Введение
Тип антенны
A parabolic antenna is an antenna that uses a parabolic reflector, a curved surface with the cross sectional shape of a parabola, to direct the radio waves. The most common form is shaped like a dish and is popularly called a dish antenna or parabolic dish. The main advantage of a parabolic antenna is that it has high directivity. It functions similarly to a searchlight or flashlight reflector to direct radio waves in a narrow beam, or receive radio waves from one particular direction only. Parabolic antennas have some of the highest gains, meaning that they can produce the narrowest beamwidths, of any antenna type. In order to achieve narrow beamwidths, the parabolic reflector must be much larger than the wavelength of the radio waves used, The shroud shields the antenna from radiation from angles outside the main beam axis, reducing the sidelobes. It is sometimes used to prevent interference in terrestrial microwave links, where several antennas using the same frequency are located close together. The shroud is coated inside with microwave absorbent material. Shrouds can reduce back lobe radiation by 10 dB. Two techniques are used, often in combination, to control the shape of the beam:
Shaped reflectors – The parabolic reflector can be given a noncircular shape, or different curvatures in the horizontal and vertical directions, to alter the shape of the beam. This is often used in radar antennas. As a general principle, the wider the antenna is in a given transverse direction, the narrower the radiation pattern will be in that direction. "Orange peel" antenna – Used in search radars, this is a long narrow antenna shaped like the letter "C". It radiates a narrow vertical fan shaped beam. Arrays of feeds – In order to produce an arbitrary shaped beam, instead of one feed horn, an array of feed horns clustered around the focal point can be used. Array fed antennas are often used on communication satellites, particularly direct broadcast satellites, to create a downlink radiation pattern to cover a particular continent or coverage area. They are often used with secondary reflector antennas such as the Cassegrain. Parabolic antennas are also classified by the type of feed, that is, how the radio waves are supplied to the antenna:
Параболическая антенна – это антенна, использующая параболический рефлектор, изогнутую поверхность с поперечным сечением в форме параболы, для направления радиоволн. Наиболее распространенная форма имеет вид тарелки и обычно называется тарельчатой или параболической антенной. Основное преимущество параболической антенны – высокая направленность. Она функционирует аналогично прожектору или отражателю фонарика, направляя радиоволны в узкий луч или принимая радиоволны только из определенного направления. Параболические антенны обладают одними из самых высоких коэффициентов усиления, что означает, что они способны формировать самые узкие диаграммы направленности среди всех типов антенн. Для достижения узкой диаграммы направленности параболический рефлектор должен быть значительно больше длины волны используемых радиоволн. Радиационный экран (или обтекатель) защищает антенну от излучения под углами, отличными от оси главного луча, уменьшая боковые лепестки. Он иногда используется для предотвращения помех в наземных микроволновых каналах связи, где несколько антенн, работающих на одной и той же частоте, расположены близко друг к другу. Внутренняя поверхность экрана покрыта материалом, поглощающим микроволновое излучение. Экраны могут снизить излучение в задней доле на 10 дБ. Для управления формой диаграммы направленности используются две техники, часто в комбинации:
A parabolic antenna is an antenna that uses a parabolic reflector, a curved surface with the cross sectional shape of a parabola, to direct the radio waves. The most common form is shaped like a dish and is popularly called a dish antenna or parabolic dish. The main advantage of a parabolic antenna is that it has high directivity. It functions similarly to a searchlight or flashlight reflector to direct radio waves in a narrow beam, or receive radio waves from one particular direction only. Parabolic antennas have some of the highest gains, meaning that they can produce the narrowest beamwidths, of any antenna type. In order to achieve narrow beamwidths, the parabolic reflector must be much larger than the wavelength of the radio waves used, The shroud shields the antenna from radiation from angles outside the main beam axis, reducing the sidelobes. It is sometimes used to prevent interference in terrestrial microwave links, where several antennas using the same frequency are located close together. The shroud is coated inside with microwave absorbent material. Shrouds can reduce back lobe radiation by 10 dB. Two techniques are used, often in combination, to control the shape of the beam:
Shaped reflectors – The parabolic reflector can be given a noncircular shape, or different curvatures in the horizontal and vertical directions, to alter the shape of the beam. This is often used in radar antennas. As a general principle, the wider the antenna is in a given transverse direction, the narrower the radiation pattern will be in that direction. "Orange peel" antenna – Used in search radars, this is a long narrow antenna shaped like the letter "C". It radiates a narrow vertical fan shaped beam. Arrays of feeds – In order to produce an arbitrary shaped beam, instead of one feed horn, an array of feed horns clustered around the focal point can be used. Array fed antennas are often used on communication satellites, particularly direct broadcast satellites, to create a downlink radiation pattern to cover a particular continent or coverage area. They are often used with secondary reflector antennas such as the Cassegrain. Parabolic antennas are also classified by the type of feed, that is, how the radio waves are supplied to the antenna:
Рефлекторы специальной формы – Параболическому рефлектору можно придать нециркулярную форму или различную кривизну в горизонтальном и вертикальном направлениях для изменения формы луча. Это часто применяется в антеннах радаров. В общем случае, чем шире антенна в заданном поперечном направлении, тем уже будет диаграмма направленности в этом направлении. Антенна типа "апельсиновая корка" – Используется в поисковых радарах, представляет собой длинную узкую антенну в форме буквы "С". Она излучает узкий вертикальный веерный луч. Массивы облучателей – Для формирования диаграммы направленности произвольной формы вместо одного облучателя можно использовать массив облучателей, сгруппированных вокруг фокуса. Антенны с массивом облучателей часто используются на спутниках связи, особенно на спутниках прямого вещания, для создания диаграммы излучения в направлении Земли, охватывающей определенный континент или зону покрытия. Они часто применяются совместно со вторичными рефлекторами, такими как Кассегрена. Параболические антенны также классифицируются по типу питания, то есть по способу подачи радиоволн в антенну:
A parabolic antenna is an antenna that uses a parabolic reflector, a curved surface with the cross sectional shape of a parabola, to direct the radio waves. The most common form is shaped like a dish and is popularly called a dish antenna or parabolic dish. The main advantage of a parabolic antenna is that it has high directivity. It functions similarly to a searchlight or flashlight reflector to direct radio waves in a narrow beam, or receive radio waves from one particular direction only. Parabolic antennas have some of the highest gains, meaning that they can produce the narrowest beamwidths, of any antenna type. In order to achieve narrow beamwidths, the parabolic reflector must be much larger than the wavelength of the radio waves used, The shroud shields the antenna from radiation from angles outside the main beam axis, reducing the sidelobes. It is sometimes used to prevent interference in terrestrial microwave links, where several antennas using the same frequency are located close together. The shroud is coated inside with microwave absorbent material. Shrouds can reduce back lobe radiation by 10 dB. Two techniques are used, often in combination, to control the shape of the beam:
Shaped reflectors – The parabolic reflector can be given a noncircular shape, or different curvatures in the horizontal and vertical directions, to alter the shape of the beam. This is often used in radar antennas. As a general principle, the wider the antenna is in a given transverse direction, the narrower the radiation pattern will be in that direction. "Orange peel" antenna – Used in search radars, this is a long narrow antenna shaped like the letter "C". It radiates a narrow vertical fan shaped beam. Arrays of feeds – In order to produce an arbitrary shaped beam, instead of one feed horn, an array of feed horns clustered around the focal point can be used. Array fed antennas are often used on communication satellites, particularly direct broadcast satellites, to create a downlink radiation pattern to cover a particular continent or coverage area. They are often used with secondary reflector antennas such as the Cassegrain. Parabolic antennas are also classified by the type of feed, that is, how the radio waves are supplied to the antenna:
