Peili antenni

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 10. syyskuuta 2017 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 22 muokkausta .

Peiliantenni  - antenni , jossa aukon sähkömagneettinen kenttä muodostuu sähkömagneettisen aallon heijastumisesta erityisen peilin metallipinnalta ( heijastin ). Aallon lähde on yleensä pieni säteilijä, joka sijaitsee peilin fokuksessa . Sen roolissa voi olla mikä tahansa muu antenni, jossa on vaihekeskus, joka lähettää pallomaista aaltoa. Heijastinantennien päätarkoitus on muuntaa pallomainen tai sylinterimäinen aaltorintama litteäksi rintamaksi [1] .

Historia

Saksalainen fyysikko Heinrich Hertz keksi parabolisen antennin vuonna 1887. Hertz käytti kokeidensa aikana sylinterimäisiä parabolisia heijastimia dipoliantennien kipinöimiseen. Antennin aukon koko oli 1,2 metriä leveä ja sitä käytettiin noin 450 MHz taajuudella . Heijastin oli valmistettu sinkkiteräslevystä. Kahdella tällaisella antennilla, joista toinen lähetti ja toinen vastaanottaa, Hertz osoitti onnistuneesti sähkömagneettisten aaltojen olemassaolon, jonka Maxwell oli ennustanut 22 vuotta aiemmin.

Italialainen keksijä Guglielmo Marconi käytti parabolista heijastinta 1930-luvulla kokeissa lähettääkseen signaaleja veneeseen Välimerellä . Vuonna 1931 perustettiin radiovälitteinen puhelinliikenne 1,7 GHz:n taajuudella Englannin kanaalin yli käyttämällä heijastinantennia. Ensimmäisen suuren parabolisen antennin, jonka heijastimen halkaisija on 9 m, rakensi radioastronomi Grote Reber takapihallaan vuonna 1937. Sen avulla hän tutki tähtitaivasta.

Tutkan kehitys toisen maailmansodan aikana antoi sysäyksen uusien parabolisten antennien muotojen kehittämiselle, luotiin sektorikohtaisia ​​säteilykuvioita sisältäviä antenneja. Sodan jälkeen luotiin parabolisia antenneja, joiden peilin halkaisija oli 60 metriä (Bear Lakes Neuvostoliitossa ), 100 metrin radioteleskooppi Green Bankissa, Länsi-Virginiassa ja muita.

1960-luvulla heijastinantenneja alettiin käyttää laajalti maanpäällisissä radioreleviestintäverkoissa. Ensimmäinen satelliittiviestintään käytetty lautasantenni rakennettiin vuonna 1962 Gunhillyyn Cornwallissa Englannissa toimimaan Telstar-viestintäsatelliitin kanssa. Cassegrain-antennin kehittivät Japanissa vuonna 1963 NTT, KDDI ja Mitsubishi Electric . Tietokoneiden ilmestyminen 1980-luvulla, jotka pystyivät suorittamaan monimutkaisia ​​laskelmia parabolisten antennien säteilykuvioista, johti monimutkaisten epäsymmetristen ja monipeiliantennien kehittämiseen.

Yleistä tietoa

Peiliantennit ovat yksi yleisimmistä kapeasti suunnatuista antenneista VHF -alueella [1] .

Yleensä heijastinantenneissa syötteen leveämpi säteilykuvio muunnetaan itse antennin kapeaksi säteilykuvioksi [1] .

Peilin reuna ja Z-taso muodostavat pinnan, jota kutsutaan peiliaukolle. Tässä tapauksessa sädettä R kutsutaan aukon säteeksi ja kulmaa 2ψ kutsutaan peilin aukkokulmaksi. Peilin tyyppi riippuu aukkokulmasta [2] :

Antennisyötön fokus voidaan sijoittaa sekä peilin F fokukseen että siirtää sen suhteen. Jos säteilyttimen fokus sijaitsee antennin fokuskohdassa, sitä kutsutaan suoraksi fokukseksi . Suoratarkennusantenneja on erikokoisia, kun taas syksyn symmetriset antennit, joiden syöttö ei ole peilin keskipisteessä, eivät yleensä ole halkaisijaltaan yli 1,5 m [3] . Tällaisia ​​antenneja kutsutaan usein offset -antenneiksi . Offset-antennin etuna on suurempi antennin vahvistus, joka johtuu siitä, ettei syöttö vaikuta peiliaukon varjostukseen [3] . Offset-antennien heijastin on kääntöparaboloidin sivuleikkaus. Tällaisten antennien säteilyttimien fokus sijaitsee heijastimen polttotasossa.

