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Antenne paraboliche

Riflettore (radiatore secondario)
Exciter
(radiatore primario)
Alimentazione (guida d'onda)

Figura 1: Principio di un'antenna con riflettore parabolico

Riflettore (radiatore secondario)
Exciter
(radiatore primario)
Alimentazione (guida d'onda)

Figura 1: Principio di un'antenna con riflettore parabolico

Antenne paraboliche

L'antenna parabolica è un'antenna con un riflettore appositamente piegato la cui forma della curva è determinata da una parabola. L'energia di ogni fronte d'onda piano incidente parallelamente all'asse della parabola si concentra in un punto focale di fronte al riflettore. Inversamente, ogni sorgente di radiazione radiale è anche riflessa in modo fase-corretto in un'onda piana in questo punto focale.

L'antenna parabolica è il tipo di antenna più utilizzato nella tecnologia radar. L'illustrazione mostra la struttura di un'antenna parabolica „normale“ (simmetrica). La sorgente puntiforme illumina il riflettore simmetrico.

Il riflettore rotondo, una sezione di un paraboloide di rivoluzione, è di solito una costruzione metallica, spesso solo una griglia in un telaio metallico. I fori della griglia devono essere più piccoli di λ/10. Questo riflettore agisce come uno specchio per le onde elettromagnetiche.

Secondo le leggi dell'ottica (e della geometria), tutti i raggi paralleli all'asse dell'antenna sono riflessi sulla superficie di questo riflettore. Questi raggi lasciano il radiatore in forma sferica, vengono riflessi al riflettore con un salto di fase di 180° e si formano in un fronte d'onda piano dove tutti i raggi sono paralleli. Questo significa che i fasci non hanno differenze di percorso fino a qualsiasi piano perpendicolare all'asse parabolico.

Il diagramma mostra una forma idealizzata di un riflettore radar rotondo e questa antenna produce un fascio molto stretto, detto a matita. Se il riflettore ha una forma ellittica, allora si produce un fascio a ventaglio. I radar da ricognizione hanno diversi diagrammi d'antenna verticali e orizzontali: un fascio a matita molto stretto all'angolo laterale e un classico diagramma quadrato cosecante all'angolo di elevazione.

Figura 2: Diagramma direzionale di un'antenna parabolica

Figura 2: Diagramma direzionale di un'antenna parabolica

Diagramma direzionale di un'antenna parabolica

Figura 2: Diagramma direzionale di un'antenna parabolica

Tuttavia, questo caso ideale come mostrato in Fig. 1 non si verifica nella pratica. A causa di carenze di fabbricazione, la radiazione è piuttosto a forma di lobo.

Lobi posteriori
Lobi laterali
Lobo principale

Fig. 3: Diagramma reale di un'antenna parabolica in scala logaritmica, misurato durante un controllo di qualità.

Un'antenna parabolica ha un modello ampiamente simmetrico in senso rotatorio di alto guadagno, alto rapporto fronte-retro e lobi laterali relativamente piccoli.

Il guadagno di un'antenna parabolica può essere determinato con la seguente formula:

(1)

  • ΘAz = larghezza del mezzo valore nell'angolo laterale
  • ΘEl = larghezza del mezzo valore nell'angolo di elevazione

Anche se questa è solo una formula di approssimazione, è sufficiente per la maggior parte delle applicazioni e rende chiara la relazione tra il guadagno d'antenna e la larghezza del semi-valore del diagramma d'antenna.

Lobi posteriori
Lobi laterali
Lobo principale

Fig. 3: Diagramma reale di un'antenna parabolica in scala logaritmica, misurato durante un controllo di qualità.

Fig. 4: Diagramma d'antenna 3D di un'antenna parabolica, determinato con un programma di simulazione.

Fig. 4: Diagramma d'antenna 3D di un'antenna parabolica, determinato con un programma di simulazione.

Fig. 4: Diagramma d'antenna 3D di un'antenna parabolica, determinato con un programma di simulazione.

Nota: le differenze tra la figura 2 e la figura 4 hanno un significato: la figura 2 la distanza è lineare, quindi la dimensione dei lobi laterali (nell'ordine dei millesimi del lobo principale) non è più visibile. Nella figura 4, la distanza è logaritmica, quindi i lobi laterali sono facilmente riconoscibili, ma la punta del lobo principale è appiattita.

Antenne paraboliche a „singola curvatura“ o a „doppia curvatura“

Figura 5: Riflettore a „singola curvatura“ e riflettore a „doppia curvatura“ a confronto

Figura 5: Riflettore a „singola curvatura“ e riflettore a „doppia curvatura“ a confronto

A seconda del modello di antenna desiderato, il riflettore può essere una semplice superficie parabolica o la forma parabolica rotazionale descritta sopra. La superficie liscia modellata secondo una parabola semplice è chiamata „curvatura singola“. Viene utilizzato nella costruzione di antenne quando:

Se un'antenna parabolica ha un solo radiatore primario, o se i radiatori primari supplementari sono montati „di traverso“ e devono formare un diverso schema d'antenna, allora l'antenna parabolica a „doppia curvatura“ è energeticamente più efficace, poiché i segnali eco in arrivo sono anche focalizzati esattamente sul punto in cui possono essere ricevuti. Con un'antenna parabolica a „singola curvatura“ con un solo radiatore primario, parte dell'energia colpirebbe accanto al radiatore primario. Un'antenna parabolica a „curvatura singola“ ha quindi senso solo se, per esempio, tutta la linea focale è occupata da emettitori per illuminare il riflettore parabolico senza errori angolari (come nel caso del radar marittimo tipo 1022). In questo modo, gli inevitabili lobi laterali del modello dell'antenna possono almeno essere ridotti perché la distribuzione della potenza tra i singoli radiatori può essere meglio ottimizzata.

Nel caso dei radar didattici, per ragioni di costo si usano di solito radiatori primari separati davanti a un riflettore comune per la trasmissione e la ricezione. Con un'antenna parabolica a „doppia curvatura“, solo uno degli emettitori primari potrebbe essere posizionato nel punto focale: l'altro sarebbe accanto ad esso. L'energia del trasmettitore, fortemente concentrata, non sarebbe in grado di colpire l'antenna ricevente dopo la riflessione. Per questo motivo, gli apparecchi radar hanno anche in questo caso una sola antenna parabolica a „curvatura singola“, in modo che l'antenna ricevente sia anche sulla sua linea focale: le antenne di trasmissione e di ricezione sono disposte una sopra l'altra su questa linea focale verticale. Non molto efficace dal punto di vista energetico: ma lo scopo qui non è quello di ottenere un record di distanza, ma solo di dimostrare il principio.