Учебники

Радарные Системы – Радарные Антенны

В этой главе давайте узнаем об Антеннах, которые полезны в радиолокационной связи. Мы можем классифицировать радиолокационные антенны на следующие два типа в зависимости от физической структуры.

  • Параболические рефлекторные антенны
  • Объективные Антенны

В наших последующих разделах мы подробно обсудим два типа антенн.

Параболические рефлекторные антенны

Параболические рефлекторные антенны – это микроволновые антенны. Знание параболического рефлектора необходимо для глубокого понимания работы антенн.

Принцип действия

Парабола – это не что иное, как Локус точек, которые движутся таким образом, что его расстояние от фиксированной точки (называемой фокусом) плюс расстояние от прямой (называемой прямой) является постоянным.

На следующем рисунке показана геометрия параболического отражателя . Точки F и V – фокус (подача дана) и вершина соответственно. Линия, соединяющая F и V, является осью симметрии. P1Q1,P2Q2 и P3Q3 являются отраженными лучами. Линия L представляет директрису, на которой лежат отраженные точки (чтобы сказать, что они коллинеарны).

Принцип действия

Как показано на рисунке, расстояние между F и L является постоянным по отношению к фокусируемым волнам. Отраженная волна образует коллимированный волновой фронт из параболической формы. Отношение фокусного расстояния к размеру апертуры (то есть, f/D) известно как «отношение f к D» . Это важный параметр параболического отражателя, и его значение варьируется от 0,25 до 0,50 .

Закон отражения гласит, что угол падения и угол отражения равны. Этот закон при использовании вместе с параболой помогает фокусировать луч. Форма параболы, когда она используется для отражения волн, обладает некоторыми свойствами параболы, которые полезны для построения антенны с использованием отраженных волн.

Свойства Параболы

Ниже приведены различные свойства Parabola –

  • Все волны, исходящие из фокуса, отражаются обратно к параболической оси. Следовательно, все волны, достигающие апертуры, находятся в фазе.

  • Поскольку волны находятся в фазе, луч излучения вдоль параболической оси будет сильным и концентрированным.

Все волны, исходящие из фокуса, отражаются обратно к параболической оси. Следовательно, все волны, достигающие апертуры, находятся в фазе.

Поскольку волны находятся в фазе, луч излучения вдоль параболической оси будет сильным и концентрированным.

Следуя этим пунктам, параболические отражатели помогают создавать высокую направленность при более узкой ширине луча.

Конструкция и работа параболического отражателя

Если параболический отражатель антенна используется для передачи сигнала, сигнал из канала выходит из дипольной антенны или рупорной антенну, чтобы сфокусировать волну на параболу. Это означает, что волны выходят из фокальной точки и ударяются о параболоидный отражатель. Эта волна теперь отражается как коллимированный фронт волны, как обсуждалось ранее, для передачи.

Та же антенна используется в качестве приемника . Когда электромагнитная волна принимает форму параболы, она отражается в точке подачи. Дипольная антенна или рупорная антенна, которая действует как приемная антенна при подаче, получает этот сигнал, чтобы преобразовать его в электрический сигнал и направить его в схему приемника.

Коэффициент усиления параболоида является функцией отношения апертуры D/ lambda. Эффективная излучаемая мощность (ERP) антенны – это умножение входной мощности, подаваемой на антенну, и ее усиления.

Обычно антенна для волноводного рупора используется в качестве радиатора питания для антенны параболоидного отражателя. Наряду с этой техникой, у нас есть следующие два типа подачи данных на антенну параболоидного отражателя.

  • Кассегрена
  • Григорианский канал

Кассегрена

В этом типе подача расположена в вершине параболоида, в отличие от параболического отражателя. Отражатель выпуклой формы, который действует как гиперболоид, расположен напротив источника питания антенны. Он также известен как вторичный гиперболоидный рефлектор или субрефлектор. Он расположен таким образом, что один из его фокусов совпадает с фокусом параболоида. Таким образом, волна отражается дважды.

