Parabolik anten - Parabolic antenna

Raisting , Bavyera , Almanya'daki dünyanın en büyük uydu iletişimi tesisi olan Erdfunkstelle Raisting'de büyük bir parabolik uydu iletişim anteni . Bu bir var Cassegrain tipi beslemesini.

Bir parabolik antene bir bir anten , bir kullanan parabolik yansıtıcı , bir enine kesit şekli olan kavisli bir yüzey parabol yönlendirmek için, radyo dalgaları . En yaygın şekli çanak şeklindedir ve halk arasında çanak anten veya parabolik çanak olarak adlandırılır . Parabolik antenin ana avantajı, yüksek yönlülüğe sahip olmasıdır . Radyo dalgalarını dar bir ışında yönlendirmek veya yalnızca belirli bir yönden radyo dalgalarını almak için bir projektör veya el feneri yansıtıcısına benzer şekilde çalışır . Parabolik antenler en yüksek kazançlardan bazılarına sahiptir , yani herhangi bir anten türünde en dar huzme genişliklerini üretebilirler . Dar ışın genişlikleri elde etmek için, parabolik reflektör kullanılan radyo dalgalarının dalga boyundan çok daha büyük olmalıdır , bu nedenle radyo spektrumunun yüksek frekans kısmında , UHF ve mikrodalga ( SHF ) frekanslarında parabolik antenler kullanılır. dalga boyları, uygun boyuttaki reflektörlerin kullanılabileceği kadar küçüktür.

Parabolik antenler, yakın şehirler arasında telefon ve televizyon sinyallerini taşıyan mikrodalga röle bağlantıları, veri iletişimi için kablosuz WAN/LAN bağlantıları, uydu iletişimi ve uzay aracı iletişim antenleri gibi uygulamalarda noktadan noktaya iletişim için yüksek kazançlı antenler olarak kullanılmaktadır . Ayrıca radyo teleskoplarında da kullanılırlar .

Parabolik antenlerin diğer büyük kullanımı, gemiler, uçaklar ve güdümlü füzeler gibi nesneleri bulmak ve genellikle hava durumu tespiti için dar bir radyo dalgaları demeti iletmeye ihtiyaç duyulan radar antenleri içindir. Ev uydu televizyon alıcılarının ortaya çıkmasıyla birlikte , parabolik antenler modern ülkelerin manzaralarının ortak bir özelliği haline geldi.

Parabolik anten, Alman fizikçi Heinrich Hertz tarafından 1887'de radyo dalgalarını keşfetmesi sırasında icat edildi . Tarihsel deneyleri sırasında hem iletim hem de alma için odaklarında kıvılcımla uyarılan dipol antenlere sahip silindirik parabolik reflektörler kullandı.

Parabolik antenler, FP ₁ Q ₁ , FP ₂ Q ₂ , FP ₃ Q ₃ yollarının hepsinin aynı uzunlukta olduğu paraboloidin geometrik özelliğine dayanır . Böylece, çanağın F odak noktasındaki bir besleme anteni tarafından yayılan küresel bir dalga cephesi , çanağın eksenine VF paralel hareket eden bir giden düzlem dalgasına L yansıtılacaktır .

Tasarım

Parabolik bir antenin çalışma prensibi, iletken malzemeden yapılmış paraboloidal bir yansıtıcının önündeki odak noktasındaki bir nokta radyo dalgası kaynağının, yansıtıcı ekseni boyunca paralelleştirilmiş bir düzlem dalga ışınına yansıtılmasıdır. Tersine, eksene paralel gelen bir düzlem dalga, odak noktasındaki bir noktaya odaklanacaktır.

Tipik bir parabolik anten , odağında reflektörün önünde asılı duran ve reflektöre doğru geri dönük olan küçük bir besleme anteni olan bir metal parabolik reflektörden oluşur . Reflektör, bir dönüş paraboloidi şeklinde oluşturulmuş ve genellikle antenin çapını oluşturan dairesel bir çerçeve içinde kesilmiş metalik bir yüzeydir . Bir verici antende, bir vericiden gelen radyo frekansı akımı , bir iletim hattı kablosu aracılığıyla onu radyo dalgalarına dönüştüren besleme antenine iletilir . Radyo dalgaları, besleme anteni tarafından çanağa doğru geri gönderilir ve çanaktan paralel bir ışına yansır. Bir alıcı anteni olarak, gelen radyo dalgaları çanak kapalı çıkma bir geçiş olan seyahat elektrik akımlarına dönüştürür besleme anten, bir noktaya odaklanır iletim hattı için bir radyo alıcısı .

parabolik reflektör

2.5-2.7 GHz frekansında MMDS veri bağlantısı için kullanılan tel ızgara tipi parabolik anten . Bom üzerindeki küçük alüminyum reflektörün altındaki dikey bir dipol ile beslenir . Dikey polarize mikrodalgalar yayar .

Reflektör, sac metal, metal ekran veya tel ızgara yapısında olabilir ve farklı ışın şekilleri oluşturmak için dairesel bir "tabak" veya çeşitli başka şekillerde olabilir. Metal bir ekran, delikler dalga boyunun onda birinden daha küçük olduğu sürece katı bir metal yüzeyin yanı sıra radyo dalgalarını da yansıtır , bu nedenle ekran reflektörleri genellikle çanak üzerindeki ağırlığı ve rüzgar yüklerini azaltmak için kullanılır. Maksimum kazancı elde etmek için , antenin farklı bölümlerinden gelen dalgaların fazda odağa ulaşmasını sağlamak için çanağın şeklinin bir dalga boyunun küçük bir kısmı içinde doğru olması gerekir . Büyük tabaklar genellikle gerekli sertliği sağlamak için arkalarında destekleyici bir kafes yapısı gerektirir.

Bir yönde yönlendirilmiş paralel tellerden veya çubuklardan oluşan bir ızgaradan yapılmış bir reflektör, bir reflektörün yanı sıra bir polarize filtre görevi görür . Izgara elemanlarına paralel elektrik alanı ile yalnızca doğrusal polarize radyo dalgalarını yansıtır . Bu tip genellikle radar antenlerinde kullanılır . Doğrusal olarak polarize edilmiş bir besleme kornası ile birlikte , alıcıdaki gürültünün filtrelenmesine yardımcı olur ve yanlış dönüşleri azaltır.

Parlak bir metal parabolik reflektör de güneş ışınlarını odaklayabildiğinden ve çoğu tabak, güneşe doğrultulurlarsa aşırı ısınmaya yetecek kadar güneş enerjisini besleme yapısı üzerinde yoğunlaştırabileceğinden, katı reflektörlere her zaman bir kat düz boya verilir.

besleme anteni

Reflektörün odağındaki besleme anteni tipik olarak yarım dalga dipolü veya daha sık olarak besleme boynuzu adı verilen küçük bir boynuz anteni gibi düşük kazançlı bir tiptir . Cassegrain ve Gregorian gibi daha karmaşık tasarımlarda, birincil odak noktasından uzakta bulunan bir besleme anteninden enerjiyi parabolik reflektöre yönlendirmek için ikincil bir reflektör kullanılır. Besleme anteni, bir koaksiyel kablo iletim hattı veya dalga kılavuzu vasıtasıyla ilgili radyo frekansı (RF) verici veya alıcı ekipmanına bağlanır .

Birçok parabolik antende kullanılan mikrodalga frekanslarında , mikrodalgaları besleme anteni ile verici veya alıcı arasında iletmek için dalga kılavuzu gereklidir. Dalga kılavuzu çalışmalarının yüksek maliyeti nedeniyle, birçok parabolik antende alıcının RF ön uç elektroniği besleme anteninde bulunur ve alınan sinyal alıcıya iletilebilmesi için daha düşük bir ara frekansa (IF) dönüştürülür. daha ucuz koaksiyel kablo aracılığıyla . Buna düşük gürültülü blok aşağı dönüştürücü denir . Benzer şekilde, verici çanaklarda mikrodalga vericisi besleme noktasında yer alabilir.

Parabolik antenlerin bir avantajı, antenin yapısının çoğunun (besleme anteni hariç tümü) rezonans olmamasıdır , bu nedenle geniş bir frekans aralığında , yani geniş bir bant genişliğinde çalışabilir . Çalışma frekansını değiştirmek için gereken tek şey, besleme antenini yeni frekansta çalışan bir antenle değiştirmektir. Bazı parabolik antenler, odak noktasına birbirine yakın monte edilmiş birkaç besleme antenine sahip olarak birden fazla frekansta iletir veya alır.

çanak parabolik antenler

Avustralya'da bir iletişim kulesinde örtülü mikrodalga röle yemekleri.

Bir uydu televizyon çanağı, ofset beslemeli çanak örneği.

İsveç'te Cassegrain uydu iletişim anteni.

ABD, California Berkeley Üniversitesi'nde bir radyo teleskopu olan Allen Teleskop Dizisinde kullanılan ofset Gregoryen anteni .

Şekilli ışın parabolik antenler

Askeri yükseklik bulucu radar için dikey "portakal kabuğu" anteni, Almanya.

Erken silindirik parabolik anten, 1931, Nauen, Almanya.

Hava trafik kontrol radar anteni, Hannover, Almanya yakınlarında.

ASR-9 Havaalanı gözetleme radarı anteni.

Hava arama radarı için "portakal kabuğu" anteni, Finlandiya.

Türler

Parabolik anten beslemelerinin ana türleri.

Parabolik antenler şekillerine göre ayırt edilir:

• Paraboloidal veya çanak  - Reflektör,dairesel bir kenarda kesilmişbir paraboloid şeklindedir. Bu en yaygın tiptir. Çanağın ekseni boyunca dar bir kalem şeklinde ışın yayar.
  • Örtülü çanak  - Bazen çanağın kenarına silindirik bir metal kalkan takılır. Örtü, anteni ana ışın ekseninin dışındaki açılardan gelen radyasyondan koruyarak yan lobları azaltır. Bazen aynı frekansı kullanan birkaç antenin birbirine yakın yerleştirildiği karasal mikrodalga bağlantılarında paraziti önlemek için kullanılır. Örtünün içi mikrodalga emici malzeme ile kaplanmıştır. Örtüler arka lob radyasyonunu 10 dB azaltabilir.
• Silindirik  – Reflektör yalnızca bir yönde kavisli ve diğer yönde düzdür. Radyo dalgaları bir noktada değil, bir çizgi boyunca odaklanır. Besleme bazenodak çizgisi boyunca yer alanbir dipol antendir . Silindirik parabolik antenler, eğimli boyutta dar ve eğri olmayan boyutta geniş, yelpaze şeklinde bir ışın yayar. Reflektörün kavisli uçları, uçlardan radyasyonu önlemek için bazen düz plakalarla kapatılır ve buna hap kutusu antenidenir.
• Şekilli huzme antenler  – Modern reflektör antenler, basit çanak ve silindirik antenlerin dar "kalem" veya "fan" huzmelerinden ziyade belirli bir şekle sahip bir huzme veya huzme üretecek şekilde tasarlanabilir. Kirişin şeklini kontrol etmek için genellikle kombinasyon halinde iki teknik kullanılır:
  • Şekilli reflektörler  - Parabolik reflektöre, ışının şeklini değiştirmek için dairesel olmayan bir şekil ve/veya yatay ve dikey yönlerde farklı eğrilikler verilebilir. Bu genellikle radar antenlerinde kullanılır. Genel bir ilke olarak, anten belirli bir enine yönde ne kadar genişse, radyasyon modeli o yönde o kadar dar olacaktır.
    • "Portakal kabuğu" anteni  – Arama radarlarında kullanılan bu, "C" harfine benzeyen uzun ve dar bir antendir. Dar bir dikey yelpaze şeklinde ışın yayar.

Işının yükseklik açısını kontrol etmek için bir Alman havaalanı gözetleme radar anteni üzerindeki çoklu besleme boynuzları dizisi

• • Besleme dizileri  – Rastgele şekilli bir ışın üretmek için, bir besleme boynuzu yerine, odak noktası etrafında kümelenmiş bir dizi besleme boynuzu kullanılabilir. Dizi beslemeli antenler, belirlibir kıtayı veya kapsama alanını kapsayacak bir aşağı bağlantı radyasyon modeli oluşturmakiçin genellikle iletişim uydularında, özellikle doğrudan yayın uydularında kullanılır. Genellikle Cassegrain gibi ikincil yansıtıcı antenlerle birlikte kullanılırlar.

Parabolik antenler ayrıca besleme türüne göre de sınıflandırılır , yani radyo dalgalarının antene nasıl sağlandığı:

• Eksenel , ana odak veya önden besleme  - Bu en yaygın besleme türüdür, besleme anteni çanağın önünde odakta, ışın ekseninde, çanağa geri dönük olarak bulunur. Bu tipin bir dezavantajı, beslemenin ve desteklerinin kirişin bir kısmını bloke etmesi ve bu da açıklık verimliliğini sadece %55-60 ile sınırlandırmasıdır.
• Eksen dışı veya ofset besleme  – Reflektör, bir paraboloidin asimetrik bir parçası olduğundan, odak ve besleme anteni çanağın bir tarafında bulunur. Bu tasarımın amacı, kirişi bloke etmeyecek şekilde besleme yapısını kiriş yolunun dışına taşımaktır. Besleme yapısının sinyalin önemli bir yüzdesini engelleyebileceği kadar küçük olanev uydu televizyon çanaklarındayaygın olarak kullanılır. Ofset besleme, aşağıdaki Cassegrain ve Gregorian gibi çoklu reflektör tasarımlarında da kullanılabilir.
• Cassegrain  - Bir Cassegrain anteninde , besleme çanağın üzerinde veya arkasında bulunur ve ileriye doğru yayılır, çanağın odağındadışbükey hiperboloidal ikincil bir reflektöraydınlatır. Beslemeden gelen radyo dalgaları, ikincil reflektörden tabağa geri yansır, bu da onları tekrar ileri yansıtarak giden ışını oluşturur. Bu konfigürasyonun bir avantajı, dalga kılavuzları ve " ön uç " elektroniğiile beslemeninçanağın önüne asılması gerekmemesidir, bu nedenle büyük uydu iletişim antenlerigibi karmaşık veya hacimli beslemelere sahip antenler için kullanılır. radyo teleskopları . Diyafram verimliliği %65-70 mertebesinde
• Gregoryen  – İkincil reflektörün içbükey ( elipsoidal )olması dışında Cassegrain tasarımına benzer. %70'in üzerinde diyafram verimliliği elde edilebilir.

Besleme deseni

Besleme anteni radyasyon modelinin (küçük kabak şeklindeki yüzey) yayılma üzerindeki etkisi. Sol: Düşük kazançlı besleme anteni ile radyasyonunun önemli bir kısmı çanağın dışına düşer. Sağ: Daha yüksek kazançlı bir beslemeyle, neredeyse tüm radyasyonu çanağın açısı içinde yayılır.

Yayma modeli bölgesinin besleme anten üzerinde güçlü bir etkiye sahip olduğu için, çanak şekline uygun gereken açıklık verimliliği anten kazancını belirler, (bkz Kazanç aşağıdaki bölümü). Çanağın kenarının dışına düşen beslemeden gelen radyasyona " yayılma " denir ve israf edilir, kazancı azaltır ve arka lobları arttırır , muhtemelen parazite neden olur veya (alıcı antenlerde) zemin gürültüsüne duyarlılığı arttırır. Bununla birlikte, maksimum kazanç, yalnızca çanak, kenarlarına sabit bir alan kuvveti ile eşit şekilde "aydınlandığında" elde edilir. Dolayısıyla, bir besleme anteninin ideal radyasyon modeli, çanağın katı açısı boyunca sabit bir alan kuvveti olacak ve kenarlarda aniden sıfıra düşecektir. Bununla birlikte, pratik besleme antenleri, kenarlarda kademeli olarak düşen radyasyon modellerine sahiptir, bu nedenle besleme anteni, kabul edilebilir derecede düşük yayılma ve yeterli aydınlatma arasında bir uzlaşmadır. Çoğu ön besleme boynuzu için, besleme boynuzunun yaydığı güç , çanak kenarında, çanağın ortasındaki maksimum değerinden 10 dB daha az olduğunda optimum aydınlatma elde edilir .

polarizasyon

Bir parabolik antenin ağzındaki elektrik ve manyetik alanların modeli, besleme anteni tarafından yayılan alanların basitçe büyütülmüş bir görüntüsüdür, dolayısıyla polarizasyon besleme anteni tarafından belirlenir. Maksimum kazancı elde etmek için, verici ve alıcı antendeki besleme anteninin aynı polarizasyona sahip olması gerekir. Örneğin, dikey bir dipol besleme anteni, dikey polarizasyon adı verilen dikey elektrik alanı ile bir radyo dalgası demeti yayacaktır . Alıcı besleme anteni de bunları alabilmek için dikey polarizasyona sahip olmalıdır; besleme yatay ise ( yatay polarizasyon ) anten ciddi bir kazanç kaybına uğrayacaktır.

Veri hızını artırmak için, bazı parabolik antenler , ayrı besleme antenleri kullanarak ortogonal polarizasyonlarla aynı frekansta iki ayrı radyo kanalı iletir ; buna çift ​​polarizasyon anteni denir . Örneğin uydu televizyon sinyalleri, sağ ve sol dairesel polarizasyon kullanılarak aynı frekansta iki ayrı kanalda uydudan iletilir . Bir ev uydu çanağında , bunlar besleme boynuzundaki dik açılarda yönlendirilmiş iki küçük monopol anten tarafından alınır . Her anten ayrı bir alıcıya bağlanır.

