parabolično ogledalo. Vrste paraboličkih zrcala Parabolično astronomsko zrcalo
U praksi se uglavnom koriste četiri vrste paraboličkih reflektirajućih zrcala (slika 41).
Prvi tip reflektora (Sl. 41, ali) je parabolički cilindar, duž čije se žarišne linije nalaze linearni emiteri. Kao rezultat toga, usmjerenost antenskog sustava u ravnini žarišne linije (ravnina XOZ) ovisi o broju ozračenih elemenata, kao u planarnim antenama.
Usmjerenost ove antene u okomitoj ravnini YOZ određena je uglavnom dimenzijama paraboličkog cilindra, u odnosu na valnu duljinu.
Dakle, ako se poluvalni vibratori s reflektorima koriste kao ozračivač paraboličkog cilindra (da bi se uklonila zabuna, reflektor zračivača naziva se protureflektor), (Sl. 41, a), zatim kut otvaranja uzorka zračenja između točaka vrijednosti polovice snage u ravnini YOZ jednak je 51°, a sam uzorak zračenja izražen je krivuljom a prikazanom na sl. jedanaest.
Druga vrsta su antene s reflektorima u obliku paraboloida okretanja (slika 41, b). Antene ove vrste koriste se u slučajevima kada je potrebno dobiti "igličasti" uzorak zračenja, tj. uski uzorak, kako u vertikalnoj tako iu horizontalnoj ravnini.
Na sl. 41c prikazuje antenu sa skraćenim paraboloidom okretanja, a na sl. 41 G- paraboloid omeđen eliptičnom konturom. Reflektor potonjeg tipa ponekad se naziva paraboloidom tipa "kriška limuna" zbog neke vanjske sličnosti s potonjem.
Antene prikazane na sl. 41c i G, koriste se za stvaranje uzoraka zračenja ventilatora i sektora s malim kutom otvaranja u jednoj ravnini i širokim u ravnini okomitoj na nju.
Za izradu grafikona ventilatora koriste se i segmentno-paraboličke antene, čija je jedna od varijanti prikazana na Sl. 42. Ova antena je parabolički cilindar male visine, zatvoren na krajevima metalnim pločama. Uzorak smjera segmentirane paraboličke antene u ravnini YOZ slično kao kod sektorske sire. U avionu XOZ mnogo je uži, zbog činjenice da u otvoru segmentne paraboličke antene nastaje ravni val (zbog refleksije od paraboličke površine), dok je u otvoru sektorskih rog antena front vala cilindričan.
 |
Segmentno-parabolične antene koriste se i samostalno i kao izvori za parabolično-cilindrične antene.
U pravilno dizajniranim segmentiranim paraboličnim antenama faktor iskorištenja površine 7 je nešto veći od 0,8.
Početni podaci za projekt i zahtjevi za njegovim sadržajem
Projektni zadatak navodi sljedeće karakteristike antene:
Radna valna duljina λ.
Širina glavnog režnja uzorka antene na razini polovice snage je 2θ0,5.
Vrsta ozračivača i njegovi glavni parametri.
Mora se definirati:
dimenzije i dijagram zračenja ozračivača;
razina koordinacije ozračivača s dovodnom linijom;
geometrijski parametri paraboličkog reflektora;
uzorak antene i pojačanje;
tehničke tolerancije za izradu reflektora i pomak ozračivača iz žarišta.
U nekim slučajevima, dizajn antene mora predvidjeti mjere za otklanjanje utjecaja na ozračivač vala reflektiranog od reflektora, te proračun lake konstrukcije reflektora.
Početni podaci za predmetni projekt:
Radna valna duljina λ=3,5 [cm]
Širina glavnog režnja antenskog uzorka 2ΔθE=
Vrsta ozračivača - utor.
Vrsta dovodne linije - valovod.
Uvod.
3.1 Uvodne napomene.
Glavni elementi paraboličke antene su metalni reflektor (reflektor) koji ima oblik jedne od paraboličkih ploha (paraboloid okretanja, parabolički cilindar itd.), ozračivač postavljen u žarište takve površine i hranilica koja hrani iradijator. Korištenje paraboličkih površina objašnjava se činjenicom da one zbog svojih geometrijskih svojstava stvaraju infazno polje u otvoru reflektora.
Budući da je žarišna duljina bilo koje paraboličke plohe njezin geometrijski parametar i njezin izbor u pravilu nije povezan s radnom valnom duljinom, polje u otvoru antene ostaje u fazi bez obzira na valnu duljinu. Dakle, parabolična antena spada u antene širokog dometa. U praksi, njegov je raspon ograničen zahtjevima za stupanj usklađenosti iradijatora s dovodnim dovodom i granicama dopuštenih vrijednosti za širinu glavnog režnja uzorka antene, koja varira u izravnom proporciji s valnom duljinom .
