ЭФФЕКТИВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ СВЧ АНТЕННЫ

АННОТАЦИЯ

В данной статье описываются высокоэффективные конструкции параболических антенн.

Ключевые слова: параболическая антенна, отражатель, рефлектор, производительность, эффективная конструкция.

Основы антенны СВЧ

Современные высокочастотные линии связи довольно распространены из-за экономически эффективного использования высокочастотных линий связи точка-точка для ретрансляции трафика по сравнению с арендными ставками проводной линии и использованием оптоволокна. Беспроводные микроволновые линии связи также могут служить отличной резервной копией волоконно-оптических линий связи. При таком высоком спросе на внедрение каналов связи, но ограниченном частотном спектре, правительствам пришлось разработать руководящие принципы, гарантирующие такую производительность паттерна, чтобы помехи не создавались двумя географически близкими каналами связи.

Для примера в Соединенных Штатах Федеральная комиссия связи разработала две категории стандартов для СВЧ-антенн. Это категория А и категория В, причем А является более строгим стандартом. Для некоторых лицензированных каналов связи владелец лицензии должен убедиться, что используемые высокочастотные антенны соответствуют этим стандартам паттерна.

Стандарты категории А применяются ко всем станциям, работающим в районах, где определенные полосы СВЧ-частот перегружены или где существует предсказуемый риск возникновения помех для других станций. Станции, работающие в других районах, могут использовать антенны категории В. Если в будущем возникнут проблемы с помехами, эти станции могут потребовать перехода на стандарт категории А. Стандарт определяется маской или огибающей диаграммы направленности (RPE), которая определяет конкретный допустимый уровень сигнала под определенным углом от канала ствола прицела. Для удовлетворения этих более жестких требований к структуре требуются высокоэффективные микроволновые антенны.

Конструкция микроволновой антенны состоит из системы подачи помещенная с ее фазовым центром в фокусе параболы. В идеале вся энергия, излучаемая подачей, будет перехвачена параболой и отражена в нужном направлении. Для достижения максимального усиления эта энергия должна быть распределена таким образом, чтобы распределение поля по апертуре было равномерным. Однако из-за того, что подача невелика, такой контроль над излучением подачи практически недостижим. Часть энергии на самом деле не попадает в отражающую область и теряется; это обычно называют «побочный эффект».

Кроме того, поле обычно не равномерно по апертуре, но сужается: максимальный сигнал в центре отражателя, меньший сигнал по краям. Эта "потеря конусности" уменьшает увеличение, но конусность поля обеспечивает улучшенные уровни боковых лепестков. Оптимальная производительность, как правило, считается достигнутой с помощью конусности освещения края -10 дБ.

Высокопроизводительные антенны

Кожухи добавлены к параболическим СВЧ антеннам для уменьшения уровня боковых лепестков будучи излучающими. Они выглядят как "барабаны” или "туннель", который имеет диаметр примерно такой же, как параболическая антенна, и прикреплен болтами к поверхности.

Кожух также выровнен с плоским материалом амортизатора для того чтобы увеличить представление картины. Материал поглотителя может быть использован для целого ряда применений, в том числе для уменьшения отражений в безэховых камерах, уменьшения радиолокационного сечения объектов, улучшения экранирования корпусов и улучшения СВЧ-диаграмм направленности антенн. Абсорбирующий материал обычно изготавливается из пеноматериала с углеродной загрузкой. За счет облицовки внутренней части кожуха материалом-поглотителем бокового лепестка и заднего лепестка излучение может быть резко уменьшено. Типичное снижение излучения заднего лепестка может составлять порядка 12 дБ.

Последним дополнительным компонентом, который добавляется для создания высокоэффективной микроволновой антенны, является обтекатель. Обтекатель служит двум целям. Одна из них заключается в защите внутренней части антенны от элементов. Вторая цель состоит в том, чтобы уменьшить то, что в противном случае было бы значительной ветровой нагрузкой на антенну из-за кожуха, “ловящего” ветер, если бы не обтекатель. Обтекатели для высокоэффективных микроволновых антенн обычно изготавливаются либо из нейлона, либо из стекловолокна с тефлоновым покрытием. Производители обычно поставляют нейлоновые обтекатели с антенной, и клиент может обновить их за дополнительную плату до тефлонового обтекателя. Стандартные нейлоновые обтекатели подходят для более низких частот и зон с минимальной скоростью дождя. На более высоких микроволновых частотах (10 ГГц и выше) дождь может накрыть нейлоновый обтекатель и вызвать значительное ослабление уровня сигнала. В условиях сильного дождя с нейлоновыми обтекателями сообщалось о значениях затухания 15 дБ и более. При скорости дождя 10 мм / час наблюдалось несколько дБ ослабления на частоте 10 ГГц с материалами, которые не проявляют хорошего уровня гидрофобности. При использовании тефлона или других специализированных покрытий, обеспечивающих высокий угол контакта между поверхностью и каплями воды на обтекателе, обеспечивается гидрофобная поверхность, препятствующая съемке воды на обтекателе.

Дополнительная стоимость материала обтекателя с тефлоновым покрытием - разумная инвестиция на более высоких микроволновых частотах в районах, где можно ожидать сильных дождей.

Сверхвысокая производительность

Большинство производителей высокоэффективных микроволновых антенн также предлагают сверхвысокую версию этих антенн. Как правило, отличие от высокоэффективной антенны заключается в том, что сверхвысокая версия использует специально разработанную систему подачи, которая улучшает излучение боковых лепестков и, в частности, улучшает соотношение фронт-спина на несколько дБ. Высокоэффективная антенна может иметь типичное соотношение фронт-спина, скажем, 64 дБ, тогда как сверхвысокая версия будет иметь соотношение фронт-спина 70 дБ. Сверхвысокая производительность антенны необходима на путях, которые требуют максимально возможного снижения помех от главного луча, чтобы минимизировать перегрузку частоты.

Еще одна специфическая особенность, которую предлагают некоторые производители, - это версия с высокой перекрестной поляризацией дискриминации. Эти антенны используют специально разработанную и настроенную систему подачи, которая обеспечивает перекрестную поляризационную дискриминацию около 40 дБ. Этот уровень перекрестного поляризационного различения достигается только вблизи поля зрения антенны. Эти антенны используются на специфических цифровых линиях связи большой емкости, которые требуют очень высокой изоляции между поляризациями. Если такой высокий уровень межполяризационной дискриминации не требуется, то дополнительные затраты не приносят пользы системе.

При выборе высокоэффективных микроволновых антенн следует учитывать репутацию компании, срок гарантии, предоставляемой на изделие, а также обзор характеристик антенны. Необходимо выбрать антенну, которая гарантирует минимизацию помех на конкретном канале связи.

Очевидно, что высокоэффективные версии микроволновых антенн гарантируют выполнение строгих требований к схеме для звеньев СВЧ-системы. Выбор используемых материалов имеет решающее значение, и инвестиции в высококачественную антенну обеспечат превосходную производительность связи на долгие годы.

Список литературы:

1. https://urgentcomm.com/2003/05/01/high-performance-antenna-design