Плоска супутникова антена

осесиметричних і офсетний. Трудомісткість виготовлення параболічного відбивача змусила шукати альтернативні конструкції антен, більш технологічних у виробництві і самостійному виготовленні. До таких конструкцій відноситься плоский зональний відбивач Френеля (рис. 6.17).

Огюстен Жан Френель (1788-1828), французький фізик, один із засновників хвильової оптики, в процесі вивчення дифракції світла використовував метод поділу фронту хвилі на кільцеві зони, названі згодом його ім'ям.

Зональна антена Френеля (ЗАФ) за принципом дії істотно відрізняється від звичайно використовуваних антен, що містять в основі параболічний відбивач. Опис антени і методика її розрахунку складені В. Нікітіним (Москва) і автором даної книги.

Антенний відбивач Френеля являє собою провідні концентричні кільцеві поверхні, розташовані в одній площині. Під впливом падаючої хвилі електромагнітного поля згідно з принципом Гюйгенса кожне кільце стає джерелом вторинного випромінювання -

ня, яке направлено в різні боки на відміну від параболоїда обертання, що відображає всі промені в напрямку фокуса. Можна підібрати таку ширину кожного кільця зональної антени і відстань між ними, щоб сигнали вторинного випромінювання від середніх ліній кожного кільця в певній точці простору збігалися по фазі. Для цього досить, щоб відстані між середніми лініями кілець і зазначеної точкою відрізнялися на довжину

хвилі сигналу - l в. Цю точку по аналогії з параболоїдом можна назвати фокусом. У фокусі, як і в параболічної антени, знаходиться опромінювач.

На рис. 6.18 показано перетин (вид збоку) верхній частині центрального диска антени і першого кільця. Якщо в якості фокусу обрана точка, яка знаходиться на відстані f від площини з кільцями, то сигнали, що випромінюють центрами кілець, будуть збігатися по фазі в фокусі при наступних значеннях відстаней між краями кілець і фокусом:

Сигнали, що випромінюють серединою кілець, виявляються в фазі з сигналом, випромененим центром диска. Расфазіровка між сигналами, випромінювання кромкою диска і його центром, а також крайками колії і їх серединою, становить всього 1/4 довжини хвилі.

Таким чином, розрахунок ЗАФ зводиться до вибору місця розташування фокуса F на уявної осі антени, т. Е. Відстані f від полотна антени, і обчисленню внутрішніх і зовнішніх радіусів кілець в залежності від довжини хвилі л, ретранслятора за формулою (6.2). Відстань f не критично

і його вибирають в межах 500 ... 1000 мм (для антен великих діаметрів).

Сигнали, які випромінюють краю колії, відрізняються по фазі від сигналів, які випромінює окружність (знаходиться в середині кільця), що забезпечує синфазность. Широкі кільця забезпечують широкополосность антени. У зв'язку з тим, що радіуси колії ЗАФ залежать від довжини хвилі сигналу, може здатися, що антена є узкополосной і для кожної частоти (або довжини хвилі) супутникового транспондера знадобляться відповідні розміри кілець. Однак розрахунки показують, що це не так.

Якщо радіуси кілець розраховані для середньої частоти діапазону 10,7 ... 11,7 ГГц (довжина хвилі 26,8 мм ) Або 11,7 ... 12,5 ГГц (довжина хвилі 24,8 мм ), То для мінімальної і максимальної частот діапазонів ті кола, які відповідають рівності фаз сигналів, будуть розташовуватися на поверхні кілець.

У табл. 6.2, 6.3 наведені результати розрахунку розмірів ЗАФ для зазначених діапазонів частот. У формулу (6.2) послідовно підставляли як значення n орядковие номера радіусів (парні номери відповідають внутрішнім радіусів, непарні - зовнішнім, a r1- радіусу центрального диска). Відстань f від центрального диска до фокусу F вибрано рівним 1000 мм . Ширина кілець зменшується равнозамедленно. Радіоаматорові не обов'язково виготовляти ЗАФв повному обсязі. У випадках, коли в місці прийому використовується параболічна антена діаметром 90 см , В конструкції ЗАФ можна обмежитися п'ятьма кільцями (п'ятого кільцю відповідають радіуси г10 і r11). При цьому для діапазону частот 10,7 ... 11,7 ГГц діаметр ЗАФ дорівнює 1098 мм , Для 11,7 ... 12,5 ГГц - 1024 мм .

Таблиця 6.2

Якщо розрахувати радіуси колії для середньої довжини хвилі всього мовного діапазону Кі (10,7 ... 12,75 ГГц), на його краях ці «синфазних» окружності виходять за межі поверхні кілець. Тому на краях такого широкого діапазону синфазного складання сигналів не виходить.

В результаті розрахунку отримують радіуси «синфазних» кіл, де п - номер кільця. Центральному диску відповідає n = 1. Ширину вибирають довільно. На практиці можна виготовити центральний диск радіусом 50 мм , А ширину кожного кільця взяти рівної 20 мм . В цьому випадку синфазна окружність знаходиться приблизно в середині кільця.

Зональна антена плоска за формою, тому вона значно більш технологічні в аматорських умовах виготовлення. Така антена може бути виконана з великого шматка фольгованого пластика або методом травлення, або шляхом вирізання проміжків між кільцями. Її також можна виготовити наклейкою кілець з фольги або рівної жерсті на лист гетинакса, текстоліту, оргскла, деревно-волокнистої полотна (ДВП). Для зниження вітрового навантаження в діелектричному підставі антени просвердлюють довільну кількість отворів.

Основним недоліком зональної антени в порівнянні з параболічної такого ж діаметру є менший коефіцієнт посилення, так як не вся енергія сигналу, яка потрапляє на полотно антени, направляється до опромінювача. В умовах слабкого сигналу втрата посилення навіть на 2 дБ призводить до ураження сигналу шумами і втрати кольоровості. Для компенсації нестачі коефіцієнта посилення ЗАТ необхідно збільшувати діаметр полотна антени, хоча при достатній потужності супутникового ретранслятора і великих кутах місця (менше впливають теплові шуми Землі) для даної точки прийому така антена забезпечує хороші результати.

Закріпити конвертер в фокусі ЗАФ можна тим же способом, що і для прямофокусной параболічної антени