Toroidal (toroidal-parabolisk) antenn - en klass av reflekterande flerstråleantenner som används i radar- och satellitkommunikation . En sådan antenn låter dig bilda flera strålningsmönster (strålar) i en bred sektor.
Formen på spegeln hos en klassisk parabolantenn - en rotationsparaboloid - erhålls genom att rotera ett symmetriskt segment av en parabel runt dess symmetriaxel. Strålar som faller parallellt med spegeln längs symmetriaxeln samlas in vid den brännpunkt där antennmatningen är installerad. Det maximala strålningsmönstret för en sådan antenn sammanfaller med paraboloidens axel. När matningen förskjuts i fokalplanet skiftar strålningsmönstret i motsatt riktning med en minskning av riktningskoefficienten (KND) och följaktligen antennförstärkningen . Genom att installera flera matningar på en parabolisk spegel kan du få en antenn med flera strålar (som har flera maxima i strålningsmönstret), även om förstärkningen för varje stråle blir mindre ju längre dess matning flyttas bort från fokuspunkten. När matningen skiftas mer än 10 o sker en kraftig nedgång i riktningsförmågan [1] , vilket begränsar den möjliga sektorn för flervägsmottagning av parabolantenner.
En antenn med en sfärisk profilspegel gör att du kan skifta matningen i en sektor som är en storleksordning större utan en betydande minskning av riktverkan [1] . Men med en lika stor spegeldiameter har en sfärisk antenn en lägre förstärkning på grund av sfäriska aberrationer (signalerna som reflekteras från spegeln kommer ur fas vid matningen) och kräver utveckling av speciella bestrålningssystem för maximal effektivitet [2] .
En toroid-parabolisk reflektor erhålls genom att rotera det genererande segmentet av en parabolbåge runt en axel vinkelrät mot parabelns axel. Den ursprungliga parabelns brännpunkt bildar under denna rotation en "brännbåge" längs vilken bestrålningsanordningarna är placerade. En sådan reflektor kombinerar egenskaperna hos paraboliska och sfäriska speglar. Användningen av en toroid-parabolisk reflektor gör det möjligt att organisera flervägsmottagning i en bred sektor ("skanningsvinkel") längs brännbågen utan en märkbar minskning av förstärkningen. Sfäriska aberrationer finns bara i en riktning och eftersom var och en av matningarna "belyser" bara en del av den toroidformade spegeln, är de små. Den maximala avsökningsvinkeln för antenner med en toroid-parabolisk spegel är ungefär 120 0 i fokalbågens plan (azimut), den maximala effektiviteten uppnås vid en avsökningsvinkel på 60-80 0 . Avsökningsvinkeln i planet för parabelns generatris (höjd) är cirka 15 0 [3] . Att vidga avsökningsvinkeln för en toroidal antenn är möjlig när man använder en sfäroidal-toroidal reflektor, men i detta fall uppstår problemet med sfäriska aberrationer igen. För att eliminera dem och säkerställa att signalerna som kommer till bestrålaren är i fas används en motreflektor, som kan göras i form av separata speglar för var och en av strålarna (multi-spegelschema) eller i form av en enkel hyperbolisk torus för alla strålar (två-spegelschema) [4] . För att utesluta skuggning av bestrålare eller en motreflektor av huvudantennspegeln och öka ytanvändningsfaktorn används ett offsetschema .
Inom radar används toroidformade antenner i rymdövervakningssystem [5] och andra fall där samtidig mottagning från flera håll krävs utan antennomdirigering [6] .
I satellitkommunikation används multibeam-antenner för att samtidigt ta emot en signal från många geostationära satelliter som ligger i en bred sektor av " Clark-bältet " [7] . En enda toroidformad parabolantenn ersätter flera konventionella parabolantenner och, till skillnad från motoriserade antenner , låter dig flytta från en satellit till en annan utan att behöva peka tid. Användningen av toroidformade flerstråleantenner är motiverad i de fall då dess dimensioner är jämförbara med dimensionerna på en enkelstråleantenn och är betydligt mindre än flera enkelstråleantenner som den ersätter [8] .
Exempel på toroidformade antenner för att ta emot en satellitsignal: