Антени з переднім живленням - прямофокусные, осесиметричні
Антена з переднім живленням, прямофокусная, осесиметрична має відзеркалювальну дзеркальну поверхню параболоїдного типу, у фокусі якої знаходяться первинний опромінювач. Назва
антени говорить про себе - первинний опромінювач розміщений прямо у фокусі симетричного параболоїда. Пораболоїдная поверхня визначає параметри і якість прямофокусной антени, і тому доцільно розглянути її властивості і особливості.
Параболоїдна поверхня - це поверхня, утворена обертанням параболи навколо своєї осі OF (мал. 5.5).
Парабола - це геометричне місце крапок на площини, які рівновіддалені від фокусу F і прямій L, тобто Цо3 = 03F; L20 = OF і тому подібне Пряма OF- вісь параболи.
Параболоїд обертання, отриманий обертанням параболи навколо осі OF, симетричний і його поверхня має наступні властивості:
промені, що виходять з фокусу F і відбиті від будь-якої точки внутрішньої поверхні, проходять однакову відстань від фокусу до поверхні раскрыва (апертури), тобто FO
+
= FО2 + О2к2 =FО3+
і т.п ;всі промені, що виходять з фокусу параболоїда і відбиті його поверхнею, випромінюються з раскрыва паралельним пучком, що є одним з умов отримання гострої діаграми спрямованості і, як наслідок, великого коефіцієнта посилення антени. Таким чином, розкривши антени можна розглядати як поверхня, в будь-якій точці якої зміна поля електромагнітної хвилі відбувається одночасно, тобто синфазний. Проте амплітудний розподіл поля в площині раскрыва буде нерівномірним. Причина тут в наступному.
Мал. 5.5. Геометричні властивості параболи
проходить всі великі відстані від фокусу до поверхні (відрізки F02 > FO1 > FO і тому подібне) і з цієї причини її амплітуда зменшується до країв поверхні - змінюється обернено пропорційно до пройденої відстані. У раскрыве параболоїда створюється нерівномірний розподіл електромагнітного поля -максимальное в центрі і що зменшується до країв, що і необхідне, оскільки при цьому зменшуються рівні бічних пелюсток в діаграмі спрямованості, які утворюються разом з основним. Тільки потрібно визначити, яке зменшення інтенсивності освітлення (спад) до країв параболоїда необхідно отримати, -если зменшення невелике, то значна частина енергії йтиме за краї - відбувається "перелив" енергії, а якщо зниження дуже велике, то це означає, що освітлює тільки центральна його частина і таким чином зменшується поверхня, що діє. Тому знаходять компроміс між зменшенням поверхні, що діє, і втратами енергії за рахунок "переливу", який (компроміс) полягає в наступному.
Для максимального
використання поверхні параболоїда
(основного дзеркала) необхідно, щоб в
його раскрыве був рівномірний по
амплітуді розподіл електромагнітного
поля. Для цього, очевидно, необхідно
видаляти від поверхні параболоїда
первинний точковий опромінювач, а
оскільки він завжди розміщується у
фокусі, то необхідно збільшувати фокусну
відстань або, по-іншому, зменшувати кут
раскрыва параболоїда. Якщо кут раскрыва
менше 90°, то фокус знаходиться поза
параболоїдом і із зменшенням кута
поверхня його освітлює все равномернее.
З іншого боку, при цьому збільшується
частина випромінюваною первинним
опромінювачем енергії, яка йде,
"переливається" за краї параболоїда,
розсівається зовні. Розсіяння енергії
знижує к.п.д. антени в цілому, а рівномірне
освітлення поверхні параболоїда підвищує
коефіцієнт використання площі раскрыва.
Тут ясно існує компроміс між довжиною
фокусної відстані і площею раскрыва,
тобто діаметром параболоїда. Оскільки
коефіцієнт посилення антени
прямопропорцио-нален твору
(де
- коефіцієнт корисної дії антени в
цілому;
- коефіцієнт
використання поверхні раскрыва), то
існує певне оптимальне значення
відношення фокусної відстані до поверхні
(діаметру) раскрыва, при якому твір
максимально.
Це шукане значення лежить в інтервалі
(0,3...0,4) f/D і коефіцієнт використання
поверхні раскрыва антени при цьому
складає 0,5...0,7. Для антен із зміщеним
опромінювачем (офсетних) оптимальне
відношення f / D (D - мала вісь еліпса, що
приймається за умовний діаметр) лежить
в межах 0,5...0,6. Менше значення відповідає
антенам меншого розміру. Приведене
значення даного відношення і є шуканий
компроміс між зниженням поверхні антени,
що діє, і втратами енергії за рахунок
"переливу".
При розгляді антен з переднім живленням передбачалося, що первинний опромінювач - точковий, т.е рівномірно випромінюючий на всі боки. Проте точковий опромінювач створює недостатнє зменшення інтенсивності випромінювання до країв основного дзеркала. Тому, щоб рівномірно і інтенсивно освітлювати поверхню дзеркала антени і при цьому забезпечити мінімальний "перелив", на практиці використовується не точковий, а поверхневий опромінювач, тобто що складається з безлічі крапок.
Таким класичним опромінювачем для параболоїдних антен є рупор. Рупор добре погоджує хвилевід з навантаженням - з освітлюваною поверхнею дзеркала антени. Збільшуючи або зменшуючи розкривши рупора, можна отримати високу інтенсивність освітлення поверхні дзеркала і в той же час забезпечити мінімальний "перелив".
Направлені властивості параболоїдних антен
Електромагнітні хвилі випромінюються антенною через її розкривши (апертуру). Необхідною умовою отримання гострої спрямованості випромінювання антени, як наголошувалося, є вимога, щоб всі промені, що виходять з фокусу дзеркала (параболоїда) і відбиті його поверхнею, випромінювалися з раскрыва паралельним пучком.
Окрім цього, існує ще одна важлива умова отримання гострої спрямованості параболоїдної антени. У раскрыве антени випромінювання відбувається елементарними електромагнітними полями, які, інтерферує між собою, ослабляються до країв і посилюються до центру. В результаті випромінювані електромагнітні хвилі концентруються у вузькому напрямі. Це виконується за умови, що площа раскрыва антени значно більше квадрата довжини хвилі, так званого кросовера. Ступінь концентрації залежить від їх співвідношення - ніж більша площа раскрыва антени по відношенню до кросовера або ніж більший діаметр D антени по відношенню до довжини хвилі тим гостріше спрямованість і, як наслідок, вищий коефіцієнт посилення антени.