5.2Основные определения параболоидных антенн для приема электромагнитных волн свч

Раскрыв параболоидной антенны или апертура (от латинского apertura — отверстие) — это плоскость, ограниченная наружными краями параболоида. Раскрыв имеет форму круга диаметра D (рис. 5.1) для прямофокусной антенны и форму эллипса для офсетной антенны с малым диаметром О.

За фокусное расстояние f параболоиднoгo рефлектора принимается кратчайшее расстояние от любой точки его поверхности до фокуса — точки Р. Оно, как видно, для точек поверхности, не принадлежащих одному сечению — т. е. окружности, разное (FO < FO1< РО2).

Угол полураскрыва параболоида — это угол между осью параболоида OF и линией, соединяющей фокус F с любой крайней точкой раскрыва параболоида: FO3, FO4 и т.п. Необходимо отметить, что геометрические размеры параболоида полностью определяются диаметром раскрыва D и фокусным расстоянием f, например, угол полураскрыва = are ctg 4 f /D.

Значительное количество определений, связанных с антеннами СВЧ, — таких как питание, первичный облучатель, освещение и т.п., создают впечатление, что речь идет о передающих антеннах. Согласно принципу обратимости передающие и приемные антенны взаимозаменяемы и названные определения можно употреблять и для приемных антенн. Только для приемных антенн все понимается иначе, наоборот. Если, например, о передающей антенне говорится: "параболоид отражает электромагнитные волны, падающие от первичного облучателя на его поверхность, направляет их в раскрыв антенны (апертуру)", то для приемной антенны это звучит так — "параболоид собирает падающие в его раскрыв электромагнитные волны и направляет (переизлучая) их в фокус, на размещенный там же первичный облучатель". Эти два подхода, в конечном счете, отражают принцип обратимости, одним из следствий которого является то, что для электромагнитных волн антенны для приема и антенны для передачи не отличаются друг от друга и всегда взаимозаменяемы, если даже они имеют разные конструкции. Здесь могут быть, конечно, некоторые технические ограничения. Например, если мощность передатчика такая большая, что его нельзя подключать к приемной антенне, рассчитанной на малую электрическую прочность, тогда возможны некоторые различия. Следует отметить, что принцип обратимости имеет большое практическое применение, так как позволяет использовать одну и ту же антенну в качестве приемной и в качестве передающей, например, приемо-передающие радиолокационные, самолетные и другие, т.е. в основном антенны, устанавливаемые на подвижных объектах.

5.3Основные параметры антенн для приема со спутников

Антенны для приема спутникового телевизионного вещания характеризуются: диапазоном частот принимаемых электромагнитных волн; направленностью излучения; коэффициентом усиления; шумовой температурой или коэффициентом шума; кроссполяризационными потерями и они относятся к направленным антеннам, т.е. интенсивность излучения у них на одном и том же расстоянии в разных направлениях различная. Это отражается в диаграмме направленности (рис. 5.2).

Диаграмма направленности — графически отраженная зависимость электромагнитного излучения от направления при условии измерения излучения на одинаковых расстояниях от антенны. Электромагнитное излучение характеризуется амплитудой, фазой и поляризацией. Для практических целей, в основном, используется амплитудная характеристика направленности.

Ширина основного лепестка диаграммы направленности-это угловой сектор, в пределах которого напряженность поля излучаемой электромагнитной волны составляет 0,707 величины напряженности поля ее

в главном направлении. Это соответствует половинному уменьшению мощности главного направления.

Ширина луча основного лепестка диаграммы направленности на уровне половинной мощности для параболоидных антенн составляет 1,02 А/О (рад) или 58,4 А/О (град).

Боковые лепестки диаграммы направленности — это побочные каналы приема/передачи. В большинстве случаев вовсе не желательные, так как через них возможно попадание помех в основной канал приема или создание помех другим системам при передаче, поэтому они должны быть минимальными.

Для наземных приемных устройств диапазона СВЧ разработаны антенны малых размеров, имеющие острую, (игольчатую) направленность основного лепестка и небольшие уровни боковых. На рис. 5.3 в качестве примера показана диаграмма направленности в горизонтальной плоскости, снятая для реальной антенны на частоте 11,2 ГГц с параболоидным металлическим зеркалом диаметром 0,76 м.

Коэффициент направленного действия антенны (к.н.д.)— это отношение плотности потока мощности, излучаемой антенной в направлении максимального излучения, к плотности потока мощности излучения изотропной антенны, взятых на равных расстояниях и при одинаковых излучаемых мощностях.

Коэффициент усиления антенны — это произведение максимального значения к.н.д. на коэффициент использования площади раскрыва.

Коэффициент усиления антенны при отсутствии больших неоднородностей поверхности зеркала рассчитывается по формуле:

G =10lg (4π/), дБ,

где S — площадь раскрыва апертуры; — длина волны принимаемого сигнала; = 0,5...0,7 — коэффициент использования площади раскрыва (для антенн небольшого диаметра берется меньшее его значение); — коэффициент полезного действия антенны в целом (от- ношение мощности излучаемой к мощности подводимой к антенне).