Зеркальные антенны

Это апертурные антенны, в которых используется явление отражения волн от металлического зеркала (рефлектора) для преобразования слабонаправленных ЭМВ, создаваемых облучателем, в слабанаправленные, излучаемые в пространство.

Наиболее часто используются зеркала в форме:

1) параболоида вращения (поверхность, описываемая параболой при ее вращении вокруг своей оси).

2) параболический цилиндр (получается при перемещении параболы вдоль параллельных прямых - образующих цилиндра).

Параметра рефлекторов:

1) параболоид

Раскрыв – круглый с диаметром d, F – фокус, f – фокусное расстояние.

- угол раскрыва зеркала у .

Уравнение параболы:

2) параболический цилиндр.

Раскрыв – прямоугольный с размерами a и b. - фокальная линия (параллельная образующим и проходящая через фокус).

Рефлектор считается:

1) глубоким (короткофокусным), если и фокус F находится внутри зеркала.

2) мелким (длиннофокусным) и F вынесен из плоскости раскрыва.

Облучатель располагают таким образом, чтобы его фазовый центр совпадал с фокусом зеркала (чтобы центр сферической волны находился в фокусе).

Принцип действия зеркальной антенны

Любая точка параболы равноудалена от фокуса F и директрисы DD’.

FO=OO’, FA=AA’.

Пусть волна, падающая на зеркало имеет сферический фронт, тогда после отражения от зеркала они распространяются параллельно фокальной оси, так если провести нормаль через точку А, то .

Тогда длина лучей от облучателя до фокальной плоскости ,

,

,

но А’A’’=O’F следовательно волны, исходящие из фокуса, проходят к плоскости A’’F одинаковое расстояние и совпадают по фазе, этот вывод распространяется на любую плоскость параллельную A’’F и в частности на плоскость раскрыва.

Таким образом, сферическая (цилиндрическая, в случае параболического цилиндра) волна, излучаемая облучателем, преобразуется в плоскую, обладающую максимальной направленностью.

Направленные свойства параболоида вращения

Излучение зеркальной антенны может быть рассмотрено как излучение плоского раскрыва, являющегося совокупностью элементов Гюйгенса. Направленность излучения определяется амплитудно-фазовым распределением поля по раскрыву. Исходя из принципа действия элемента Гюйгенса – синфазны.

Амплитудное распределение поля по раскрыву – неравномерно. Причины этого:

1) от облучателя до рефлектора распространяются сферические (цилиндрические) волны, а после отражения от рефлектора – плоские. В сферической волне амплитуда поля изменяется обратно пропорционально расстоянию от отражателя 1/r (в цилиндрической , а в плоской – амплитуда поля постоянна. По мере отклонения от оси антенны пути сферических волн, идущих от облучателя до рефлектора удлиняются, следовательно, амплитуда уменьшается.

2) неравномерность излучаемого облучателем поля по условным координатам.

Тогда амплитудное распределение поля в раскрыве антенны:

ДН зеркальной антенны: