параболоиды обладают большой глубиной, что делает крайне неудобным установку облучателя в фокусе. Кроме того, в короткофокусных параболоидах расстояние от облучателя до вершины зеркала значительно меньше, чем до его краев, что приводит к неравномерности амплитуд у облучателя для волн, отразившихся от кромки параболоида и от зоны, близкой к вершине.
Длиннофокусные параболоиды имеют меньшую глубину, установка облучателя является более удобной и амплитудное распределение становится более равномерным. Так, при диаметре апертуры 1,2 м и параметре 200 мм глубина параболоида равна 900 мм, а при параметре 750 мм - всего 240 мм. Если параметр превышает радиус апертуры, фокус, в котором должен находиться облучатель, располагается вне объема, ограниченного параболоидом и апертурой. Оптимальным считается вариант, когда параметр несколько больше, чем радиус апертуры.
Спутниковая антенна - единственный усиливающий элемент приемной системы, который не вносит собственных шумов и не ухудшает сигнал, а следовательно, и изображение. Антенны с зеркалом в виде параболоида вращения делятся на два основных класса: симметричный параболический рефлектор и асимметричный (рис. 6.4, 6.5). Первый тип антенн принято называть прямофокусными, второй - офсетными.
Офсетная антенна является как бы вырезанным сегментом параболы. Фокус такого сегмента расположен ниже геометрического центра антенны. Это устраняет затенение полезной площади антенны облучателем и его опорами, что повышает ее коэффициент полезного использования при одинаковой площади зеркала с осесимметричной антенной. К тому же, облучатель установлен ниже центра тяжести антенны, тем самым увеличивая ее устойчивость при ветровых
Именно такая конструкция антенны наиболее распространенна в индивидуальном приеме спутникового телевидения, хотя в настоящее время используются и другие принципы построения наземных спутниковых антенн.
Офсетные антенны целесообразно использовать, если для устойчивого приема программ выбранного спутника необходим размер антенны до 1,5 м, так как с увеличением общей площади антенны эффект затенения зеркала становится менее значительным.
Офсетная антенна крепится почти вертикально. В зависимости от географической широты угол ее наклона немного
меняется. Такое положение исключает собирание в чаше антенны атмосферных осадков, которые сильно влияют на качество приема.
Принцип работы (фокусировки) прямофокусной (осесимметричной) и офсетной (асимметричной) антенн показан на рис. 6.6.
Для антенн особое значение имеют характеристики направленности. Благодаря возможности использовать антенны с высокой пространственной избирательностью осуществляется прием спутникового телевидения. Важнейшими характеристиками антенн являются коэффициент усиления и диаграмма направленности.
Коэффициент усиления параболической антенны зависит от диаметра параболоида: чем больше диаметр зеркала, тем выше коэффициент усиления.
Зависимость коэффициента усиления параболической антенны от диаметра приведена ниже.
Роль коэффициента усиления параболической антенны можно проанализировать с помощью электрической лампочки (рис. 6.7, а). Свет равномерно рассеивается в окружающее пространство, и глаз наблюдателя ощущает определенный уровень освещенности, соответствующий мощности электролампочки.
Однако если источник света поместить в фокус параболоида с коэффициентом усиления 300 раз (рис. 6.7, б), его лучи после отражения поверхностью параболоида окажутся параллельны его оси, а сила цвета будет эквивалентна источнику мощностью 13 500 Вт. Такую освещенность глаз наблюдателя воспринять не может. На этом свойстве, в частности, основан принцип работы прожектора.
Таким образом, антенный параболоид, строго говоря, не является антенной в ее понимании преобразования напряженности электромагнитного поля в напряжение сигнала. Параболоид - это лишь отражатель радиоволн, концентрирующий их в фокусе, куда и должна быть помешена активная антенна (облучатель).
Диаграмма направленности антенны (рис. 6.8) характеризует зависимость амплитуды напряженности электрического поля Е, создаваемого в некоторой точке, от направления на эту точку. При этом расстояние от антенны до данной точки остается постоянным.
