ПАРАБОЛИЧЕСКАЯ АНТЕННА: АНТЕННА-ТАРЕЛКА

АННОТАЦИЯ

В данной статье описываются основы параболических антенн.

Ключевые слова: араболическая антенна, отражатель, рефлектор, спутники.

Параболическая отражательная антенна, которую часто называют тарелочной антенной, обеспечивает антенное решение, применимое для УКВ и выше, где требуется высокий коэффициент усиления и направленность.

Параболический рефлектор или антенна тарелки - это форма антенны, которая находит много применений в отечественном спутниковом телевизионном приеме, наземных микроволновых каналах передачи данных, общей спутниковой связи и многих других.

Его размер означает, что он обычно ограничен для использования выше 1 ГГц, хотя более крупные антенны могут использоваться для частот до 100 МГц.

Параболическая отражательная антенна или тарелочная антенна известна своей характерной формой, высоким коэффициентом усиления и узкой шириной луча. Именно производительность, которая может быть достигнута с помощью одного из них, является причиной его столь широкого использования на более высоких частотах.

Рисунок 1. Два параболических отражателя, используемых для коммерческих / исследовательских целей

Основы параболического рефлектора

В любой параболической отражательной антенне есть два основных элемента:

• Излучающая система: Излучающий элемент внутри антенны с параболическим отражателем может принимать различные формы. В одних антеннах это может быть простой диполь, в других-рупор. Его цель состоит в том, чтобы осветить второй элемент антенны, отражатель с равномерной плотностью излучения с минимальным утечком или излучением, отсутствующим в отражателе и излучаемым в другом месте.
• Отражатель: Отражатель является отличительной частью антенны с параболическим отражателем. Параболическая форма является ключом к работе ВЧ-антенны, поскольку пути, проходящие от точки подачи в фокусе к отражателю, а затем наружу, параллельны. Однако, что еще более важно, взятые пути имеют одинаковую длину, и поэтому исходящая форма волны будет формировать плоскую волну, а энергия, взятая всеми путями, будет находиться в фазе. Это позволяет антенне работать особенно эффективно.

Параболическая форма отражающей поверхности антенны позволяет получить очень точный луч. Таким образом, система подачи формирует собственно излучающую часть антенны, а отражающая параболическая поверхность является чисто пассивной.

При рассмотрении параболических отражательных антенных систем существует ряд параметров и терминов, которые имеют важное значение:

• Фокус или фокальная точка параболического отражателя - это точка, в которой концентрируются все входящие сигналы. При излучении из этой точки сигналы будут отражаться отражающей поверхностью и перемещаться в параллельном пучке, обеспечивая требуемое усиление и ширину луча.
• Вершина это самая внутренняя точка в центре параболического отражателя.
• Фокусное расстояние Фокусное расстояние параболической антенны-это расстояние от ее фокуса до вершины.
• Апертура Апертура параболического отражателя-это то, что можно назвать его "отверстием" или областью, которую он покрывает. Для кругового отражателя это описывается его диаметром. Его можно сравнить с апертурой оптической линзы.
• Усиление: Коэффициент усиления параболического отражателя является одним из ключевых параметров и зависит от ряда факторов, включая диаметр тарелки, длину волны и другие факторы.
• Системы подачи: Параболический рефлектор или антенна тарелки можно подать в разнообразие пути. Осевая или фронтальная подача, внеосевая, Кассегреновая и Григорианская-это четыре основных метода.

Для большинства отечественных систем, подобных тем, которые используются для приема спутникового телевидения, используется небольшой отражатель в сочетании с фокальной подачей, обеспечивающий простейшую и наиболее экономичную форму конструкции. Эти антенны не всегда могут выглядеть точно так же, как традиционная антенна с полной тарелкой. По механическим и производственным причинам подача часто смещается от центра и используется часть параболоида, опять же смещенная от центра, поскольку это обеспечивает механическое преимущество.

Преимущества и недостатки антенны с параболическим отражателем

При выборе типа антенны, которая будет использоваться для любого конкретного применения, всегда необходимо смотреть на характеристики для этого типа антенны. Параболический отражатель имеет как преимущества, так и недостатки. Они делают его пригодным для использования в некоторых приложениях, но не в других.

