Презентация на тему "Зеркальные параболические антенны"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Зеркальные параболические антенны

• 
  Слайд 2
  

  Зеркальная параболическая антенна - антенна, которая состоит из отражающей поверхности, выполненной в виде параболоида вращения, и небольшой слабонаправленной антенны - облучателя, установленной в фокусе параболоида, и облучающей внутреннюю поверхность последнего, т.е. поле в раскрыве формируется в результате отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального рефлектора (зеркала).

• 
  Слайд 3

  Классификация.

  1.По числу отражающих зеркал: - однозеркальные; - многозеркальные (как правило, содержат два зеркал). 2. По взаимной ориентации зеркал и облучателей: - симметричные; - осенесимметричные. 3. По числу основных лучей, создаваемых зеркальной антенной: - однолучевые; - многолучевые.

• 
  Слайд 4

  Принцип действия(геометрический)

  1 – зеркало,2 – облучатель,3 – сферический фронт волны облучателя,4 – плоский фронт волны облучателя,5 – диаграмма направленности облучателя,6 – диаграмма направленности зеркала. Точечный облучатель (например, маленький рупор), расположенный в фокусе параболоида, создает у поверхности зеркала сферическую волну. Зеркало преобразует ее в плоскую, т.е. расходящийся пучок лучей преобразуется в параллельный, чем и достигается формирование острой диаграммы направленности.

• 
  Слайд 5
  
• 
  Слайд 6

  Принцип действия (физический)

  При падении, излучаемой облучателем, электромагнитной волны на зеркало на последнем возникают электрические поверхностные токи (вторичные источники электромагнитного поля). Эти токи существуют не только на внутренней, обращенной к облучателю поверхности зеркала, но также из-за явления дифракции электро­магнитных волн и на его внешней поверхности. Электромагнитное поле, создаваемое зеркальной антенной в любой точке окружающего  пространства, есть результат сложения (интерференции)  полей:   вторичного,   создаваемого поверхностными        токами,     и     первичного,    создаваемого   облучателем.

• 
  Слайд 7

  Приближенные методы расчета ДН зеркальной параболической антенны

  Апертурный; Токовый. В апертурном поле излучения зеркальной антенны находится по известному полю в ее раскрыве. В этом методе, в качестве излучающей рассматривается плоская поверхность раскрыва параболоида с синфазным полем и известным законом распределения его амплитуды.Амплитудный метод в том виде, в котором он используется на практике, является менее точным, чем метод расчета через плотность тока. Это объясняется тем, что в этом случае поле в раскрыве зеркала находится по законам геометрической оптики. Следовательно, не учитывается векторный характер поля и, как результат этого, не учитывается составляющие с паразитной поляризацией. Однако в пределах главного лепестка и первых боковых лепестков, т.е. в наиболее важной для нас области диаграммы направленности, оба метода практически дают одинаковые результаты. Поэтому на практике наибольшее распространение получил апертурный метод расчета как более простой.

• 
  Слайд 8

  Апертурный метод

  На основе законов геометрической оптики, т.е. на основе представлений о падающем луче и луче, отражённом по закону равенства угла падения углу отражения, вычисляется поле в раскрыве зеркала, а затем по известному полю в раскрыве и пользуясь понятием об элементе Гюйгенса определяется поле излучения.

• 
  Слайд 9
  

  Поле в раскрыве определяется методом геометрической оптики. Всегда выполняется условие    , следовательно, зеркало в дальней зоне и падающую от облучателя волну на участке от фокуса до поверхности зеркала можно считать сферической. В сферической волне амплитуда поля изменяется обратно пропорционально  . После отражения от поверхности зеркала волна становится плоской и амплитуда ее до раскрыва зеркала с расстоянием не изменяется. Таким образом, если нам известна нормированная диаграмма направленности облучателя    , поле в раскрыве зеркала легко находится. 

• 
  Слайд 10
  

  Нормированное значениеамплитуды поля в раскрыве определится выражением: 

  Где нормированная координата точки в раскрыве зеркала. По известному полю в раскрыве определяется поле излучения.