Поляризация
Распределение электрических и магнитных полей в апертуре параболической антенны является просто увеличенным изображением полей, излучаемых питающей антенной, поэтому поляризация определяется питающей антенной. Для достижения максимального коэффициента усиления обе питающие антенны (передающая и принимающая) должны иметь одинаковую поляризацию. Например, вертикальный дипольный излучатель будет излучать пучок радиоволн с вертикальной составляющей электрического поля, что называется вертикальной поляризацией. Принимающая питающая антенна также должна иметь вертикальную поляризацию для их приема; если питающая антенна горизонтальна (горизонтальная поляризация), антенна испытает значительное снижение коэффициента усиления. Для увеличения скорости передачи данных некоторые параболические антенны передают два отдельных радиоканала на одной и той же частоте с ортогональной поляризацией, используя отдельные питающие антенны; это называется антенной с двойной поляризацией. Например, сигналы спутникового телевидения передаются со спутника по двум отдельным каналам на одной и той же частоте, используя правую и левую циркулярную поляризацию. В домашней спутниковой тарелке они принимаются двумя небольшими монопольными антеннами в волноводе, ориентированными под прямым углом. Каждая антенна подключена к отдельному приемнику. Если сигнал от одного поляризованного канала принимается антенной с противоположной поляризацией, это вызовет перекрестные помехи, ухудшающие отношение сигнал/шум. Способность антенны разделять эти ортогональные каналы измеряется параметром, называемым дискриминацией перекрестной поляризации (XPD). В передающей антенне XPD – это доля мощности антенны одной поляризации, излучаемая в другой поляризации. Например, из-за незначительных дефектов антенна с вертикально поляризованным излучателем будет излучать небольшую часть своей мощности в горизонтальной поляризации; эта доля и является XPD. В принимающей антенне XPD – это отношение мощности сигнала, принятого с противоположной поляризацией, к мощности, принятой той же антенной с правильной поляризацией, когда антенна освещается двумя ортогонально поляризованными радиоволнами одинаковой мощности. Если антенная система имеет недостаточную XPD, для уменьшения перекрестных помех часто можно использовать алгоритмы цифровой обработки сигналов с подавлением перекрестных помех (XPIC).
Двойная форма отражателя
В антеннах Кассегрена и Грегори наличие двух отражающих поверхностей в тракте сигнала открывает дополнительные возможности для повышения эффективности. Когда требуется максимальная производительность, может применяться метод, называемый профилированием двойного отражателя. Он заключается в изменении формы вторичного отражателя для направления большей мощности сигнала к внешним областям зеркала, в сопоставлении известной диаграммы направленности питающего устройства с равномерным освещением главного зеркала, и в максимизации коэффициента усиления. Однако это приводит к тому, что вторичный отражатель перестает быть строго гиперболическим (хотя и остается очень близким к нему), что приводит к потере свойства постоянной фазы. Эта фазовая ошибка, однако, может быть компенсирована незначительной корректировкой формы главного зеркала. Результатом является более высокий коэффициент усиления или отношение усиления к переливу, но за счет усложнения изготовления и тестирования поверхностей. Также можно синтезировать другие схемы освещения зеркала, например, схемы с высоким затуханием на краю зеркала для сверхнизких боковых лепестков перелива, и схемы с центральным "отверстием" для уменьшения затенения от питающего устройства.
Образец излучения
В параболических антеннах практически вся излучаемая мощность концентрируется в узкой главной лепестке вдоль оси антенны. Остаточная мощность излучается в боковых лепестках, как правило, значительно меньших по величине, в других направлениях. Поскольку апертура отражателя параболических антенн намного превышает длину волны, дифракция обычно вызывает множество узких боковых лепестков, поэтому диаграмма направленности боковых лепестков сложна. Также обычно присутствует задний лепесток, направленный в противоположную сторону от главной лепестки, из-за переизлучения от питающей антенны, не попадающего на отражатель.