Spegelantenn

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 10 september 2017; kontroller kräver 22 redigeringar .

Spegelantenn  - en antenn där det elektromagnetiska fältet i öppningen bildas på grund av reflektionen av en elektromagnetisk våg från metallytan på en speciell spegel ( reflektor ). Källan till vågen är vanligtvis en liten sändare placerad vid spegelns fokus . I sin roll kan vara vilken annan antenn som helst med ett fascentrum som avger en sfärisk våg. Huvudsyftet med reflektorantenner är att omvandla en sfärisk eller cylindrisk vågfront till en platt front [1] .

Historik

Den paraboliska antennen uppfanns av den tyske fysikern Heinrich Hertz 1887. Hertz använde cylindriska paraboliska reflektorer för att gnista dipolantenner under sina experiment. Antennen hade en bländarstorlek på 1,2 meter bred och användes vid en frekvens på cirka 450 MHz . Reflektorn var gjord av zinkplåt. Med två sådana antenner, en sändande och en mottagande, demonstrerade Hertz framgångsrikt förekomsten av elektromagnetiska vågor, vilket Maxwell hade förutspått 22 år tidigare.

Den italienske uppfinnaren Guglielmo Marconi använde en parabolisk reflektor på 1930-talet i experiment för att överföra signaler till en båt i Medelhavet . 1931 etablerades radiorelätelefonkommunikation med en frekvens på 1,7 GHz över Engelska kanalen med hjälp av en reflektorantenn. Den första stora parabolantennen med en reflektordiameter på 9 m byggdes 1937 av radioastronomen Grote Reber på hans bakgård. Med dess hjälp utforskade han stjärnhimlen.

Utvecklingen av radar under andra världskriget gav impulser till utvecklingen av nya former av parabolantenner, antenner med sektoriella strålningsmönster skapades. Efter kriget skapades parabolantenner med spegeldiametrar på 60 meter (Bear Lakes i USSR ), ett 100-meters radioteleskop i Green Bank, West Virginia och andra.

På 1960-talet började reflektorantenner användas i stor utsträckning för markbundna radioreläkommunikationsnät. Den första parabolantennen som användes för satellitkommunikation byggdes 1962 i Gunhilly i Cornwall, England , för att fungera med Telstar-kommunikationssatelliten. Cassegrain-antennen utvecklades i Japan 1963 av NTT, KDDI och Mitsubishi Electric . Tillkomsten av datorer på 1980-talet som kan utföra komplexa beräkningar av strålningsmönster för parabolantenner ledde till utvecklingen av komplexa asymmetriska antenner och multispegelantenner.

Allmän information

Spegelantenner är en av de vanligaste smalriktade antennerna i VHF- området [1] .

Vanligtvis i reflektorantenner omvandlas ett bredare strålningsmönster för matningen till ett smalt strålningsmönster för själva antennen [1] .

Spegelkanten och Z-planet bildar en yta som kallas spegelöppningen. I det här fallet kallas radien R för öppningsradien och vinkeln 2ψ kallas spegelns öppningsvinkel. Typen av spegel beror på bländarvinkeln [2] :

Antennmatningens fokus kan placeras både i spegelns F fokus och förskjutas i förhållande till den. Om strålarens fokus är placerat vid antennens fokus, kallas det direktfokus . Direktfokusantenner finns i olika storlekar, medan höstsymmetriska antenner, vars matning inte är i spegelns fokus, vanligtvis inte överstiger 1,5 m i diameter [3] . Sådana antenner kallas ofta offsetantenner . Fördelen med en förskjuten antenn är en större antennförstärkning, vilket beror på frånvaron av skuggning av spegelöppningen av matningen [3] . Reflektorn hos offsetantenner är en sidourskärning av en rotationsparaboloid. Fokus för strålarna i sådana antenner är beläget i reflektorns fokalplan.

Reflektorantennen kan ha en extra elliptisk spegel (tvåspeglar Gregory-schema ) eller en extra hyperbolisk spegel (två-spegel Cassegrain-schema ), med foci placerade i reflektorantennens fokalplan. I det här fallet är bestrålaren placerad i fokus för den extra spegeln.

En reflektorantenn kan samtidigt ha flera matningar placerade i antennens fokalplan. Varje bestrålare bildar ett strålningsmönster riktat i önskad riktning. Bestrålningsanordningarna kan arbeta i olika vågband ( C , Ku , Ka ) eller var och en samtidigt i flera band.

Placeringen av fokus och antennspegelns fokalplan beror inte på det fungerande våglängdsområdet.

Beroende på uppgifterna och bestrålaren bildar reflektorantennen ett snävt riktat totalt, summaskillnadsmönster (för riktningssökare) eller flera flerriktade mönster samtidigt - vid användning av flera bestrålare.

