15 параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование

Ширина луча

Параметры параболической антенны. Ширина ДН, уровень боковых лепестков, усиление

Угловая ширина луча антенны и её диаграмма направленности не зависит от того, работает ли антенна на приём или на передачу. Ширина луча определяется по уровню половинной мощности луча, то есть по уровню (-3 дБ) от его максимального значения. Для параболических антенн этот уровень определяется по формуле:

θ=kλd{\displaystyle \theta =k\lambda /d\,},

где K является фактором, который незначительно меняется в зависимости от формы отражателя, а d — диаметр рефлектора в метрах, ширина диаграммы по половинной мощности θ в радианах. Для 2-х метровой спутниковой антенны, работающей C диапазоне (3—4 ГГц на приём и 5—6 ГГц на передачу), эта формула даёт ширину диаграммы направленности около 2,6°.

Усиление антенны определяется по формуле:

G=(πkθ)2 eA{\displaystyle G=\left({\frac {\pi k}{\theta }}\right)^{2}\ e_{A}}

При этом существует обратная зависимость между усилением и шириной луча.

Параболические антенны больших диаметров формируют очень узкие лучи. Наведение таких лучей на спутник связи становится проблемой, так как вместо основного лепестка можно навести антенну на боковой лепесток.

Диаграмма направленности антенны представляет собой узкий главный луч и боковые лепестки. Круговая поляризация в главном луче задаётся в соответствии с задачами, уровень поляризации в разных местах главного луча разный, в первых боковых лепестках поляризация меняется на противоположную, левая — на правую, правая — на левую.

Как изготовить по шаблону параболическую антенну

Лекала возможно вырезать с двух сторон относительно тарелки: внешней и внутренней. Читателям внимательным уже понятно, как действовать. Сказали, что проверим шаблон с фольгой, стало быть, обрезка велась внешних частей, получилась вогнутая чаша. Скажем больше: можете взять уже готовую параболическую антенну и по образу и подобию лепить свои в любом количестве. Кто знаком с изготовлением игрушек из папье-маше, уже поняли:

Самодельная параболическая антенна начинается со смачивания чаши и выстилания газетой в один слой.
Тонкая ткань, смоченная клеем, ложится в один слой

Важно не образовать складки и сохранить фактор формы.
Застывший образец аккуратно изымается, с обратной стороны обклеивается слоями, пока не наберет заданную прочность.
Готовая болванка оклеивается тонкой фольгой для создания проводящего слоя и образования зеркала. Готовая конструкция вполне способна к приему спутникового вещания.

Кстати, геометрический фактор выдерживается, не чтобы волны попали в раскрыв, а чтобы попали электромагнитные колебания в одной фазе. Отклонения от формы мгновенно нарушают работоспособность изделия. А что касается раскрыва конвертера, положение не столь критично. Сделать параболическую антенну самостоятельно не просто. Пробуйте, через некоторое время получится дельная конструкция.

1.2. Принцип действия зеркальной антенны.

Зеркальная антенна представляет собой систему, состоящую из облучателя (слабонаправленной антенны) и металлического отражателя (зеркала). Форма зеркала определяется требованиями к диаграмме направленности антенны и может быть различной. В простейшем случае, когда диаграмма направленности не должна быть слишком узкой и не требуется какой-либо специальной формы ее, отражатель может быть плоским. Для получения диаграммы направленности с осевой симметрией применяют отражатель в форме параболоида вращения. Диаграммы направленности с различной шириной в вертикальной и горизонтальной плоскостях получают с помощью отражателей в виде усеченного параболоида или параболического цилиндра.

