Antenne à réflecteur parabolique | C'est la conception, les applications et plus de 3 caractéristiques importantes

Antenne à réflecteur parabolique

Crédit d'image - "À bord de l'amitié"(CC BY-NC-ND 2.0) par Elfe-8

Points de discussion

Introduction à l'antenne à réflecteur parabolique

L'antenne ou le radiateur est un moyen pour rayonner et recevoir des informations électromagnétiques. L'antenne à réflecteur parabolique est l'une des antennes les plus utilisées. C'est un type particulier d'antennes à réflecteurs. L'utilisation d'antennes à réflecteur a commencé avec le début de la Seconde Guerre mondiale avec l'avancement des technologies de la communication.

Le réflecteur le plus simple et le plus confortable à mettre en œuvre l'antenne réflecteur est l'antenne «Plane Reflector». Il existe également d'autres types de réflecteurs, tels que: réflecteur d'angle, réflecteur parabolique, réflecteurs Cassegrain, réflecteurs sphériques. Les réflecteurs paraboliques ont un autre type appelé «antenne à réflecteur parabolique alimenté par l'avant».

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Vue d'ensemble de l'antenne à réflecteur parabolique

Les paramètres de rayonnement d'une antenne à réflecteur peuvent être améliorés en améliorant le schéma structurel du sol. La science optique entre en jeu dans ce domaine pour ce réflecteur parabolique. Les mathématiques optiques prouvent que les rayons parallèles entrants peuvent être convergés vers un point spécifique (connu sous le nom de point focal), lors de la réflexion sur une structure en forme de parabole.

Les formes d'onde réfléchies seront sortantes sous la forme d'un arbre parallèle de rayons. Il s'agit d'un phénomène mathématique connu sous le nom de «règle de réciprocité». Le point proportionné est appelé le sommet. Les rayons réfléchis sortants sont appelés collimatés (car ils sont parallèles). Bien que les observations pratiques aient révélé que les rayons émergents ne peuvent pas être appelés un faisceau de rayons parallèle, ils sont légèrement différents de la forme appropriée.

L'émetteur de cette antenne est généralement placé aux points focaux de la parabole ou du réflecteur. Ce type de configuration est appelé «front-fed». Nous discuterons d'une analyse de ce type de réflecteurs paraboliques dans la prochaine partie de cet article.

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Applications de l'antenne à réflecteur parabolique

antenne à réflecteur parabolique

L'une des plus grandes antennes à réflecteur mises en place en Allemagne pour la communication par satellite, crédit d'image - Richard Bartz, Munich alias Makro FreakErdfunkstelle Raising 2CC BY-SA 2.5

Les réflecteurs paraboliques sont l'une des antennes les plus utilisées et les plus efficaces dont la demande augmente de jour en jour. De la réception du signal pour notre téléviseur à la transmission du signal pour les stations spatiales, ce type d'antenne a des applications dans presque tous les domaines des technologies de la communication. Certains des plus notables sont - dans les aéroports, dans les satellites, dans les stations spatiales, dans les télescopes, etc.

Les caractéristiques

Certaines propriétés importantes du réflecteur parabolique sont données ci-dessous. Les propriétés concernent l'amplitude d'ouverture, les propriétés de polarisation, les angles de phase, etc.

  • La partie magnitude dépend de la distance entre l'alimentation et la surface du réflecteur. La proportionnalité varie d'une structure à l'autre. Comme pour la parabole, elle est inversement proportionnelle au carré du rayon de la parabole, et pour une structure cylindrique, la relation est inversement proportionnelle à ρ.
  • Le point focal du réflecteur agit différemment pour différents types de configurations géométriques. La structure cylindrique a une source de ligne et les structures paraboliques ont une source ponctuelle.
  • S'il y a des polarisations linéaires de l'alimentation parallèle à l'axe du cylindre, il n'y a aucun risque de polarisation croisée. Les structures paraboliques n'ont pas la même propriété.
Types de réflecteurs paraboliques, crédit d'image - ChetvornoTypes d'antennes paraboliques2, marqué comme domaine public, plus de détails sur Wikimedia Commons

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Analyse géométrique

     Si une parabole géométriquement parfaite est tournée sur son axe, il y aura une autre structure. Cette structure est connue sous le nom de réflecteur parabolique. C'est ainsi qu'un réflecteur de forme parabolique est formé. Il y a une raison spécifique derrière la forme de ce réflecteur. La forme parabolique permet de générer une forme d'onde simple et plane à partir des rayons émergents.

