Параболическая зеркальная антенна. Выбор облучателя, и его расчет Принцип работы параболической антенны

В к-рой зеркалом служит вырезка из параболоида вращения или параоолич. цилиндра,

. 2004 .

Смотреть что такое "ПАРАБОЛИЧЕСКАЯ АНТЕННА" в других словарях:

параболическая антенна - Зеркальная антенна, отражающая поверхность которой представляет собой сектор параболоида вращения или параболического цилиндра. Возбуждение антенны осуществляется облучателем, расположенным в фокусе зеркала F1, или на его фокальной оси (рис. Р 3) …

параболическая антенна - parabolinė antena statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. parabolic reflector antenna vok. Parabolspiegelantenne, f rus. параболическая антенна, f pranc. antenne à réflecteur parabolique, f … Radioelektronikos terminų žodynas

Зеркальная антенна (См. Зеркальные антенны), в которой для фокусировки электромагнитной энергии в нужном направлении в качестве отражателя используют металлическую или металлизированную поверхность параболической формы, например… …

антенна типа “сыр” - Сегментно параболическая антенна, состоящая из зеркала в виде параболического цилиндра (полуцилинда) и смещенного относительно оси облучателя. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь справочник. Под… … Справочник технического переводчика

Устройство для излучения и приёма радиоволн. Передающая А. преобразует энергию электромагнитных колебаний высокой частоты, сосредоточенную в выходных колебательных цепях радиопередатчика, в энергию излучаемых радиоволн. Преобразование… … Большая советская энциклопедия

Устройство для излучения и(или) приёма радиоволн. Передающая антенна преобразует электромагнитную энергию, генерируемую радиопередатчиком, в энергию излучаемых радиоволн. Свойство переменного электрического тока, протекающего по проводнику,… … Энциклопедия техники

- (от лат. antenna мачта, рей) устройство для непосредств. излучения и (или) приема радиоволн. А. отличаются диапазоном излучаемых (принимаемых) радиоволн (см. Радиочастоты), перекрытием по частоте (частотно независимые, широкополосные и… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Антеннами параболические антенны также играют важную роль в сотовой связи. Основной областью их применения является организация транспортных каналов для базовой станции (). Как правило, они используются в радиорелейных линиях () связи, гораздо реже – в спутниковых. Однако и в том, и другом случае принцип работы остается неизменным. Параболическая антенна состоит из двух основных элементов: зеркало параболической формы и излучатель на некотором расстоянии от зеркала, который передает и принимает излучаемый сигнал. Принцип работы параболической антенны основан на том, что все лучи попадающие на зеркало фокусируются в единой точке – фокус параболы, где располагается приемник сигнала. В тоже время все излученные из фокуса лучи будут передаваться в едином направлении. Главной особенностью параболической антенны является игольчатая диаграмма направленности, характеризуемая длинным и узким основным лепестком.

По своей конструкции параболические антенны могут довольно сильно отличаться друг от друга. На это влияет множество параметров такие как используемый частотный диапазон, излучаемая мощность, расстояние между объектами, емкость канала связи и мн.др. В случае, если параболическая антенна используется в , то антенна обычно помещается в специальный защитный пластиковый корпус, который препятствует воздействию внешних негативных условий. Диаметр зеркала параболической антенны может быть от 30 см, до нескольких метров. Частота также может быть выбрана из широкого диапазона в диапазоне от 3 до 40 ГГц. Обычно руководствуются правилом: чем больше длинна пролета, тем ниже используется частота и больше диаметр антенны. К антенне сзади с помощью волновода прикрепляется радиомодуль, который преобразует высокочастотный сигнал гигагерцового диапазона используемый для передачи информации через открытое пространство в сигнал средней частоты мегагерцового диапазона, передаваемый во внутренний модуль системы .

Типы параболических антенн

Параболические антенны для спутниковой связи имеют несколько другую конструкцию. Обычно в таких антеннах излучатель располагается не по центру антенны, а с некоторым смещением, т.е. фокус параболы смещен от ее оси. Это необходимо для того, чтобы не создавать дополнительных затеняющих препятствий на пути принимаемого сигнала. Антенны для спутниковой связи обычно имеют больший диаметр и не заключены в защитный корпус. В остальном принцип их работы аналогичен антеннам .

6.1. Параболические антенны

Прием сигналов спутникового телевидения осуществляется специальными приемными устройствами, составной частью которых является антенна. Для профессионального и любительского приемов передач с ИСЗ наиболее популярны параболические антенны, благодаря свойству параболоида вращения отражать падающие на его апертуру параллельные оси лучи в одну точку, называемую фокусом. Апертура - это часть плоскости, ограниченная кромкой параболоида вращения.