Heijastinantennissa voi olla ylimääräinen elliptinen peili (kaksipeili Gregory-kaavio ) tai ylimääräinen hyperbolinen peili ( kaksipeili Cassegrain-kaavio ), jonka polttopisteet sijaitsevat heijastinantennin polttotasossa. Tässä tapauksessa säteilytin sijaitsee lisäpeilin keskipisteessä.

Heijastinantennissa voi olla samanaikaisesti useita syöttöjä, jotka sijaitsevat antennin polttotasossa. Jokainen säteilytin muodostaa haluttuun suuntaan suunnatun säteilykuvion. Säteilyttimet voivat toimia eri aaltokaistoilla ( C , Ku , Ka ) tai kukin samanaikaisesti usealla kaistalla.

Tarkennuksen sijainti ja antennipeilin polttotaso eivät riipu toiminta-aallonpituusalueesta.

Tehtävistä ja säteilyttimestä riippuen heijastinantenni muodostaa yhden kapeasti suunnatun kokonais-, summa-erokuvion (suuntamittimille) tai useita monisuuntaisia ​​kuvioita samanaikaisesti - useaa säteilyttäjiä käytettäessä.

Peilien tyypit

Tekniikassa seuraavan tyyppisiä peilejä käytetään laajimmin:

  1. paraboliset peilit muuttavat sylinterimäisen tai pallomaisen aallon tasoaaltoksi. Sylinterimäiselle aallolle peili on parabolinen sylinteri , pallomaiselle aallolle se on kierroksen paraboloidi [1] .
  2. pallomaiset peilit eroavat vähän parabolisista peileistä, joiden polttoväli on puolet pallon säteestä [1] .
  3. litteitä peilejä käytetään pääasiassa vibraattoriantenneissa ja joskus periskooppisissa ja erittäin suuntautuvissa [1] , kun taas kahden tietyssä kulmassa toisiinsa nähden sijaitsevan peilin järjestelmä yhdessä symmetrisen vibraattorin (syötteen) kanssa muodostaa kulma-antennin (tyyppi peiliä kutsutaan tässä tapauksessa kulmaksi) [4] .
  4. erikoisprofiilipeilit ovat useammin parabolisia peilejä, joiden laskennallinen poikkeama parabolisesta pinnasta. Tällaisten antennien käytön päätarkoitus on erityisen muotoisen säteilykuvion muodostaminen, esimerkiksi kosekantti [1] tai mikä tahansa tietty muoto. Erityisen muotoiltuja peilejä voidaan käyttää myös säteilykuvion luomiseen, mukavaan palvelualueeseen, jossa radioasema toimii (esimerkki: satelliitti, matkapuhelintukiasema ) . Tällaisten peilien käytön päätarkoitus on säästää uusiutuvien energialähteiden energiaresursseja mahdollisimman laadukkaalla vastaanoton ja lähetyksen laadulla palvelualueella.

Suunnitteluominaisuudet

Peili koostuu yleensä dielektrisestä alustasta ( avaruusantennien hiilikuidusta ), joka on päällystetty metallilevyillä, johtavalla maalilla ja kalvolla [4] . Samaan aikaan levyt ovat usein rei'itettyjä tai verkkomaisia, mikä johtuu halusta vähentää rakenteen painoa sekä minimoida tuulen- ja sateenkestävyys. Tällainen epäjatkuva peili johtaa kuitenkin seuraaviin seurauksiin: osa energiasta tunkeutuu peilin läpi, mikä johtaa antennin suuntaavuuden heikkenemiseen ja säteilyn lisääntymiseen heijastimen takana. Ei-kiinteällä peilillä varustetun antennin hyötysuhde lasketaan kaavalla , jossa on heijastimen takana oleva säteilyteho ja heijastimen säteilyteho (tuloaalto) [4] . Jos , epäjatkuvaa peiliä pidetään hyvänä. Tämä ehto täyttyy yleensä, kun rei'itetyn peilin reikien halkaisija on pienempi kuin ja reikien kokonaispinta-ala peilin koko alueelle asti [4] . Verkkopeileissä reikien halkaisija ei saa ylittää [4] .

