Принцип работы и устройство
Зеркальная антенна — это устройство, в котором для формирования направленного излучения используется явление отражения радиоволн от металлической поверхности. Её ключевыми компонентами являются зеркало (рефлектор) и облучатель. Облучатель, представляющий собой элементарную антенну, излучает электромагнитные волны, которые затем отражаются от зеркала, формируя необходимую диаграмму направленности. Зеркала обычно изготавливают из алюминиевых сплавов, придавая их поверхности специальную форму (сплошную или решетчатую) для достижения нужных характеристик луча.
Основные типы зеркальных антенн
Существует несколько конструктивных разновидностей таких антенн. Наиболее распространены параболические антенны, которые могут иметь форму полного параболоида, усеченного параболоида или параболического цилиндра. Помимо этого, применяются антенны специальной формы: сферические, плоские, угловые зеркала, а также комбинированные зеркально-рупорные конструкции.
Преимущества и применение параболических антенн
Параболические зеркальные антенны нашли широкое применение в оптическом, коротковолновом, сантиметровом и дециметровом диапазонах волн. Их популярность обусловлена относительно простой конструкцией и отличными диапазонными свойствами. Такая антенна состоит из металлической отражающей поверхности и слабонаправленного облучателя.
Апертурные антенны и офсетная схема
Зеркальные антенны относятся к классу апертурных антенн, где апертура (или раскрыв) — это проекция зеркала на плоскость, перпендикулярную направлению луча. Для антенн с раскрывом около 2-2.5 метра часто применяется однозеркальная офсетная схема. Её особенность в том, что облучатель вынесен за пределы основного луча, что предотвращает его затенение и позволяет достичь высокого усиления при низком уровне боковых лепестков. Эффективность такого решения тем выше, чем меньше размер антенны.
Раскрыв антенны не всегда круглый; часто он имеет форму эллипса или другую асимметричную форму. Это связано с тем, что в облучателе распространяется специфический тип волны, который создает несимметричное поле в раскрыве. Для его коррекции и применяется зеркало некруглой формы. В России, например, широко распространены офсетные антенны с эллиптическим раскрывом, такие как зеркала серии СТВ (№1).
Двухзеркальные и апланатические антенны
Более сложной конструкцией является зеркальная апланатическая антенна, состоящая из двух зеркал и позволяющая управлять диаграммой направленности. Она используется в радионавигации и радиолокации сантиметрового диапазона. Сканирование луча достигается перемещением облучателя по заданной траектории. Энергия от облучателя сначала отражается от вспомогательного зеркала на основное, размер которого определяет ширину диаграммы направленности.
Вспомогательное зеркало представляет собой систему параллельных проводов, ориентированных вдоль вектора электрической напряженности поля облучателя. Это позволяет вектору, отраженному от основного зеркала, свободно проходить через вспомогательное, так как он перпендикулярен проводам. Минимальные искажения диаграммы направленности (апланатичность) достигаются при равенстве оптических путей всех лучей.
Сравнение с фазированными антенными решетками
Альтернативой зеркальным антеннам служат фазированные антенные решетки (ФАР). Они отличаются меньшими габаритами и часто — лучшими радиотехническими параметрами, хотя обычно имеют большую массу. Поле в раскрыве ФАР создается множеством дискретных излучателей. Их ключевое преимущество — возможность создания активных решеток, где каждый излучатель снабжен своим усилительным элементом. Изменяя фазы сигналов в этих элементах, можно быстро перемещать луч в пространстве без механического поворота антенны. Это свойство открывает перспективы, например, для приема спутникового телевидения на борту движущихся объектов, таких как авиалайнеры.
Рекордные антенны
Крупнейшая в России зеркальная антенна с диаметром основного зеркала 70 метров расположена в городе Уссурийске.