Рассмотрим принцип действия антенны с отражателем в виде параболоида вращения. Параболоид вращения представляет собой поверхность, описываемую параболой при вращении ее вокруг оси. Сама же парабола является геометрическим местом точек, равноудаленных от точки F, называемой фокусом, и прямой, называемой директрисой (рис. 3). Расстояние от фокуса до параболы вдоль фокальной оси называется фокусным расстоянием f, а расстояние от фокуса до директрисы — параметром параболы p = 2f. В декартовой системе координат с началом в вершине параболы уравнение параболоида вращения имеет вид

Парабола обладает тем важным свойством, что нормаль к ней в каждой точке (например, в точке A₁) делит

Рис.3. Параболическая антенна

пополам угол между направлением на фокус и направлением, параллельным фокальной оси. Если точечный облучатель, излучающий сферическую электромагнитную волну, т. е. волну, у которой фазовый фронт — сфера, поместить в фокус, то в соответствии с этим свойством облучающая волна будет отражаться от всех точек параболоида в параллельных его оси направлениях. При этом расстояния, проходимые волной от фокуса до любой точки на параболоиде и от нее до любой плоскости, перпендикулярной его оси, одинаковы. Действительно, поскольку по определению параболы AF=AB, A₁F=A₁B₁, . , то FA+AC=BA+AC=B₁A_l+A₁C₁=FA₁+ A₁C₁= . . ., вследствие этого во всех точках плоскости, перпендикулярной оси параболоида, фаза поля отраженной волны одинакова.

Волна, фазовый фронт которой плоскость, называется плоской, Таким образом, параболический отражатель преобразует сферическую волну облучателя в плоскую волну, распространяющуюся только в одном направлении.

Однако волна остается плоской только в пределах отражателя. Пройдя плоскость раскрыва отражателя, она вновь начинает расходиться в стороны, и на расстояниях, значительно превосходящих диаметр раскрыва, фронт ее снова становится сферическим. Направленность излучения при этом существенно зависит от отношения радиуса раскрыва R к длине волны λ. Чем больше это отношение, тем больше направленность, т.е. тем меньше расходится волна в стороны от фокальной оси.

Заметим, что облучатели радиолокационных антенн имеют размеры, сравнимые с длиной волны или даже превосходящие ее. Поэтому с фокусом параболоида должен совмещаться так называемый фазовый центр облучателя, под которым понимают центр излучаемой им сферической волны. Фазовый центр обычно определяют экспериментально.

Параболическая антенна в научных источниках может именоваться параболическим отражателем или зеркальной антенной. Это технологичное устройство, предназначенное для сбора энергии. Попадая на него, плоская волна преобразовывается в сферическую и концентрируется в точке фокуса. Возможен и обратный процесс, когда сферические волны преобразовываются в плоские. Для этого нужны вариабельные типы и формы устройства, которые зависят от целевого предназначения и сферы использования.

Работа антенны Кассегрена

Когда антенна действует как передающая антенна, энергия от источника излучается через рупорную антенну на вогнутый гиперболоидный отражатель, который, в свою очередь, отражается обратно на параболический отражатель. Оттуда сигнал отражается в комнате. Следовательно, потери энергии контролируются, а направленность улучшается.

Когда та же антенна используется для приема, электромагнитные волны попадают на отражатель, отражаются на вогнутом гиперболоиде и оттуда достигают источника. В этом случае для приема этого сигнала используется волноводная рупорная антенна, которая направляет его в схему приемника для усиления.

преимущества

Ниже приведены преимущества параболической рефлекторной антенны –

Сокращение мелких акций
Потери мощности снижены
Соответствующее фокусное расстояние достигнуто
Лента может быть размещена где угодно в зависимости от нашего удобства
Регулировка луча (сужение или расширение) осуществляется регулировкой отражающих поверхностей.
Сокращение мелких акций
Потери мощности снижены
Соответствующее фокусное расстояние достигнуто
Лента может быть размещена где угодно в зависимости от нашего удобства
Регулировка луча (сужение или расширение) осуществляется регулировкой отражающих поверхностей.

Недостаток

Ниже приведены недостатки параболической отражающей антенны –

Часть мощности, отраженной от параболического рефлектора, блокируется. Это становится проблемой с маленькими параболоидами.

Приложения

Ниже приведены области применения параболической отражающей антенны:

Параболический отражатель кассетного типа в основном используется в спутниковой связи.
Также используется в беспроводных телекоммуникационных системах.
Параболический отражатель кассетного типа в основном используется в спутниковой связи.
Также используется в беспроводных телекоммуникационных системах.

