Teoria dell'antenna - Riflettore parabolico
Parabolic Reflectorssono antenne a microonde. Per una migliore comprensione di queste antenne, è necessario discutere il concetto di riflettore parabolico.
Intervallo di frequenze
La gamma di frequenza utilizzata per l'applicazione delle antenne a riflettore parabolico è above 1MHz. Queste antenne sono ampiamente utilizzate per applicazioni radio e wireless.
Principio di funzionamento
La definizione standard di una parabola è - Locus di un punto, che si muove in modo tale che la sua distanza dal punto fisso (chiamato focus) più la sua distanza da una linea retta (chiamata directrix) è costante.
La figura seguente mostra la geometria del riflettore parabolico. Il puntoF è il focus (viene fornito il feed) e Vè il vertice. La linea che unisce F e V è l'asse di simmetria. PQ sono i raggi riflessi doveLrappresenta la direttrice di linea su cui giacciono i punti riflessi (per dire che sono allineati). Quindi, come da definizione sopra, la distanza tra F ed L è costante rispetto alle onde che vengono focalizzate.
L'onda riflessa forma un fronte d'onda colllimato, fuori dalla forma parabolica. Il rapporto tra lunghezza focale e dimensione dell'apertura (cioè f / D) noto come“f over D ratio”è un parametro importante del riflettore parabolico. Il suo valore varia da0.25 to 0.50.
La legge di riflessione afferma che l'angolo di incidenza e l'angolo di riflessione sono uguali. Questa legge, se usata insieme a una parabola, aiuta la messa a fuoco del raggio. La forma del
parabola quando utilizzata allo scopo di riflettere le onde, mostra alcune proprietà della parabola, che sono utili per costruire un'antenna, utilizzando le onde riflesse.
Proprietà della parabola
Tutte le onde originate dal fuoco, si riflettono sull'asse parabolico. Quindi, tutte le onde che raggiungono l'apertura sono in fase.
Poiché le onde sono in fase, il raggio di radiazione lungo l'asse parabolico sarà forte e concentrato.
Seguendo questi punti, i riflettori parabolici aiutano a produrre un'elevata direttività con una larghezza del fascio più stretta.
Costruzione e funzionamento di un riflettore parabolico
Se si utilizza un'antenna a riflettore parabolico per trasmettere un segnale, il segnale proveniente dall'alimentazione, esce da un dipolo o da un'antenna a tromba, per focalizzare l'onda sulla parabola. Significa che le onde escono dal punto focale e colpiscono il riflettore paraboloidale. Questa onda ora viene riflessa comecollimated wave front, come discusso in precedenza, per essere trasmesso.
La stessa antenna viene utilizzata come ricevitore. Quando l'onda elettromagnetica colpisce la forma della parabola, l'onda viene riflessa sul punto di alimentazione. Il dipolo o l'antenna a tromba, che funge da antenna del ricevitore alla sua alimentazione, riceve questo segnale, per convertirlo in segnale elettrico e lo inoltra alla circuiteria del ricevitore.
L'immagine seguente mostra un'antenna parabolica a riflettore.
Il guadagno del paraboloide è una funzione del rapporto di apertura (D/λ). L'effettiva potenza irradiata(ERP) di un'antenna è la moltiplicazione della potenza in ingresso fornita all'antenna e il suo guadagno di potenza.
Di solito un'antenna a tromba a guida d'onda viene utilizzata come radiatore di alimentazione per l'antenna a riflettore paraboloide. Insieme a questa tecnica, abbiamo un altro tipo di alimentazione fornita all'antenna a riflettore paraboloide, chiamata alimentazione Cassegrain.
