Параболическая антенна - Parabolic antenna

Большой параболический спутниковая связь антенна на Erdfunkstelle Raisting, крупнейшем в мире центре спутниковой связи, в Рейстинг, Бавария, Германия. Оно имеет Кассегрен введите фид.

А параболическая антенна является антенна который использует параболический отражатель, криволинейная поверхность с формой поперечного сечения парабола, направить радиоволны. Самая распространенная форма имеет форму блюдо и в народе называется тарелочная антенна или же параболическая тарелка. Основное преимущество параболической антенны в том, что она имеет высокую направленность. Он работает аналогично прожектор или же фонарик отражатель, чтобы направлять радиоволны узким лучом или принимать радиоволны только с одного определенного направления. Параболические антенны имеют одни из самых высоких прибыль, что означает, что они могут производить самые узкие ширина луча, любого типа антенны.^[1][2] Для достижения узкой ширины луча параболический отражатель должен быть намного больше, чем длина волны используемых радиоволн,^[2] поэтому параболические антенны используются в высокочастотной части радиоспектр, в УВЧ и микроволновая печь (СВЧ ) частот, на которых длины волн достаточно малы, чтобы можно было использовать отражатели подходящего размера.

Параболические антенны используются как антенны с высоким коэффициентом усиления за связь точка-точка, в таких приложениях, как микроволновое реле каналы, по которым передаются телефонные и телевизионные сигналы между соседними городами, беспроводной WAN / LAN ссылки для передачи данных, спутниковая связь антенны связи космических аппаратов. Они также используются в радиотелескопы.

Другое частое использование параболических антенн - радар антенны, в которых необходимо передавать узкий луч радиоволн для обнаружения таких объектов, как корабли, самолеты, и управляемые ракеты, и часто для определения погоды.^[2] С появлением домашнее спутниковое телевидение Приемники-параболические антенны стали обычным явлением в ландшафтах современных стран.^[2]

Параболическая антенна была изобретена немецким физиком. Генрих Герц во время открытия радиоволн в 1887 году. Во время своих исторических экспериментов он использовал цилиндрические параболические отражатели с дипольными антеннами с искровым возбуждением в их фокусе как для передачи, так и для приема.

Параболические антенны основаны на геометрическом свойстве параболоида, что пути FP₁Q₁, FP₂Q₂, FP₃Q₃ все одинаковой длины. Итак, сферический волновой фронт, излучаемый фидерной антенной в фокусе антенны F отразится в уходящей плоской волне L движение параллельно оси тарелки VF.

Дизайн

Принцип действия параболической антенны заключается в том, что точечный источник радиоволн на координационный центр перед параболоидальным отражателем проводящий материал будет отражен в коллимированный плоская волна луч по оси рефлектора. И наоборот, падающая плоская волна, параллельная оси, будет сфокусирована в точку в фокусе.

Типичная параболическая антенна состоит из металлического параболический отражатель с небольшим фидерная антенна подвешен перед рефлектором в его фокусе,^[2] указал обратно на отражатель. Отражатель представляет собой металлическую поверхность, выполненную в виде параболоид вращения и обычно усечен в виде круглого ободка, образующего диаметр антенны.^[2] В передающей антенне радиочастота Текущий из передатчик поставляется через линия передачи кабель к фидерная антенна, который преобразует его в радиоволны. Радиоволны излучаются фидерной антенной обратно к тарелке и отражаются от тарелки в виде параллельного луча. В приемной антенне входящие радиоволны отражаются от тарелки и фокусируются в точке на фидерной антенне, которая преобразует их в электрические токи, которые проходят через антенну. линия передачи к радиоприемник.

Параболический отражатель

Проволочная параболическая антенна решетчатого типа для MMDS канал передачи данных в частота 2,5-2,7 ГГц. Питается вертикальным диполь под небольшим алюминиевым отражателем на стреле. Он излучает вертикально поляризованный микроволны.

Отражатель может быть выполнен из листового металла, металлического экрана или проволочной решетки, и он может быть либо круглой «тарелкой», либо другой формой для создания луча различной формы. Металлический экран отражает радиоволны, а также твердую металлическую поверхность, если отверстия меньше одной десятой длина волны, поэтому экранные отражатели часто используются для уменьшения веса и ветровых нагрузок на антенну. Чтобы добиться максимума прирост, необходимо, чтобы форма антенны была точной в пределах небольшой части длины волны, чтобы волны от разных частей антенны попадали в фокус в фазе. Большая посуда часто требует поддержки ферма конструкция позади них, чтобы обеспечить необходимую жесткость.

Отражатель, состоящий из решетки из параллельных проводов или стержней, ориентированных в одном направлении, действует как поляризационный фильтр а также рефлектор. Это только отражает линейно поляризованный радиоволны, с электрическое поле параллельно элементам гриля. Этот тип часто используется в радар антенны. В сочетании с линейно поляризованным кормить рог, это помогает отфильтровывать шум в приемнике и снижает количество ложных срабатываний.

Поскольку блестящий металлический параболический отражатель также может фокусировать солнечные лучи, а большинство посуды может концентрировать достаточно солнечной энергии на структуре подачи, чтобы сильно ее перегреть, если они случайно будут направлены на солнце, твердые отражатели всегда покрываются слоем плоской краски.

Антенна питания

Фидерная антенна в фокусе рефлектора обычно представляет собой низкий коэффициент усиления типа, такого как полуволновой диполь или чаще небольшой рупорная антенна называется кормить рог. В более сложных конструкциях, таких как Кассегрен и по григорианскому календарю, вторичный отражатель используется для направления энергии в параболический отражатель от питающей антенны, расположенной вдали от первичной фокусной точки. Фидерная антенна подключена к соответствующей радиочастоте (RF) передача или же получение оборудование с помощью коаксиальный кабель линия передачи или же волновод.

На микроволновых частотах, используемых во многих параболических антеннах, волновод требуется для проведения микроволн между питающей антенной и передатчиком или приемником. Из-за высокой стоимости волноводов во многих параболических антеннах RF передний конец электроника приемника расположена у фидерной антенны, и принимаемый сигнал преобразуется в более низкий промежуточная частота (ЕСЛИ), чтобы его можно было провести к приемнику через более дешевый коаксиальный кабель. Это называется малошумящий блочный понижающий преобразователь. Точно так же в передающих антеннах микроволновый передатчик может быть расположен в точке питания.

Преимущество параболических антенн заключается в том, что большая часть конструкции антенны (все, кроме подающей антенны) является нерезонансный, поэтому он может работать в широком диапазоне частоты, то есть широкий пропускная способность. Все, что необходимо для изменения рабочей частоты, - это заменить фидерную антенну на ту, которая работает на новой частоте. Некоторые параболические антенны передают или принимают на нескольких частотах, имея несколько питающих антенн, установленных в фокусной точке близко друг к другу.

Блюдо параболические антенны

Закрытые микроволновые ретрансляционные тарелки на вышке связи в Австралии.

Тарелка спутникового телевидения, пример тарелки офсетного питания.

Антенна спутниковой связи Cassegrain в Швеции.

Смещенная григорианская антенна, используемая в Телескопическая решетка Аллена, а радиотелескоп в Калифорнийском университете в Беркли, США.

Параболические антенны с фигурным лучом

Вертикальная антенна типа "апельсиновая корка" для военного радиолокационного высотомера, Германия.

Ранняя цилиндрическая параболическая антенна, 1931 г., Науэн, Германия.

Антенна радара управления воздушным движением, недалеко от Ганновера, Германия.

Антенна РЛС наблюдения аэропорта ASR-9.

Антенна "Апельсиновая корка" для РЛС воздушного поиска, Финляндия.

Типы

Основные типы параболических антенн.

Параболические антенны отличаются своей формой:

• Параболоидальный или же блюдо - Отражатель имеет форму параболоид усечен по круглому ободку. Это самый распространенный вид. Он излучает узкий пучок в форме карандаша по оси блюда.
  • Покрытое блюдо - Иногда к бортику блюда прикрепляют металлический щит цилиндрической формы.^[3] Кожух защищает антенну от излучения под углами за пределами оси главного луча, уменьшая боковые лепестки. Иногда он используется для предотвращения помех в наземных микроволновых линиях связи, где несколько антенн, использующих одну и ту же частоту, расположены близко друг к другу. Кожух изнутри покрыт материалом, поглощающим микроволны. Кожухи могут уменьшить излучение заднего лепестка на 10 дБ.^[3]
• Цилиндрический - Отражатель изогнут только в одном направлении и плоский в другом. Радиоволны фокусируются не на одной точке, а вдоль линии. Подача иногда дипольная антенна расположен по фокальной линии. Цилиндрические параболические антенны излучают веерообразный луч, узкий в изогнутом измерении и широкий в неизогнутом измерении. Изогнутые концы отражателя иногда закрываются плоскими пластинами, чтобы предотвратить выход излучения с концов, и это называется дот антенна.
• Антенны с фасонным лучом - Современные рефлекторные антенны могут быть спроектированы так, чтобы формировать луч или лучи определенной формы, а не только узкие «карандашные» или «веерные» лучи простых тарелочных и цилиндрических антенн выше.^[4] Для управления формой луча используются два метода, часто в сочетании:
  • Фасонные отражатели - Параболическому отражателю может быть придана некруглая форма и / или разная кривизна в горизонтальном и вертикальном направлениях, чтобы изменить форму луча. Это часто используется в антеннах радара. Как правило, чем шире антенна в данном поперечном направлении, тем уже будет диаграмма направленности в этом направлении.
    • Антенна "апельсиновая корка" - Используется в поисковых радарах, это длинная узкая антенна в форме буквы «C». Он излучает узкий вертикальный веерообразный луч.

Массив из нескольких рупоров на немецком радар наблюдения за аэропортом антенна для управления углом возвышения луча

• • Массивы каналов - Для получения луча произвольной формы вместо одного рупора можно использовать массив рупоров, сгруппированных вокруг фокальной точки. Антенны с матричным питанием часто используются на спутниках связи, особенно спутники прямого вещания, чтобы создать диаграмму направленности нисходящего канала для покрытия определенного континента или зоны покрытия. Они часто используются с вторичными рефлекторными антеннами, такими как Кассегрена.

Параболические антенны также классифицируются по типу подача, то есть как радиоволны попадают в антенну:^[3]

• Осевой, главный фокус, или же передняя подача - Это наиболее распространенный вид корма, с фидерная антенна расположен перед тарелкой в ​​фокусе, на оси луча, направленной назад в сторону тарелки. Недостатком этого типа является то, что корма и ее опоры блокируют часть луча, что ограничивает апертурную эффективность только 55–60%.^[3]
• Вне оси или же офсетная подача - Рефлектор представляет собой асимметричный сегмент параболоида, поэтому фокус и фидерная антенна расположены с одной стороны антенны. Цель этой конструкции состоит в том, чтобы убрать структуру подачи с пути луча, чтобы она не блокировала луч. Широко используется в домашних условиях спутниковое телевидение тарелки, которые достаточно малы, чтобы структура подачи в противном случае блокировала значительную часть сигнала. Подача со смещением также может использоваться в конструкциях с несколькими отражателями, таких как модели Кассегрена и Григориан, указанные ниже.
• Кассегрен - В Антенна Кассегрена, корм располагается на тарелке или за ней и излучается вперед, освещая выпуклый гиперболоидальный вторичный отражатель в фокусе тарелки. Радиоволны от источника отражаются от вторичного отражателя к тарелке, которая снова отражает их вперед, формируя выходящий луч. Преимущество этой конфигурации состоит в том, что канал с волноводами и "внешний интерфейс "Электроника не должна быть подвешена перед тарелкой, поэтому она используется для антенн со сложным или громоздким питанием, например, для больших спутниковая связь антенны и радиотелескопы. Апертурный КПД составляет порядка 65–70%.^[3]
• Григорианский - Подобен конструкции Кассегрена, за исключением того, что вторичный отражатель вогнутый, (эллипсоидальный ) в форме. Может быть достигнута эффективность диафрагмы более 70%.^[3]

Схема подачи

Влияние питающей антенны диаграмма направленности (маленькая поверхность в форме тыквы) на переливах. Осталось: При использовании питающей антенны с низким коэффициентом усиления значительная часть ее излучения выходит за пределы антенны. Правильно: При более высоком коэффициенте усиления почти все излучение излучается под углом антенны.

