Параболические антенны

П
ринцип действия простейшей зеркальной антенны приведен на рисунке 3:

Рис.3 Схема принципа действия параболической антенны
1 – зеркало, 2 – облучатель, 3 – сферический фронт волны облучателя, 4 – плоский фронт волны облучателя, 5 – диаграмма направленности облучателя, 6 – диаграмма направленности зеркала.

Точечный облучатель (например, маленький рупор), расположенный в фокусе параболоида, создает у поверхности зеркала сферическую волну. Зеркало преобразует ее в плоскую, т.е. расходящийся пучок лучей преобразуется в параллельный, чем и достигается формирование острой диаграммы направленности.

4. Применение параболических зеркал в антенной технике
Облучатель в виде элементарного электрического вибратора с плоским отражателем — «дипольно-рефлекторный» — может быть реализован в конструкции, показанной на рис.4а. Диполь питается коаксиальной линией, проходящей по оси симметрии за зеркало, и присоединен к ней при помощи стакана, обеспечивающе­го симметричное питание. Одна половина вибратора соединена с внешним проводником линии, а другая — с построенным как его продолжение металлическим четвертьволновым цилиндром, к кото­рому подходит внутренний проводник линии. Диаметр дискового контррефлектора обычно составляет около 0,8. Фазовый центр облучателя находится приблизительно в плоскости контррефлек­тора.
Конструктивно более прост облучатель в виде небольшого пирамидального рупора (рис. 4б). Размеры раскрыва рупора выби­раются с тем расчетом, чтобы угловая ширина главного лепестка диаграммы направленности была приблизительно одной и той же в Е- и Н-плоскостях. Можно отметить, что волновод, питающий рупор, несколько искажает доле излучения зеркала, «заменяя» про­странство. В то же время при облучении рупором мала кросс-поля­ризация, так как поле облучения более однородно.
В отличие от рассмотренного «волноводно-рупорного» облуча­теля «волноводно-вибраторный» (рис. 4в) и «волноводно-щелевой» (рис.4г) облучатели питаются волноводами, не затеняющи­ми пространство.
Вибраторы, возбуждаемые излучением волновода (рис.4в), укрепляются на металлической пластинке, которая, будучи перпендикулярной вектору Е, не возмущает поля. При раз­мерах системы, указанных на рисунке (при этом первый вибратор несколько короче, а второй - несколько длиннее полуволны), обеспечивается однонаправленное излучение на зеркало. Фазовый центр лежит между вибраторами.

Рис.4 Виды облучателей

На практике действие неравномерности облуче­ния зеркала либо утечки энергии облучателя за его края бывает значительнее, чем это учтено в приближенном расчете, результаты которого приводились. К тому же нужно принимать во внимание фазовые отклонения, вызываемые неточностью изготовления зеркал. Поэтому обычно не удается достигнуть указанного выше максимального значения x=0,83. При допустимых фазовых отклонениях коэффициент использования может составлять
x=0,4÷0,6.
Облучатели для параболи­ческих цилиндров могут состав­ляться из нескольких полувол­новых вибраторов, располагае­мых на фокальной линии. Это, в частности, могут быть щеле­вые вибраторы, питаемые вол­новодом.

Рис. 4
Параболическое зеркало может использоваться в качестве антенны в весьма широком диапазоне частот, который снизу ограни­чивается уменьшением относительных размеров раскрыва и усиле­нием краевых эффектов, а сверху - трудностью соблюдения тре­буемых допусков конструкции. Поэтому рабочая полоса антенны оп­ределяется условиями согласования с линией передачи. При этом существенна «реакция зеркала» на облучатель. Предположим, что облучатель был согласован с линией без зеркала. Тогда в результа­те отражения от зеркала в питающей линии появится обратная волна, т. е. возникнет некоторое рассогласование. Если же облуча­тель согласован при наличии зеркала на фиксированной частоте, то реакция зеркала проявится при частотных отклонениях. В ряде случаев используются различные приемы частичного устранения реакции зеркала. Например, делается отверстие в его средней части (рис.4а) или помещается там металлический диск (рис. 41б). Диск при расстоянии от зеркала около четверти волны создает (как пассивная антенна) поле излучения, находящееся в противофазе с полем, подлежащим компенсации; нужная интен­сивность излучения диска достигается подбором его размера. Впрочем, существуют приближенные формулы для диаметра диска d, и его расстояния от зеркала а (см. рис.4,), при которых ком­пенсация реакции зеркала должна быть наилучшей:

Для устранения реакции зеркала облучатель может быть также вынесен из области раскрыва (рис. 4в).

5. Основные технические характеристики параболических антенн

Одной из важнейших характеристик наземных антенн является величина отношения коэффициента усиления антенн (G) к суммарной шумовой температуре (T_) на входе приёмного устройства. Очевидно, что для увеличения отношения G/T_ (коэффициент шумовой добротности приёмного устройства) следует увеличивать коэффициент усиления антенны и уменьшать суммарную шумовую температуру: