Зеркальные антенны. Лекция №18. АФУ

1.

Антенно-фидерные устройства и
распространение радиоволн
ТИПЫ АНТЕНН
ЛЕКЦИЯ № 18

2.

Зеркальные антенны
Параболические антенны
Цииндропараболические
антенны
Антенны Кассегрена
Рис. 18.1

3.

18.1.Принцип действия и конструкция
зеркальных антенн.
Зеркало
Облучатель
Рис. 18.2

4.

Принцип действия зеркальных антенн в
режиме
передачи
заключается
в
преобразовании с помощью отражающей
поверхности специальной формы слабо
направленного поля первичного источника
т.е. облучателя во вторичное поле с
остронаправленной
диаграммой
направленности.

5.

Зеркало
Облучатель
Рис. 18.3

6.

Рис. 18.4

7.

В зеркальной антенне осуществляется
преобразование
сферического
и
цилиндрического фронта волны облучателя в
плоский фазовый фронт на выходе антенны.
Зеркало
должно
полностью
отражать
падающие на нее электромагнитные волны.
Наилучшими
отражающими
свойствами
обладают
сплошные
металлические
поверхности, толщина которых должна быть в
2-3 раза больше глубины скин слоя(толщины
проникновения в металл).

8.

Обычно, сплошные отражатели выполняются
в виде металлических листов, которые
наносятся на легкую диэлектрическую
поверхность.
Для понижения веса и ветровых нагрузок
отражающие поверхности выполняют в виде:
1) перфорированных листов;
2) однолинейной сетки из проводов круглого
или прямоугольного сечения;
3) двух линейной сетки.

9.

При
не
сплошном
зеркале,
часть
электромагнитной энергии проникает через
него, образуя нежелательное излучение в
обратном
направлении,
и
понижая
коэффициент усиления антенны.
Качество
не
сплошного
отражателя
характеризуется коэффициентом прохождения
-Т

10.

Т=Рпр/Рпад
где
Рпр- мощность, просочившаяся через
некоторый участок поверхности,
Рпад - мощность, падающая на этот
участок

11.

Отражатель считается хорошим, если
Т<0,02.
Это выполняется, если dот=0.2
для перфорированных отражателей
если расстояние между проводами
d<0.1 , а радиус провода r>0.01 .

12.

Геометрические характеристики
параболических антенн
B
P
C
P1
z
F
L
O
h
Z1 Ф
A
Ф0
Рис. 18.5

13.

Зеркальные антенны имеют наибольший КНД
при плоском фронте волны в раскрыве АВ.
Для
расчета
профиля
зеркала
обеспечивающего плоский фронт волны,
используется закон равенства оптических
длин путей между фронтами волны.
Условия
применимости
законов
геометрической
оптики
в
Зеркальных
Антеннах выполняются, т.к. их размеры
больше длины волны.

14.

Пусть в фокусе F находится источник
сферической волны. Плоский фронт волны
будет в том случае, если для луча отраженного
от точки Р, на поверхности зеркала,
выполняется условие:
FPC=FOZ’ (FP+PC=FO+OZ’)
OZ- оптическая ось зеркала

15.

FP= ; PC= Cos -(f-h)=PP’-Z’F ,
FO=f (фокусное расстояние);
OZ’=h - глубина зеркала.
+[ Cos -(f-h)]=f+h,
(1+Cos )=f+h+f-h,
=2f/(1+Cos ). (18.1)
уравнение поверхности зеркала в
полярной
системе
координат
(уравнение параболы)

16.

h>f ( o> /2), короткофокусное З.
h<f ( o< /2), длиннофокусное З.

17.

При z=h, x=L/2
L2=16fh
(18.3)
из (18.1) следует, при = о,
L=4ftg( o/2) (18.4).

18.

Цилиндропараболические антенны.
X
Xs
С
B
O
O1
b
а/b = 2-5
F
Z
Y
a
Ys
A
Рис. 18.6
f=b2/(16h)
D
bmax<4 ah

19.

l
2
Рис. 18.7

20.

l
2
Рис. 18.8

21.

Рис. 18.9

22.

Es(xs,ys)=Eo e(xs) e(ys)
(18.5)
где Ео-максимальная
напряженность поля в раскрыве;
e(xs)-нормированная функция
распределения амплитуд в
вертикальной плоскости;
e(уs)-нормированная функция
распределения амплитуд в
горизонтальной плоскости;

23.

Сегментно-параболический облучатель
Рис. 18.10

24.

xs= Sin
dxs
f
d Cos 2 ( )
2
(18.6)

25.

e(xs)=F( )Cos( /2)
(18.7)
xs=2ftg( /2)

26.

Xs
dxs
dФ
Z
O
F
Рис. 18.11

27.

Рис. 18.12

28.

Рис. 18.13

29.

Рис. 18.14

30.

Рис. 18.15