Géométrie du paraboloïde

     On peut observer sur l'image que la longueur géométrique OP + PQ donne une valeur constante pour la conception.

Nous pouvons écrire, OP + PQ = 2f; 2f est le terme constant.

Supposons que OP = r et donc PQ vient comme PQ = r * cosϴ.

Maintenant la valeur de OP + PQ, après avoir substitué les valeurs,

OP + PQ = r + r * cosϴ = 2f

Ou, r (1 + cosϴ) = 2f

Ou, r = 2f / (1 + cosϴ) = f * sec2(ϴ / 2)

Maintenant, dans la théorie des antennes, nous devons garder en nature les bases du système de coordonnées. L'équation ci-dessus peut être écrite dans des systèmes de coordonnées rectangulaires en utilisant x`, y`, z`. Cela prend la forme suivante.

r + r * cosϴ = √ [(x`) 2 + (y`) 2 + (z`) 2] + z` = 2f

Découvrons le vecteur unitaire, qui est la perpendiculaire à la tangente du point de réflexion.

f - r * cos2(ϴ / 2) = 0 = S

en faisant quelques opérations de calcul, nous trouvons le vecteur unitaire. Il est décrit ci-dessous.

n = N / | N | = - (a) `r cos (ϴ / 2) + - (a) `ϴ sin (ϴ / 2)

Maintenant, en utilisant l'analyse géométrique, nous pouvons trouver une expression pour l'angle sous-tendu. Il est décrit ci-dessous.

bronzage (ϴ0) = (d / 2) Z0

Le Z0 est la mesure de la distance de l'axe au point focal. Les expressions mathématiques peuvent également le représenter.

Z0 = f - [(x02 + y02) / 4f]

Ou, Z0 = f - [(d / 2)2/ 4f]

Ou, Z0= f - d2 / 16f

Vérifions la valeur de tan (ϴ0) après avoir remplacé la valeur de Z0.

bronzage (ϴ0) = [(f / 2d) / {(f / d)2 - (1/16)}]

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Directivité de l'antenne à réflecteur parabolique

Avant de nous lancer dans la recherche de la directivité d'une antenne parabolique, indiquez-nous la directivité d'une antenne.

La directivité d'une antenne est définie comme le rapport de l'intensité de rayonnement d'une antenne dans une direction particulière à l'intensité de rayonnement moyenne dans toutes les directions.

La directivité est considérée comme un paramètre pour calculer la valeur du mérite de l'antenne. L'expression mathématique suivante décrit la directivité.

D = U / U0 = 4πU / Prad

Lorsque la direction n'est pas donnée, la direction par défaut est la direction de l'intensité maximale du rayonnement.

Dmax = D0 = Umax / U0 = 4πUmax / Prad

Ici, «D» est la directivité, et il n'a pas de direction car c'est un rapport. U est l'intensité du rayonnement. Umax est l'intensité maximale du rayonnement. U0 est l'intensité de rayonnement de la source isotrope. Prad est la puissance totale rayonnée. Son unité est le Watt (W).

U = ½ r2 * | E (r, = π) |2 * √ (ε / μ)

Maintenant pour U (ϴ = π) et en substituant la valeur de l'énergie E la précédente se transforme en -

U (ϴ = π) = [162 f2 * Pt * | ∫0 ϴ tan (ϴ / 2) * √ (Gf (ϴ)) dϴ |2] / 4πλ2

La directivité vient comme - D = U / U0 = 4πU / Prad

Ou, D = [16 π2 f2 * | ∫0 ϴ tan (ϴ / 2) * √ (Gf (ϴ)) dϴ |2] / λ2

Efficacité d'ouverture de l'antenne à réflecteur parabolique

Antennes relais micro-ondes, un type d'antenne à réflecteur, crédit d'image- BidgeeAntennes paraboliques sur une tour de télécommunications sur Willans HillCC BY-SA 2.5 AU

          L'expression mathématique de l'antenne à réflecteur parabolique est donnée ci-dessous.