В диаграмма направленности из фидерная антенна должен быть адаптирован к форме блюда, потому что он оказывает сильное влияние на апертурная эффективность, определяющий коэффициент усиления антенны (см. Прирост раздел ниже). Излучение корма, которое попадает за край тарелки, называется "перетекание"и тратится впустую, уменьшая прирост и увеличивая задние части, возможно, вызывая вмешательство или (в приемных антеннах) повышенная восприимчивость к помехам от земли. Однако максимальное усиление достигается только тогда, когда тарелка равномерно «освещена» с постоянной напряженностью поля по краям. Таким образом, идеальной диаграммой направленности фидерной антенны была бы постоянная напряженность поля во всем телесном угле тарелки, резко снижающаяся до нуля по краям. Однако у практических фидерных антенн диаграммы направленности излучения постепенно уменьшаются по краям, поэтому фидерная антенна представляет собой компромисс между приемлемо низким побочным эффектом и адекватной освещенностью. Для большинства фронтальных рупоров оптимальное освещение достигается, когда мощность, излучаемая рупором, равна 10. дБ меньше на краю блюда, чем его максимальное значение в центре блюда.^[5]

Поляризация

Диаграмма электрических и магнитных полей на выходе параболической антенны представляет собой просто увеличенное изображение полей, излучаемых фидерной антенной, поэтому поляризация определяется фидерной антенной. Для достижения максимального усиления фидерная антенна в передающей и приемной антеннах должна иметь одинаковую поляризацию. ^[6] Например, вертикальная дипольная питающая антенна будет излучать луч радиоволн с вертикальным электрическим полем, называемым вертикальная поляризация. Приемная фидерная антенна также должна иметь вертикальную поляризацию, чтобы принимать их; если подача горизонтальная (горизонтальная поляризация ) антенна сильно потеряет усиление.

Для увеличения скорости передачи данных некоторые параболические антенны передают два отдельных радиоканала на одной и той же частоте с ортогональный поляризации с использованием отдельных фидерных антенн; это называется двойная поляризация антенна. Например, спутниковое телевидение сигналы передаются со спутника по двум отдельным каналам на одной частоте с использованием верно и левая круговая поляризация. В доме спутниковая тарелка, они принимаются двумя небольшими монопольными антеннами в кормить рог, ориентированные под прямым углом. Каждая антенна подключается к отдельному приемнику.

Если сигнал от одного поляризационного канала принимается противоположно поляризованной антенной, это вызовет перекрестные помехи что унижает соотношение сигнал шум. Способность антенны разделять эти ортогональные каналы измеряется параметром, называемым кросс-поляризационная дискриминация (XPD). В передающей антенне XPD - это доля мощности от антенны одной поляризации, излучаемой в другой поляризации. Например, из-за незначительных дефектов тарелка с вертикально поляризованной фидерной антенной будет излучать небольшую часть своей мощности в горизонтальной поляризации; эта дробь - XPD. В приемной антенне XPD - это отношение мощности принимаемого сигнала с противоположной поляризацией к мощности, полученной в той же антенне с правильной поляризацией, когда антенна освещается двумя ортогонально поляризованными радиоволнами равной мощности. Если антенная система имеет недостаточный XPD, подавление кросс-поляризационных помех (XPIC ) цифровая обработка сигналов алгоритмы часто могут использоваться для уменьшения перекрестных помех.

Формирование двойного отражателя

В антеннах Кассегрена и григорианских антеннах наличие двух отражающих поверхностей на пути прохождения сигнала предлагает дополнительные возможности для улучшения характеристик. Когда требуется наивысшая производительность, можно использовать метод, называемый «формирование двойного отражателя». Это включает в себя изменение формы вспомогательного отражателя для направления большей мощности сигнала на внешние области антенны, чтобы отобразить известную схему подачи в однородное освещение первичной обмотки, чтобы максимизировать усиление. Однако это приводит к вторичной обмотке, которая больше не является точно гиперболической (хотя она все еще очень близка), поэтому свойство постоянной фазы теряется. Эту фазовую ошибку, однако, можно компенсировать, слегка изменив форму главного зеркала. Результатом является более высокое усиление или отношение усиления / перелива за счет поверхностей, которые сложнее изготовить и протестировать.^[7][8] Также можно синтезировать другие схемы освещения антенны, например узоры с высокой конусностью на краю тарелки для сверхнизкого перетекания. боковые лепестки, и рисунки с центральным «отверстием» для уменьшения затенения корма.