Typer av speglar

Inom tekniken används följande typer av speglar mest:

  1. paraboliska speglar förvandlar en cylindrisk eller sfärisk våg till en plan våg. För en cylindrisk våg är spegeln en parabolisk cylinder , för en sfärisk våg är den en rotationsparaboloid [1] .
  2. sfäriska speglar skiljer sig lite från paraboliska speglar med en brännvidd som är lika med halva sfärens radie [1] .
  3. platta speglar används främst i vibratorantenner och ibland i periskopiska och starkt riktade [1] , medan ett system av två speglar placerade i en viss vinkel mot varandra, tillsammans med en symmetrisk vibrator (matning) bildar en hörnantenn (typ av spegel kallas i detta fall hörn) [4] .
  4. specialprofilspeglar är oftare paraboliska speglar med en beräknad avvikelse från den paraboliska ytan. Huvudsyftet med att använda sådana antenner är bildandet av ett strålningsmönster med en speciell form, till exempel cosecant [1] eller någon given form. Speciellt formade speglar kan också användas för att skapa ett strålningsmönster, ett bekvämt serviceområde där en radiostation verkar (exempel: satellit, cellulär basstation ). Huvudsyftet med att använda sådana speglar är att spara energiresursen för RES med maximal kvalitet på mottagning och överföring i serviceområdet.

Designfunktioner

Spegeln består vanligtvis av en dielektrisk bas ( kolfiber för rymdantenner), som är täckt med metallplåtar, ledande färg och folie [4] . Samtidigt är arken ofta perforerade eller maska, vilket beror på önskan att minska vikten av strukturen, samt att minimera motståndet mot vind och nederbörd. En sådan icke-kontinuerlig spegel leder emellertid till följande konsekvenser: en del av energin tränger in genom spegeln, vilket leder till en försvagning av antennens riktning och en ökning av strålningen bakom reflektorn. Effektiviteten för en antenn med en icke-solid spegel beräknas med formeln , där är strålningseffekten bakom reflektorn, och är strålningseffekten från reflektorn (infallande våg) [4] . Om , en icke-kontinuerlig spegel anses vara bra. Detta villkor uppfylls vanligtvis när diametern på hålen i den perforerade spegeln är mindre än och den totala arean av hålen upp till hela spegelns yta [4] . För nätspeglar bör hålens diameter inte överstiga [4] .

Bestrålare

Strålningsmönstret för en parabolantenn bildas av en matning . Det kan finnas en eller flera matningar i antennen, respektive ett eller flera strålningsmönster bildas i antennen. Detta görs till exempel för att ta emot en signal samtidigt från flera rymdkommunikationssatelliter.

Strålarnas öppning är placerad i fokus för den paraboliska reflektorn eller i dess fokalplan om flera bestrålare används i en antenn. Flera bestrålare bildar flera strålningsmönster i en antenn, detta är nödvändigt när man riktar en antenn samtidigt mot flera kommunikationssatelliter.

Se även: Bestrålare .

Strålbredd

En antenns vinkelstrålbredd och dess strålningsmönster beror inte på om antennen sänder eller tar emot. Strålbredden bestäms av nivån på halva strålens effekt, det vill säga av nivån (-3 dB) från dess maximala värde. För parabolantenner bestäms denna nivå av formeln:

,

där K är en faktor som varierar något med reflektorns form, och d är reflektorns diameter i meter, bredden på halveffektmönstret θ i radianer. För en 2 meter lång parabol som arbetar i C-bandet (3-4 GHz mottagning och 5-6 GHz sändning), ger denna formel en strålbredd på cirka 2,6°.

Antennförstärkningen bestäms av formeln:

Det finns ett omvänt förhållande mellan förstärkning och strålbredd.

Parabolantenner med stora diametrar bildar mycket smala strålar. Att rikta sådana strålar mot en kommunikationssatellit blir ett problem, eftersom man istället för huvudloben kan rikta antennen mot sidoloben.

Antennmönstret är en smal helljus och sidolober. Cirkulär polarisering i helljuset ställs in i enlighet med uppgifterna, nivån av polarisering på olika ställen av helljuset är olika, i de första sidoloberna ändras polarisationen till det motsatta, vänster till höger, höger till vänster.

Egenskaper för reflektorantenner

Egenskaperna hos en reflektorantenn mäts i fjärrfältet.

Intressanta fakta

Applikation

Parabolantenner används som högförstärkningsantenner för följande typer av kommunikation: radiorelä mellan närliggande städer, trådlösa WAN/LAN-datalänkar, för satellit- och rymdfarkostkommunikation. De används också för radioteleskop.

Parabolantenner används också som radarantenner för att styra fartyg, flygplan och styrda missiler. Med tillkomsten av satellit-tv-mottagare för hemmet har parabolantenner blivit en del av landskapen i moderna städer.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Handbok för radioelektronik / Ed. A. A. Kulikovsky. - M . : Energi, 1967. - T. 1. - 316 sid.
  2. ↑ I.P. Zaikin, A.V. Totsky, S.K. Abramov, V.V. Lukin. Design av mikrovågsantennenheter / Ed. A. A. Kulikovsky .. - Kharkov: Nat. flyg un-t ”Khark. flyg Institutet", 2005. - S. 47. - 107 sid.
  3. ↑ 1 2 Reflektorantenner Arkiverade 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 sid.
  5. ↑ Förstärkning och riktning stämmer inte överens och är sammankopplade genom antenneffektivitet .
  6. ↑ Antennens effektiva yta är relaterad till förstärkningen med förhållandet: . Förhållandet mellan antennens effektiva och geometriska yta beror på dess designegenskaper. Större antenner, ceteris paribus, har också en större effektiv yta.