Κεραία παραβολικού ανακλαστήρα | Είναι σχεδιασμός, εφαρμογές και 3+ σημαντικά χαρακτηριστικά

Παραβολική κεραία ανακλαστήρα

Πιστωτική εικόνα - "Εντός φιλίας"(CC BY-NC-ND 2.0) με Ξωτικό-8

Σημεία για συζήτηση

Εισαγωγή στην Κεραία Παραβολικού Ανακλαστήρα

Η κεραία ή το καλοριφέρ είναι ένα μέσο για την ακτινοβολία και τη λήψη ηλεκτρομαγνητικών πληροφοριών. Η κεραία παραβολικού ανακλαστήρα είναι μία από τις ευρέως χρησιμοποιούμενες κεραίες. Είναι ένας συγκεκριμένος τύπος κεραιών ανακλαστήρα. Η χρήση κεραιών ανακλαστήρα ξεκίνησε με την έναρξη του δεύτερου παγκόσμιου πολέμου με την πρόοδο των τεχνολογιών επικοινωνίας.

Ο πιο απλός ανακλαστήρας και πιο άνετος στην εφαρμογή της κεραίας ανακλαστήρα είναι η κεραία «Plane Reflector». Υπάρχουν και ορισμένοι άλλοι τύποι ανακλαστήρων, όπως ο γωνιακός ανακλαστήρας, ο παραβολικός ανακλαστήρας, οι ανακλαστήρες Cassegrain, οι σφαιρικοί ανακλαστήρες. Οι παραβολικοί ανακλαστήρες έχουν έναν άλλο τύπο γνωστό ως «Κεραία παραβολικού ανακλαστήρα που τροφοδοτείται μπροστά»

Τι είναι η κεραία κέρατος; Εξερευνώ εδώ!

Επισκόπηση της κεραίας παραβολικού ανακλαστήρα

Οι παράμετροι της ακτινοβολίας μιας κεραίας ανακλαστήρα μπορούν να αναβαθμιστούν βελτιώνοντας το δομικό σχέδιο του εδάφους. Η οπτική επιστήμη συμμετέχει σε αυτόν τον τομέα για αυτόν τον παραβολικό ανακλαστήρα. Τα οπτικά μαθηματικά αποδεικνύουν ότι οι εισερχόμενες παράλληλες ακτίνες μπορούν να συγκλίνουν σε ένα συγκεκριμένο σημείο (γνωστό ως εστιακό σημείο), κατά την αντανάκλαση σε μια δομή σε σχήμα παραβολής.

Οι ανακλώμενες κυματομορφές θα εξέρχονται ως παράλληλος άξονας ακτίνας. Αυτό είναι ένα μαθηματικό φαινόμενο και είναι γνωστό ως «κανόνας της αμοιβαιότητας». Το αναλογικό σημείο ορίζεται ως η κορυφή. Οι εξερχόμενες, ανακλώμενες ακτίνες ονομάζονται συγκολλημένες (καθώς είναι παράλληλες). Αν και οι πρακτικές παρατηρήσεις αποκάλυψαν ότι οι αναδυόμενες ακτίνες δεν μπορούν να ονομαστούν παράλληλες ακτίνες, είναι ελαφρώς διαφορετικές από την κατάλληλη μορφή.

Ο πομπός αυτής της κεραίας τοποθετείται γενικά στα εστιακά σημεία του πιάτου ή του ανακλαστήρα. Αυτός ο τύπος ρύθμισης ονομάζεται «τροφοδοσία μπροστά». Θα συζητήσουμε μια ανάλυση αυτού του τύπου παραβολικών ανακλαστήρων στο επόμενο μέρος αυτού του άρθρου.

Τι κάνει μια γραμμή μετάδοσης; Εξερευνώ!

