КНД та КУ дзеркальних антен
Коефіцієнт направленої дії (КНД) дзеркальної антени можна розрахувати за такою формулою:
а),
де – геометрична площа, – коефіцієнт використання поверхні, що визначається амплітудою поля у розкриві дзеркала.
(1)
У разі параболічних дзеркал маємо:
; ; (2)
Підставивши (1) у (2) отримаємо:
(3)
Для наближеного розрахунку нехтують залежністю розподілу поля і вважають, що амплітуда поля в розкриві є функцією тільки координати , тоді вираз (3) спрощується і набуває вигляду:
Для опромінювача як диполя з дисковим рефлектором має вигляд, представлений на рис. 84.
Мал. 84. Залежність коефіцієнта використання поверхні розкриття від кута розкриття дзеркала.
Рівність при - це пояснюється тим, що поле дуже малих дзеркал приблизно рівномірне. Зі збільшенням глибини дзеркал швидко зменшується.
КНД за формулоюа) не враховує втрат енергії на розсіювання, - енергії, що проходить від опромінювача повз дзеркало.
Для повнішої характеристики слід використовувати такий параметр, як КУ антени
де - ККД антени.
Теплових втрат електромагнітної енергії на поверхні дзеркала можна знехтувати (вони дуже малі).
Тоді слід розуміти
де – енергія, що потрапляє на дзеркало, – потужність випромінювана опромінювачем.
Для визначення цього відношення оточимо опромінювач сферою радіусом елемент поверхні сфери дорівнює
Мал. 85. До визначення ККД дзеркальної антени.
Повна потужність опромінювача визначається виразом
де - Амплітуда напруженості поля в напрямку максимального випромінювання опромінювача; нормована ДН опромінювача.
Потужність випромінювання, що потрапляє на дзеркало.
б)
З виразу (б) видно, що повністю визначається ДН опромінювача та величиною . Очевидно, що більше , тобто чим глибше дзеркало, то більша частина випромінюваної енергії потрапляє на дзеркало і, отже, тим більше . Таким чином, характер застосування протилежний характеру зміни. Тут також слід шукати компроміс під час проектування.
Опромінювач дзеркал.
Наближений розрахунок параболічної антени.
Зміщення опромінювача з фокусу в напрямку,
Перпендикулярні осі параболоїда.
Управління ДН.
Якщо фазовий центр опромінювача збігається зFдзеркала, фронт хвилі, відбитої від дзеркала, буде плоским і збігатися з розкривом дзеркала. Напрямок максимуму ДН збігається з віссю дзеркала. Зміщення опромінювача в напрямку перпендикулярному до оптичної осі дзеркала викликає відхилення напрямку головного максимуму в бік, протилежну зміщенню опромінювача.
Мал. 86. Відхилення ДН, викликане зміщенням опромінювача в напрямку, перпендикулярному осі параболоїда.
У т.А фронт хвилі прийде раніше, ніж у т.В. В результаті в т.А поле випереджатиме по фазі поле в т.В і фронт хвилі відхилиться на деякий кут.
Напрямок максимуму випромінювання завжди перпендикулярно фронту хвилі і отже вся ДН відхилиться той самий кут убік, протилежну зміщенню опромінювача.
Виведемо наближені співвідношення визначення кута відхилення напрямку максимальної ДН від осі антени залежно від .
За часtпромінь пройде відстань .
Зазвичай тоді можна покласти або в градусах:
Винос опромінювачапризводить не тільки до зміни ДН, але і до її спотворення внаслідок порушення лінійного закону зміни фази поля в розкриві.
Це призводить до збільшення та збільшення УБЛ, що веде до зменшення КУ. Чим менше дзеркало, тим менше будуть спотворення при тому ж кутовому зміщенні опромінювача, тобто на більший кут можна відхилити ДН, зберігаючи в основному її форму.
Допустимий винос з фокусу можна визначити з наступної нерівності:
,
звідси.
Таким чином, можна зробити такі висновки:
;
Розглянутий спосіб зміщення ДН застосовується на практиці, зокрема радіорелейних станціях з автоматичним супроводом мети. Для них зазвичай виконується нерівність:
Мал. *. Лінії рівних фаз відбитої Рис. **. Створення рівносигнальної
від дзеркала поля для різних зсувів зони вздовж осі антени.