Parabola reflektor antenna: 7 érdekes tény, amit tudnia kell

Kép jóváírása – "A barátság fedélzetén”(CC BY-NC-ND 2.0) által Elf-8

Pontok a megbeszéléshez

• A parabola reflektor antenna bemutatása
• A parabola reflektor antenna áttekintése
• Parabola reflektor antenna alkalmazásai
• jellemzők
• Geometriai elemzés
• A parabola reflektor antenna irányultsága
• Parabola reflektor antenna apertúra-hatékonysága
• Matematikai problémák

A parabolikus reflektor antenna bemutatása

Az antenna vagy radiátor elektromágneses információ sugárzásának és fogadásának eszköze. A parabolikus reflektorantenna az egyik legszélesebb körben használt antenna. Ez egy speciális típusú reflektorantenna. A reflektáló antennák használata a kommunikációs technológiák fejlődésével a második világháború kezdetével kezdődött.

A legegyszerűbb reflektor és a reflektorantenna kényelmesebb megvalósítása a „Plane Reflector” antenna. Vannak más típusú reflektorok is, mint például - sarokreflektor, parabola reflektor, Cassegrain reflektor, gömb reflektor. A parabola reflektoroknak van egy másik típusa is, az úgynevezett „elülső táplálású parabola reflektor antenna”.

Mi az a kürtantenna? Fedezd fel itt!

A parabolikus reflektor antenna áttekintése

A reflektorantenna sugárzási paraméterei a talaj szerkezeti mintázatának javításával javíthatók. Az optikai tudomány ezen a területen lép életbe ennél a parabola reflektornál. Az optikai matematika bizonyítja, hogy a bejövő párhuzamos sugarak egy adott ponthoz (az úgynevezett fókuszponthoz) konvergálhatók, ha egy parabola alakú szerkezetre visszaverődnek.

A visszavert hullámformák párhuzamos sugártengelyként fognak kimenni. Ez egy matematikai jelenség, és a „viszonosság szabályaként” ismert. Az arányos pontot csúcsnak nevezzük. A kimenő, visszavert sugarakat kollimáltnak (mivel párhuzamosak) nevezzük. Bár a gyakorlati megfigyelések azt mutatták, hogy a kilépő sugarak nem nevezhetők párhuzamos sugárnyaláboknak, de kissé eltérnek a megfelelő formájuktól.

Ennek az antennának az adója általában a tányér vagy a reflektor fókuszpontjaiban van elhelyezve. Ezt a fajta beállítást „elülső adagolásúnak” nevezik. A cikk következő részében megvitatjuk az ilyen típusú parabola reflektorok elemzését.

Mit csinál egy távvezeték? Fedezd fel!

Parabolikus reflektor antenna alkalmazásai

A parabola reflektorok egyike a széles körben használt, rendkívül hatékony antennáknak, amelyek iránti kereslet napról napra nő. A TV-nk jelének vételétől az űrállomások jelének továbbításáig ez az antennatípus szinte minden kommunikációs technológiai területen alkalmazható. Néhány figyelemre méltó – repülőtereken, műholdakon, űrállomásokon, teleszkópokban stb.

jellemzők

Az alábbiakban a parabola reflektor néhány fontos tulajdonságát mutatjuk be. A tulajdonságok az apertúra amplitúdójára, a polarizációs tulajdonságokra, a fázisszögekre stb. vonatkoznak.

• A nagyságrend a betáplálás távolságától függ a reflektor felületétől. Az arányosság szerkezetenként változó. A parabola alakúhoz hasonlóan ez is fordítottan arányos a parabola sugarának négyzetével, hengeres szerkezet esetén pedig fordítottan arányos ρ-vel.
• A reflektor fókuszpontja eltérően működik a különböző típusú geometriai konfigurációk esetén. A hengeres szerkezetnek vonalforrása van, a parabola szerkezeteknek pedig pontforrásuk van.
• Ha a henger tengelyével párhuzamos előtolásból lineáris polarizáció van, akkor nincs esély a keresztpolarizációra. A parabolikus szerkezeteknek nem ugyanaz a tulajdonsága.