Увеличение коэффициента усиления антенны влечет за собой сужение главного лепестка диаграммы направленности, а сужение его до величины менее 1° приводит к необходимости снабжать антенну системой слежения, так как геостационарные спутники совершают колебания вокруг своего стационарного положения на орбите. Увеличение ширины диаграммы направленности приводит к снижению коэффициента усиления, а значит, и к уменьшению мощности сигнала на входе приемника. Исходя из этого, оптимальной шириной главного лепестка диаграммы направленности яв-
ляется ширина в 1...2° при условии, что передающая антенна спутника удерживается на орбите с точностью ±0,1°.
Наличие боковых лепестков в диаграмме направленности также снижает коэффициент усиления антенны и повышает возможность приема помех. Во многом ширина и конфигурация диаграммы направленности зависят от формы и диаметра зеркала принимающей антенны.
Самой важной характеристикой параболической антенны является точность формы. Она должна с минимальными ошибками повторять форму параболоида вращения. Точность соблюдения формы определяет коэффициент усиления антенны и ее диаграмму направленности.
Изготовить антенну с поверхностью идеального параболоида практически невозможно. Любое отклонение от реальной формы параболического зеркала от идеальной влияет на характеристики антенны. Возникают фазовые ошибки, которые ухудшают качество принимаемого изображения, снижается коэффициент усиления антенны. Искажение формы происходит и в процессе эксплуатации антенн: под воздействием ветра и атмосферных осадков; силы тяжести; как следствие неравномерного прогрева поверхности солнечными лучами. С учетом этих факторов определяется допустимое суммарное отклонение профиля антенны.
Качество материала также влияет на характеристики антенны. Для изготовления спутниковых антенн в основном используют сталь и дюралюминий.
Стальные антенны дешевле алюминиевых, но тяжелее и больше подвержены коррозии, поэтому для них особенно важна антикоррозийная обработка. Дело в том, что в отражении электромагнитного сигнала от поверхности участвует очень тонкий приповерхностный слой металла. В случае повреждения его ржавчиной значительно снижается эффективность антенны. Стальную антенну лучше сначала покрыть тонким защитным слоем какого-нибудь цветного металла (например, цинка), а затем покрасить.
С алюминиевыми антеннами этих проблем не возникает. Однако они несколько дороже. Промышленность выпускает и пластиковые антенны. Их зеркала с тонким металлическим покрытием подвержены искажениям формы за счет различных внешних воздействий: температуры, ветровых нагрузок и ряда других факторов. Существуют сетчатые антенны, устойчивые к ветровым нагрузкам. Они имеют хорошие весовые характеристики, но плохо зарекомендовали себя при приеме сигналов Ки-диапазона. Такие антенны целесообразно использовать для приема сигналов С-диапазона.
Параболическая антенна на первый взгляд кажется грубым куском металла, но тем не менее она требует аккуратного обращения при хранении, транспортировке и монтаже. Любые искажения формы антенны приводят к резкому снижению ее эффективности и ухудшению качества изображения на экране телевизора. При покупке антенны необходимо обратить внимание на наличие искажений рабочей поверхности антенны. Иногда бывает, что при нанесении антикоррозийных и декоративных покрытий на зеркало антенны ее «ведет» и она приобретает форму пропеллера. Проверить это можно, положив антенну на ровный пол: края антенны везде должны касаться поверхности.
ПРИЛОЖЕНИЕ 10.
ПАРАБОЛИЧЕСКАЯ ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА
Параболические зеркальные антенны состоят из двух частей: зеркала и облучателя.
Облучатель излучает электромагнитную волну в сторону зеркала. Фронт волны в пространстве формируется в результате отражения электромагнитной волны от поверхности зеркала (рефлектора).
Зеркальные антенны широко применяются, начиная с дециметрового диапазона длин волн. Их используют в различных радиотехнических системах : радиолокаторах, радиорелейных линиях, радиоастрономии и т. д.
Исходными данными для расчета зеркальной антенны являются: длина волны https://pandia.ru/text/78/045/images/image002_222.gif" width="41" height="28 src=">.gif" alt="Подпись:
Рис. П10.2
" align="left" width="253" height="220">
.gif" width="87" height="25">.