Рассмотрим другой тип облучателя, называемый григорианским, для параболических рефлекторов.

Info

Publication number: RU208536U1

RU208536U1

RU2021119579U

RU208536U1

RU 208536 U1

RU208536 U1

RU 208536U1

RU 2021119579 U

RU2021119579 U

RU 2021119579U

RU 2021119579 U

RU2021119579 U

RU 2021119579U

RU 208536 U1

RU208536 U1

RU 208536U1

Authority
RU
Russia

Prior art keywords

metal
layers
antenna
thick
parabolic antenna

Prior art date
2021-07-05

Application number
RU2021119579U
Other languages

English (en)

Inventor
Алексей Михайлович Фончиков
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью «Аутомотив Диджитал Солюшенс»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
2021-07-05
Filing date
2021-07-05
Publication date
2021-12-23

2021-07-05Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью «Аутомотив Диджитал Солюшенс»
filed

Critical

Общество С Ограниченной Ответственностью «Аутомотив Диджитал Солюшенс»

2021-07-05Priority to RU2021119579U
priority

Critical

patent/RU208536U1/ru

2021-12-23Application granted
granted

Critical

2021-12-23Publication of RU208536U1
publication

Critical

patent/RU208536U1/ru

История возникновения и развития

Г. Герц, в своей экспериментальной деятельности использовал параболические рефлекторы. Еще в конце позапрошлого века он изобрел антенну с апертурой более метра, работавшую на строго определенных частотах. При наличии в распоряжении ученого приемного и передающего устройства, он доказал существование предсказанных Максвеллом электромагнитных волн. Затем началась эпоха усовершенствования и практического применения:

В первой трети ХХ столетия, Г. Маркони, изобретатель из Италии, смог передать сигнал на лодку, плававшую в море, на значительном расстоянии от берега.
Спустя год похожее устройство использовали для установки радиорелейной связи через широкий пролив.
Г. Гроте построил первую большую ПА и с ее помощью занимался исследованием звезд. Диаметр рефлектора даже не превышал десяти метров.
В годы Второй мировой началась целенаправленная работа над усовершенствованием радаров, что дало мощный импульс развитию и усовершенствованию устройств, привело к появлению нового типа антенн, снабженных секторными диаграммами.

Требования к самодельной параболической антенне

Договоримся сделать параболическую антенну попроще. Идеально подойдет способ, применяемый на судоверфях. Согласно методике, фигура сечется плоскостями вдоль и поперек, потом для конкретного случая вырезается из стали образующая. В будущем листы корпуса кладутся сверху. Свариваются, образуя часть днища, дальше пойдет корабль. Предлагаем:

достать книгу по анадиреклитической геометрии;
найти формулу параболоида;
решить задачу сечения плоскостями, вдоль и поперек;
вырезать из фанеры нужный шаблон;
собрать костяк из пересекающихся под прямыми углами досок;
обклеить в один слой миткалем, пропитанным типичным клеем герметиком, важно выдержать плавность переходов;

подождать, пока формочка станет твердой окончательно;

осторожно покрыть поверхность фольгой;
испытать конструкцию (немного весит) с конвертером на любом спутнике;
если тест пройден, получилась отличная формочка, при помощи которой легко собрать любое количество параболических антенн.

Ума не приложим, кому сегодня потребовалась самодельная зеркальная параболическая антенна, если азарт не прошел, приступим к реализации мелочей. Миткаль выбран за грубость и тонкость ткани. Обе характеристики важны. Если уверены, что сумеете ровно обклеить костяк другим материалом, используйте талант по назначению. Расчет параболической антенны ведется по формуле:

z = (x2 + y2) / a2;

Как видим, сложность при изготовлении самодельной параболической антенны в поиске параметра а

Значение не слишком важно, но условились следовать заводским моделям, значит, разработать методику определения нужного размера обязаны. В литературе пишут, что фокусное расстояние составляет 0,2 – 0,4 диаметра тарелки

Диаметр типичной тарелки составляет 90 см при фокусном расстоянии 45 – 55 см. Это совпадает с нашими цифрами. Плюс самодельной конструкции: можем выбрать диаметр, фокусное расстояние согласно собственным потребностям. Стараемся копировать заводские модели.

