получили концентрические многопроводные фидерные линии, состоящие­ из внутренней и наружной систем проводов.

Приемные антенны св, дв и сдв диапазонов

Приемные СВ, ДВ и СДВ антенны значительно отличаются от передающих, как по конструктивному выполнению, так и по типам. Для прием­ ных антенн отсутствуют проблемы, связанные с подведением больших мощ­ ностей к антенне и возникновением в ней значительных потенциалов.

Основными видами приемных антенн являются рамочные, а также Г- и Т-образные антенны, отличающиеся от передающих только меньшими размерами­ и конструктивным выполнением. В качестве направленной антенны для приема радиовещания на радиотрансляционных узлах применяется однопроводная антенна бегущей волны (ОБ). Приемные Г- и Т-образные антенны имеют вертикальную и горизонтальную части, выполненные из одиночного провода. Заземление реали­зуется в виде листа оцинкованного железа. Рамочные антенны из-за малости электрических­ размеров по своим свойствам подобны элемен­ тарным рамкам. Диаграмма направленности такой рамки должна иметь нули в направлении нормали к плоскости рамки, что позволяет осуществлять отстройку от мешаю­ щих станций. Однако если рамка соединяется с приемником несимметричной линией, то нулевые направления в ДН могут исчезнуть из-за так называемого антенного эффекта.

Чтобы устранить антенный эффект, наиболее часто рамка и симметрирующее устройство объединяются в единую конструкцию.

Ос­новным преимуществом рамочных антенн по сравнению с вертикальными несимметричными антеннами является наличие направлений нулевого прие­ ма в горизонтальной плоскости, что позволяет отстраиваться от мешающих сигналов.

10. Пример расчет и анализ рабочих характеристик антенны РНС LORAN для диапазона частот 60-100кГц в программе Altair FEKO.

11. Рупорная антенны. Типы рупоров, характеристики и применение рупорных антенн.

Рупорные антенны прибывают под классификацией апертурных антенн. И обычно используются на микроволновых частотах. Такие антенны используются в применении

космической техники. Рупорные антенны используются в качестве питающихся элементов

для большой радио-астрономии, спутникового отслеживания и коммуникационных тарелок.

12. Расчет и построение модели рупора в программе Ansys HFSS. Анализ характеристик

13. Зеркальная антенна. Офсетная и симметричная зеркальные антенны. Характеристики зеркальных антенн.

Зеркальной антенной (ЗА) называют совокупность слабонаправленного облучателя 1 и металлического отражателя (рефлектора, зеркала) 2 (рис. 9.8, а). В случае осесимметричного зеркала в виде тела вращения его форма выбирается так, чтобы сферический фазовый фронт ЭМВ 3, падающей от облучателя на зеркало, после отражения преобразовывался в плоский фронт ЭМВ 4. С точки зрения геометрической оптики лучи, расходящиеся от облучателя, в результате отражения от зеркала формируют параллельный пучок, обеспечивающий высокую направленность излучения антенны.

Рис. 9.8. Зеркальные антенны

Классическим вариантом ЗА является антенна с осесимметричным зеркалом в виде параболоида вращения (рис. 9.8, а, б); на практике применяются также антенны с зеркалами в форме параболического цилиндра, усеченного параболоида (рис. 9.8, в, г) и антенны более сложных конструкций (например, двухзеркальные). В последние десятилетия были разработаны новые варианты ЗА на основе плоских зеркал в виде решеток полосковых излучателей, более компактные и технологичные. В то же время ЗА с такого рода плоскими зеркалами принципиально проигрывают традиционным по ширине полосы рабочих частот в силу частотной зависимости комплексных коэффициентов отражения ЭМВ от полосковых элементов.

По направленности излучения, эффективности, ширине рабочей полосы частот, возможности работы с практически любой поляризацией и простоте конструкции ЗА практически не имеют конкурентов среди остронаправленных антенн СВЧ и КВЧ диапазонов.

Учитывая многообразие современных ЗА, их целесообразно классифицировать по основным отличительным признакам.

●​ По числу зеркал различают одно- и многозеркальные (основную группу которых составляют двухзеркальные) антенны.

●​ По взаимной ориентации зеркал и облучателей ЗА относят к осесимметричным и осенесимметричным. В симметричных антеннах зеркало обладает осевой симметрией и отраженные от его вершины ЭМВ неизбежно проходят через облучатель. ЭМВ, принятые облучателем, направляются обратно к источнику СВЧ колебаний и в общем случае без принятия специальных мер нарушают нормальный режим работы антенны, что выражается в значительном ухудшении ее согласования по входу. В осенесимметричных антеннах (называемых также офсетными, или антеннами с вынесенным облучателем) ЭМВ, отраженные от зеркала, уходят в окружающее пространство, не попадая на облучатель. Такие ЗА характеризуются очень хорошим согласованием с питающей линией передачи, но обладают повышенным уровнем кроссполяризации, что приводит к снижению развязки между каналами при одновременной работе с двумя ортогональными поляризациями излучения.

●​ По числу главных лепестков ДН зеркальные антенны разделяют на одно- и многолучевые; в простейшем случае число формируемых лучей равно числу облучателей.

●​ По характеру кривизны поверхности основного зеркала различают параболические и сферические зеркала, зеркала с модифицированными профилями, обеспечивающие повышенный КИП (оптимизированные антенны), а также, с учетом последних достижений в технике ЗА, специальные плоские зеркала (обеспечивающие тот же эффект, что и параболические).