Прирост

Директивные качества антенны измеряются безразмерным параметром, называемым ее прирост, который представляет собой отношение мощности, принимаемой антенной от источника вдоль оси луча, к мощности, принимаемой гипотетическим изотропная антенна. Коэффициент усиления параболической антенны составляет:^[9]

${ displaystyle G = { frac {4 pi A} { lambda ^ {2}}} e_ {A} = left ({ frac { pi d} { lambda}} right) ^ {2 } e_ {A}}$

куда:

• ${ displaystyle A}$ - площадь апертуры антенны, то есть устья параболического рефлектора. Для круглой параболической антенны ${ Displaystyle А = пи д ^ {2} / 4}$, давая вторую формулу выше.
• ${ displaystyle d}$ диаметр параболического отражателя, если он круглый
• ${ displaystyle lambda}$ - длина волны радиоволн.
• ${ displaystyle e_ {A}}$ безразмерный параметр от 0 до 1, называемый апертурная эффективность.Апертурная эффективность типичных параболических антенн составляет от 0,55 до 0,70.

Видно, что, как и в любом апертурная антенна, чем больше апертура по сравнению с длина волны, тем выше коэффициент усиления. Коэффициент усиления увеличивается пропорционально квадрату отношения ширины апертуры к длине волны, поэтому большие параболические антенны, такие как те, которые используются для связи с космическими аппаратами и радиотелескопы, может иметь чрезвычайно высокий коэффициент усиления. Применяя вышеприведенную формулу к антеннам диаметром 25 метров, часто используемым в радиотелескоп антенные решетки и наземные спутниковые антенны на длине волны 21 см (1,42 ГГц, обычная радиоастрономия частота), дает приблизительное максимальное усиление в 140000 раз или около 52 дБи (децибелы выше изотропный уровень). Самые большие параболические тарелочные антенны в мире - это Сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой на юго-западе Китая, а Радиотелескоп Аресибо в Аресибо, Пуэрто-Рико, US, оба из которых имеют эффективную апертуру около 300 метров. Коэффициент усиления этих антенн на частоте 3 ГГц составляет примерно 90 миллионов, или 80 дБи.

Эффективность диафрагмы е_А представляет собой общую переменную, которая учитывает различные потери, которые уменьшают усиление антенны от максимума, который может быть достигнут с данной апертурой. Основными факторами, снижающими апертурную эффективность параболических антенн, являются:^[10]

• Перетекание корма - Некоторое излучение от фидерная антенна падает за край тарелки и поэтому не влияет на дальний свет.
• Конус освещения подачи - Максимальное усиление для любой апертурной антенны достигается только тогда, когда интенсивность излучаемого луча постоянна по всей площади апертуры. Однако диаграмма направленности от питающей антенны обычно сужается к внешней части тарелки, поэтому внешние части тарелки «освещаются» меньшей интенсивностью излучения. Даже если источник света обеспечивает постоянное освещение под углом, который образует тарелка, внешние части тарелки находятся дальше от питающей антенны, чем внутренние части, поэтому интенсивность будет падать по мере удаления от центра. Таким образом, интенсивность луча, излучаемого параболической антенной, максимальна в центре тарелки и спадает по мере удаления от оси, что снижает эффективность.
• Закупорка апертуры - В параболических тарелках с фронтальным питанием, где фидерная антенна расположена перед тарелкой на пути луча (а также в конструкциях Кассегрена и Григориана), фидерная конструкция и ее опоры блокируют часть луча. В небольших антеннах, таких как домашние спутниковые антенны, где размер структуры питания сопоставим с размером антенны, это может серьезно снизить усиление антенны. Чтобы предотвратить эту проблему, в этих типах антенн часто используется компенсировать фидер, где фидерная антенна расположена сбоку, вне зоны луча. Апертурная эффективность для этих типов антенн может достигать 0,7–0,8.
• Ошибки формы - случайные поверхностные погрешности формы отражателя снижают эффективность. Убыток приблизительно равен Уравнение Рузе.

Для теоретического рассмотрения взаимных помех (на частотах от 2 до 30 ГГц - обычно в Фиксированная спутниковая служба ) если конкретные характеристики антенны не определены, эталонная антенна на основании Рекомендации МСЭ-R S.465 используется для расчета помех, которые будут включать вероятные боковые лепестки для внеосевых эффектов.

Диаграмма излучения

Диаграмма излучения немецкой параболической антенны. Главная доля (верх) всего несколько градусов в ширину. Все боковые лепестки находятся как минимум на 20 дБ ниже (1/100 плотности мощности) главного лепестка, а большинство из них на 30 дБ ниже. (Если бы этот образец был нарисован с линейными уровнями мощности вместо логарифмических уровней в дБ, все лепестки, кроме главного лепестка, были бы слишком малы, чтобы их можно было увидеть.)