Параболоид вращения, который используется в качестве отражателя антенны, образуется вращением плоской параболы вокруг ее оси. Параболой называется геометрическое место точек, равноудаленных от заданной точки (фокуса) и заданной прямой (директрисы) (рис. 6.1). Точка F - фокус и линия АВ - директриса. Точка М с координатами х, у - одна из точек параболы. Расстояние между фокусом и директрисой называется параметром параболы и обозначается буквой р. Тогда координаты фокуса F следующие: (р/2, 0). Начало координат (точка 0) называется вершиной параболы.

По определению параболы отрезки MF и РМ равны. Согласно теореме Пифагора MF^2 =FK^2+ MK^2. В то же время FK = = х - р/2, КМ = у и РМ = х + р/2, тогда (х - р/2)^2 + у^2 = (х + р/2)^2.

Возводя в квадрат выражения в скобках и приводя подобные члены, окончательно получаем каноническое уравнение параболы:

у^2 = 2рх, или у = (2рх)^0.5. (6.1)

По этой классической формуле сделаны миллионы антенн для приема сигналов спутникового телевидения. Чем же заслужила внимание данная антенна?

Параллельные оси параболоида, лучи (радиоволны) от спутника, отраженные от апертуры к фокусу, проходят одинаковое (фокусное расстояние). Условно два луча (1 и 2) падают на площадь раскрыва параболоида в разных точках (рис. 6.2). Однако отраженные сигналы обоих лучей проходят к фокусу F одинаковое расстояние. Это означает, что расстояние A+B=C+D. Таким образом, все лучи, которые излучает передающая антенна спутника и на которую направлено зеркало парабо

лоида, концентрируются синфазно в фокусе F. Этот факт доказывается математически (рис. 6.3).

Выбор параметра параболы определяет глубину параболоида, т. е. расстояние между вершиной и фокусом. При одинаковом диаметре апертуры короткофокусные параболоиды обладают большой глубиной, что делает крайне неудобным установку облучателя в фокусе. Кроме того, в короткофокусных параболоидах расстояние от облучателя до вершины зеркала значительно меньше, чем до его краев, что приводит к неравномерности амплитуд у облучателя для 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. Так, при диаметре апертуры 1,2 м и параметре 200 мм глубина параболоида равна 900 мм, а при параметре 750 мм - всего 240 мм. Если параметр превышает радиус апертуры, фокус, в котором должен находиться облучатель, располагается вне объема, ограниченного параболоидом и апертурой. Оптимальным считается вариант, когда параметр несколько больше, чем радиус апертуры.

Спутниковая антенна - единственный усиливающий элемент приемной системы, который не вносит собственных шумов и не ухудшает сигнал, а следовательно, и изображение. Антенны с зеркалом в виде параболоида вращения делятся на два основных класса: симметричный параболический рефлектор и асимметричный (рис. 6.4, 6.5). Первый тип антенн принято называть прямофокусными, второй - офсетными.

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 осесимметричной антенной. К тому же, облучатель установлен ниже центра тяжести антенны, тем самым увеличивая ее устойчивость при ветровых

Именно такая конструкция антенны наиболее распространенна в индивидуальном приеме спутникового телевидения, хотя в настоящее время используются и другие принципы построения наземных спутниковых антенн.

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 рис. 6.6.

Для антенн особое значение имеют характеристики направленности. Благодаря возможности использовать антенны с высокой пространственной избирательностью осуществляется прием спутникового телевидения. Важнейшими характеристиками антенн являются коэффициент усиления и диаграмма направленности.

Коэффициент усиления параболической антенны зависит от диаметра параболоида: чем больше диаметр зеркала, тем выше коэффициент усиления.

Зависимость коэффициента усиления параболической антенны от диаметра приведена ниже.

Роль коэффициента усиления параболической антенны можно проанализировать с помощью электрической лампочки (рис. 6.7, а). Свет равномерно рассеивается в окружающее пространство, и глаз наблюдателя ощущает определенный уровень освещенности, соответствующий мощности электролампочки.

Однако если источник света поместить в фокус параболоида с коэффициентом усиления 300 раз (рис. 6.7, б), его лучи после отражения поверхностью параболоида окажутся параллельны его оси, а сила цвета будет эквивалентна источнику мощностью 13 500 Вт. Такую освещенность глаз наблюдателя воспринять не может. На этом свойстве, в частности, основан принцип работы прожектора.