Как связать фокусное расстояние с параметром а, чтобы просчитать координаты для фанерок. Предоставляем ссылку на сайт http://www.teleradio.ru/arials/part2/CHAPTER6/6-1.htm, где присутствует готовый расчет для параболы диаметром 2 метра и фокусным расстоянием 75 см.

Проще создать шаблон из фанеры, обклеить тонкой тканью, потом по мере надобности править шпатлевкой. Подобную работу желающий проделает дома или – для больших экземпляров – в гараже. Шаблон получается мобильным и весит сравнительно мало. Итак, связь фокуса и параметра а… В учебниках даны научные трехэтажные формулы, но не написано, как увязать воедино два простейших значения. Имеется величина р, называется параметром параболы, а фокусное расстояние равно половине. Увяжем формулы с а. Простая математика. Попробуем проверить на данных, приведенных на сайте. Примите к сведению дополнительное уравнение параболы:

z = x2 / 2p;

В этом случае p = 2 х 0,75 = 1,5 метра, а в нулевой плоскости сечения формула имеет вид:

z = x2 / 3;

Чтобы не мучиться, возьмем точку из таблицы на метровом удалении от центра: 1; 0,333 и видим, что все сходитсяк:

4f = a2; откуда находим связь:

а = 2√f.

Самодельная параболическая антенна

Теперь читатели знают, как соотнести оба уравнения и просчитать ряд плоскостей, чтобы собрать из перекрестий дельный шаблон. Рекомендуем не связываться с каждым миллиметром, чтобы борьба со шпоном не обернулась каторгой. Вместо этого берите ключевые расстояния через каждые 5 см. Потребуется потом обтянуть ровно тканью, смазанной клеем.

Эволюция параболических антенн

Параноидально настроенные люди вели Холодную войну. Для связи со спутником требовалась антенна с невероятным коэффициентом усиления, стандартные модели не подходили. Чтобы шпионить, решили приспособить существующие для локаторов параболические антенны. Смысл уже описан выше. За счет своеобразной формы поверхности получается тонкий луч с невероятным усилением. Возникли две сложности, порожденные одной: как уследить за движущимся космическим аппаратом, как шпион неподвижный геостационарный спутник бесполезен.

Итак, тонкий луч антенны постоянно нацеливается на движущийся спутник. Аппарат меняет непрестанно ориентацию для глаз наблюдателя: вначале обращен первым боком, потом вторым

Следовательно, линейная поляризация для передачи подходит неважно, пришлось бы менять угол наклона антенны, провоцируя лишние вычислительные и энергетические затраты. На спутниках шпионах поляризацию применяли круговую

Как ни смотри, сигнал ловится. НТВ+ используют круговую поляризацию, не приходится конвертер поворачивать в сторону при настройке оборудования. А непосредственно параболоид сориентировать по прямой на спутник требуется, иначе пришедшие лучи в фокальной плоскости соберутся помимо фокуса.

Кстати, указанное свойство используется, чтобы с единственной тарелки набором конвертеров принимать перечень спутников. Располагаются в фокальной плоскости на прямом отрезке стальной арматуры, именуемом мультифидом. Осталось добавить, что размер тарелки выбирается произвольно. В магазине найдется ряд типоразмеров, рекомендуем копировать, изготавливая антенну самостоятельно.

Параболическая антенна

Просто конвертеры рассчитаны на работу с указанными устройствами, действовать иначе – значит, создавать сложности. Вместе с читателями собираемся изучить требования к поверхности. Параболические антенны капризны к форм-фактору, допуски на отклонения от номинальных размеров малы (единицы и доли миллиметра для связного диапазона).

