Содержание
- 2. Устройство и принцип действия зеркальных антенн Зеркальными называются апертурные антенны, у которых поле в раскрыве формируется
- 3. Европейские спутники вещают преимущественно в Ku-диапазоне. Российские и азиатские спутники обычно ведут вещание в обоих частотных
- 4. Антенны с зеркалом в виде параболоида вращения делятся на два основных класса: осесимметричный параболический рефлектор и
- 5. Общая характеристика параболических антенн: Прямофокусные параболические антенны спроектированы специально для приема крайне слабых сигналов, приходящих, например,
- 6. Принцип работы (фокусировки) прямофокусной (осесимметричной) и офсетной (асимметричной) антенн показан на рисунке 2 Рисунок – Принцип
- 7. Важнейшими характеристиками параболических зеркальных антенн являются коэффициент усиления и диаграмма направленности. Коэффициент усиления параболической антенны зависит
- 8. Диаграмма направленности антенны (рисунок 5) характеризует зависимость амплитуды напряженности электрического поля Е, создаваемого антенной в некоторой
- 9. Самой важной характеристикой параболической антенны является точность формы. Она должна с минимальными ошибками повторять форму параболоида
- 10. Поверхности зеркала придается форма, обеспечивающая формирование нужной диаграммы направленности. Наиболее распространены зеркала в виде параболоида вращения,
- 11. При перфорации рефлектора часть энергии просачивается сквозь него, что приводит к наличию излучения назад и уменьшению
- 12. Уравнение, определяющее профиль зеркала. Виды облучателей зеркальной антенны. Рисунок – К определению уравнения профиля зеркала При
- 13. Это есть уравнение параболы в полярных координатах с началом в ее фокусе и параметром p=2f. Используемая
- 14. Рисунок – Типы зеркал (рефлекторов) параболической зеркальной антенны: а) мелкое или длиннофокусное; б) среднее по глубине
- 15. При вращении параболы вокруг оптической оси получается параболоид вращения, для облучения которой используют точечный облучатель. При
- 16. Рисунок – Полуволновый вибратор (1) с дисковым рефлектором (2) Фазовый центр лежит между вибратором и диском.
- 17. Рисунок – двух вибраторные (а) и четырех вибраторные (б) облучатели, возбуждаемые открытым излучающим концом волновода Двух
- 19. Скачать презентацию
Устройство и принцип действия зеркальных антенн
Зеркальными называются апертурные антенны, у
Устройство и принцип действия зеркальных антенн
Зеркальными называются апертурные антенны, у
Источником электромагнитной волны обычно служит какая-либо небольшая антенна, называемая в данном случае облучателем зеркала. Зеркало и облучатель – основные элементы зеркальной антенны. Принцип действия зеркальной антенны заключается в преобразовании в режиме передачи с помощью хорошо отражающей поверхности специальной формы (зеркала) поля слабонаправленного первичного источника (облучателя) во вторичное поле с заданными направленными свойствами. Обычно широкая ДН преобразуется в узкую ДН.
Область применения зеркальных антенн: - спутниковая радиосвязь и спутниковое телевидение.
Для спутникового телевидения используются два основных диапазона: Ku-диапазон (10,7 — 12,75 ГГц) и С — диапазон (3,5 — 4,2 ГГц).
Европейские спутники вещают преимущественно в Ku-диапазоне. Российские и азиатские спутники
Европейские спутники вещают преимущественно в Ku-диапазоне. Российские и азиатские спутники
Ku-диапазон условно разбит на три поддиапазона:
Первый диапазон (10,7-11,8 ГГц) носит название диапазон FSS.
Второй диапазон (11,8-12,5 ГГц) называется DBS-диапазон.
Третий диапазон (12,5-12,75 ГГц) называется по наименованию французских спутников Telecom, использующих для вещания эти частоты.
Соответственно, и Ku-конвертеры бывают трех типов : однодиапазонные с полосой частот 10,7 — 11,8 ГГц, двухдиапазонные — 10,7 — 12,5 ГГц. и трехдиапазонные (или Full Band, Wide Band, Triple) с полосой частот 10,7 — 12,75 ГГц.
Антенны с зеркалом в виде параболоида вращения делятся на два
Антенны с зеркалом в виде параболоида вращения делятся на два
Рисунок – а) Внешний вид осесимметричной параболической антенны; б) Вид сбоку офсетной параболической антенны
Общая характеристика параболических антенн:
Прямофокусные параболические антенны спроектированы специально для
Общая характеристика параболических антенн:
Прямофокусные параболические антенны спроектированы специально для
Офсетная антенна является как бы вырезанным сегментом параболы. Фокус такого сегмента расположен ниже геометрического центра антенны. Это устраняет затенение полезной площади антенны облучателем и его опорами, что повышает ее коэффициент полезного использования при одинаковой площади зеркала с прямофокусной антенной. К тому же, облучатель установлен ниже центра тяжести антенны, тем самым увеличивая ее устойчивость при ветровых нагрузках. Такой тип антенн наиболее распространен в индивидуальном приеме спутникового телевидения. Офсетные антенны целесообразно использовать, если для устойчивого приема программ выбранного спутника необходим размер антенны до 1,5 м, так как с увеличением общей площади антенны эффект затенения зеркала становится менее значительным.
Офсетная антенна крепится почти вертикально. В зависимости от географической широты угол ее наклона немного меняется. Такое положение исключает собирание в чаше антенны атмосферных осадков, которые сильно влияют на качество приема.
Принцип работы (фокусировки) прямофокусной (осесимметричной) и офсетной (асимметричной) антенн показан на
Принцип работы (фокусировки) прямофокусной (осесимметричной) и офсетной (асимметричной) антенн показан на
Рисунок – Принцип фокусировки параболических антенн:
а) прямофокусной (осесимметричной); б) офсетной (асимметричной)
Важнейшими характеристиками параболических зеркальных антенн являются коэффициент усиления и диаграмма
Важнейшими характеристиками параболических зеркальных антенн являются коэффициент усиления и диаграмма
Таблица 1 – Зависимость коэффициента усиления параболической зеркальной антенны от диаметра зеркала
Диаграмма направленности антенны (рисунок 5) характеризует зависимость амплитуды напряженности электрического поля
Диаграмма направленности антенны (рисунок 5) характеризует зависимость амплитуды напряженности электрического поля
Рисунок – Диаграмма направленности параболической зеркальной антенны
Самой важной характеристикой параболической антенны является точность формы. Она должна
Самой важной характеристикой параболической антенны является точность формы. Она должна
Для изготовления спутниковых антенн в основном используют сталь и дюралюминий. Стальные антенны дешевле алюминиевых, но тяжелее и больше подвержены коррозии, поэтому для них особенно важна антикоррозийная обработка. При отражении электромагнитного сигнала от поверхности зеркала участвует очень тонкий приповерхностный слой металла. В случае повреждения его ржавчиной значительно снижается эффективность антенны. Стальную антенну лучше сначала покрыть тонким защитным слоем какого-нибудь цветного металла (например, цинка), а затем покрасить.
С алюминиевыми антеннами этих проблем не возникает. Однако они несколько дороже. Промышленность выпускает и пластиковые антенны. Их зеркала с тонким металлическим покрытием подвержены искажениям формы за счет различных внешних воздействий: температуры, ветровых нагрузок и ряда других факторов. Существуют сетчатые антенны, устойчивые к ветровым нагрузкам. Они имеют хорошие весовые характеристики, но плохо зарекомендовали себя при приеме сигналов Ки-диапазона. Такие антенны целесообразно использовать для приема сигналов С-диапазона.
Поверхности зеркала придается форма, обеспечивающая формирование нужной диаграммы направленности. Наиболее
Поверхности зеркала придается форма, обеспечивающая формирование нужной диаграммы направленности. Наиболее
Размеры зеркала должны быть много больше длины излучаемой волны. Зеркало должно полностью отражать падающие на него электромагнитные волны. Толщина поверхности должна быть в 2-3 раза больше величины скин-слоя ∆. Сплошные отражатели выполняют в виде металлических листов или пленок, наносимых на диэлектрическую основу (пенопласт).
Иногда отражающую поверхность выполняют в виде перфорированных листов или сетки из проводов круглого или прямоугольного сечения для уменьшения веса зеркала и его парусности (рисунок 6).
Рисунок – Исполнение перфорированных и сетчатых зеркал:
а) перфорация круглыми отверстиями; б) сетчатое зеркало
При перфорации рефлектора часть энергии просачивается сквозь него, что приводит
При перфорации рефлектора часть энергии просачивается сквозь него, что приводит
где
- мощность прошедшей сквозь отражатель волны;
- мощность падающей на отражатель волны.
При значениях коэффициента прохождения порядка 0,01-0,02 отражатели эффективно выполняют свои функции. Перфорированный отражатель и отражатель из 2-х линейной сетки нечувствительны к поляризации падающих волн. Для перфорированного отражателя коэффициент прохождения имеет удовлетворительные значения при диаметре отверстий меньшем 0,2 λ и при суммарной площади отверстий не более половины площади всего листа. Для двух линейной сетки размер ячейки должен быть меньше, чем 0,1 λ, а диаметр проводов не менее 0,01λ.
