www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи на радиолокацията

Параболични антени

Отразител (вторичен радиатор)
Възбудител
(първичен радиатор)
Захранване (вълновод)

Изображение 1: Принцип на антена с параболичен рефлектор

Отразител (вторичен радиатор)
Възбудител
(първичен радиатор)
Захранване (вълновод)

Изображение 1: Принцип на антена с параболичен рефлектор

Параболични антени

Параболичната антена е антена със специално огънат рефлектор, чиято форма на огъване се определя от парабола. Енергията на всеки плосък вълнови фронт, падащ успоредно на оста на параболата, се концентрира във фокусна точка пред рефлектора. И обратното, всеки радиален източник на излъчване се отразява фазово правилно като плоска вълна в тази фокусна точка.

Параболичната антена е най-често използваният тип антена в радарната технология. Илюстрацията показва структурата на «нормална» (симетрична) параболична антена. Точковият източник осветява симетричния рефлектор.

Кръглият рефлектор, част от параболоид на въртене, обикновено е метална конструкция, често просто решетка в метална рамка. Дупките в мрежата трябва да са по-малки от λ/10. Този рефлектор действа като огледало за електромагнитните вълни.

Съгласно законите на оптиката (и геометрията) всички лъчи, успоредни на оста на антената, се отразяват от повърхността на този отражател. Тези лъчи напускат радиатора в сферична форма, отразяват се в рефлектора с фазов скок от 180° и се оформят в плосък фронт на вълната, където всички лъчи са успоредни. Това означава, че лъчите нямат разлики в траекторията си до която и да е равнина, перпендикулярна на параболичната ос.

Диаграмата показва идеализирана форма на кръгъл радарен отражател и тази антена произвежда много тесен ( «иглен») лъч. Ако рефлекторът има елипсовидна форма, се получава ветрилообразен лъч. Обзорните радари имат различни диаграми на насоченост на антената по вертикала и хоризонтала: много тесен лъч при страничния ъгъл и класически косекант квадрат при ъгъла на издигане.

Изображение 2: Диаграма на насоченост на параболична антена

Диаграма на насоченост на параболична антена

Изображение 2: Диаграма на насоченост на параболична антена

Този идеален случай, показан на фиг. 1, обаче не се среща на практика. Поради производствени недостатъци излъчването е по-скоро с форма на лоб.

Задни лобове
Странични
лобове
Главен лоб

Изображение 3: Реална диаграма на насоченост на параболична антена в логаритмична скала, измерена по време на контрол на качеството.

Параболичната антена има до голяма степен ротационно симетрична диаграма на насоченост с висок коефициентът на усилване, високо съотношение между предната и задната част и относително малки странични лобове.

Коефициентът на усилване на параболична антена може да се определи по следната формула:

(1)

  • ΘAz = широчина на половината стойност на страничния ъгъл
  • ΘEl = широчина на половината стойност на ъгъла на издигане

Въпреки че това е само приблизителна формула, тя е достатъчна за повечето приложения и прави ясна връзката между усилването на антената и половината ширина на антенната картина.

Задни лобове
Странични
лобове
Главен лоб

Изображение 3: Реална диаграма на насоченост на параболична антена в логаритмична скала, измерена по време на контрол на качеството.

Изображение 4: 3D диаграма на насоченост на параболична антена, определена с помощта на симулационна програма.

Изображение 4: 3D диаграма на насоченост на параболична антена, определена с помощта на симулационна програма.

Забележка: Разликите между изображение 2 и изображение 4 имат значение: на изображение 2 разстоянието е линейно, поради което размерът на страничните лобове (в диапазона на хилядни от основния лоб) вече не се вижда. На изображение 4 разстоянието е логаритмично, така че страничните лобове са лесно разпознаваеми, но върхът на основния лоб е сплескан.

Параболични антени с единична или двойна кривина

Изображение 5: Сравнение между рефлектор с единична кривина и рефлектор с двойна кривина

Изображение5: Сравнение между рефлектор с единична кривина и рефлектор с двойна кривина

В зависимост от желаната схема на антената рефлекторът може да бъде с обикновена параболична повърхност или с описаната по-горе ротационна параболична форма. Гладката повърхност, оформена като проста парабола, се нарича «единична кривина». Използва се в конструкцията на антени, когато:

Ако параболичната антена има само един първичен излъчвател или ако допълнителните първични излъчватели са монтирани «на кръст» и трябва да образуват различна антенна картина, тогава параболичната антена с «двойна кривина» е енергийно по-ефективна, тъй като входящите ехо-сигнали също се фокусират точно в точката, където могат да бъдат приети. При параболична антена с една кривина и само един основен радиатор част от енергията ще попадне в непосредствена близост до основния радиатор. Следователно параболичната антена с една кривина има смисъл само ако например цялата фокусна линия е заета от излъчватели, за да се осветява параболичният отражател без ъглови грешки (както при морския радар тип 1022). По този начин неизбежните странични лобове на антенната картина могат поне да бъдат намалени, тъй като разпределението на мощността между отделните излъчватели може да бъде по-добре оптимизирано.

В случая на дидактичните радари обикновено се използват отделни първични излъчватели пред общ рефлектор за предаване и приемане по причини, свързани с разходите. При параболична антена с двойна кривина само един от основните излъчватели може да бъде разположен във фокусната точка: другият ще бъде в непосредствена близост до нея. Силно свързаната енергия на предавателя изобщо няма да може да достигне приемната антена след отразяване. Поради тази причина радарните устройства имат само една параболична антена с една кривина, така че приемната антена също е на фокусната линия: предавателната и приемната антена са разположени една над друга на тази вертикална фокусна линия. Не е много ефективен от енергийна гледна точка: но целта тук не е да се постигне рекорд в обхвата, а само да се демонстрира принципът.