В параболических антеннах практически вся излучаемая мощность сосредоточена в узком главная доля по оси антенны. Остаточная мощность излучается в боковые лепестки, обычно намного меньше, в других направлениях. Поскольку в параболических антеннах апертура отражателя намного больше длины волны, из-за дифракции обычно появляется много узких боковых лепестков, поэтому диаграмма направленности боковых лепестков является сложной. Также обычно бывает задний лепесток в направлении, противоположном главному лепестку, из-за побочного излучения питающей антенны, которое не попадает в отражатель.

Ширина луча

Угловая ширина луча, излучаемого антеннами с высоким коэффициентом усиления, измеряется ширина луча половинной мощности (HPBW), то есть угловое расстояние между точками на антенне диаграмма направленности при котором мощность падает до половины (-3 дБ) от максимального значения. Для параболических антенн HPBW θ дан кем-то:^[5][11]

${ Displaystyle тета = к лямбда / д ,}$

куда k - коэффициент, который немного меняется в зависимости от формы отражателя и схемы освещения фидера. Для идеального параболического отражателя с равномерным освещением и θ в градусах, k будет 57,3 (число градусов в радианах). Для "типовой" параболической антенны k примерно 70.^[11]

Для типичного 2-х метрового спутниковая тарелка работает на Группа C (4 ГГц) эта формула дает ширину луча около 2,6 °. Для антенны Аресибо на частоте 2,4 ГГц ширина луча составляет 0,028 °. Видно, что параболические антенны могут давать очень узкие лучи, и их наведение может быть проблемой. Некоторые параболические тарелки оснащены осмотр чтобы их можно было точно навести на другую антенну.

Видно, что существует обратная зависимость между усилением и шириной луча. Комбинируя уравнение ширины луча с уравнением усиления, получаем соотношение:^[11]

${ displaystyle G = left ({ frac { pi k} { theta}} right) ^ {2} e_ {A}}$

Угол тета нормален к апертуре.

Формула диаграммы направленности

Излучение от большого параболоид с однородной освещенной апертурой, по существу, эквивалентен таковому из круглой апертуры того же диаметра D в бесконечной металлической пластине с равномерной плоской волной, падающей на пластину.^[12]

Диаграмму поля излучения можно рассчитать, применив Принцип Гюйгенса аналогично прямоугольной апертуре. В электрическое поле шаблон можно найти, оценив Фраунгофера дифракция интеграл по круглой апертуре. Это также можно определить через Уравнения зоны Френеля.^[13]

${ Displaystyle E = int int { frac {A} {r_ {1}}} e ^ {j ( omega t- beta r_ {1})} dS = int int e ^ {2 pi i (lx + my) / lambda} dS}$

куда ${ Displaystyle бета = омега / с = 2 пи / лямбда}$. Использование полярных координат ${ Displaystyle х = rho cdot cos theta, quad y = rho cdot sin theta}$. Учитывая симметрию,

${ displaystyle E = int limits _ {0} ^ {2 pi} d theta int limits _ {0} ^ { rho _ {0}} e ^ {2 pi i rho cos тета л / лямбда} ро д ро}$

и используя функция Бесселя первого порядка дает картину электрического поля ${ Displaystyle Е ( тета)}$,

куда ${ displaystyle D}$ диаметр апертуры антенны в метрах, ${ displaystyle lambda}$ длина волны в метрах, ${ displaystyle theta}$ угол в радианы от оси симметрии антенны, как показано на рисунке, и ${ displaystyle J_ {1}}$это функция Бесселя первого порядка. Определение первого нули диаграммы направленности дает ширину луча ${ displaystyle theta _ {0}}$. Период, термин ${ Displaystyle J_ {1} (х) = 0}$ в любое время ${ displaystyle x = 3,83}$. Таким образом,

${ displaystyle theta _ {0} = arcsin { frac {3.83 lambda} { pi D}} = arcsin { frac {1.22 lambda} {D}}}$.

Когда диафрагма большая, угол ${ displaystyle theta _ {0}}$ очень маленький, поэтому ${ Displaystyle arcsin (х)}$ примерно равно ${ displaystyle x}$. Это дает общие формулы ширины луча,^[12]

История

Первая параболическая антенна, построенная Генрихом Герцем в 1888 году.

