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Antenna con diagramma di elevazione a cosecante quadrata

Diagramma della cosecante quadrat
in pratica
STC
idealizzato

Figura 1: Copertura del diagramma di direttività dell'antenna cosecante quadrata per il radar di esplorazione

Diagramma della cosecante quadrat
in pratica
idealizzato

Figura 1: Copertura del diagramma di direttività dell'antenna cosecante quadrata per il radar di esplorazione

Indice „Antenna cosecante quadrata“
  1. Deviazione della forma del riflettore parabolico;
  2. Diagramma quadrato cosecante a fascio impilato;
  3. Derivazione del termine „cosecante al quadrato“.

Antenna con diagramma di elevazione a cosecante quadrata

Le antenne con diagramma cosecante quadrato sono state progettate appositamente per le antenne radar di sorveglianza aerea. Ciò consente una distribuzione personalizzata della radiazione nel fascio, con conseguente scansione spaziale ottimale. Questo schema d'antenna può ottenere la copertura altimetrica richiesta, dove la potenza ricevuta è indipendente dalla portata del radar per un bersaglio ad altezza costante. Si tratta di un mezzo per ottenere un'intensità di segnale più uniforme all'ingresso del ricevitore mentre un bersaglio si muove con un'altezza costante all'interno del fascio radar sopra il bersaglio.

Esistono alcune possibilità di variazione per ottenere un modello a cosecante quadrata nella pratica:

a)
b)

Figura 2: Deviazione dalla forma parabolica ideale della curvatura del riflettore
a) riflettore convesso („labbro superiore“)
b) riflettore concav („labbro inferiore“)

a)
b)

Figura 2: Deviazione dalla forma parabolica ideale della curvatura del riflettore
a) riflettore convesso („labbro superiore“)
b) riflettore concav („labbro inferiore“)

Deviazione della forma del riflettore parabolico

In pratica, un diagramma cosecante quadrato può essere ottenuto deviando un riflettore parabolico. Un radiatore si trova nel punto focale di un riflettore parabolico e produce un lobo di radiazione relativamente ripido, poiché i raggi lasciano il riflettore parallelamente nel caso ideale. Per ottenere il diagramma a cosecante quadrata, è necessario aumentare una parte dell'energia irradiata. Una possibilità è la flessione inferiore della parte superiore del riflettore. La parte dei raggi che cade nell'area meno inclinata (in alto) viene ora riflessa. Un possibile metodo analogo consiste nel piegare ulteriormente la parte inferiore del riflettore.

Il lobo del radiatore è più debole verso il bordo, per cui i bordi del riflettore ricevono un impatto più debole rispetto al centro. Poiché i fasci generati non hanno un'alta densità di potenza, la portata massima alla massima elevazione è limitata a questo.

Il diagramma ideale, come mostrato nella figura 1, ha una forma quasi rettangolare con angoli arrotondati. In realtà, i sidelobe nel diagramma si sovrappongono, soprattutto nella parte posteriore agli angoli di elevazione più elevati. La forma di tutti questi lobi posteriori si fonde in una pendenza quasi parabolica. Fornisce a distanza ravvicinata un guadagno aggiuntivo necessario per un'intensità di eco costante dopo il controllo del tempo di sensibilità.

Figura 3: Diagramma a cosecante quadrata ottenuto spostando la superficie del riflettore dalla forma parabolica originale.

Figura 3: Diagrama cosecante cuadrado obtenido desplazando la superficie del reflector de la forma parabólica original

Diagramma quadrato cosecante a fascio impilato

Figura 4: Diagramma quadrato cosecante a fascio impilato

Figura 4: Diagramma quadrato cosecante a fascio impilato

Figura 5: Una configurazione dell'antenna a dodici feed sull'antenna radar ASR-910 consente di ottenere un diagramma del fascio cosecante quadrato impilato.

Las dos bocinas individuales de la antena del ASR 910

Figura 5: Una configurazione dell'antenna a dodici feed sull'antenna radar ASR-910 consente di ottenere un diagramma del fascio cosecante quadrato impilato.

Un diagramma cosecante quadrato si ottiene con due o più antenne che alimentano un riflettore parabolico.

Ogni antenna di alimentazione emette già nella direzione corretta. Se la potenza di trasmissione è distribuita in modo non uniforme tra gli elementi radianti, il diagramma dell'antenna si approssima a un diagramma a cosecante quadrata.

Con l'utilizzo di più canali di ricezione, è possibile anche l'assegnazione dell'altezza. I bersagli possono essere assegnati a fasci con elevazione definita.

Il diagramma a cosecante quadrata non è limitato ai riflettori parabolici. Può essere realizzato anche con altri tipi di antenna. In un array di antenne Yagi, il pattern si ottiene per interferenza diretta dell'onda con quella delle altezze riflesse sulla superficie terrestre ((1. Zona di Fresnel).

Derivazione del termine „cosecante al quadrato“

Il termine „cosecante“ assomiglia molto a una funzione matematica triangolare: è uguale al valore reciproco della funzione seno. Ma cosa c'entra questo termine con la nostra antenna?

L'altezza H e la distanza R definiscono l'angolo di elevazione ε
Ricordiamo quanto scritto qui nell'introduzione:

„Il diagramma a cosecante quadrata è un mezzo per ottenere un'intensità di segnale uniforme all'ingresso del ricevitore quando un bersaglio si muove ad altezza costante all'interno del fascio.“

Se convertiamo la formula in base all'intervallo e utilizzando la relazione trigonometrica di cui sopra, apparirà già il termine „cosecante“ - plus…

Che cosa c'era ancora con la „potenza del segnale uniforme…“

Possiamo ricavare questa dipendenza dall'equazione del radar:
Se l'eco ha un'intensità di segnale uniforme all'ingresso del ricevitore, la portata dipenderà linearmente dal quadrato del guadagno dell'antenna alla quarta potenza.
 
Possiamo accorciare le potenze aritmeticamente…

Ora sostituiamo l'intervallo con la formula superiore „Cosecante“. In base alla definizione precedente, anche l'altezza deve essere costante. Ciò significa che possiamo anche ridurre l'altezza senza modificare la dipendenza.

Si ottiene così la descrizione matematica di un'antenna con „diagramma di elevazione a cosecante quadrata“.