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Antena com padrão quadrado Cosecant

Padrão quadrado Cosecant
na prática
STC
idealizado

Figura 1: Projeção vertical do padrão de radiação de uma antena com característica cossecante ao quadrado

Padrão quadrado Cosecant
na prática
idealizado

Figura 1: Projeção vertical do padrão de radiação de uma antena com característica cossecante ao quadrado

Tabela de conteúdo « Antenas quadradas Cosecant »
  1. Forma divergente
  2. Padrão quadriculado de feixe empilhado
  3. Derivação do termo „quadrado Cosecant“

Antena com padrão quadrado Cosecant

As antenas com padrão de altura constante ou padrão cossecante ao quadrado são projetadas especialmente para conjuntos de radares de vigilância aérea. Isso permite uma distribuição adaptada da radiação no feixe, causando uma exploração espacial mais ideal. Esse padrão de antena pode obter a cobertura de elevação necessária, onde a potência recebida é independente da faixa do radar para um alvo de altura constante. É um meio de obter uma intensidade de sinal mais uniforme na entrada do receptor, à medida que um alvo se move com uma altura constante dentro da viga do radar no alvo.

Existem algumas possibilidades de variação, para obter um padrão cossecante ao quadrado na prática:

Figura 2: um desvio da forma parabólica ideal da curvatura do refletor
a) refletor convexo („lábio superior“)
b) refletor de concav („lábio inferior“)

Figura 2: um desvio da forma parabólica ideal da curvatura do refletor
a) refletor convexo („lábio superior“)
b) refletor de concav („lábio inferior“)

Forma divergente do refletor parabólico

Na prática, um padrão quadrado cossecante pode ser alcançado pela deformação de um refletor parabólico. Um radiador está no ponto focal de um refletor parabólico e produz um lóbulo de radiação relativamente acentuado, uma vez que os raios deixam o refletor paralelo no caso ideal. Para obter o padrão cossecante ao quadrado, uma parte da energia irradiada deve ser aumentada. Uma possibilidade consiste em uma flexão mais baixa da parte superior do refletor. A parte dos raios que cai para a área menos inclinada (no topo) é refletida agora. Um método possível analogamente para este é dobrar a parte inferior do refletor com mais intensidade.

O lóbulo do radiador é mais fraco para a margem, portanto, as margens do refletor são atingidas mais fracas como o centro. Pelo fato de os raios gerados não terem uma grande densidade de potência, a faixa máxima na elevação mais alta é limitada a isso.

O padrão ideal, como mostrado na Figura 1, é uma forma quase retangular com cantos arredondados. Na realidade, o diagrama é sobreposto a qualquer lóbulo lateral, principalmente nas costas, em ângulos de elevação mais altos. A forma de todos esses lóbulos traseiros é mesclada em uma inclinação quase parabólica. Proporciona dentro de alcance próximo um ganho adicional necessário para a força constante do eco após o controle do tempo de sensibilidade.

Figura 3: Padrão quadrado Cosecant obtido deslocando a superfície do refletor da forma parabólica original

Figura 3: Padrão quadrado Cosecant obtido deslocando a superfície do refletor da forma parabólica original

Padrão quadriculado de feixe empilhado

Figura 4: Padrão quadrado do coecante de feixe empilhado

Figura 4: Padrão quadrado do coecante de feixe empilhado

Figura 5: Um arranjo de doze antenas de alimentação na antena do conjunto de radar ASR 910 alcança um padrão quadrado de coecante de feixe empilhado

Die zwölf einzelnen Hornstrahler der Antenne der ASR 910

Figura 5: Um arranjo de doze antenas de alimentação na antena do conjunto de radar ASR-910 alcança um padrão quadrado de coecante de feixe empilhado

Um padrão quadrado cossecante é alcançado por duas ou mais antenas alimentando um refletor parabólico.

Cada antena de alimentação já emite na direção correta. Se alguém distribuir a potência de transmissão de maneira desigual nos elementos irradiantes, o padrão da antena se aproxima de um padrão cossecante ao quadrado.

Com o uso de vários canais de recepção, também é possível uma alocação de altura. Os alvos podem ser atribuídos a vigas com elevação definida lá.

O padrão quadrado cossecante não se restringe aos refletores parabólicos. Isso pode ser realizado também com outros tipos de antenas. Em um conjunto de antenas com Yagi- antenas, o padrão é alcançado pela interferência da onda direta com isso nas cotas refletidas na superfície da Terra. (1. zona de Fresnel).

Derivação do termo „quadrado Cosecant“

O termo „cossecante“ parece muito com uma função triangular matemática. Está certo! É igual ao valor recíproco da função seno. No entanto, o que esse termo tem a ver com a nossa antena?

A altura H e a faixa R definem o ângulo de elevação ε
Lembramos o que está escrito aqui na introdução:

„O padrão quadrado cossecante é um meio de alcançar uma força de sinal uniforme na entrada do receptor, à medida que um alvo se move com uma altura constante dentro do feixe.“

Se convertermos a fórmula de acordo com o intervalo e usando a relação trigonométrica mencionada acima, já aparecerá o termo „cossecante“ - além disso…

O que ainda havia com a „força uniforme do sinal…“

Podemos derivar essa dependência da equação do radar:
Se o eco tiver uma intensidade de sinal uniforme na entrada do receptor, o alcance dependerá do quadrado do ganho da antena na quarta potência linearmente.
 
Podemos encurtar aritmeticamente os poderes…

Substituímos o intervalo pela fórmula superior „Cosecant“ agora. De acordo com a definição mencionada acima, a altura também deve ser constante. Isso significa que também podemos reduzir a altura sem alterar a dependência.

Portanto, obtemos a descrição matemática de uma antena com um „padrão cossecante ao quadrado“!