Принцип действия параболической антенны подобен зеркалу, если поверхность окажется неровной, лучи не сойдутся в нужном месте. Точных допусков по памяти не приведем, окунемся в учебник.

Слайд 5 Суть апертурного метода:Воображаемая поверхность S1 отделяет внутренний объем

Vвн от внешнего объема

Vпр окружающего антенну пространства. Под действием первичного излучателя 1 во

внутреннем объеме и на поверхности раскрыва установится некоторое распределение электрического и магнитного полей. В соответствии с принципом эквивалентности касательная составляющая электрического вектора в раскрыве эквивалентна магнитному току, текущему по поверхности раскрыва, а касательная составляющая магнитного вектора – электрическому току. Поверхности S1 и S2 образуют замкнутую поверхность S=S1 +S2. Тогда можно считать, что поле во внешнем пространстве создается за счет электрических и магнитных токов, обтекающих эту поверхность. Обычно токи на поверхности S2 очень малы и их вклад в процесс формирования поля в дальней зоне не учитывается при расчете.

История

Первая параболическая антенна, разработанная Генрихом Герцем

Параболическая антенна была изобретена немецким физиком Генрихом Герцем в 1887 году. Герц использовал цилиндрические параболические рефлекторы для искрового возбуждения дипольных антенн во время своих экспериментов. Антенна имела размер апертуры в 1,2 метра шириной и использовалась на частоте около 450 МГц. Отражатель был сделан из цинковой листовой стали. С двумя такими антеннами, одна из которой была передающей, а другая — приёмной, Герц успешно продемонстрировал существование электромагнитных волн, которые 22 годами раньше были предсказаны Максвеллом.

Итальянский изобретатель Гульельмо Маркони использовал параболический рефлектор в 1930-х годах в экспериментах для передачи сигналов на лодку в Средиземном море. В 1931 году была установлена радиорелейная телефонная связь на частоте 1,7 ГГц через Ла-Манш с помощью зеркальной антенны. Первая большая параболическая антенна с диаметром рефлектора 9 м была построена в 1937 году радиоастроном Гроте Ребер в своём дворе. С её помощью он исследовал звёздное небо.

Разработка радаров во время Второй мировой войны придала толчок разработкам новых форм параболических антенн, были созданы антенны с секторными диаграммами направленности. После войны были созданы параболические антенны с диаметрами зеркала в 60 метров (Медвежьи озёра в СССР), 100-метровый радиотелескоп в Грин-Бэнк, Западная Вирджиния и другие.

В 1960-х зеркальные антенны стали широко применяться для наземных радиорелейных сетей связи. Первая параболическая антенна, используемая для спутниковой связи, была построена в 1962 году на Гунхилли в Корнуолл, Англия, чтобы работать со спутником связи Telstar. Антенна Кассегрена была разработана в Японии в 1963 году в NTT, KDDI и Mitsubishi Electric. Появление в 1980-е годы компьютеров, способных проводить сложные расчёты диаграмм направленности параболических антенн, привело к разработке сложных асимметричным и многозеркальных антенн.

В чем разница между прямофокусными и офсетным тарелками

Любая спутниковая тарелка выступает в роли зеркала, потому что сигнал от нее отражается на конвертер. Несмотря на то, что прямофокусные и офсетные тарелки похожи, между ними имеются различия.

У прямофокусной антенны конвертер со стойками мешают поступлению сигнала. Офсетная антенна может собирать волны на облучатель конвертера из-за смещенного в сторону фокуса сигнала, отражаемого рефлектором.

Еще одно отличие между двумя типами спутниковых тарелок: основная масса офсетной антенны приходится на кронштейн, к которому прикреплена тарелка, а также конвертер с облучателем. Поэтому при порывах ветра офсетная антенна будет устойчивее прямофокусной за счет перемещения центра тяжести к низу конструкции.

Офсетные антенны распространены благодаря своей компактности, неприхотливости при обслуживании, быстрой сборке.

Первым и самым главным преимуществом использования спутниковых антенн является возможность просматривать большое количество каналов в высоком качестве в самых отдаленных уголках страны.