Cassegrain Feed
Il grano di casse è un altro tipo di alimentazione dato all'antenna del riflettore. In questo tipo, l'alimentazione si trova al vertice del paraboloide, a differenza del riflettore parabolico. Un riflettore di forma convessa, che funge da iperboloide, è posto di fronte all'alimentazione dell'antenna. È anche conosciuto comesecondary hyperboloid reflector o sub-reflector. È posizionato in modo tale che il suo uno dei fuochi coincida con il fuoco del paraboloide. Pertanto, l'onda viene riflessa due volte.
La figura sopra mostra il modello di lavoro del mangime per cassegrain.
Funzionamento di un'antenna Cassegrain
Quando l'antenna funge da antenna trasmittente, l'energia proveniente dall'alimentazione si irradia attraverso un'antenna a tromba sul riflettore concavo iperboloide, che si riflette nuovamente sul riflettore parabolico. Il segnale viene riflesso nello spazio da lì. Quindi, lo spreco di energia viene controllato e la direttività viene migliorata.
Quando la stessa antenna viene utilizzata per la ricezione, le onde elettromagnetiche colpiscono il riflettore, si riflettono sull'iperboloide concavo e da lì raggiungono l'alimentazione. Un'antenna a tromba a guida d'onda si presenta lì per ricevere questo segnale e invia al circuito del ricevitore per l'amplificazione.
Dai un'occhiata alla seguente immagine. Presenta un riflettore paraboloide con alimentazione cassegrain.
Vantaggi
I seguenti sono i vantaggi dell'antenna a riflettore parabolico:
Riduzione dei lobi minori
Lo spreco di energia è ridotto
Si ottiene una lunghezza focale equivalente
Il mangime può essere posizionato in qualsiasi luogo, secondo la nostra convenienza
La regolazione del fascio (restringimento o allargamento) viene effettuata regolando le superfici riflettenti
Svantaggio
Quello che segue è lo svantaggio di un'antenna a riflettore parabolico:
Parte della potenza che viene riflessa dal riflettore parabolico è ostruita. Questo diventa un problema con paraboloidi di piccole dimensioni.
Applicazioni
Le seguenti sono le applicazioni dell'antenna a riflettore parabolico:
Il riflettore parabolico di alimentazione cassegrain è utilizzato principalmente nelle comunicazioni satellitari.
Utilizzato anche nei sistemi di telecomunicazione wireless.
Diamo un'occhiata all'altro tipo di feed chiamato feed gregoriano per i riflettori parabolici.
Feed gregoriano
Questo è un altro tipo di feed utilizzato. Sono presenti un paio di determinate configurazioni, in cui la larghezza del fascio di alimentazione viene progressivamente aumentata mentre le dimensioni dell'antenna vengono mantenute fisse. Questo tipo di feed è noto come feed gregoriano. Qui, l'iperboloide di forma convessa di casssegrain viene sostituito con un riflettore paraboloide di forma concava, che è ovviamente di dimensioni più piccole
Queste Gregorian feed i riflettori di tipo possono essere utilizzati in quattro modi:
Sistemi gregoriani che utilizzano un riflettore ellissoidale sub-riflettore ai fuochi F1.
Sistemi gregoriani che utilizzano un riflettore ellissoidale sub-riflettore ai fuochi F2.
Sistemi Cassegrain che utilizzano sub-riflettore iperboloide (convesso).
Sistemi Cassegrain che utilizzano un sub-riflettore iperboloide (concavo ma il feed è molto vicino ad esso).
Questi sono tutti solo da menzionare perché non sono popolari e non sono ampiamente utilizzati. Hanno i loro limiti.
La figura mostra chiaramente lo schema di lavoro di tutti i tipi di riflettori. Esistono altri tipi di riflettori paraboloidi come:
- Taglio paraboloide
- Cilindro parabolico
- Paraboloide portapillole
Tuttavia, tutti sono usati raramente a causa delle limitazioni e degli svantaggi che hanno nelle loro condizioni di lavoro.
Quindi, tra tutti i tipi di antenne a riflettore, i riflettori parabolici semplici e i riflettori parabolici di alimentazione cassegrain sono quelli più comunemente usati.