Spejl antenne

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 10. september 2017; checks kræver 22 redigeringer .

Spejlantenne  - en antenne , hvor det elektromagnetiske felt i åbningen dannes på grund af refleksionen af ​​en elektromagnetisk bølge fra metaloverfladen af ​​et specielt spejl ( reflektor ). Kilden til bølgen er normalt en lille emitter placeret ved spejlets fokus . I sin rolle kan være enhver anden antenne med et fasecenter, der udsender en sfærisk bølge. Hovedformålet med reflektorantenner er at transformere en sfærisk eller cylindrisk bølgefront til en flad front [1] .

Historie

Den parabolske antenne blev opfundet af den tyske fysiker Heinrich Hertz i 1887. Hertz brugte cylindriske parabolske reflektorer til at tænde dipolantenner under sine eksperimenter. Antennen havde en blændestørrelse på 1,2 meter bred og blev brugt ved en frekvens på omkring 450 MHz . Reflektoren var lavet af zinkpladestål. Med to sådanne antenner, en sender og en modtager, demonstrerede Hertz med succes eksistensen af ​​elektromagnetiske bølger, som Maxwell havde forudsagt 22 år tidligere.

Den italienske opfinder Guglielmo Marconi brugte en parabolsk reflektor i 1930'erne i eksperimenter til at sende signaler til en båd i Middelhavet . I 1931 blev radiorelætelefonkommunikation etableret ved en frekvens på 1,7 GHz over den engelske kanal ved hjælp af en reflektorantenne. Den første store parabolantenne med en reflektordiameter på 9 m blev bygget i 1937 af radioastronomen Grote Reber i hans baghave. Med dens hjælp udforskede han stjernehimlen.

Udviklingen af ​​radar under Anden Verdenskrig satte skub i udviklingen af ​​nye former for parabolantenner, der blev skabt antenner med sektorbestemte strålingsmønstre. Efter krigen blev der skabt parabolantenner med spejldiametre på 60 meter (Bear Lakes i USSR ), et 100 meter radioteleskop i Green Bank, West Virginia og andre.

I 1960'erne begyndte reflektorantenner at blive brugt i vid udstrækning til jordbaserede radiorelækommunikationsnetværk. Den første parabolantenne, der blev brugt til satellitkommunikation, blev bygget i 1962 ved Gunhilly i Cornwall, England , til at fungere med Telstar-kommunikationssatellitten. Cassegrain-antennen blev udviklet i Japan i 1963 af NTT, KDDI og Mitsubishi Electric . Fremkomsten af ​​computere i 1980'erne, der var i stand til at udføre komplekse beregninger af strålingsmønstrene fra parabolantenner, førte til udviklingen af ​​komplekse asymmetriske antenner og multispejlantenner.

Generel information

Spejlantenner er en af ​​de mest almindelige smalt rettede antenner i VHF- området [1] .

Normalt i reflektorantenner omdannes et bredere strålingsmønster af feedet til et smalt strålingsmønster af selve antennen [1] .

Spejlkanten og Z-planet danner en overflade kaldet spejlåbningen. I dette tilfælde kaldes radius R for blænderadius, og vinklen 2ψ kaldes spejlets blændevinkle. Spejltypen afhænger af blændevinklen [2] :

Antennetilførslens fokus kan placeres både i spejlets Fs fokus og forskydes i forhold til det. Hvis strålerens fokus er placeret ved antennens fokus, kaldes det direkte fokus . Direktefokusantenner findes i forskellige størrelser, mens efterårssymmetriske antenner, hvis fremføring ikke er i spejlets fokus, normalt ikke overstiger 1,5 m i diameter [3] . Sådanne antenner omtales ofte som offset -antenner . Fordelen ved en offset-antenne er en større antenneforstærkning, hvilket skyldes fraværet af skygge af spejlåbningen af ​​fremføringen [3] . Reflektoren på offset-antenner er en sideudskæring af en omdrejningsparaboloid. Fokus for strålerne i sådanne antenner er placeret i reflektorens brændplan.

Reflektorantennen kan have et ekstra elliptisk spejl (to-spejl Gregory-skema ) eller et ekstra hyperbolsk spejl (to-spejl Cassegrain-skema ), med foci placeret i reflektorantennens brændplan. I dette tilfælde er stråleren placeret i fokus for det ekstra spejl.

En reflektorantenne kan samtidigt have flere feeds placeret i antennens brændplan. Hver bestråler danner et strålingsmønster rettet i den ønskede retning. Bestrålerne kan arbejde i forskellige bølgebånd ( C , Ku , Ka ) eller hver samtidigt i flere bånd.

Placeringen af ​​fokus og antennespejlets brændplan afhænger ikke af driftsbølgelængdeområdet.

Afhængig af opgaverne og bestråleren danner reflektorantennen ét snævert rettet samlet, sum-differensmønster (til retningssøgere) eller flere multidirektionelle mønstre på samme tid - ved brug af flere stråler.