Таким образом, антенный параболоид, строго говоря, не является антенной в ее понимании преобразования напряженности электромагнитного поля в напряжение сигнала. Параболоид - это лишь отражатель радиоволн, концентрирующий их в фокусе, куда и должна быть помешена активная антенна (облучатель).

Диаграмма направленности антенны (рис. 6.8) характеризует зависимость амплитуды напряженности электрического поля Е, создаваемого в некоторой точке, от направления на эту точку. При этом расстояние от антенны до данной точки остается постоянным.

Увеличение коэффициента усиления антенны влечет за собой сужение главного лепестка диаграммы направленности, а сужение его до величины менее 1° приводит к необходимости снабжать антенну системой слежения, так как геостационарные спутники совершают колебания вокруг своего стационарного положения на орбите. Увеличение ширины диаграммы направленности приводит к снижению коэффициента усиления, а значит, и к уменьшению мощности сигнала на входе приемника. Исходя из этого, оптимальной шириной главного лепестка диаграммы направленности яв-

ляется ширина в 1...2° при условии, что передающая антенна спутника удерживается на орбите с точностью ±0,1°.

Наличие боковых лепестков в диаграмме направленности также снижает коэффициент усиления антенны и повышает возможность приема помех. Во многом ширина и конфигурация диаграммы направленности зависят от формы и диаметра зеркала принимающей антенны.

Самой важной характеристикой параболической антенны является точность формы. Она должна с минимальными ошибками повторять форму параболоида вращения. Точность соблюдения формы определяет коэффициент усиления антенны и ее диаграмму направленности.

Изготовить антенну с поверхностью идеального параболоида практически невозможно. Любое отклонение от реальной формы параболического зеркала от идеальной влияет на характеристики антенны. Возникают фазовые ошибки, которые ухудшают качество принимаемого изображения, снижается коэффициент усиления антенны. Искажение формы происходит и в процессе эксплуатации антенн: под воздействием ветра и атмосферных осадков; силы тяжести; как следствие неравномерного прогрева поверхности солнечными лучами. С учетом этих факторов определяется допустимое суммарное отклонение профиля антенны.

Качество материала также влияет на характеристики антенны. 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. Дело в том, что в отражении электромагнитного сигнала от поверхности 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.

Параболическая антенна на первый взгляд кажется грубым куском металла, но тем не менее она требует аккуратного обращения при хранении, транспортировке и монтаже. Любые искажения формы антенны приводят к резкому снижению ее эффективности и ухудшению качества изображения на экране телевизора. При покупке антенны необходимо обратить внимание на наличие искажений рабочей поверхности антенны. Иногда бывает, что при нанесении антикоррозийных и декоративных покрытий на зеркало антенны ее «ведет» и она приобретает форму пропеллера. Проверить это можно, положив антенну на ровный пол: края антенны везде должны касаться поверхности.

Ор-би-та спут-ни-ка но-сит на-зва-ние гео-ста-ци-о-нар-ной, ес-ли при вра-ще-нии Зем-ли спут-ник все-гда ви-сит над од-ной и той же точ-кой зем-ной по-верх-но-сти. Та-кие ор-би-ты за-ча-стую ис-поль-зу-ют-ся в си-сте-мах свя-зи и по-зи-ци-о-ни-ро-ва-ния.

Спут-ник, ко-то-рый Вы ви-ди-те на кар-тин-ке, яв-ля-ет-ся сим-во-лом кос-ми-че-ской про-грам-мы на-шей стра-ны. Это «СОЮЗ-ТМ ».

А вот так в ка-кой-то мо-мент вы-гля-де-ла за-став-ка про-грам-мы «Вре-мя» - ос-нов-ной ин-фор-ма-ци-он-ной те-ле-про-грам-мы стра-ны.

Ну а в мульт-филь-ме мы по-смот-рим, как про-ис-хо-дит про-цесс пе-ре-да-чи сиг-на-ла, на-при-мер, совре-мен-но-го спут-ни-ко-во-го теле-ви-де-ния.

Про-ве-дём пря-мую и на-зо-вём её ди-рек-три-сой. Возь-мём точ-ку вне неё. Гео-мет-ри-че-ское ме-сто то-чек, рав-но-уда-лён-ных от ди-рек-три-сы и дан-ной точ-ки (фо-ку-са), на-зы-ва-ет-ся па-ра-бо-лой .

Ес-ли на-пра-вить на па-ра-бо-лу лу-чи све-та, па-рал-лель-ные её оси сим-мет-рии, то все лу-чи со-бе-рут-ся в фо-ку-се па-ра-бо-лы . Это свой-ство на-зы-ва-ет-ся оп-ти-че-ским свой-ством па-ра-бо-лы.