3.2 Feederi paraboličkih antena.
Kao iradijatori zrcala izrađenih u obliku paraboloida okretanja koriste se slabo usmjerene antene koje zrače prema zrcalu. Fazno središte ozračivača je poravnato s fokusom zrcala. Glavni tok emitera mora biti koncentriran unutar površine ozračenog zrcala tako da jakost polja na rubovima zrcala bude ≈0,3 maksimalne vrijednosti (na osi paraboloida). Osim toga, ozračivač mora imati mali "efekt sjene" i mora biti dobro usklađen s napajačem koji ga hrani. Koeficijent putujućeg vala u dovodu ne smije biti manji od 0,8 u radnom frekvencijskom rasponu. Također je potrebno osigurati dovoljnu krutost dizajna iradijatora i njegovu zaštitu od vremenskih uvjeta.
4. Proračun dimenzija i dijagrama zračenja proreznog dovoda.
Utor za napajanje (Cutler feed) je pravokutni valovod u obliku slova T (slika 4.1), zatvoren na krajevima i koji ima dva proreza na krilima u širokom zidu, okrenut prema paraboloidu i smješten simetrično u odnosu na dovodni valovod. Za brtvljenje, praznine se zatvaraju pločama od polistirena ili liskuna.
Slika 4.1 Iradijator s utorom za valove (Cutler irradiator).
Takvi se ozračivači koriste u kratkovalnom dijelu centimetrskog raspona λ = (2 - 5) cm, gdje je dizajn kompaktan, a stvoreni efekt sjene je zanemariv. Fazna fronta koju stvara takav iradijator bliska je sfernoj.
Širina utora se uzima jednakom:
(0,1 - 0,2) λ=0,35 cm
Rezonantna duljina utora, uzimajući u obzir učinak skraćivanja, odabire se jednakom:
l 1 \u003d 0,47λ \u003d 1,645 cm.
Udaljenost od skraćenog kraja valovoda do osi utora trebala bi biti jednaka:
t= Λ/2=2,395 cm,
gdje je Λ valna duljina u valovodu, određuje se iz formule:
U ovom slučaju, utor je u antičvoru vala stajaće struje, što osigurava maksimalan intenzitet zračenja.
Da bi se ulazna impedancija utora uskladila s valnom impedancijom valovoda, mora biti zadovoljen sljedeći uvjet:
Od čega, s obzirom na vrijednost široke stijenke valovoda a=0,72λ=2,52 cm određuje se potrebna veličina uskog zida b1=0,36∙λ=1,02 cm.
Udaljenost između utora odabrana je jednaka:
d=Λ/2=2,395 cm.
U ovom slučaju, širina glavnog režnja uzorka napajanja u E i H ravninama je približno jednaka (E ravnina je paralelna s uskim stijenkama dovodnog valovoda). Fazno središte zračenja nalazi se u sredini između proreza u ravnini simetrije ozračivača. Kombinira se s fokusom reflektora.
Uzorci zračenja iradijatora u ravninama E i H izračunavaju se po formulama:
Gdje su θ i ϕ kutovi mjereni u ravninama E i H od smjera prema vrhu paraboličkog reflektora.
Stražnje zračenje proreznog iradijatora može se zanemariti i dijagrami se mogu razmatrati unutar raspona promjene kuta od -90°<θ,ϕ<90°.
Dimenzije dovodnog pravokutnog valovoda procjenjuju se prema uvjetu jednovalnog načina za val H 10:
a≈0,72λ=2,52 cm,
b≈0,36λ=1,26 cm
I odaberite standardni valovod.
Kako bi se bolje uskladio i smanjio utjecaj vanjskih površina dovodnog valovoda na polje napajanja, valovod za napajanje se sužava u blizini izvora uz uski zid na veličinu b≤0,3a≤0,735 cm na duljini reda Λ.
Da bi se mogla podesiti ulazna reaktivnost ozračivača, predviđen je vijak za ugađanje koji se postavlja u sredinu grananja u obliku slova T.
| Oznaka tipa | Raspon, GHz | a, mm | b,mm | Frekvencija, GHz | Prigušenje, dB/m | ||||
| iz | Prije | ||||||||
| P100 | 8,20 | 12,50 | 22,9 | 10,2 | 9,84 | 0,11000 | |||
Slika 4.2 Uzorak radijatora u ravninama E i H u polarnom koordinatnom sustavu.
Slika 4.3 Shema zračenja iradijatora u ravnini E i H
Kut 2θ 0 definiran je kao kut otvaranja uzorka pomaka na razini 0,3 od maksimuma polja i treba ga odrediti iz užeg uzorka, u ovom slučaju u E-ravni:
5. Proračun glavnih karakteristika paraboličke antene.
U većini slučajeva, reflektorske antene izračunavaju se približnim metodama. U ovom slučaju, karakteristike stvarnih antena će se donekle razlikovati od onih izračunatih zbog razlike u obrascima zračenja stvarnih i idealnih feedova, efekta sjene napajanja, netočnosti u izradi antene, itd. Da bi se dobila dovoljno visoka performanse projektirane antene, moraju se poduzeti posebne mjere, na primjer: usmjerenost ozračivača treba ležati izvan područja osvjetljenja zrcala; žarišna duljina mora se podesiti kako bi se povratno zračenje izvora uskladilo s poljem antene; potrebno je postaviti određene uvjete na točnost izrade antene i sl. Uzimajući u obzir ove napomene, sastavit ćemo sljedeći postupak za proračun antene s reflektorom u obliku paraboloida okretanja.