Преимущества:

Некоторые из основных преимуществ параболической отражательной антенны включают в себя следующее:

• Высокий коэффициент усиления: параболические отражательные антенны способны обеспечить очень высокий уровень усиления. Чем больше "тарелка" с точки зрения длин волн, тем выше коэффициент усиления.
• Высокая направленность: как и коэффициент усиления, так и параболический отражатель или антенна-тарелка способны обеспечить высокий уровень направленности. Чем выше коэффициент усиления, тем уже ширина луча. Это может быть значительным преимуществом в приложениях, где требуется только направить энергию на небольшую площадь. Это может предотвратить его, например, вызывая помехи для других пользователей, и это важно при общении со спутниками, потому что это позволяет спутникам, использующим те же частотные полосы, быть разделенными расстоянием или, в частности, углом на антенне.

Недостатки:

Как и все виды антенн, параболический отражатель имеет свои ограничения и недостатки:

• Требуется отражатель и приводной элемент: сам параболический отражатель является лишь частью антенны. Для этого в фокусе параболического отражателя должна быть установлена система подачи.
• Стоимость: Антенна должна быть изготовлена с осторожностью. Параболоид необходим для отражения радиосигналов, которые должны быть сделаны тщательно. В дополнение к этому требуется также система подачи. Это может увеличить стоимость системы
• Размер: Антенна не так мала, как некоторые типы антенн, хотя многие используемые для приема спутникового телевидения достаточно компактны.

Применение параболических отражательных антенн

Есть много областей, в которых используется параболическая антенна. В некоторых областях это форма антенны, которая используется практически исключительно из-за ее характеристик.

• Прямое вещание телевидения: прямое вещание или спутниковое телевидение стало основной формой распространения телевизионного контента. Широкие и контролируемые зоны покрытия в сочетании с гораздо большей шириной полосы пропускания позволяют транслировать больше каналов, и это делает спутниковое телевидение очень привлекательным.

Рисунок 2. Отечественная спутниковая телевизионная параболическая отражательная антенна, демонстрирующая смещение устройства подачи для уменьшения апертурного блока, что снижает коэффициент усиления антенны.

Недостатком является то, что спутники не могут транслировать очень высокие уровни мощности, а в сочетании с потерей траектории с геостационарной орбиты уровни сигнала являются низкими. Это означает, что директивные антенны должны использоваться для обеспечения достаточного усиления при одновременном приеме сигналов только с одного спутника – несколько спутников могут быть видны из одного места и вещать на одних и тех же частотах. Параболическая отражательная антенна способна удовлетворить этим требованиям и имеет дополнительное преимущество в том, что она не будет такой длинной, как Yagi, для эквивалентного уровня усиления и направленности.

Микроволновые линии связи: наземные микроволновые линии связи используются для многих применений. Часто они используются для наземных телекоммуникационных инфраструктурных соединений. Одна из основных областей, где они используются в наши дни, - это обеспечение обратного хода для мобильных телекоммуникационных систем.

Рисунок 2. Разнообразие антенны рефлектора микроволны параболистические установленные на башне мобильного телефона

• Спутниковая связь: многие спутниковые восходящие линии или линии связи для спутников связи требуют высокого уровня усиления для обеспечения оптимальных условий передачи сигнала и того, чтобы передаваемая мощность с земли не влияла на другие спутники, находящиеся в непосредственной угловой близости. Опять же, идеальной антенной для большинства применений является параболическая отражательная антенна.
• Радиоастрономия: радиоастрономия-это область, где требуются очень высокие уровни усиления и направленности. Соответственно, параболическая отражательная антенна является идеальным выбором.

Во всех этих приложениях требуются очень высокие уровни усиления для приема входящих сигналов, которые часто находятся на очень низком уровне. Для передачи этого типа ВЧ-антенн конструкция способна концентрировать доступную излучаемую мощность в узкой ширине луча, обеспечивая излучение всей доступной мощности в требуемом направлении.

Список литературы:

1. Фролов О.П., Вальд В.П. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи. М.: Горячая линия-Телеком, 2008,