Bir polarizasyon kanalından gelen sinyal, zıt polarize anten tarafından alınırsa, sinyal -gürültü oranını bozan karışmaya neden olur . Bir antenin bu ortogonal kanalları ayrı tutma yeteneği, çapraz polarizasyon ayrımcılığı (XPD) adı verilen bir parametre ile ölçülür . Bir verici antende, XPD, bir polarizasyondaki diğer polarizasyonda yayılan bir antenden gelen gücün oranıdır. Örneğin, küçük kusurlar nedeniyle, dikey olarak polarize edilmiş bir besleme anteni olan bir çanak, yatay polarizasyonda gücünün küçük bir miktarını yayacaktır; bu kesir XPD'dir. Bir alıcı antende, XPD, anten eşit güçte dikey olarak polarize edilmiş iki radyo dalgası tarafından aydınlatıldığında, zıt polarizasyondan alınan sinyal gücünün, doğru polarizasyona sahip aynı antende alınan güce oranıdır. Anten sistemi yetersiz XPD'ye sahipse , çapraz karışmayı azaltmak için çapraz polarizasyon girişim iptali ( XPIC ) dijital sinyal işleme algoritmaları sıklıkla kullanılabilir.

Çift reflektör şekillendirme

Cassegrain ve Gregorian antenlerinde, sinyal yolundaki iki yansıtıcı yüzeyin varlığı, performansı artırmak için ek olanaklar sunar. En yüksek performans istendiğinde, "çift reflektör şekillendirme" adı verilen bir teknik kullanılabilir. Bu, kazancı en üst düzeye çıkarmak için, beslemenin bilinen modelini birincilin tek tip bir aydınlatmasına eşlemek için, çanağın dış alanlarına daha fazla sinyal gücü yönlendirmek için alt reflektörün şeklini değiştirmeyi içerir. Ancak bu, artık tam olarak hiperbolik olmayan bir ikincil ile sonuçlanır (yine de çok yakın olmasına rağmen), bu nedenle sabit faz özelliği kaybolur. Ancak bu faz hatası, birincil aynanın şeklini hafifçe değiştirerek telafi edilebilir. Sonuç, üretilmesi ve test edilmesi daha zor olan yüzeyler pahasına daha yüksek bir kazanç veya kazanç/yayılma oranıdır. Ultra düşük yayılma yan lobları için çanak kenarında yüksek daralan desenler ve besleme gölgelenmesini azaltmak için merkezi bir "delik" içeren desenler gibi diğer çanak aydınlatma desenleri de sentezlenebilir .

Kazanç

Bir antenin yönlendirici nitelikleri, anten tarafından ışın ekseni boyunca bir kaynaktan alınan gücün varsayımsal bir izotropik anten tarafından alınan güce oranı olan kazanç adı verilen boyutsuz bir parametre ile ölçülür . Parabolik bir antenin kazancı:

${\displaystyle G={\frac {4\pi A}{\lambda ^{2}}}e_{A}=\left({\frac {\pi d}{\lambda }}\sağ)^{2 }e_{A}}$

nerede:

• ${\görüntüleme stili A}$anten açıklığının alanıdır, yani parabolik reflektörün ağzıdır. Dairesel bir çanak anten için, yukarıdaki ikinci formülü vererek.${\displaystyle A=\pi d^{2}/4}$
• ${\görüntüleme stili d}$ dairesel ise parabolik reflektörün çapıdır
• ${\ Displaystyle \ lambda }$ radyo dalgalarının dalga boyudur.
• ${\displaystyle e_{A}}$diyafram verimliliği olarak adlandırılan 0 ile 1 arasında boyutsuz bir parametredir . Tipik parabolik antenlerin açıklık verimliliği 0,55 ila 0,70'dir.

Herhangi bir açıklık anteninde olduğu gibi, açıklığın dalga boyuna kıyasla ne kadar büyük olduğu, kazancın o kadar yüksek olduğu görülebilir . Kazanç, açıklık genişliğinin dalga boyuna oranının karesiyle artar, bu nedenle uzay aracı iletişimi ve radyo teleskopları için kullanılanlar gibi büyük parabolik antenler son derece yüksek kazanca sahip olabilir. Yukarıdaki formülü , 21 cm (1.42 GHz, yaygın bir radyo astronomi frekansı) dalga boyunda radyo teleskop dizilerinde ve uydu yer antenlerinde sıklıkla kullanılan 25 metre çapındaki antenlere uygulamak, yaklaşık 140.000 kat veya yaklaşık 52 maksimum kazanç sağlar. dBi ( izotropik seviyenin üzerindeki desibel ). Dünyanın en büyük parabolik çanak anteni , yaklaşık 300 metrelik etkin bir açıklığa sahip olan ve Çin'in güneybatısında bulunan Beş yüz metrelik Diyaframlı Küresel Radyo Teleskopu'dur . Bu çanağın 3 GHz'deki kazancı kabaca 90 milyon veya 80 dBi'dir.