          εap =s * εt * εp * εx * εb * εr

Ici,

εap représente l'efficacité d'ouverture.

εs est l'efficacité des retombées. Elle peut être définie comme la partie de la puissance qui est transmise par l'alimentation et mise en parallèle par la surface de la réflexion.

εt représente l'efficacité du cône. Cela peut être décrit comme la singularité de l'étalement de l'amplitude de la conception de l'alimentation sur la surface du réflecteur.

εp nous donne l'efficacité de phase. Elle peut être décrite comme l'uniformité de la phase de champ pratique sur le plan de l'ouverture.

εx représente l'efficacité de la polarisation.

εb est l'efficacité de l'arriéré.

Et, εr représente l'efficacité de l'erreur, calculée sur toute la surface du réflecteur.

Problème mathématique

1. Une antenne à réflecteur parabolique a un diamètre de 10 mètres. Le rapport f / d est donné à 0.5. La fréquence de l'opération est fixée à 3 GHz. L'antenne qui est alimentée avec le réflecteur est de conception symétrique. Il est également donné que -

Gf (ϴ) = 6 cos2ϴ; où ϴo ϴ ≤ 90o et nul à tout autre moment.

Calculez maintenant i) le rendement d'ouverture (εap). ii) Directivité de l'antenne. iii) efficacité de réduction et efficacité des retombées. iv) Découvrez la directivité de l'antenne si l'écart de phase d'ouverture est réglé à π / 4 radian.

Solution:

          Nous savons que l'angle sous-tendu est donné par l'expression suivante.

bronzage (ϴ0) = [(f / 2d) / {(f / d)2 - (1/16)}]

Ou, bronzage (ϴ0) = [(0.5 * 0.5) / {(0.5 * 0.5) - (1/16)}]

Ou, bronzage (ϴ0) = 0.25 / 0.0625

Ou, ϴ0 = 53.13o

L'efficacité d'ouverture est donnée par -

εap = 24 [(péché2 (26.57o) + ln {cos (26.57o)}]2 * lit bébé2(26.57o)

ou, εap = 0.75

Ainsi, l'efficacité d'ouverture est de 75%.

Maintenant, découvrons la directivité de l'antenne.

Il peut être calculé comme ci-dessous.

D = 0.75 * [π * (100)]2

Ou, D = 74022.03

Ou, D = 48.69 dB.

La fréquence de débordement sera εs.

εs = 2 cos3 |0 53.13 / 2 cos3 |0 90 

ou, εs = 0.784

Ainsi, l'efficacité de débordement de l'antenne est de 78.4%.

Il est maintenant temps de calculer l'efficacité du taraud. L'efficacité du taraud est représentée par εt.

εt = (2 * 0.75) / 1.568

ou, εt = 0.9566

Ainsi, l'efficacité du tapper est de 95.66% pour l'antenne à réflecteur parabolique.

L'écart de phase d'ouverture est maintenant réglé sur π / 4 radian.

Cela signifie m = π / 4 = 0.7854

Nous savons que D / D0 ≥ [1 - m2/ 2]2

Ou, D / D0 ≥ [1 - (0.7854 * 0.7854) / 2]2

Ou, D / D0 ≥ 0.4782737

Ou, D ≥ 0.4782737 * D0.

Ou, D = 0.4782737 * 74022.03

Ou, D = 35402.8

Ou, D = 45.5 dB.

La directivité à la condition donnée est de 45.5 dB.

À propos de Sudipta Roy

Je suis un passionné d'électronique et je me consacre actuellement au domaine de l'électronique et des communications.
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