Parabolické antény
(Primärstrahler)
Obrázek 1: Princip antény s parabolickým reflektorem
(Primärstrahler)
Obrázek 1: Princip antény s parabolickým reflektorem
Parabolické antény
Parabolická anténa je anténa se speciálně ohnutým reflektorem, jehož tvar ohybu je určen parabolou. Energie každé rovinné vlnoplochy dopadající rovnoběžně s osou paraboly se sdružuje v ohnisku před reflektorem. A naopak, každý radiální zdroj záření se v tomto ohnisku také fázově správně odráží do rovinné vlny.
Parabolická anténa je nejběžnějším typem antény používaným v radarové technice. Obrázek ukazuje strukturu „normální“ (symetrické) parabolické antény. Bodový zdroj osvětluje symetrický reflektor.
Kruhový reflektor, výseč otáčivého paraboloidu, je obvykle kovová konstrukce, často jen mřížka v kovovém rámu. Otvory v mřížce musí být menší než λ/10. Tento reflektor funguje jako zrcadlo pro elektromagnetické vlny.
Podle zákonů optiky (a geometrie) se všechny paprsky rovnoběžné s osou antény odrážejí od povrchu tohoto reflektoru. Tyto paprsky opouštějí zářič v kulovém tvaru, odrážejí se od reflektoru s fázovým skokem 180° a vytvářejí rovinné vlnové čelo, kde jsou všechny paprsky rovnoběžné. To znamená, že paprsky nemají žádné dráhové rozdíly až do roviny kolmé na parabolickou osu.
Na obrázku je znázorněn idealizovaný tvar kulatého radarového reflektoru a tato anténa vytváří velmi úzký, tzv. tužkový paprsek. Pokud má reflektor eliptický tvar, vzniká vějířovitý paprsek. Průzkumné radary mají odlišné anténní diagramy ve vertikálním a horizontálním směru: velmi úzký tužkový paprsek v bočním úhlu a klasické kosekant-čtvercový radiační diagramy ve výškovém úhlu.
Obrázek 2: Směrový diagram parabolické antény
Obrázek 2: Směrový diagram parabolické antény
Obrázek 2: Směrový diagram parabolické antény
Tento ideální případ, jak je znázorněn na obr. 1, však v praxi nenastává. Vzhledem k výrobním nedostatkům má záření spíše laločnatý tvar.
Obr. 3: Skutečný anténní obraz parabolické antény v logaritmickém měřítku, změřený při kontrole kvality.
Parabolická anténa má převážně rotačně symetrický diagram s vysokým ziskem, vysokým poměrem přední a zadní strany a relativně malými postranními laloky.
Zisk parabolické antény lze určit podle následujícího vzorce::
.print.png)
.png)
(1)
- ΘAz = poloviční šířka bočního úhlu
- ΘEl = poloviční šířka elevačního úhlu
Ačkoli se jedná pouze o přibližný vzorec, pro většinu aplikací je dostačující a objasňuje vztah mezi ziskem antény a šířkou poloviční hodnoty anténního obrazce.
Obr. 3: Skutečný anténní obraz parabolické antény v logaritmickém měřítku, změřený při kontrole kvality.
Obr. 4: 3D anténní diagram parabolické antény určený pomocí simulačního programu.
Obr. 4: 3D anténní diagram parabolické antény určený pomocí simulačního programu.
Poznámka: Rozdíly mezi obrázky 2 a 4 mají svůj význam: na obrázku 2 je vzdálenost lineární, takže velikost postranních laloků (v řádu tisícin hlavního laloku) již není vidět. Na obrázku 4 je vzdálenost logaritmická, takže boční laloky jsou snadno rozpoznatelné, ale špička hlavního laloku je zploštělá.
Parabolické antény s jednoduchým nebo dvojitým zakřivením
Obrázek 5: Srovnání jednoduchým a dvojitým zakřivením
V závislosti na požadovaném tvaru antény může mít reflektor jednoduchý parabolický povrch nebo výše popsaný rotační parabolický tvar. Hladký povrch ve tvaru jednoduché paraboly se nazývá jednoduché zakřivení. Používá se při konstrukci antén, když::
- není požadována žádná změna elevačního úhlu vyzařovací charakteristiky primárního zářiče;
- nebo je místo ohniska vyžadována ohnisková linie, kterou zaujímá několik radiátorů ležících vedle sebe nebo nad sebou.
Pokud má parabolická anténa pouze jeden primární zářič nebo pokud jsou další primární zářiče namontovány „křížem“ a mají tvořit jiný anténní obrazec, pak je parabolická anténa s dvojitým zakřivením energeticky účinnější, protože přicházející echo signály jsou také zaměřeny přesně na místo, kde mohou být přijaty. U parabolické antény s jedním zakřivením a pouze jedním primárním zářičem by část energie dopadla vedle primárního zářiče. Parabolická anténa s jedním zakřivením má proto smysl pouze tehdy, pokud je například celá ohnisková čára obsazena zářiči, aby se parabolický reflektor osvětlil bez úhlových chyb (jako u námořního radaru typu 1022). Tímto způsobem lze alespoň omezit nevyhnutelné boční laloky anténního diagramu, protože lze lépe optimalizovat rozložení výkonu mezi jednotlivé zářiče.
V případě didaktických radarů se pro vysílání a příjem obvykle z nákladových důvodů používají samostatné primární zářiče před společným reflektorem. U parabolické antény s dvojitým zakřivením by mohl být v ohnisku umístěn pouze jeden z primárních zářičů: druhý by byl vedle něj. Silně vázaná energie vysílače by po odrazu vůbec nemohla dopadnout na přijímací anténu. Z tohoto důvodu mají radarové jednotky pro tento případ také pouze jednu parabolickou anténu s jedním zakřivením, takže přijímací anténa je také na její ohniskové linii: vysílací a přijímací antény jsou uspořádány nad sebou na této vertikální ohniskové linii. Z energetického hlediska to není příliš efektivní, ale cílem není dosáhnout dojezdového rekordu, ale pouze demonstrovat princip.