Typer af spejle

I teknologien er følgende typer spejle mest udbredt:

  1. parabolske spejle omdanner en cylindrisk eller sfærisk bølge til en plan bølge. For en cylindrisk bølge er spejlet en parabolsk cylinder , for en sfærisk bølge er det en omdrejningsparaboloid [1] .
  2. sfæriske spejle adskiller sig lidt fra parabolske spejle med en brændvidde svarende til halvdelen af ​​kuglens radius [1] .
  3. flade spejle bruges hovedsageligt i vibratorantenner og nogle gange i periskopiske og meget retningsbestemte [1] , mens et system af to spejle placeret i en bestemt vinkel i forhold til hinanden, sammen med en symmetrisk vibrator (tilførsel) danner en hjørneantenne (den type af spejl kaldes i dette tilfælde hjørne) [4] .
  4. specialprofilspejle er oftere parabolske spejle med en beregnet afvigelse fra den parabolske overflade. Hovedformålet med at bruge sådanne antenner er dannelsen af ​​et strålingsmønster med en speciel form, for eksempel cosecant [1] eller en hvilken som helst given form. Specielt formede spejle kan også bruges til at skabe et strålingsmønster, et behageligt serviceområde, hvor en radiostation opererer (eksempel: satellit, cellulær basestation ). Hovedformålet med at bruge sådanne spejle er at spare energiressourcen i RES med den maksimale kvalitet af modtagelse og transmission i serviceområdet.

Designfunktioner

Spejlet består normalt af en dielektrisk base ( kulfiber til rumantenner), som er dækket af metalplader, ledende maling og folie [4] . Samtidig er pladerne ofte perforerede eller mesh, hvilket skyldes ønsket om at reducere vægten af ​​strukturen, samt at minimere modstanden mod vind og nedbør. Et sådant ikke-kontinuerligt spejl fører imidlertid til følgende konsekvenser: En del af energien trænger gennem spejlet, hvilket fører til en svækkelse af antennens retningsbestemmelse og en stigning i strålingen bag reflektoren. Effektiviteten af ​​en antenne med et ikke-fast spejl beregnes ved formlen , hvor er strålingseffekten bag reflektoren, og er strålingseffekten af ​​reflektoren (indfaldende bølge) [4] . Hvis , betragtes et ikke-kontinuerligt spejl som godt. Denne betingelse er normalt opfyldt, når diameteren af ​​hullerne i det perforerede spejl er mindre end og det samlede areal af hullerne op til hele spejlets område [4] . For mesh-spejle bør hullernes diameter ikke overstige [4] .

Irradiator

Strålingsmønsteret af en parabolantenne er dannet af en tilførsel . Der kan være en eller flere feeds i antennen, henholdsvis et eller flere strålingsmønstre dannes i antennen. Dette gøres for eksempel for at modtage et signal samtidigt fra flere rumkommunikationssatellitter.

Bestrålernes åbning er placeret i den parabolske reflektors fokus eller i dens brændplan, hvis der bruges flere bestrålingsapparater i en antenne. Flere stråler danner flere strålingsmønstre i én antenne, dette er nødvendigt, når man peger én antenne på én gang mod flere kommunikationssatellitter.

Se også: Bestråler .

Strålebredde

En antennes vinkelstrålebredde og dens strålingsmønster afhænger ikke af, om antennen sender eller modtager. Strålebredden bestemmes af niveauet af halvdelen af ​​strålens effekt, det vil sige af niveauet (-3 dB) fra dens maksimale værdi. For parabolantenner er dette niveau bestemt af formlen:

,

hvor K er en faktor, der varierer lidt med reflektorens form, og d er reflektorens diameter i meter, bredden af ​​halvpotensmønsteret θ i radianer. For en 2 meter parabol, der opererer i C-båndet (3-4 GHz modtagelse og 5-6 GHz transmission), giver denne formel en strålebredde på omkring 2,6°.

Antenneforstærkning bestemmes af formlen:

Der er et omvendt forhold mellem forstærkning og strålebredde.

Parabolantenner med store diametre danner meget smalle stråler. At pege sådanne stråler mod en kommunikationssatellit bliver et problem, da du i stedet for hovedloben kan pege antennen mod sideloben.

Antennemønsteret er en smal hovedstråle og sidesløjfer. Cirkulær polarisering i fjernlys indstilles i overensstemmelse med opgaverne, polariseringsniveauet forskellige steder i fjernlys er forskelligt, i de første sidelapper ændres polarisationen til det modsatte, venstre mod højre, højre mod venstre.

Karakteristika for reflektorantenner

Egenskaberne for en reflektorantenne måles i det fjerne felt.

Interessante fakta

Ansøgning

Parabolantenner bruges som højforstærkningsantenner til følgende typer kommunikation: radiorelæ mellem nærliggende byer, trådløse WAN/LAN-dataforbindelser til satellit- og rumfartøjskommunikation. De bruges også til radioteleskoper.

Parabolantenner bruges også som radarantenner til at styre skibe, fly og styrede missiler. Med fremkomsten af ​​satellit-tv-modtagere til hjemmet er parabolantenner blevet en del af landskaberne i moderne byer.

Se også

Noter

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Håndbog i radioelektronik / Red. A. A. Kulikovsky. - M . : Energi, 1967. - T. 1. - 316 s.
  2. ↑ I.P. Zaikin, A.V. Totsky, S.K. Abramov, V.V. Lukin. Design af mikrobølgeantenneanordninger / Udg. A. A. Kulikovsky .. - Kharkov: Nat. rumfart un-t “Khark. luftfart Instituttet", 2005. - S. 47. - 107 s.
  3. ↑ 1 2 Reflector Antennas Arkiveret 5. april 2011 på Wayback Machine på antenna.tj
  4. ↑ 1 2 3 4 5 Shifrin Ya.S. Antenner. — VIRTA dem. Goborova L.A., 1976. - S. 239-241. — 408 s.
  5. ↑ Forstærkning og retningsbestemmelse stemmer ikke overens og er forbundet via antenneeffektivitet .
  6. ↑ Det effektive område af antennen er relateret til forstærkningen med forholdet: . Forholdet mellem det effektive og geometriske område af antennen afhænger af dens designfunktioner. Større antenner, ceteris paribus, har også et større effektivt areal.