Проводная коротковолновая параболическая антенна 20 МГц, построенная Маркони в Херндоне, Великобритания, в 1922 году.

Первая большая параболическая тарелка; Радиотелескоп длиной 9 метров (30 футов), построенный Гроте Ребер на заднем дворе в 1937 году

Идея использования параболических отражателей для радиоантенн была взята из оптика, где способность параболического зеркала фокусировать свет в пучок была известна с классическая древность. Конструкции некоторых конкретных типов параболических антенн, таких как Кассегрен и Григорианский, происходят от одноименных аналогичных типов отражающий телескоп, которые были изобретены астрономы в течение 15 века.^[14][2]

Немецкий физик Генрих Герц построил первую в мире антенну с параболическим отражателем в 1888 году.^[2] Антенна представляла собой цилиндрический параболический отражатель из листового цинка, поддерживаемый деревянной рамой, и имела искровой разрядник, возбуждаемый 26 см. диполь в качестве фидерной антенны вдоль фокальной линии. Его отверстие было 2 метра в высоту на 1,2 метра в ширину, с фокусное расстояние 0,12 метра и использовался на рабочей частоте около 450 МГц. С двумя такими антеннами, одна использовалась для передачи, а другая для приема, Hertz продемонстрировал существование радиоволны который был предсказан Джеймс Клерк Максвелл 22 года назад.^[15] Однако раннее развитие радио было ограничено более низкими частотами, на которых параболические антенны были непригодны, и они не получили широкого распространения до окончания Второй мировой войны, когда начали использоваться микроволновые частоты.

Пионер итальянского радио Гульельмо Маркони в 1930-х годах использовал параболический отражатель при исследовании передачи УВЧ-сигналов от своей лодки в Средиземном море.^[14] В 1931 году 1,7 ГГц микроволновое реле телефонная связь через Английский канал с использованием тарелок диаметром 10 футов (3 метра).^[14] Первая большая параболическая антенна, 9-метровая тарелка, была построена в 1937 году первым радиоастрономом. Гроте Ребер на его заднем дворе,^[2] и его обзор неба был одним из событий, которые положили начало области радиоастрономия.^[14]

Развитие радар в течение Вторая Мировая Война дала большой импульс исследованиям параболических антенн и стала свидетелем эволюции антенн с профилированным лучом, в которых кривая отражателя отличается в вертикальном и горизонтальном направлениях, адаптированных для получения луча определенной формы.^[14] После войны были построены очень большие параболические тарелки. радиотелескопы. 100 метров Радиотелескоп Грин-Бэнк в Грин-Бэнк, Западная Вирджиния, первая версия которой была завершена в 1962 году, в настоящее время является самой большой в мире полностью управляемой параболической тарелкой.

В течение 1960-х годов тарелочные антенны стали широко использоваться в наземных сетях. микроволновое реле сети связи, по которым проводились телефонные звонки и телевизионные программы через континенты.^[14] Первая параболическая антенна для спутниковой связи была построена в 1962 г. Goonhilly в Корнуолл, Англия для связи с Telstar спутник. Антенна Кассегрена была разработана в Японии в 1963 г. NTT, KDDI и Mitsubishi Electric.^[16] Появление в 1970-х инструментах компьютерного дизайна, таких как NEC Возможность расчета диаграммы направленности параболических антенн привела к разработке сложных асимметричных, многорефлекторных и многополюсных конструкций.

Смотрите также

• Антенна Кассегрена
• Кормовой рог
• Офсетная тарелка антенны
• Параболический отражатель
• Радиотелескоп
• Спутниковая тарелка
• Спутниковое телевидение
• Симульсат (квазипараболическая антенна, которая сферический в одной плоскости и параболической в ​​другой)

Рекомендации

внешняя ссылка

СМИ, связанные с Параболические антенны в Wikimedia Commons

• WiFi: параболическая тарелка с кормушкой BiQuad
• Интернет-поиск спутников на основе карт Google
• Типы антенн: Параболическая антенна для WiFi
• Утилита для наведения онлайн с использованием карт Google и списка всех спутниковых каналов: http://www.dishpointer.com/
• Анимация распространения от параболической спутниковой антенны с YouTube
• Учебное пособие по параболической рефлекторной антенне Теория и практика
• Апплет усиления параболической антенны.
• https://www.plutodirect.co.uk