Säteilylaite

Parabolisen antennin säteilykuvio muodostuu syötöstä . Antennissa voi olla yksi tai useampi syöttö, vastaavasti, antenniin muodostuu yksi tai useampi säteilykuvio. Tämä tehdään esimerkiksi signaalin vastaanottamiseksi samanaikaisesti usealta avaruusviestintäsatelliitilta.

Säteilyttimien aukko sijaitsee parabolisen heijastimen polttopisteessä tai sen polttotasossa, jos yhdessä antennissa käytetään useita säteilyttimiä. Useat säteilyttimet muodostavat useita säteilykuvioita samassa antennissa, tämä on tarpeen, kun yksi antenni kohdistetaan kerralla useaan viestintäsatelliittiin.

Katso myös: Säteilytin .

Palkin leveys

Antennin kulmaleveys ja sen säteilykuvio eivät riipu siitä, lähettääkö vai vastaanottaako antenni. Säteen leveys määräytyy puolen säteen tehon tasosta, eli tasosta (-3 dB) sen maksimiarvosta. Parabolisten antennien osalta tämä taso määritetään kaavalla:

,

jossa K on tekijä, joka vaihtelee hieman heijastimen muodon mukaan, ja d on heijastimen halkaisija metreinä, puolitehokuvion θ leveys radiaaneina. 2 metrin satelliittiantennille, joka toimii C-kaistalla (3-4 GHz vastaanotto ja 5-6 GHz lähetys), tämä kaava antaa keilanleveyden noin 2,6°.

Antennivahvistus määritetään kaavalla:

Vahvistuksen ja säteen leveyden välillä on käänteinen suhde.

Halkaisijaltaan suuret paraboliset antennit muodostavat erittäin kapeita säteitä. Tällaisten säteiden osoittamisesta viestintäsatelliittiin tulee ongelma, koska pääkeilan sijaan voit osoittaa antennin sivukeilaan.

Antennikuvio on kapea kaukokeila ja sivukeilat. Kaukosäteen ympyräpolarisaatio asetetaan tehtävien mukaisesti, polarisaatiotaso kaukokeilan eri paikoissa on erilainen, ensimmäisissä sivukeiloissa polarisaatio muuttuu päinvastaiseksi, vasemmalta oikealle, oikealta vasemmalle.

Heijastinantennien ominaisuudet

Heijastinantennin ominaisuudet mitataan kaukokentässä.

Mielenkiintoisia faktoja

Sovellus

Parabolisia antenneja käytetään suuren vahvistuksen antenneina seuraaviin viestintätyyppeihin: radiorele lähikaupunkien välillä, langattomat WAN / LAN-datayhteydet, satelliitti- ja avaruusalusten viestintä. Niitä käytetään myös radioteleskoopeissa.

Parabolisia antenneja käytetään myös tutka-antenneina laivojen, lentokoneiden ja ohjattujen ohjusten ohjaamiseen. Kotisatelliittitelevisiovastaanottimien myötä parabolisista antenneista on tullut nykyaikaisten kaupunkien maisemien ominaisuus.

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Radioelektroniikan käsikirja / Toim. A. A. Kulikovsky. - M . : Energia, 1967. - T. 1. - 316 s.
  2. ↑ I.P. Zaikin, A.V. Totsky, S.K. Abramov, V.V. Lukin. Mikroaaltoantennilaitteiden suunnittelu / Toim. A. A. Kulikovsky .. - Kharkov: Nat. ilmailu un-t "Khark. ilmailu Institute", 2005. - S. 47. - 107 s.
  3. ↑ 1 2 Heijastinantennit Arkistoitu 5. huhtikuuta 2011 Wayback Machinessa osoitteessa antenna.tj
  4. ↑ 1 2 3 4 5 Shifrin Ya.S. Antennit. — VIRTA niitä. Goborova L.A., 1976. - S. 239-241. — 408 s.
  5. ↑ Vahvistus ja suuntaus eivät täsmää, ja ne on yhdistetty toisiinsa antennitehokkuuden kautta .
  6. ↑ Antennin tehollinen pinta-ala on suhteessa vahvistukseen suhteella: . Antennin tehollisen ja geometrisen alueen välinen suhde riippuu sen suunnitteluominaisuuksista. Suuremmilla antenneilla, ceteris paribus, on myös suurempi tehollinen alue.