При заданном коэффициенте усиления антенны радиус зеркала может быть определен из выражения
, (П10.1)
где RO радиус раскрыва зеркала; ν - коэффициент использования поверхности зеркала (КИП), - КПД антенны.
На рис. 10.2 приведена зависимость от угла . В реальных параболических антеннах эффективность антенны (произведение ) лежит в пределах от 0,45 до 0,6..gif" width="145" height="24 src=">. (П10.2)
В том случае, если задана ширина диаграммы направленности антенны, то для выбора размеров зеркала можно воспользоваться данными табл. П10.1.
Данные для выбора размеров зеркала антенны Таблица П10.1
Подавление уровня боковых лепестков |
||||
Н-плоскость | Е-плоскость |
|||
2. Рассчитываются параметры заданного типа облучателя.
Необходимо проектировать облучатель так, чтобы он имел однонаправленное излучение. Диаграмма направленности должна обладать осевой симметрией с минимальным уровнем боковых лепестков.
Фазовый центр облучателя находится в фокусе зеркала. Облучатель в минимальной степени должен затенять зеркало.
Вибраторный облучатель
Облучатель в виде симметричного вибратора с контррефлектором находит применение в дециметровом и длинноволновой части сантиметрового диапазона волн (https://pandia.ru/text/78/045/images/image019_43.gif" alt="Подпись:" align="left" width="278 height=247" height="247">ство щелевого типа.
Диаграмма направленности полуволнового вибратора с контррефлектором в плоскости, перпендикулярной оси вибратора (в плоскости Н), рассчитывается по формуле
где d - расстояние от вибратора до контррефлектора,
Расстояние от вибратора до контррефлектора, равное , необходимо для того, чтобы отраженное от контррефлектора поле было синфазно с полем, которое излучается вибратором в сторону зеркала.
Диаграмма направленности полуволнового вибратора с контррефлектором в плоскости, проходящей через ось вибратора (и ось зеркала), описывается выражением
https://pandia.ru/text/78/045/images/image024_35.gif" width="107" height="41">; 
, где - длина одного плеча вибратора, а h
- расстояние между вибратором и его зеркальным изображением.
, Ом, https://pandia.ru/text/78/045/images/image029_27.gif" width="65" height="23">, Ом, а , Ом
Для согласования облучателя с питающим фидером необходимо, чтобы входное сопротивление вибратора было чисто активным и равным волновому сопротивлению питающего фидера.
Реактивная составляющая входного сопротивления может быть скомпенсирована или реактивным шлейфом, или некоторым укорочением плеч вибратора. Так как в данном случае фидер коаксиальный, то его волновое сопротивление равно
https://pandia.ru/text/78/045/images/image032_27.gif" width="23" height="18">- внутренний диаметр внешнего проводника; d - внешний диаметр внутреннего проводника; - относительная диэлектрическая проницаемость материала, заполняющего коаксиальный фидер.
Обычно задаются диаметром плеч вибратора 2…4 мм и равного им диаметра d и определяют по формуле (П10.6) величину D . После выбора размеров коаксиальной линии ее надо проверить на условие пробоя
КВ/см, (П10.7)
здесь P - проходящая по линии мощность в кВт; d – в см.; W – в Ом; КСВ следует принять равным 1,2... 1,4.
Если условие (П10.7) не выполняется, то необходимо увеличить внутренний диаметр коаксиальной линии и диаметр плеч вибратора с тем, чтобы снизить концентрацию электрического поля около поверхности малого радиуса кривизны.
Коаксиальная линия заканчивается высокочастотным разъемом для подключения кабеля со стандартным волновым сопротивлением (= 50, 75 Ом). Если коаксиальная линия имеет ,то следует применить четвертьволновый согласующий трансформатор с волновым сопротивлением , который обычно конструктивно выполняется в участке коаксиальной линии.
Двухщелевой облучатель
Облучатель такого типа обычно используется на длинах волн короче 5...6 см. Он выполняется на основе Е - плоскостного волноводного Т – разветвителя. Разветвление при этом осуществляется в плоскости расположения вектора Е волны Н10 (рис. П10.4).