Также к плюсам выбора так называемой антенны-тарелки следует отнести возможность обширного выбора различных каналов, а вот эфирное или кабельное телевидение транслируют только то, что смотрят большинство зрителей.

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number	Priority date	Publication date	Assignee	Title
JPS60235508A (en) *	1984-05-08	1985-11-22	Showa Denko Kk	Reflecting plate for circularly polarized wave antenna
RU2168820C1 (ru) *	1999-11-01	2001-06-10	Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский центр специальных технологий»	Способ изготовления многослойного антенного рефлектора
RU2556424C2 (ru) *	2013-07-19	2015-07-10	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)	Каркас конструкции антенного рефлектора из полимерного композиционного материала
RU161906U1 (ru) *	2015-10-20	2016-05-10	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева» (СибГАУ)	Антенный рефлектор из полимерного композиционного материала

Как верно выбрать спутниковую антенну

Размеры антенн, принимающих сигнал со спутника, могут быть различными. Операторы трансляции предлагают пользователям практически схожие условия. Некоторые провайдеры, такие, как, например, МТС, реализуют в различных областях отличные друг от друга блоки антенн.

По принципу работы системы понятно, какую роль играют размеры спутниковых антенн. Чем больше отражающая поверхность дефлектора, тем больше волновой энергии он собирает и направляет на конвертер.

Спутниковые каналы трансляции обычно рассчитываются по средним параметрам. Таким образом, на территории оптимального приема пользователь может установить классическую тарелку, диаметр которой составляет 60 см. В регионах, где низкий сигнал, предпочтительно использовать антенну с дефлектором диаметром 90 см или больше.

Карта покрытия – указан размер тарелки для качественного приема спутникового сигнала

Выбираем антенну для интернета

Для этого не нужно знать физику или формулы, и рассчитывать ничего нет необходимости. Продавцы смогут подобрать подходящую антенну с комплектом для спутникового интернета.

Выбираем антенну для ТВ

Если вы хотите купить спутниковую антенну для телевизора, то нужно учитывать ее размер. Этот параметр связан непосредственно с показателем усиления устройства. Чем больше его размер, тем больше будет параметр усиления.

Для разной мощности приема спутникового сигнала требуется разный диаметр тарелок (53 dbW – 0,6 м, 48 dbW – 0,8 м, 45 dbW – 1,0 м, 40 dbW – 1,5 м).

Какую спутниковую тарелку лучше выбрать для интернета и телевидения

Офсетные антенны больше всего подходят для приема спутникового ТВ и интернета. Офсетные тарелки представляют собой несимметричные вырезки из параболоида вращения, в которых присутствует облучатель. Фокус этого элемента располагается ниже, чем геометрический центр самой антенны.

Такое месторасположение убирает тень с полезной поверхности антенны облучателем, а также его опорными стойками. Это увеличивает показатель полезной эксплуатации при равной площади зеркала. Облучатель в таких конструкциях расположен ниже, чем центр тяжести тарелки. Таким образом, он повышает устойчивость антенны при порывах ветра.

Установка и настройка офсетной антенны

Выбираем антенну для дачи

Антенны, принимающие сигнал со спутника, как и их аналоговые варианты, имеют зависимость от волны, которая приходит от наземных вышек. Если он слабый, то и трансляция будет некачественной. По этой причине следует учитывать расстояние до ретранслятора и покупать специальные усилители. Также не стоит забывать о погодных условиях.

Во избежание ошибок антенны для дачи следует выбирать, учитывая следующие правила:

конструкция должна работать при диапазоне принимаемой частоты 300 – 3000 МГц;
стрела должна быть пропорциональна расстоянию до наземной вышки;
показатели мощности должны быть настроены для улавливания волны;
для открытой или лесной территории покупаются различные изделия.

15 параболическая зеркальная антенна. характеристики и конструирование. облучатели зеркальных антенн. многозеркальные антенны

Ширина луча

Как изготовить по шаблону параболическую антенну

1.2. Принцип действия зеркальной антенны.