Εφαρμογές κεραίας παραβολικού ανακλαστήρα

κεραία παραβολικού ανακλαστήρα

Μία από τις μεγαλύτερες κεραίες ανακλαστήρα στη Γερμανία για δορυφορική επικοινωνία, Image Credit - Ρίτσαρντ Μπαρτζ, Μόναχο Μακρό ΦρικErdfunkstelle Raisting 2CC BY-SA 2.5

Οι παραβολικοί ανακλαστήρες είναι ένας από τους ευρέως χρησιμοποιούμενους, πολύ αποδοτικούς κεραίες των οποίων η ζήτηση αυξάνεται καθημερινά. Από τη λήψη του σήματος για την τηλεόρασή μας έως τη μετάδοση του σήματος για τους διαστημικούς σταθμούς, αυτός ο τύπος κεραίας έχει εφαρμογές σχεδόν σε κάθε πεδίο της τεχνολογίας επικοινωνίας. Μερικά από τα αξιοσημείωτα είναι - σε αεροδρόμια, δορυφόρους, διαστημικούς σταθμούς, σε τηλεσκόπια κ.λπ.

χαρακτηριστικά

Μερικές σημαντικές ιδιότητες του παραβολικού ανακλαστήρα δίνονται παρακάτω. Οι ιδιότητες αφορούν πλάτος διαφράγματος, ιδιότητες πόλωσης, γωνίες φάσης κ.λπ.

  • Το τμήμα μεγέθους εξαρτάται από την απόσταση της τροφοδοσίας από την επιφάνεια του ανακλαστήρα. Η αναλογικότητα ποικίλλει από δομή σε δομή. Όπως και σε σχήμα παραβόλας, είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της ακτίνας της παραβολής, και για μια κυλινδρική δομή, η σχέση είναι αντιστρόφως ανάλογη με το ρ.
  • Το σημείο εστίασης του ανακλαστήρα λειτουργεί διαφορετικά για διαφορετικούς τύπους γεωμετρικών διαμορφώσεων. Η κυλινδρική δομή έχει πηγή γραμμής και οι παραβολικές δομές έχουν σημειακή πηγή.
  • Εάν υπάρχουν γραμμικές πόλωση από την τροφοδοσία που είναι παράλληλη με τον άξονα του κυλίνδρου, τότε δεν υπάρχει πιθανότητα διασταυρώσεων. Οι παραβολικές δομές δεν έχουν την ίδια ιδιότητα.
Τύποι ροών παραβολικών ανακλαστήρων, Credit Image - ΤσετόρνοΠαραβολικοί τύποι κεραιών, επισημαίνεται ως δημόσιος τομέας, περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με Wikimedia Commons

Ελέγξτε το μοτίβο ακτινοβολίας του Yagi Uda Κεραία!

Γεωμετρική ανάλυση

     Εάν μια γεωμετρικά τέλεια παραβολή περιστραφεί στον άξονα της, θα υπάρξει άλλη δομή. Αυτή η δομή είναι γνωστή ως παραβολικός ανακλαστήρας. Έτσι σχηματίζεται ένας παραβολικός ανακλαστήρας. Υπάρχει ένας συγκεκριμένος λόγος πίσω από το σχήμα αυτού του ανακλαστήρα. Το παραβολικό σχήμα βοηθά στη δημιουργία απλής και επίπεδης κυματομορφής από τις αναδυόμενες ακτίνες.

Γεωμετρία παραβολιδίου

     Μπορούμε να παρατηρήσουμε από την εικόνα ότι το γεωμετρικό μήκος OP + PQ δίνει μια σταθερή τιμή για το σχεδιασμό.

Μπορούμε να γράψουμε, OP + PQ = 2f; 2f είναι ο σταθερός όρος.

Ας υποθέσουμε ότι OP = r και έτσι το PQ έρχεται ως PQ = r * cosϴ.

Τώρα η τιμή του OP + PQ, μετά την αντικατάσταση των τιμών,

OP + PQ = r + r * cosϴ = 2f

Ή, r (1 + cosϴ) = 2f

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

Τώρα, στη θεωρία της κεραίας, πρέπει να διατηρούμε σε είδος τα βασικά του συστήματος συντονισμού. Η παραπάνω εξίσωση μπορεί να γραφτεί σε ορθογώνια συστήματα συντεταγμένων χρησιμοποιώντας x`, y`, z`. Αυτό μετατρέπεται στην ακόλουθη μορφή.

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

Ας ανακαλύψουμε το διάνυσμα μονάδας, το οποίο είναι κάθετο στην εφαπτομένη του σημείου ανάκλασης.

f - r * cos2(ϴ / 2) = 0 = S

κάνοντας κάποιες λειτουργίες λογισμού, βρίσκουμε το διάνυσμα μονάδας. Περιγράφεται παρακάτω.

n = Ν / | Ν | = - (α) "r cos (ϴ / 2) + - (a) "ϴ αμαρτία (ϴ / 2)

Τώρα, χρησιμοποιώντας τη γεωμετρική ανάλυση, μπορούμε να βρούμε μια έκφραση για την υποτιμημένη γωνία. Περιγράφεται παρακάτω.