Açıklık verimliliği e _A , antenin kazancını, verilen açıklık ile elde edilebilecek maksimum değerden azaltan çeşitli kayıpları hesaba katan kapsamlı bir değişkendir. Parabolik antenlerde açıklık verimini azaltan başlıca faktörler şunlardır:

• Besleme yayılımı - Besleme anteninden gelen radyasyonun bir kısmı çanağın kenarının dışına düşer ve bu nedenle ana ışına katkıda bulunmaz.
• Besleme aydınlatması daralması - Herhangi bir açıklık anteni için maksimum kazanç, yalnızca yayılan ışının yoğunluğu tüm açıklık alanı boyunca sabit olduğunda elde edilir. Bununla birlikte, besleme anteninden gelen radyasyon modeli genellikle çanağın dış kısmına doğru incelir, bu nedenle çanağın dış kısımları daha düşük bir radyasyon yoğunluğu ile "aydınlanır". Besleme, çanağın gördüğü açı boyunca sabit bir aydınlatma sağlasa bile, çanağın dış kısımları, besleme anteninden iç kısımlara göre daha uzaktadır, bu nedenle yoğunluk merkezden uzaklaştıkça düşecektir. Bu nedenle, parabolik bir anten tarafından yayılan ışının yoğunluğu çanağın merkezinde maksimumdur ve eksenden uzaklaştıkça düşerek verimliliği azaltır.
• Diyafram tıkanıklığı - Besleme anteninin ışın yolundaki çanağın önüne yerleştirildiği önden beslemeli parabolik çanaklarda (ve Cassegrain ve Gregoryen tasarımlarında da), besleme yapısı ve destekleri ışının bir kısmını engeller. Besleme yapısının boyutunun çanak boyutuyla karşılaştırılabilir olduğu ev tipi çanak antenler gibi küçük çanaklarda bu, anten kazancını ciddi şekilde azaltabilir. Bu sorunu önlemek için bu tür antenler genellikle , besleme anteninin ışın alanının dışında bir tarafa yerleştirildiği bir ofset besleme kullanır . Bu tip antenler için açıklık verimliliği 0,7 ila 0,8'e ulaşabilir.
• Şekil hataları - reflektör şeklindeki rastgele yüzey hataları verimliliği azaltır. Kayıp, Ruze Denklemi ile yaklaşık olarak bulunur .

(. 2 ve C arasında frekanslarda 30 GHz - tipik olarak karşılıklı engelleme teorik düşünceler için Sabit Uydu Servisi ) anten performansı tanımlanmamıştır belirli bir referans anten tavsiyesi göre ITU-R S.465 hesaplamak için kullanılır eksen dışı etkiler için olası yan lobları içerecek olan girişim.

radyasyon modeli

Bir Alman parabolik anteninin radyasyon modeli . Ana lob (üstte) sadece birkaç derece genişliğindedir. Yan lobların tümü ana lobun en az 20 dB altındadır (güç yoğunluğunun 1/100'ü) ve çoğu da 30 dB altındadır. (Bu model logaritmik dB seviyeleri yerine lineer güç seviyeleri ile çizilseydi, ana lob dışındaki tüm loblar görülemeyecek kadar küçük olurdu.)

Parabolik antenlerde, yayılan gücün neredeyse tamamı , anten ekseni boyunca dar bir ana lobda yoğunlaşmıştır . Kalan güç , genellikle çok daha küçük olan yan loblarda diğer yönlerde yayılır . Parabolik antenlerde reflektör açıklığı dalga boyundan çok daha büyük olduğundan, kırınım nedeniyle genellikle birçok dar yan lob vardır, bu nedenle yan lob modeli karmaşıktır. Besleme anteninden yansıtıcıyı kaçıran yayılma radyasyonu nedeniyle, genellikle ana lobun tersi yönünde bir arka lob vardır.

ışın genişliği

Yüksek kazançlı antenler tarafından yayılan ışının açısal genişliği, gücün yarıya düştüğü anten ışıma deseni üzerindeki noktalar arasındaki açısal ayrım olan yarım güçlü ışın genişliği (HPBW) ile ölçülür (-3 dB) maksimum değeri. Parabolik antenler için HPBW θ şu şekilde verilir:

${\displaystyle \theta =k\lambda /d\,}$

burada k , reflektörün şekline ve besleme aydınlatma düzenine bağlı olarak biraz değişen bir faktördür. İdeal bir şekilde aydınlatılmış parabolik yansıtıcı ve derece cinsinden θ için, k 57.3 (bir radyandaki derece sayısı) olacaktır. "Tipik" bir parabolik anten için k yaklaşık 70'tir.

