Микроволновые антенны и параболические отражатели


Теоретически антенны и антенные системы, рассмотренные до сих пор, можно использовать на всех частотах. Практическая конструкция антенны зависит от диапазона рабочих частот. Однако на сверхвысоких частотах более практично применять антенны в виде отражающих или излучающих поверхностей.
Выше было показано, что эффективная площадь антенны пропорциональная квадрату длины волны или обратно пропорциональна квадрату частоты. Это означает, что реальная мощность, принимаемая, например, согласованным полуволновым вибратором, будет в 10 000 раз (40 дб) меньше на частоте 3000 Мгц, чем на частоте 30 Мгц при равных интенсивностях поля. Для компенсации (хотя бы частичной) уменьшения эффективной площади с увеличением частоты необходимо соответственно увеличивать выигрыш антенны (ее направленность). К счастью, с ростом частоты (с уменьшением длины волны) становится легче конструировать антенные системы, так как их относительные размеры (к длине волны) растут и антенны приобретают большую направленность или больший выигрыш.
Описанная выше многорядная антенна является одним из типов антенных систем с высоким выигрышем. Подобные антенные системы из 32 и большего числа элементов часто использовались в радиолокационных станциях дальнего обнаружения в диапазоне 100-400 Мгц, хотя этот же тип антенной системы может использоваться и на частотах порядка 3000 или 10 000 Мгц. Конструирование таких антенн стало бы затруднительным вследствие малых размеров элементов и необходимости соблюдения точных допусков. На этих частотах фактические размеры элементов антенны с высоким выигрышем становятся настолько малыми, что для получения желательной направленности действия более практично применять металлические отражатели подходящей формы.
Параболические отражатели и параболоиды. В антеннах направленного действия сантиметрового диапазона можно использовать хорошо известные свойства параболы. На рис. 459 показана антенна в виде вибратора, расположенного в фокусе F параболы. Расстояние от фокуса до любой точки параболы и от этой точки до плоскости, перпендикулярной оси, является величиной постоянной. На рис. 459
FP1+P1S1=FP2+P2S2=FP3+P3S3

для всех точек Р1, Р2, Р3 на параболе. Из этого соотношения следует, что все волны из фокуса F и волны, отраженные от параболической поверхности, достигнут плоскости SB с одной и той же фазой. Поэтому они могут просто суммироваться и давать относительно сильный сигнал в удаленных точках на оси АВ. В других направлениях от оси длины путей волн от различных точек отражения отличаются и при сложении взаимодействуют, ослабляя друг друга. Поэтому параболический отражатель создает узкий луч вдоль своей оси. К этому выводу можно также придти, рассматривая каждое отражение от поверхности воображаемой антенны, расположенной за поверхностью параболического отражателя, имеющего нужную фазу для образования луча. Поэтому можно сказать, что большая отражающая поверхность с одним вибратором в точке фокуса работает аналогично многорядной антенной системе.
Эта система может быть применена и в качестве приемной антенны направленного действия. Очевидно, что для волн, приходящих с направления оси АВ, все части фронта волны отражаются поверхностью параболы к фокусу и прибывают туда в одной и той же фазе. В результате образуется очень сильное поле и высокое напряжение в антенне, расположенной в фокусе параболы.
Если параболу, изображенную на рис. 459, вращать вокруг оси АВ, образуется параболоид. Практические отражатели обычно являются параболоидами, и именно так их называют.
Микроволновые антенны и параболические отражатели