• 
  Слайд 11

  Токовый метод

  Поле излучения находится через токи, протекающие на поверхности антенны. Затем обтекаемая током проводящая поверхность антенны разбивается на элементарные площадки с некоторой плотностью тока. Поле излучения определяется как суперпозиция элементарных полей, создаваемых элементарными площадками (то есть необходимо проинтегнировать )

• 
  Слайд 12
  

  Коэффициенты    усиления     и     направ-ленного    действия параболической антенны

  КНД: D = v рез4πS /λ2,  где S - πR02 - площадь раскрыва; νрез = νaν1ν2ν3ν4ν5... . Здесь vа— апертурный КИП раскрыва зеркала; ν1 - множитель, определяемый переливанием части энергии через края зеркала; ν2 - множитель, определяемый затенением; v3 -множитель, определяемый фазовыми ошибками; ν4 - множитель, учитывающий явление кроссполяризации; ν5 - множитель, учитывающий дифракцию поля на кромке зеркала. Множитель ν1, называемый коэффициентом перехвата, - есть отношение мощности, излученной облучателем и перехватываемой зеркалом, к полной мощности, излученной облучателем, при этом потери в зеркале не учитываются.

• 
  Слайд 13
  
• 
  Слайд 14

  Двухзеркальные антенны

  Рассмотренные зеркальные параболические антенны по сравнению с другими типами антенн обладают хорошими электрическими характеристиками, технологичны в изготовлении и имеют сравнительно простую конструкцию. Наряду с этими достоинствами они обладают недостатками, которые в ряде случаев не позволяют удовлетворять комплексу требований, предъявляемых к современным антеннам. Такими недостатками являются: большая длина фидерного тракта от антенны до приемопередающей аппаратуры и его размещение в поле излучения антенны; сложность обеспечения амплитудного распределения поля в раскрыве, близкого к равномерному, с сохранением высокого значения результирующего КИП (vpeз); неприемлемые в ряде случаев продольные габаритные размеры антенны и др. Поэтому наряду с однозеркальными схемами антенн были разработаны, так называемые, двухзеркальные антенны, в которых перечисленные недостатки проявляются в меньшей степени либо полностью устраняются.

• 
  Слайд 15
  

  Среди многообразия типов двухзеркальных антенн есть две классические: это двухзеркальные антенны Кассегрена и Грегори:

• 
  Слайд 16
  

  В этих антеннах используются две отражающие поверхности: основная -большое (обычно параболическое) зеркало и вспомогательная - малое зеркало, выполненное либо в виде части гиперболоида вращения (рис. а), либо в виде части эллипсоида вращения (рис. б).

• 
  Слайд 17

  Заключение.

  Основные параметры зеркальной параболической антенны 1. ДН приближённо определяется по формуле где J2 – функция Бесселя второго порядка от аргумента (0,5·k·DЗ·sinθ), – волновое число. 1. Основные характеристики ДН 1.1. Ширина ДН в плоскости Е 1.2. Ширина ДН в плоскости Н 1.3. Уровень первого бокового лепестка определяется по таблицам, исходя из предположения о характере распределения поля. 2. Профиль параболы описывается выражениями 3. Коэффициент направленного действия (КНД) антенны где υрез– результирующий коэффициент использования поверхности. 4. Коэффициент усиления антенны

• 
  Слайд 18
  

  Обобщение: 1. Использование параболических антенн в СВЧ диапазоне позволяет создавать зеркала небольших размеров, так как геометрические размеры антенн много больше рабочей длины волны и становится возможным использование законов геометрической оптики. Анализ антенн в таком случае удобнее производить апертурным методом. 2. Главные особенности параболической антенны – её высокая направленность, высокий КПД и коэффициент усиления. КНД может достигать значений в несколько сотен тысяч. 3. Часть характеристик параболической антенны сильно зависят от частоты. Это означает, что для каждого частотного диапазона необходимо изменять её геометрические размеры.