C bandında (4 GHz) çalışan tipik bir 2 metrelik uydu çanağı için bu formül, yaklaşık 2,6°'lik bir ışın genişliği verir. 2.4 GHz'deki Arecibo anteni için huzme genişliği 0.028°'dir. Parabolik antenlerin çok dar huzmeler üretebildiği ve onları hedeflemenin sorun olabileceği görülebilir. Bazı parabolik çanaklar , diğer antene doğru bir şekilde yönlendirilebilmeleri için bir boresight ile donatılmıştır .

Kazanç ve ışın genişliği arasında ters bir ilişki olduğu görülebilir. Işın genişliği denklemini kazanç denklemi ile birleştirerek, ilişki şu şekildedir:

${\displaystyle G=\sol({\frac {\pi k}{\theta }}\sağ)^{2}\ e_{A}}$

Teta açısı açıklığa normaldir.

Radyasyon desen formülü

Düzgün aydınlatılmış açıklığa sahip büyük bir paraboloidden gelen radyasyon, plaka üzerine tekdüze bir düzlem dalgası olayı ile sonsuz bir metal plakada aynı çaptaki D dairesel bir açıklıktan gelen radyasyona esasen eşdeğerdir.

Radyasyon alanı modeli, Huygens ilkesini dikdörtgen bir açıklığa benzer şekilde uygulayarak hesaplanabilir . Elektrik alanı model değerlendirerek bulunabilir Fraunhofer difraksiyonu dairesel açıklık üzerinde ayrılmaz. Fresnel bölge denklemleri ile de belirlenebilir .

${\displaystyle E=\int \int {\frac {A}{r_{1}}}e^{j(\omega t-\beta r_{1})}dS=\int \int e^{2\ pi i(lx+my)/\lambda }dS}$

nerede . Kutupsal koordinatları kullanma . Simetriyi dikkate alarak, ${\displaystyle \beta =\omega /c=2\pi /\lambda }$${\displaystyle x=\rho \cdot \cos \theta ,\quad y=\rho \cdot \sin \theta }$

${\displaystyle E=\int \limits _{0}^{2\pi }d\theta \int \limits _{0}^{\rho _{0}}e^{2\pi i\rho \cos \theta l/\lambda }\rho d\rho }$

ve birinci dereceden Bessel fonksiyonunu kullanarak elektrik alan desenini verir , ${\görüntüleme stili E(\teta )}$

nerede anten açıklığının metre cinsinden çapı, metre cinsinden dalga boyu, şekilde gösterildiği gibi antenin simetri ekseninden radyan cinsinden açısı ve birinci dereceden Bessel fonksiyonudur . Radyasyon modelinin ilk boş değerlerinin belirlenmesi, ışın genişliğini verir . Ne zaman olursa olsun terim . Böylece, ${\görüntüleme stili D}$${\ Displaystyle \ lambda }$${\görüntüleme stili\teta }$${\görüntüleme stili J_{1}}$${\görüntüleme stili \teta _{0}}$${\displaystyle J_{1}(x)=0}$${\görüntüleme stili x=3.83}$

${\displaystyle \theta _{0}=\arcsin {\frac {3.83\lambda }{\pi D}}=\arcsin {\frac {1.22\lambda }{D}}}$.

Açıklık büyük olduğunda açı çok küçüktür, yani yaklaşık olarak eşittir . Bu, ortak ışın genişliği formüllerini verir, ${\görüntüleme stili \teta _{0}}$${\görüntüleme stili \arcsin(x)}$${\görüntüleme stili x}$

Tarih

1888'de Heinrich Hertz tarafından inşa edilen ilk parabolik anten.

1922'de Marconi tarafından Herndon, İngiltere'de inşa edilen 20 MHz kısa dalga parabolik anten kablosu

İlk büyük parabolik çanak; 1937'de Grote Reber tarafından arka bahçesinde inşa edilen 9 metre (30 ft) radyo teleskopu

Radyo antenleri için parabolik reflektör kullanma fikri, bir parabolik aynanın ışığı bir ışına odaklama gücünün klasik antik çağlardan beri bilindiği optikten alınmıştır . Cassegrain ve Gregorian gibi bazı özel parabolik anten türlerinin tasarımları , 15. yüzyılda gökbilimciler tarafından icat edilen benzer şekilde adlandırılan benzer yansıtıcı teleskop türlerinden gelmektedir .