Nézze meg a sugárzási mintát Yagi Uda antenna!

Geometriai elemzés

     Ha egy geometriailag tökéletes parabolát elforgatunk a tengelye körül, akkor lesz egy másik szerkezet. Ezt a szerkezetet parabola reflektornak nevezik. Így keletkezik egy parabola alakú reflektor. Ennek a reflektornak a formája mögött konkrét ok áll. A parabola alak segít egyszerű és sík hullámformát generálni a felbukkanó sugarakból.

     A képen látható, hogy az OP+PQ geometriai hossz állandó értéket ad a tervezéshez.

Tudunk írni, OP + PQ = 2f; 2f a konstans tag.

Tegyük fel, hogy OP = r és így jön a PQ mint PQ = r * cosϴ.

Most az OP + PQ értéke, az értékek helyettesítése után,

OP + PQ = r + r * cosϴ = 2f

Vagy r (1 + cosϴ) = 2f

Vagy r = 2f / (1 + cosϴ) = f * sec²(ϴ/2)

Most az antennaelméletben meg kell őriznünk a koordinátarendszer alapjait. A fenti egyenlet téglalap alakú koordinátarendszerekben írható fel x`, y`, z` használatával. Ez a következő formává válik.

r + r * cosϴ = √ [(x`)2 + (y`)2 + (z`)2] + z` = 2f

Határozzuk meg azt az egységvektort, amely a visszaverődési pont érintőjére merőleges.

f – r * cos²(ϴ/2) = 0 = S

néhány számítási művelet elvégzésével megtaláljuk az egységvektort. Az alábbiakban ismertetjük.

n = N / | N | = – (a)"._r cos(ϴ/2) + – (a)"._ϴ sin(ϴ/2)

Most a geometriai elemzés segítségével megtalálhatjuk a bezárt szög kifejezését. Az alábbiakban ismertetjük.

tan(ϴ₀) = (d/2) Z₀

A Z₀ a tengely és a fókuszpont közötti távolság mérése. Matematikai kifejezések is ábrázolhatják.

Z₀ = f – [(x₀² + és₀²) / 4f]

Vagy Z₀ = f – [ (d/2)²/ 4f]

Vagy Z₀= f – d² / 16f

Ellenőrizzük a tan(ϴ₀) Z0 értékének behelyettesítése után.

tan(ϴ₀) = [(f/2d) / {(f/d)² – (1/16)}]

Fedezze fel a Helical Antenna alkalmazásait! Kattints ide!

A parabola reflektor antenna irányultsága

Mielőtt belevágnánk egy parabola antenna irányítottságának megismerésébe, ismerkedjünk meg az antenna irányítottságával.

Az antenna irányíthatóságát az antenna egy adott irányú sugárzási intenzitásának és az összes irányban számított átlagos sugárzási intenzitás arányaként határozzuk meg.

Az irányítottságot paraméternek tekintik az antenna értékének kiszámításához. A következő matematikai kifejezés írja le az irányítottságot.

D = U / U₀ = 4πU/P_rad

Ha az irány nincs megadva, az alapértelmezett irány a maximális sugárzási intenzitás iránya.

D_max = D₀ =U_max /U₀ = 4πU_max / P_rad

Itt a „D” az irányítottság, és nincs iránya, mivel ez egy arány. U a sugárzás intenzitása. U_max a maximális sugárzási intenzitás. U₀ az izotróp forrás sugárzási intenzitása. P_rad a teljes kisugárzott teljesítmény. Mértékegysége a watt (W).

U = ½ r² * | E (r, ϴ = π) |² * √(ε/μ)

Most U-ra (ϴ = π) és az E energia értékét behelyettesítve az előzőből -

U (ϴ = π) = [16 π² f² * Pt * | ∫₀ ^ϴ barna (ϴ /2) * √ (G_f (ϴ)) dϴ |²] / 4πλ²

Az irányítottság így jön: D = U / U₀ = 4πU/P_rad

Vagy D = [16 π² f² * | ∫₀ ^ϴ barna (ϴ /2) * √ (G_f (ϴ)) dϴ |²] / λ²

Parabola reflektor antenna apertúra-hatékonysága

          A parabola reflektor antenna matematikai kifejezését az alábbiakban adjuk meg.

