Основные свойства антенн с параболическими зеркалами
Вкачестве антенн, обладающих узкими диаграммами направленности и высокими коэффициентами усиления, наибольшее распространение получили параболические зеркала различного типа.
Выбор параболических зеркал в качестве антенн объясняется их следующими особенностями. Как известно, парабола является геометрическим местом точек, отстоящих от фокуса F (рис. 40) на таком же расстоянии, как и от фиксированной линии, именуемой директриссой (линия A''D", т. е. AF =АА"; BF = ВВ"; CF = СС"; DF = DD" и т. д.).Кроме того, касательная линия, проведенная к любой точке параболы (для примера точка В), образует равные углы j с линией, проведенной от этой точки обратно к фокусу F, и с линией, идущей из этой точки параллельно оси параболы. Уравнение параболы в обозначениях, имеющихся на рис. 40, имеет вид у2 = 4 fz, где f — фокусное расстояние, равное OF. Расстояние от фокуса до директриссы равно удвоенному фокусному расстоянию и носит название параметра па-раболы (р =2f).
Если поместить в фокусе металлического параболического зеркала точечный источник электромагнитных колебаний, то радиоволны, падающие на параболическую поверхность, отразятся от нее в виде параллельного пучка лучей в соответствии со вторым свойством параболы.
Из первого свойства параболы следует, что длины путей всех лучей идущих из фокуса параболы до произвольной прямой A'D' перпендикулярной этим лучам, будут равны расстоянию до директриссы (FA -+- Л А' — FB -\- ВВ' --FC-\-CC' — A'A" и т. д.); следовательно, в силу равенства путей всех лучей и одинакового изменения фазы при отражении от поверхности параболы линия A'D' будет линией равной фазы. Иначе говоря, сферическая волна, исходящая из фокуса параболы, после отражения превращается в плоскую. Однако если в фокусе зеркала поместить источник, равномерно излучающий во все стороны, то на поле, отраженное зеркалом, будет налагаться поле прямого излучения самого источника (лучи, показанные в правой части рис. 40 пунктиром).
Наличие этого поля прямого излучения приводит к ухудшению направленных свойств антенны — к уменьшению ее коэффициента усиления и увеличению побочных лепестков. Для устранения этих нежелательных явлений у антенных систем применяют облучатели, обладающие однонаправленными или близкими к ним характеристиками.
Антенны с параболическими зеркалами очень похожи на прожекторы, применяемые в светотехнике и дающие световой столб с утлом раствора, близким к нулю.
Однако реальные «радиопрожекторы» — параболические антенны — излучают не только в направлении фокальной линии OZ, но и под углами к ней. Объясняется это тем, что в отличие от оптики размеры применяемых в антенной технике зеркал не слишком велики по сравнению с длиной волны, а вовсе не трудностями создания точечных источников — облучателей параболических зеркал, как это иногда неправильно утверждается в некоторых популярных статьях.
Усиление, даваемое антеннами с параболическими зеркалами, получается максимальным, когда источник сферических волн, находящийся в фокусе, обеспечивает равномерное (однородное) распределение поля в излучающем отверстии антенны.
В реальных антеннах эти условия оказываются трудновыполнимыми, из-за чего действующая площадь излучения зеркала оказывается меньше геометрической площади его отверстия. В частности, у антенн с зеркалами в виде параболоидов вращения практически не удается получить коэффициент использования излучающего отверстия f больше 0,5-0,7.
Так как фокусное расстояние любой параболической поверхности является параметром последней и его выбор, как правило, не связан с рабочей длиной волны, поле в раскрыве антенны остается синфазным независимо от изменения волны. Поэтому параболические антенны являются широкодиапазонными. Практически диапазонность их ограничивается требованиями к степени согласования входного сопротивления облучателя и пределами допустимых углов раствора диаграмм направленности, которые изменяются прямо пропорционально длине волны.
Дата добавления: 2017-03-12; просмотров: 4052;