Вер-но и об-рат-ное. Ес-ли по-ме-стить лам-поч-ку в фо-кус, то лу-чи, от-ра-зив-шись от па-ра-бо-лы, пой-дут па-рал-лель-но , при-чём гра-ни-ца све-та бу-дет пря-мой.

Ес-ли про-вра-щать па-ра-бо-лу от-но-си-тель-но её оси сим-мет-рии, то по-лу-чит-ся уже по-верх-ность вра-ще-ния вто-ро-го по-ряд-ка - па-ра-бо-ло-ид . Так как в лю-бом се-че-нии плос-ко-стью, со-дер-жа-щей ось сим-мет-рии, по-лу-ча-ет-ся од-на и та же па-ра-бо-ла, то оп-ти-че-ское свой-ство вер-но и для па-ра-бо-ло-и-да. Ес-ли по-ме-стить лам-поч-ку в фо-кус па-ра-бо-ло-и-да, то лу-чи, от-ра-зив-шись от по-верх-но-сти, пой-дут па-рал-лель-но друг дру-гу . Об-рат-ное то-же вер-но.

Имен-но это свой-ство ис-поль-зу-ет-ся в спут-ни-ко-вых па-ра-бо-ли-че-ских ан-тен-нах . Так как спут-ник на-хо-дит-ся очень да-ле-ко от ан-тен-ны, то лу-чи мож-но счи-тать по-чти па-рал-лель-ны-ми, и при-ём-ник сиг-на-ла ста-вит-ся в фо-кус па-ра-бо-ло-и-да.

До-пол-ни-тель-ная ин-фор-ма-ция:

На ла-ты-ни focus озна-ча-ет «очаг, огонь» . Как ма-те-ма-ти-че-ский тер-мин сло-во «фо-кус»

Параболическая антенна представляет собой радиотехническое устройство, используемое в качестве приемника или излучателя электромагнитных волн. В каждой радиотехнической системе, излучающей или передающей радиоволны, антенна играет главную роль и является важнейшим элементом. Это, в первую очередь, такие системы как телевизионные, радиосвязи, радиоуправления, радиовещания, радиолокации, радиорелейной связи, радионавигации, радиоастрономии. Классическая конструкция включает в себя металлические поверхности, специальные провода, магнитодиэлектрики, диэлектрики.

Зеркальные антенны - надежная локация

Самый распространенный тип направленных антенн - это зеркальные антенны, работающие в различных диапазонах радиоволн. Такое распространение они получили из-за простоты своей конструкции. Они надежно работают в- любой направленности, имеют достаточно высокий коэффициент полезного действия, сравнительно низкую шумовую температуру, широкий диапазон работы. При использовании в радиолокации зеркальные антенны позволяют легко находить нужный объект.

Параболические являются наиболее типичными представителями зеркальных антенн. Они представляют собой параболический цилиндр, параболоид вращения, либо параболический цилиндр, ограниченный проводящими параллельными плоскостями.

Устройство параболической антенны

Классическая параболическая антенна представляет собой металлическое отражающее зеркало в виде параболоида вращения и находящийся в- его фокусе излучатель. У них практически в любой точке плоскости зеркала наблюдается синфазное электромагнитное поле. Такое состояние определяется основным свойством параболы: постоянная сумма расстояний от любой точки параболы до фокуса. Облучатель изготавливается в виде разрезного полуволнового вибратора с рефлектором. Питание облучателя осуществляется с помощью коаксиального кабеля, волновое сопротивление которого составляет 75 Ом. Облучатель закрепляется на площади параболического зеркала как минимум в двух точках с помощью полиэтиленовых штанг, длиной 1 метр и хомутиков.

При изготовлении каркаса параболического зеркала используется дюралюминиевая проволока диаметром 6-8 мм. В центре каркаса устанавливается дюралюминиевый диск диаметром 200 мм, к которому крепятся непосредственно сам облучатель, поворотное устройство и радиальные части зеркального каркаса. После сборки каркаса на него с выпуклой стороны устанавливают отражающие провода. Параболическая антенна очень проста в изготовлении, обладает небольшой парусностью и вообще не требует какой-либо настройки.

Принцип действия

Облучатель излучает электромагнитную волну, которая дойдя до проводящей поверхности зеркала, возбуждают на ней токи, создающие вторичное поле, называемое полем отраженной волны. В целях попадания на зеркало основной части излучения, облучатель должен производить излучение в направлении зеркала в одну полусферу и не излучать в другую. Такие облучатели носят название однонаправленных.