          ε_ap = ε_s * ε_t * ε_p * ε_x * ε_b * ε_r

Itt,

ε_ap a rekesznyílás hatékonyságát jelenti.

ε_s a spillover hatékonyság. Úgy definiálható, mint a teljesítmény azon része, amelyet a betáplálás továbbít, és párhuzamba áll a visszaverődés felületével.

ε_t a kúp hatékonyságát mutatja. Úgy írható le, mint a fényvisszaverő felületén a betáplálási tervezési nagyság eloszlásának szingularitása.

ε_p fázis hatékonyságát adja meg. Úgy írható le, mint a gyakorlati térfázis egyenletessége a nyílás síkja felett.

ε_x a polarizáció hatékonyságát mutatja.

ε_b a lemaradás hatékonysága.

És ε_r a hiba hatékonyságát jelenti, a teljes reflektorterületre számítva.

Matematikai probléma

1. A parabola reflektor antenna átmérője 10 méter. Az f/d arány 0.5. A művelet frekvenciája 3 GHz. A reflektorral táplált antenna szimmetrikus kialakítású. Az is adott, hogy –

G_f (ϴ) = 6 cos²ϴ; ahol ϴ^o ≤ ϴ ≤ 90^o és nulla bármely más ponton.

Most számítsuk ki i) a rekesznyílás-hatékonyságot (ε_ap). ii) Az antenna iránya. iii) csökkenti a hatékonyságot és a spillover hatékonyságát. iv) Határozza meg az antenna irányítottságát, ha az apertúra fáziseltérése π / 4 radián!

Megoldás:

          Tudjuk, hogy a szűkített szöget a következő kifejezés adja meg.

tan(ϴ₀) = [(f/2d) / {(f/d)² – (1/16)}]

Vagy tan(ϴ₀) = [ (0.5 * 0.5) / {(0.5 * 0.5) – (1/16)}]

Vagy tan(ϴ₀) = 0.25 / 0.0625

Vagy ϴ₀ = 53.13^o

A rekesznyílás hatékonyságát a következőképpen adjuk meg:

ε_ap = 24 [(sin² (26.57^o) + ln {cos (26.57^o)}]² * kiságy²(26.57^o)

vagy ε_ap = 0.75

Tehát a rekesznyílás hatékonysága 75%.

Most nézzük meg az antenna irányát.

Az alábbiak szerint számítható.

D = 0.75 * [ π * (100)]²

Vagy D = 74022.03

Vagy D = 48.69 dB.

A spillover frekvencia ε lesz_s.

ε_s = 2 cos³ ϴ |₀ ^53.13 / 2 cos³ ϴ |₀ ⁹⁰ 

vagy ε_s = 0.784

Tehát az antenna átgyűrűző hatásfoka 78.4%.

Itt az ideje a csapoló hatékonyságának kiszámításának. A menetfúró hatásfoka ε_t.

ε_t = (2 * 0.75)/ 1.568

vagy ε_t = 0.9566

Tehát a tappper hatásfoka 95.66% a parabola reflektor antenna esetében.

Most az apertúra fáziseltérése π / 4 radián.

Ez azt jelenti, hogy m = π / 4 = 0.7854

Tudjuk, hogy D/D₀ ≥ [ 1 – m²/ 2]²

Vagy D/D₀ ≥ [ 1 – (0.7854 * 0.7854) /2]²

Vagy D/D₀ ≥ 0.4782737

Vagy D ≥ 0.4782737 * D_0.

Vagy D = 0.4782737 * 74022.03

Vagy D = 35402.8

Vagy D = 45.5 dB.

Az irányítottság adott feltétel mellett 45.5 dB lesz.