1. Принцип действия параболической антенны

Зеркальные антенны являются наиболее широко применяющейся в настоящее время типом остронаправленных антенн диапазона УКВ. Зеркальная антенна состоит из двух основных частей элементов: первичного источника ЭМВ облучателя и металлического зеркала той или иной формы. ЭМВ облучателя, достигнув проводящей поверхности зеркала, наводит на нем токи высокой частоты. Эти токи являются источниками вторичного излучения, они создают отраженное ЭМП поле отраженной волны. Облучатель имеет, как правило, широкую ДН, которая с помощью зеркала преобразуется в узкую например, игольчатую ДН или ДН другой специальной формы. Зеркала изготавливают из металлических листов или пленок, наносимых на диэлектрическую основу. С целью уменьшения веса и ветровых нагрузок зеркала могут выполняться также из металлической сетки или перфорированных листов. Диаметр отверстий перфорированного зеркала не должен превышать , а суммарная площадь отверстий не должна превышать 0,5…0,6 от всей площади зеркала. [3].

Параболическая антенна используется для создания остронаправленного излучения в диапазоне СВЧ, когда размеры антенны во много раз превышают рабочую длину волны. Антенна состоит из металлического зеркала (рефлектора) параболической формы и облучателя, расположенного в ее фокусе. В работе исследуется антенна с зеркалом в виде параболоида вращения (рисунок 1.2) с раскрывом, имеющим форму круга диаметром . Прямая, перпендикулярная плоскости раскрыва и проходящая через его центр, является осью зеркала, точка пересечения оси с поверхностью зеркала – его вершиной. Расстояние от вершины зеркала до фокуса называется фокусным расстоянием. На следующем рисунке показан ход лучей в параболической антенне. [2]

Рисунок 1.2 Схема параболической антенны.

Рисунок 1.3 Ход лучей в параболической антенне.

2. Выбор геометрических размеров параболического зеркала

Для расчета диаметра раскрыва зеркала воспользуемся формулой из радиолокации:

Найдем длину волны по формуле:

Все значения нам известны, тогда выражаем из формулы G – коэффициент усиления антенны:

Зная, что , где – коэффициент направленного действия антенны ), . В результате (раз).

Где – геометрический размер раскрыва зеркала ; – коэффициент использования зеркала, который показывает насколько эффективно используется вся поверхность зеркала, обычно составляет 0,64÷0,65 (0,7). Находим геометрический размер раскрыва зеркала (S):

Для расчета радиуса используется формула:

.

Рассчитываем радиус:

Диаметр раскрыва зеркала является функцией требующейся ширины диаграммы направленности, а также несколько зависит от амплитудной и фазовой характеристики в раскрыве зеркала. Закон распределения амплитуд поля вдоль поверхности раскрыва зеркала определяется диаграммой излучения облучателя, если пренебречь потерями при отражении от зеркала. Для большинства применяющихся облучателей распределение амплитуд в одной из плоскостей (горизонтальной или вертикальной) вдоль раскрыва зеркала можно с достаточной точностью аппроксимировать законом , где х - координата, откладываемая от оси антенны; - некоторое целое число.

Проведем расчет радиуса выпуклой части зеркала. Для этого строится график функции радиуса раскрыва от расстояния где – расстояние до фокуса. В результате получен график, представленный на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 Зависимость радиуса раскрыва от расстояния.

Радиус параболической части зеркала равен 0,9 м. В результате полностью определены геометрические размеры зеркала.