Кассегрена

На приведенном выше рисунке показана рабочая модель корма для запеканки.

Григорианский канал

Тип подачи, где есть пара определенных конфигураций и где ширина луча подачи постепенно увеличивается, в то время как размеры антенны остаются фиксированными, называется григорианской подачей . Здесь гиперболоид выпуклой формы Кассегрена заменяется параболоидным отражателем вогнутой формы, который, конечно, меньше по размеру.

Эти отражатели григорианского типа подачи могут быть использованы следующими четырьмя способами:

  • Григорианские системы с использованием эллипсоидального субрефлектора отражателя в фокусах F1.

  • Григорианские системы, использующие эллипсоидальный субрефлектор отражателя в фокусах F2.

  • Системы Кассегрена, использующие гиперболоидный суботражатель (выпуклый).

  • Системы Кассегрена, использующие гиперболоидный суботражатель (вогнутый, но подача очень близко к нему)

Григорианские системы с использованием эллипсоидального субрефлектора отражателя в фокусах F1.

Григорианские системы, использующие эллипсоидальный субрефлектор отражателя в фокусах F2.

Системы Кассегрена, использующие гиперболоидный суботражатель (выпуклый).

Системы Кассегрена, использующие гиперболоидный суботражатель (вогнутый, но подача очень близко к нему)

Среди различных типов отражательных антенн наиболее часто используются простые параболические отражатели и параболические отражатели подачи Кассегрена.

Объективные Антенны

Объективные антенны используют изогнутую поверхность как для передачи, так и для приема сигналов. Эти антенны сделаны из стекла, где соблюдаются сходящиеся и расходящиеся свойства линзы. Частотный диапазон использования Lens Antenna начинается с 1 ГГц, но его использование больше на 3 ГГц и выше .

Знание объектива необходимо для глубокого понимания работы антенны объектива. Напомним, что обычная стеклянная линза работает по принципу преломления .

Конструкция и работа линзовой антенны

Если предполагается, что источник света присутствует в фокусной точке линзы, которая находится на фокусном расстоянии от объектива, то лучи проходят через объектив в виде коллимированных или параллельных лучей на плоском фронте волны.

Есть два явления, которые происходят, когда лучи падают с разных сторон линзы. Они даны здесь –

  • Лучи, которые проходят через центр линзы, менее преломлены, чем лучи, которые проходят через края линзы. Все лучи направляются параллельно плоскому фронту волны. Этот феномен объектива называется расхождением .

  • Та же самая процедура становится обратной, если луч света посылается с правой стороны на левую сторону того же объектива. Затем луч преломляется и встречается в точке, называемой фокусной точкой, на фокусном расстоянии от линзы. Это явление называется конвергенцией .

Лучи, которые проходят через центр линзы, менее преломлены, чем лучи, которые проходят через края линзы. Все лучи направляются параллельно плоскому фронту волны. Этот феномен объектива называется расхождением .

Та же самая процедура становится обратной, если луч света посылается с правой стороны на левую сторону того же объектива. Затем луч преломляется и встречается в точке, называемой фокусной точкой, на фокусном расстоянии от линзы. Это явление называется конвергенцией .

Следующая диаграмма поможет нам лучше понять это явление.

Объективная антенна

Диаграмма луча представляет фокус и фокусное расстояние от источника до объектива. Полученные параллельные лучи также называют коллимированными лучами.

На приведенном выше рисунке источник в фокусе, на фокусном расстоянии от объектива, коллимируется во фронте плоской волны. Это явление можно обратить вспять, что означает, что свет, если он посылается с левой стороны, сходится на правой стороне объектива.

Именно из-за этой взаимности Линза может использоваться в качестве Антенны, поскольку одно и то же явление помогает использовать одну и ту же Антенну как для передачи, так и для приема.

Для достижения фокусирующих свойств на более высоких частотах показатель преломления должен быть меньше единицы. Каким бы ни был показатель преломления, целью линзы является выпрямление формы волны. На основании этого разработаны объективы E-плоскости и H-плоскости, которые также задерживают или ускоряют волновой фронт.