Принцип действия зеркальной параболической антенны

Рассмотрим геометрические свойства и принцип действия ЗА с зеркалом в виде симметричного тела вращения (рис. 9.9) [10]. ЭМВ, излучаемая облучателем, достигая электропроводящей поверхности зеркала, наводит на ней электрические токи, создающие вторичное ЭМП, обычно называемое полем отраженной волны.

Для обеспечения высокой эффективности антенны облучатель должен быть однонаправленным и создавать излучение только в направлении зеркала.

В раскрыве антенны (на плоской поверхности круглой формы, ограниченной

кромками зеркала) отраженная зеркалом ЭМВ имеет плоский фазовый фронт, что

позволяет получить узкую ДН излучения. Естественно, что в дальней зоне на

расстояниях , много больших длины волны и радиуса зеркала R0 , излучаемая антенной ЭМВ становится сферической.

Необходимо определить, какую форму должно иметь зеркало для преобразования

сферической или цилиндрической ЭМВ в плоскую (в раскрыве). Решение этой

задачи с использованием метода геометрической оптики приводит к следующему выражению для профиля зеркала в полярной системе координат (рис. 9.9).

, (9.24)

где — текущий угол, отсчитываемый от оси зеркала; — текущее расстояние от точки фокуса до произвольной точки на облучаемой поверхности зеркала; f — фокусное расстояние зеркала. Выражение (9.24) представляет собой уравнение параболы в полярной системе координат. При этом удвоенное фокусное расстояние

называют параметром параболоида. Таким образом, поверхность зеркала должна быть поверхностью параболоида вращения, образованного вращением параболы вокруг оси z. Важно отметить, что профиль зеркала не зависит от длины волны, так что полоса рабочих частот ЗА фактически определяется только частотными характеристиками облучателя.

Для формирования пучка лучей, параллельного оси зеркала и образующего волну с

плоским фазовым фронтом, в фокусе зеркала F должен находиться точечный

источник, излучающий сферическую волну. Отметим, что сказанное выше справедливо в случае бесконечно малой длины волны, падающей на зеркало. В действительности длина волны конечна и отраженные от зеркала лучи образуют не

вполне параллельный, расходящийся пучок; однако с учетом малости расстояния от

поверхности зеркала до плоскости раскрыва этой расходимостью можно пренебречь и считать отраженную волну в раскрыве плоской, а сам раскрыв — синфазно возбужденным.

Рис. 9.9. Определение профиля зеркала

Для преобразования цилиндрической волны в плоскую поверхность зеркала должна

иметь форму параболического цилиндра, а облучатель (соответственно, не

точечный, а линейный) должен располагаться вдоль фокальной плоскости зеркала и излучать в направлении зеркала цилиндрическую волну.

Геометрические параметры параболического зеркала: фокусное расстояние f; радиус

раскрыва ; угол раскрыва . Эти параметры связаны следующим соотношением:

. (9.25)

Форму зеркала удобно характеризовать отношением или углом раскрыва . Если <2 или <π, зеркало называется длиннофокусным (мелким); если >2 или >π, зеркало называется короткофокусным (глубоким). При расположении фокуса на пересечении оси зеркала с фокальной осью =2 и =π.

Управление ДН зеркальной антенны

Если фазовый центр облучателя точно совмещен с фокусом F зеркала, то фронт волны, отраженной от зеркала, в его раскрыве оказывается плоским и направление главного максимума ДН совпадает с осью зеркала. Смещение облучателя в фокальной плоскости, иначе говоря, в направлении перпендикуляра к оптической оси зеркала вызывает отклонение направления главного максимума в сторону, противоположную смещению облучателя (рис. 9.10)

Рис. 9.10. Отклонение ДН, вызванное смещением облучателя в фокальной плоскости параболического зеркала

Этот эффект легко поясняется отклонением фазового фронта отраженной волны на

угол при смещении облучателя (рис. 9.10). Направление максимума излучения всегда перпендикулярно фронту волны, следовательно, ДН отклонится на тот же угол в сторону, противоположную смещению облучателя [10]:

,

при малых углах отклонения , тогда можно считать

, или в градусах . (9.27)

Вообще говоря, смещение облучателя приводит не только к отклонению ДН, но и ее искажению вследствие нарушения линейного закона изменения фазы поля в раскрыве.

Это приводит к расширению ДН и возрастанию УБЛ, что ведет к уменьшению КНД и КУ антенны. С увеличением фокусного расстояния зеркала при фиксированном диаметре искажения формы ДН при одном и том же смещении облучателя уменьшаются. Реализуемые на практике углы отклонения ДН от оси антенны обычно не превышают 5—8 значений ширины ДН по половинной мощности.

Характеристики зеркальной антенны измеряются в дальней зоне.

●​ Ширина диаграммы направленности (ДН) в заданных плоскостях (Е, Н) или во всех направлениях

●​ Форма ДН (контурная, круговая)

●​ Коэффициент направленного действия

●​ Коэффициент усиления в максимуме ДН антенны

●​ Эффективная площадь антенны ●​ КПД антенны

●​ Уровень боковых лепестков ●​ КСВ

●​ Поляризация (круговая-эллиптическая, линейная) и развязка между ортогональными поляризациями.

●​ Направление вращения поля антенны ●​ Коэффициент поляризации

●​ Диапазон рабочих частот

Основные электрические характеристики ●​ Коэффициент усиления (КУ): Это одна из главных характеристик, которая

может достигать очень больших значений (до 50-60 дБ и выше). Чем больше