Зеркальная антенна

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Зеркальная антенна — антенна, у которой электромагнитное поле в раскрыве образуется за счет отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального зеркала (рефлектора). В качестве источника волны обычно выступает небольшой излучатель, располагаемый в фокусе зеркала. В его роли может быть любая другая антенна с фазовым центром, излучающая сферическую волну. Основная цель зеркальных антенн сводится к преобразованию сферического или цилиндрического фронта волны в плоский[1].

Общие сведения[править | править исходный текст]

Структура зеркальной антенны

В последнее время зеркальные антенны одни из самых распространенных узконаправленных антенн диапазона УКВ[1].

Обычно в зеркальных антеннах происходит преобразование более широкой диаграммы направленности облучателя в узкую диаграмму направленности самой антенны[1].

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[2]:

  • 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 раполагаться в фокусе зеркала F, так и быть смещенным 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[3]. Такие антенны часто называют офсетными. Преимущество офсетной антенны это бо́льший коэффициент усиления антенны, что обусловлено отсутствием затенения раскрыва зеркала облучателем[3].

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 (С, Ku, Ka) или каждый одновременно в нескольких диапазонах.

Расположение фокуса и фокальной плоскости зеркала антенны не зависит от рабочего диапазона волн.

Типы зеркал[править | править исходный текст]

В технике наибольшее распространение нашли следующие типы зеркал:

  1. параболические зеркала преобразуют цилиндрическую или сферическую волну в плоскую. Для цилиндрической волны — зеркало представляет собой параболический цилиндр, для сферической волны — параболоид вращения[1].
  2. сферические зеркала мало отличаются от параболических зеркал с фокусным расстоянием равным половине радиуса сферы[1].
  3. плоские зеркала в основном используются в вибраторных антеннах и иногда в перископических и остронаправленных[1], при этом система из двух зеркал, находящихся под определенным углом друг к другу, образуют вместе с симметричным вибратором (облучатель) уголковую антенну (тип зеркала в данном случае называют уголковым)[4].
  4. зеркала специального профиля чаще представляют собой параболические зеркала с рассчитанным отклонением от параболической поверхности. Основная цель использования таких антенн — формирование диаграммы направленности специальной формы, например, косекансной[1] или любой заданной формы. Зеркала специальной формы, могут применяться так же для создания диаграммы направленности, комформной зоне обслуживания, в которой работает радиостанция (пример: спутник, базовая станция сотовой связи). Основная цель использования таких зеркал - экономия энергетического ресурса РЭС при максимальном качестве приема - передачи в зоне обслуживания.

Особенности конструкции[править | править исходный текст]

Зеркало обычно состоит из диэлектрической основы (углепластик - для космических антенн), которую покрывают металлическими листами, проводящей краской, фольгой[4]. 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 = \frac{P_{pr}}{P_{pad}}, где P_{pr} - мощность излучения позади рефлектора, а P_{pad} - мощность излучения рефлектора (падающей волны)[4]. Если T < 0,01, несплошное зеркало считают хорошим. Данное условие обычно выполняется при диаметре отверстий перфорированного зеркала менее 0,2\lambda и суммарной площади отверстий до 0,5-0,6 от всей площади зеркала[4]. Для сетчатых зеркал диаметр отверстий не должен превышать 0,1\lambda[4].

Характеристики зеркальных антенн[править | править исходный текст]

  • Ширина диаграммы направленности (ДН) в заданных плоскостях (Е, Н) или во всех направлениях
  • Форма ДН (контурная, круговая)
  • Коэффициент усиления в максимуме ДН антенны
  • Уровень боковых лепестков
  • КСВ
  • Поляризация (круговая, линейная)
  • Направление вращения поля антенны
  • Коэффициент поляризации
  • Диапазон рабочих частот
  • Допустимые ветровые нагрузки
  • Вес (для космических антенн)

Интересные факты[править | править исходный текст]

  • 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 решеток, для исследования дальнего космоса.

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. 1 2 3 4 5 6 7 Справочник по радиоэлектронике / Под ред. А. А. Куликовского.. — М.: Энергия, 1967. — Т. 1. — 316 с.
  2. И.П. Заикин, А.В. Тоцкий, С.К. Абрамов, В.В. Лукин Проектирование антенных устройств СВЧ / Под ред. А. А. Куликовского.. — Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2005. — С. 47. — 107 с.
  3. 1 2 Зеркальные антенны на antenna.tj
  4. 1 2 3 4 5 Шифрин Я.С. Антенны. — ВИРТА им. Гоборова Л.А., 1976. — С. 239-241. — 408 с.