Разработка облучателя начинается с выбора стандартного волновода по заданному рабочему диапазону волн. Длина щели выбирается равной (0,47...0,48). Расстояние d 1 от щелей до стенок должно быть равным . Расстояние между щелями d 2 выбирается как в обычных антенных решетках, чаше всего или . Ширина щели выбирается из условия отсутствия электрического пробоя при заданной величине мощности излучения
, (П10.8)
где ЕПРОБ – пробивное значение напряженности поля в материале щели. Для воздуха ЕПРОБ = 3 106 В/м. Максимальное напряжение на щели равно
. (П10.9)
https://pandia.ru/text/78/045/images/image043_17.gif" width="128" height="25">,
где https://pandia.ru/text/78/045/images/image045_17.gif" width="108" height="27">,В
Диаграммы направленности двухщелевого облучателя рассчитываются по формулам:
, в плоскости Е,
(П10.11)
, в плоскости Н.
(П10.12)
Углы q и j отсчитываются от нормали к плоскости расположения щелей..gif" width="83" height="21 src=">.
Рупорный облучатель
Рупорные облучатели используются, в основном, в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн https://pandia.ru/text/78/045/images/image051_15.gif" width="37" height="21">и равным 0,3 при q (j ) = 50°…70о, находят размеры раскрыва рупора .
Характеристика направленности рупора в плоскости Е может быть оценена по упрощенной формуле
https://pandia.ru/text/78/045/images/image055_13.gif" width="323" height="41 src=">, (П10.14)
где углы https://pandia.ru/text/78/045/images/image057_11.gif" width="20" height="18">отсчитываются от нормали к плоскости раскрыва рупора.
Уравнения (П10.13) и (П10.14) являются относительно размеров раскрыва рупора трансцендентными и решаются методом подбора.
Длину рупора обычно берут равной R = (1,2 … 1,3) аР , при которой фронт волны сферический.
3. Рассчитывается диаграмма направленности антенны.
Характеристику направленности антенны можно вычислить по приближенной формуле
https://pandia.ru/text/78/045/images/image059_11.gif" width="55" height="24">– функция Бесселя первого рода первого порядка.
Более точно диаграмма направленности зеркальной антенны рассчитывается через амплитудное распределение поля вдоль раскрыва. Для этого в фокусе зеркала строится в полярной системе координат диаграмма направленности облучателя, а по ней амплитудное распределение поля вдоль зеркала (см. рис. П10.5).
https://pandia.ru/text/78/045/images/image061_12.gif" width="27" height="18">= 0; 0,5; 1,0, которые называют узлами интерполяции.
Аппроксимирующая функция представляется полиномом вида
https://pandia.ru/text/78/045/images/image063_11.gif" width="57" height="22">и действительная функция порядка.
Лямбда - функция может быть выражена через функцию Бесселя первого рода того же порядка
.
Значения лямбда - функции табулированы, их значения даны в Приложении 20.
Первый множитель в выражении (П10.20), зависящий от угла , имеет вид и представляет собой поле излучения элементарной площадки – элемента Гюйгенса. Второй множитель, определяемый суммой, является множителем решетки, который характеризует направленные свойства системы излучателей. Влиянием первого множителя при изменении угла можно пренебречь, так как диаграмма направленности элемента Гюйгенса много шире, чем диаграмма направленности зеркальной антенны. Тогда нормированная диаграмма направленности антенны определяется выражением
https://pandia.ru/text/78/045/images/image081_7.gif" width="267" height="45 src=">. (П10.22)
В общем случае диаграммы направленности следует рассчитать для двух плоскостей: Е и Н . Однако, если диаграмма направленности облучателя в плоскостях Е и Н примерно одинаковы, то можно полагать, что формула (П10.22) описывает направленные свойства зеркальной антенны в обеих плоскостях..gif" width="93" height="44 src=">, (П10.23)
где D ОБЛ - коэффициент направленного действия облучателя (обычно 3…6);
f - фокусное расстояние.
5. Вычисляется КПД антенно-фидерного тракта.
6. Выполняется конструктивный расчет антенны и делается её эскиз.
