www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи радіолокації

Параболічна антена

відбивач (вторинний випромінювач)
опромінювач
(первинний
випромінювач)
фідер (хвилевод))

Рисунок 1. Принцип дії параболічної дзеркальної антени

відбивач (вторинний випромінювач)
опромінювач
(первинний
випромінювач)
фідер (хвилевод)

Рисунок 1. Принцип дії параболічної дзеркальної антени

Параболічна антена

Параболічна антена є різновидом дзеркальної (рефлекторної) антени. Це пристрій, що використовується для збирання або фокусування енергії, наприклад, енергії електромагнітної хвилі. Така антена містить первинний випромінювач (опромінювач) та відбивач, що є параболоїдом обертання. Плоскі хвилі, які падають на таку антену з напрямку, паралельного осі параболоїда, перетворюються у сферичну хвилю і фокусуються в точці, де знаходиться фокус параболоїда. І навпаки, сферична хвиля, випромінювана випромінювачем, розташованим в фокусі параболоїда, відбиваючись від його поверхні, перетворюється в плоску хвилю, яка розповсюджується вздовж осі симетрії дзеркала.

Параболічна антена нагадує своєю формою тарілку. Вона є однією з найбільш часто використовуваних в різноманітних радіолокаційних застосуваннях. На Рисунку 1 схематично зображена параболічна антена. Така антена має в своєму складі круговий параболічний відбивач (дзеркало) та точкове джерело, розташоване у фокусі відбивача. Це точкове джерело називають опромінювачем, іноді – первинним випромінювачем.

Круговий параболічний відбивач (параболоїд) являє собою конструкцію з провідного матеріалу (металу), як правило, у вигляді каркасу (рами), покритого металевою сіткою з внутрішнього боку. Для забезпечення потрібного відбиття від дзеркала розмір чарунки сітки має бути меншим за λ/10. Така сітка працює як дзеркало для електромагнітної енергії.

Для цього типу рефлектора, відповідно із законами оптики та аналітичної геометрії, всі відбиті промені будуть паралельні осі параболоїда, що, в ідеалі, означає формування одного променю антени, паралельного головної осі, без бічних пелюсток. Поле, випромінюване рупорним опромінювачем, має сферичний фронт. Хвиля, яка досягла рефлектора та відбилась від нього, змінює свою фазу на 180°. Кут відбиття хвилі дорівнює куту її падіння на рефлектор і тому після відбиття всі промені будуть паралельні.

На Рисунку 2 зображена ідеалізована радіолокаційна антена в формі параболоїда обертання, яка формує голкоподібний промінь. Якщо відбивач має еліптичну форму, то формований ним промінь буде мати віялову форму. Поверхні антен оглядових радіолокаторів мають різну кривизну в горизонтальній і вертикальній площинах, чим досягається потрібна ширина діаграми направленості в азимутальній площині (голкоподібний промінь) та класична косекансквадратна віялова діаграма направленості по куту місця.

Рисунок 2. Діаграма випромінення параболоїду

Рисунок 2. Діаграма випромінення параболоїду

Діаграма випромінення параболоїду

Рисунок 2. Діаграма випромінення параболоїду

Однак на практиці неможливо досягнути ідеального результату, такого, як на Рисунку 1. Діаграми направленості реальних параболічних антен мають конічну форму через нерівності поверхні рефлектора, які виникають під час його виготовлення. Ширина основної пелюстки може мінятися від 1 … 2 градусів для одних радіолокаторів до 15 … 20 градусів для інших.

задні пелюстки
бічні пелюстки
основна пелюстка

Рисунок 3. Горизонтальний переріз діаграми випромінення параболічної антени в логарифмічному масштабі, виміряної при польовому експерименті

Діаграма розсіяння параболічної антени має основну пелюстку, направлену вздовж осі розповсюдження хвилі, та декілька невеликих бічних пелюсток. З використанням рефлекторів такого типу можливо формування дуже вузьких променів.

Коефіцієнт підсилювання антени з параболічним відбивачем може бути розраховано таким чином.

(1)

  • ΘAz – ширина променю в азимутальній площині;
  • ΘEl – ширина променю в площині кута місця.

Це наближена формула, але вона дає хорошу оцінку для більшості задач і пояснює взаємозв’язок коефіцієнту підсилювання антени та ширини її діаграми направленості.

основна пелюстка
бічні пелюстки
задні пелюстки

Рисунок 3. Горизонтальний переріз діаграми випромінення параболічної антени в логарифмічному масштабі, виміряної при польовому експерименті

Рисунок 4. Тривимірна діаграма випромінення параболічної антени, отримана шляхом математичного моделювання

Рисунок 4. Тривимірна діаграма випромінення параболічної антени, отримана шляхом математичного моделювання

Рисунок 4. Трехмерная диаграмма излучения параболической антенны, определенная путем математического моделирования

Зверніть увагу: різниця між Рисунком 2 та Рисунком 4 має такий смисл. На Рисунку 2 дальність (поздовжня координата) відкладається в лінійному масштабі, тому бічні пелюстки не видні. На Рисунку 4 дальність відкладається в логарифмічному масштабі, тому бічні пелюстки стають видні, а верхівка головної пелюстки приплюснута

Параболічні антени одинарної і подвійної кривизни

Рисунок 5. Відбивач з поверхнею одинарної кривизни (ліворуч) і подвійної кривизни (праворуч)

Рисунок 5. Відбивач з поверхнею одинарної кривизни (ліворуч) і подвійної кривизни (праворуч)

Для поверхні одинарної кривизни або двовимірного рефлектора замість фокальної точки (фокуса) має місце фокальна лінія. Форму параболи має кромка такої поверхні, а зсуваючи цю лінію вздовж твірної, отримаємо форму всього рефлектора. Антена радіолокатора Тип 1022 є прикладом такого типу двовимірного рефлектора.

Поверхня подвійної кривизни або тривимірний рефлектор утворюється обертанням параболи навколо своєї осі. В даному випадку парабола буде спостерігатися з будь-якого напрямку.