μαύρισμα (ϴ0) = (d / 2) Ζ0

Το Ζ0 είναι η μέτρηση της απόστασης από τον άξονα έως το σημείο εστίασης. Οι μαθηματικές εκφράσεις μπορούν επίσης να την αντιπροσωπεύουν.

Z0 = f - [(x02 + ε02) / 4στ]

Ή, Ζ0 = f - [(d / 2)2/ 4στ]

Ή, Ζ0= f - δ2 / 16στ

Ας ελέγξουμε την τιμή του μαύρου (ϴ0) μετά την αντικατάσταση της τιμής του Z0.

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

Εξερευνήστε τις εφαρμογές της Helical Antenna! Κάνε κλικ εδώ!

Κατευθυντικότητα της κεραίας παραβολικού ανακλαστήρα

Πριν ξεκινήσουμε να ανακαλύπτουμε την κατευθυντικότητα μιας παραβολικής κεραίας, ενημερώστε μας για την κατευθυντικότητα μιας κεραίας.

Η κατευθυντικότητα μιας κεραίας ορίζεται ως ο λόγος της έντασης της ακτινοβολίας μιας κεραίας σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση προς τη μέση ένταση της ακτινοβολίας σε όλες τις κατευθύνσεις.

Η κατευθυντικότητα θεωρείται παράμετρος για τον υπολογισμό του αριθμού της αξίας της κεραίας. Η ακόλουθη μαθηματική έκφραση περιγράφει την κατευθυντικότητα.

Δ = U / U0 = 4πU / Ρrad

Όταν δεν δίνεται η κατεύθυνση, η προεπιλεγμένη κατεύθυνση είναι η κατεύθυνση της μέγιστης έντασης ακτινοβολίας.

Dmax = D0 = Umax / U0 = 4πUmax / Ρrad

Εδώ, το «D» είναι η κατευθυντικότητα και δεν έχει κατεύθυνση καθώς είναι μια αναλογία. Το U είναι η ένταση της ακτινοβολίας. Εmax είναι η μέγιστη ένταση ακτινοβολίας. Ε0 είναι η ένταση της ακτινοβολίας της ισοτροπικής πηγής. Πrad είναι η συνολική ακτινοβολημένη ισχύς. Η μονάδα του είναι Watt (W).

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

Τώρα για U (ϴ = π) και αντικαθιστώντας την τιμή ενέργειας E, το προηγούμενο μετατρέπεται σε -

U (ϴ = π) = [16 π2 f2 * Σημείο * | ∫0 ϴ μαύρισμα (ϴ / 2) * √ (Gf (ϴ)) dϴ |2] / 4πλ2

Η κατευθυντικότητα έρχεται ως - Δ = U / U0 = 4πU / Ρrad

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

Απόδοση διαφράγματος κεραίας παραβολικού ανακλαστήρα

Πιάτα ρελέ μικροκυμάτων, ένας τύπος κεραίας ανακλαστήρα, Image Credit- ΜπίντζεΠαραβολικές κεραίες σε πύργο τηλεπικοινωνιών στο Willans HillCC BY-SA 2.5 AU

          Η μαθηματική έκφραση για την κεραία παραβολικού ανακλαστήρα δίνεται παρακάτω.

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

Εδώ,

εap αντιπροσωπεύει την απόδοση διαφράγματος.

εs είναι η αποτελεσματικότητα του υπερχειλιστή. Μπορεί να οριστεί ως το μέρος της ισχύος που μεταδίδεται από την τροφοδοσία και παραλληλίζεται από την επιφάνεια της αντανάκλασης.

εt αντιπροσωπεύει την αποτελεσματικότητα του κωνικού. Μπορεί να περιγραφεί ως η μοναδικότητα της διάδοσης του μεγέθους του σχεδιασμού τροφοδοσίας στην επιφάνεια του ανακλαστήρα.

εp μας δίνει την αποτελεσματικότητα της φάσης. Μπορεί να περιγραφεί ως η ομοιομορφία της πρακτικής φάσης πεδίου έναντι του επιπέδου του ανοίγματος.