Alman fizikçi Heinrich Hertz , 1888'de dünyanın ilk parabolik yansıtıcı antenini inşa etti. Anten, ahşap bir çerçeve tarafından desteklenen çinko sacdan yapılmış silindirik bir parabolik yansıtıcıydı ve odak hattı boyunca bir besleme anteni olarak 26 cm'lik bir kıvılcım aralığı uyarımlı dipole sahipti. . Açıklığı 2 metre yüksekliğinde ve 1,2 metre genişliğinde, odak uzaklığı 0.12 metreydi ve yaklaşık 450 MHz çalışma frekansında kullanıldı. Biri iletmek ve diğeri almak için kullanılan bu tür iki antenle Hertz, 22 yıl kadar önce James Clerk Maxwell tarafından tahmin edilen radyo dalgalarının varlığını gösterdi . Bununla birlikte, radyonun erken gelişimi, parabolik antenlerin uygun olmadığı daha düşük frekanslarla sınırlıydı ve mikrodalga frekanslarının kullanılmaya başlandığı 2. Dünya Savaşı sonrasına kadar yaygın olarak kullanılmadılar.

İtalyan radyo öncüsü Guglielmo Marconi , 1930'larda Akdeniz'deki teknesinden UHF iletimi araştırmalarında parabolik bir reflektör kullandı. 1931'de 3 metre çapında çanaklar kullanılarak İngiliz Kanalı boyunca 1.7 GHz'lik bir mikrodalga röle telefon bağlantısı gösterildi. İlk büyük parabolik anten, 9 metrelik çanak, 1937 yılında öncü radyo astronomu Grote Reber tarafından arka bahçesinde inşa edilmiş ve onunla yaptığı gökyüzü araştırması, radyo astronomi alanını kuran olaylardan biri olmuştur .

İkinci Dünya Savaşı sırasında radarın gelişimi, parabolik anten araştırmalarına büyük bir ivme kazandırdı ve yansıtıcı eğrisinin dikey ve yatay yönlerde farklı olduğu, bir ışın üretmek üzere uyarlanmış şekilli ışın antenlerinin evrimini gördü. özel şekil. Savaştan sonra radyo teleskopları olarak çok büyük parabolik çanaklar inşa edildi . 100 metrelik Yeşil Bankası Radyo Teleskop de Green Bank, Batı Virjinya 1962 yılında tamamlanan ilk versiyonlarından biri olan, şu anda dünyanın en büyük tam yönlendirilebilir parabolik yemektir.

1960'larda çanak antenler , kıtalar arasında telefon görüşmeleri ve televizyon programları taşıyan karasal mikrodalga röle iletişim ağlarında yaygın olarak kullanılmaya başlandı . Uydu iletişimi için kullanılan birinci parabolik anten de 1962 yılında inşa edilmiştir Goonhilly içinde Cornwall ile iletişim kurmak için, İngiltere Telstar uydusu. Cassegrain anteni 1963 yılında Japonya'da NTT , KDDI ve Mitsubishi Electric tarafından geliştirildi . 1970'lerde parabolik antenlerin ışıma modelini hesaplayabilen NEC gibi bilgisayar tasarım araçlarının ortaya çıkışı, son yıllarda sofistike asimetrik, çoklu yansıtıcı ve çoklu besleme tasarımlarının geliştirilmesine yol açmıştır.

Ayrıca bakınız

• Cassegrain anten
• Besleme boynuzu
• Ofset çanak anten
• parabolik reflektör
• Radyo frekanslı teleskop
• Uydu anteni
• uydu televizyonu
• Simulsat (bir düzlemde küresel , diğerinde parabolik olan yarı parabolik bir anten )

Referanslar

Dış bağlantılar

Wikimedia Commons'ta Parabolik antenlerle ilgili medya

• WiFi: BiQuad besleyicili Parabolik Çanak
• Google Haritalara Dayalı Çevrimiçi Uydu Bulucu
• Anten türleri: WiFi için Parabolik Anten
• Google haritalarını ve her uydu kanal listesini kullanan çevrimiçi işaretleme aracı: http://www.dishpointer.com/
• YouTube'dan Parabolik Bir Çanak Anteninden Yayılma Animasyonu
• Parabolik reflektör anten eğitimi Teori ve uygulama
• Parabolik anten kazancı uygulaması.
• https://www.plutodirect.co.uk