Уравнение, определяющее профиль зеркала. Виды облучателей зеркальной антенны.
Рисунок – К определению
Уравнение, определяющее профиль зеркала. Виды облучателей зеркальной антенны.
Рисунок – К определению
При расчете профиля зеркала используют закон равенства оптических длин путей между фронтами, а сам расчет проводят с помощью метода геометрической оптики.
Пусть в фокусе антенны F находиться источник сферичес-ких волн. Плоский фронт волны в раскрыве будет в том случае, если выполняются равенства вида:
Выражая эти отрезки через фокусные расстояния f (расстояние от фокуса до вершины зеркала О) и полярные координаты и Ф точки отражения Р, то из (1) получим
Это есть уравнение параболы в полярных координатах с началом в
Это есть уравнение параболы в полярных координатах с началом в
К геометрическим характеристикам зеркала относят:
L – размер раскрыва; f – фокусное расстояние;h – глубину зеркала;Ф0 – угол раскрыва (угол, под которым видно зеркала из фокуса).
Если задан размер раскрыва L, то изменение положения облучателя на оси зеркала должно сопровождаться изменением профиля зеркала так, чтобы новое фокусное расстояние было равно расстоянию от облучателя до вершины зеркала, иначе имеет место несинфазность поля в раскрыве. Увеличение фокусного расстояния f при заданном размере раскрыва L ведёт к уменьшению глубины зеркала h – зеркало становится более мелким. Уменьшение фокусного расстояния f при тех же условиях делает зеркало более глубоким. Различают мелкие или длиннофокусные, средние по глубине и глубокие (короткофокусные) зеркала.
Рисунок – Типы зеркал (рефлекторов) параболической зеркальной антенны: а) мелкое или
Рисунок – Типы зеркал (рефлекторов) параболической зеркальной антенны: а) мелкое или
При одинаковом диаметре апертуры короткофокусные параболоиды обладают большой глубиной, что делает крайне неудобным установку облучателя в фокусе. В короткофокусных параболоидах расстояние от облучателя до вершины зеркала значительно меньше, чем до его краев, что приводит к неравномерности вблизи облучателя амплитуд волн, отразившихся от кромки параболоида и от зоны, близкой к вершине. Длиннофокусные параболоиды имеют меньшую глубину, установка облучателя является более удобной и амплитудное распределение становится более равномерным. Если параметр р превышает радиус апертуры, фокус, в котором должен находиться облучатель, располагается вне объема, ограниченного параболоидом и апертурой. Оптимальным считается вариант, когда параметр р несколько больше, чем радиус апертуры.
При вращении параболы вокруг оптической оси получается параболоид вращения, для
При вращении параболы вокруг оптической оси получается параболоид вращения, для
Рисунок – а) двух вибраторный облучатель; б) крепление двух вибраторного облучателя:1 – активный вибратор; 2 – пассивный вибратор; 3 – симметрирующая полуволновая щель; 4 – оплетка жесткого коаксиального кабеля; 5 – центральная жила
Максимум ДН ориентирован в сторону активного вибратора. Для облучателя такой конструкции креплением может служить сам жёсткий коаксиальный кабель. Малые размеры облучателя, отсутствие тяг и стоек крепления обеспечивает небольшое затенение раскрыва, и такой облучатель используют в антеннах с относительно малым размером апертуры L. Диаграммы направленности этого облучателя в Е- и Н- плоскостях значительно отличаются друг от друга. Тогда распределение амплитуд поля в раскрыве получается не осесимметричным, что ведет к более узкой ДН в Н- плоскости, чем в Е- плоскости. Фазовый центр облучателя располагается между вибраторами на оси системы.
Рисунок – Полуволновый вибратор (1) с дисковым рефлектором (2)
Фазовый центр
Рисунок – Полуволновый вибратор (1) с дисковым рефлектором (2)
Фазовый центр
Рисунок – двух вибраторные (а) и четырех вибраторные (б) облучатели, возбуждаемые
Рисунок – двух вибраторные (а) и четырех вибраторные (б) облучатели, возбуждаемые
Двух вибраторные или четырех вибраторный облучатели, возбуждаемые открытыми концами волноводов (3), используют в сантиметровом диапазоне длин волн. Вибраторы, близкие к концу волновода (1), являются настроенными полуволновыми вибраторами, а удаленные от открытого конца волновода на расстояние в четверть длины волны (2) - рефлекторы. Максимум диаграммы направленности ориентирован в сторону открытого конца волновода. Если использовать сужение волновода к его открытому концу и правильно подобрать расстояния между концом волновода и вибраторами, то можно хорошо согласовать волновод и вибраторы и уменьшить задний лепесток диаграммы направленности.