εx αντιπροσωπεύει την αποτελεσματικότητα της πόλωσης.

εb είναι η αποτελεσματικότητα της καθυστέρησης.

Και, εr αντιπροσωπεύει την απόδοση του σφάλματος, που υπολογίζεται σε ολόκληρη την περιοχή του ανακλαστήρα.

Μαθηματικό πρόβλημα

1. Μια κεραία παραβολικού ανακλαστήρα έχει διάμετρο 10 μέτρων. Η αναλογία f / d δίνεται ως 0.5. Η συχνότητα της λειτουργίας ορίζεται στα 3 GHz. Η κεραία που τροφοδοτείται με τον ανακλαστήρα έχει συμμετρική σχεδίαση. Δίνεται επίσης ότι -

Gf (ϴ) = 6 συν2ϴ; όπου ϴo ≤ ϴ ≤ 90o και μηδέν σε οποιοδήποτε άλλο σημείο.

Τώρα υπολογίστε i) την απόδοση διαφράγματος (εap). ii) Κατευθυντικότητα της κεραίας. iii) χαμηλότερη απόδοση και αποδοτικότητα του υπερχειλιστή. iv) Μάθετε την κατευθυντικότητα της κεραίας εάν η απόκλιση φάσης διαφράγματος έχει ρυθμιστεί σε ακτίνια π / 4.

Λύση:

          Γνωρίζουμε ότι, η υποτελής γωνία δίνεται από την ακόλουθη έκφραση.

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

Ή, μαύρισμα (ϴ0) = [(0.5 * 0.5) / {(0.5 * 0.5) - (1/16)}]

Ή, μαύρισμα (ϴ0) = 0.25 / 0.0625

Ή, ϴ0 = 53.13o

Η απόδοση διαφράγματος δίνεται ως -

εap = 24 [(αμαρτία2 (26.57o) + ln {cos (26.57o)}]2 * βρεφική κούνια2(26.57o)

ή, εap = 0.75

Έτσι, η απόδοση του ανοίγματος φτάνει το 75%.

Τώρα, ας ανακαλύψουμε την κατευθυντικότητα της κεραίας.

Μπορεί να υπολογιστεί όπως παρακάτω.

D = 0.75 * [π * (100)]2

Ή, D = 74022.03

Ή, D = 48.69 dB.

Η συχνότητα διαρροής θα είναι εs.

εs = 2 cos3 |0 53.13 / 2 συν3 |0 90 

ή, εs = 0.784

Έτσι, η απόδοση της κεραίας υπερβαίνει το 78.4%.

Τώρα ώρα για τον υπολογισμό της αποτελεσματικότητας του ανατρεπόμενου. Η αποτελεσματικότητα της βρύσης αναπαρίσταται ως εt.

εt = (2 * 0.75) / 1.568

ή, εt = 0.9566

Έτσι, η αποδοτικότητα της βρύσης είναι 95.66% για την κεραία παραβολικού ανακλαστήρα.

Τώρα η απόκλιση φάσης διαφράγματος έχει ρυθμιστεί σε π / 4 ακτίνια.

Αυτό σημαίνει m = π / 4 = 0.7854

Γνωρίζουμε ότι D / D0 ≥ [1 - μ2/ 2]2

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

Ή, D / D0 ≥ 0.4782737

Ή, D ≥ 0.4782737 * D0.

Ή, D = 0.4782737 * 74022.03

Ή, D = 35402.8

Ή, D = 45.5 dB.

Η κατευθυντικότητα στην δεδομένη κατάσταση ανέρχεται στα 45.5 dB.

Σχετικά με τη Sudipta Roy

Είμαι ενθουσιώδης των ηλεκτρονικών και επί του παρόντος αφιερώνω στον τομέα των ηλεκτρονικών και των επικοινωνιών.
Έχω έντονο ενδιαφέρον για την εξερεύνηση σύγχρονων τεχνολογιών όπως η AI & Machine Learning.
Τα γραπτά μου είναι αφιερωμένα στην παροχή ακριβών και ενημερωμένων δεδομένων σε όλους τους μαθητές.
Βοηθώντας κάποιον να αποκτήσει γνώση μου δίνει μεγάλη χαρά.

Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/sr-sudipta/

Lambda Geeks