1 . Za određivanje geometrijskih dimenzija paraboličke reflektorske antene (slika 5.1), izračunavamo omjer polumjera otvaranja paraboloida R0 i žarišne duljine f pomoću formule:
gdje je θ0 kut otvaranja paraboloida, definiran kao kut otvaranja uzorka zračenja iradijatora na razini od 0,3 od maksimuma polja u smjeru vrha paraboloida, što odgovara 0,1 u smislu snage. Za veću ujednačenost zračenja paraboličkog reflektora, kut 2θ0 određen je užim DP feeda (u E ravnini). Iz dijagrama zračenja iradijatora dobivamo 2θ0 =108°.
Slika 5.1 Osnovni geometrijski parametri paraboličke antene. 
Pronađeni omjer odgovara vrijednostima koeficijenata K E =1,17 i K H =1,08.
2. Za zadanu širinu glavnog režnja dijagrama zračenja cijele antene u E-ravnini 2∆θE=2,8 0 =0,0489 rad. a iz tablice K E =1,17 i K H =1,08 odredimo polumjer otvaranja paraboloida R 0 iz omjera:
3. Na temelju pronađenih vrijednosti R0 i θ0 izračunava se žarišna duljina f.
Vrijednost žarišne duljine mora biti specificirana, ako je u smjeru stražnjeg režnja napojnog snopa polje protufazno u odnosu na polje glavnog režnja (rog, prorezi), žarišna duljina mora zadovoljiti odnos:
f=n*λ/2, n=1,2,3…
Kao rezultat, pri n=23 dobivamo korigiranu žarišnu duljinu:
f=40,25 cm.
Za dobivene vrijednosti R 0 i f profil paraboličkog reflektora izračunava se iz geometrijske ovisnosti:
y2=4fx
i dubina zrcala = 10,9 cm.
4. Za izračunavanje funkcija usmjerenosti najprije se izračuna amplituda polja u otvoru (otvoru) antene.
Da bi se pojednostavio izračun dijagrama antene, prava raspodjela amplitude polja aproksimirana je nekom funkcijom, na primjer, nizom snage, koji uzima u obzir tri člana:
Gdje je normalizirana udaljenost proizvoljne točke otvaranja od njezina središta: 0≤ρ_H≤1; - konstantni koeficijenti.
Definicija koeficijenata:
Prvo, izračunava se prava raspodjela amplitude fst(ρ H), povezana s normaliziranom funkcijom usmjerenosti zračenja F(θ) relacijom:
gdje je ρ H = 
Promjenom ρ H od 0 do 1 u koracima od 0,1, pronalaze se odgovarajuće vrijednosti θ, F(θ) se izračunava pomoću formula ili grafikona dijagrama iradijatora, pomnoženog s odgovarajućim vrijednostima množitelja ( 1 + cosθ) / 2 i sastavlja se tablica ovisnosti fist (ρ H) i prikazuje ovu funkciju.
Slika 5.2 Distribucija prave amplitude f ist (ρ N).
Nadalje, potrebno je zahtijevati da se ftest(ρ H) i fappr(ρ H) poklapaju u dvije točke, na primjer, pri ρ N =0,5 i ρ N =1 šaka(1)= Δ2 i zahtijevamo ispunjenje dva jednakosti:
,
u mom slučaju Δ1=0,94 i Δ2=0,8 tada:
iz rješenja ovog sustava nalazimo dva nepoznata koeficijenta a2 i a4, zamjenjujemo ih u izraze fappr(ρH)=1+a2 ρ2H+a4 ρ4H, izračunavamo ovu aproksimirajuću funkciju s mijenjanjem ρH od 0 do 1 s korakom od 0,1 te izgraditi graf aproksimirajuće funkcije fest(ρH ).
a2 = - 3,18, a4 = 2,98:
fappr(ρ H)= 1–3,18ρ2 H +2,98 ρ4 H
Slika 5.3 Funkcija aproksimacije fappr(ρ H).
5. Poznavajući raspodjelu polja u otvoru, izračunava se dijagram antene.
Za raspodjelu amplitude polja u otvoru antene u obliku trinoma snage fappr(ρ H), funkcija usmjerenosti ima oblik:
gdje je u=kR 0 sinθ, k=2π/2, Λ i (u) – lambda - funkcija i-tog reda.
f(θ)=(1-3,18+2,98) Λ 1 (u)-((-3,18)/2+2,89) Λ 2 (u)+(2,89)/3 Λ 3(u).
Proračun f(θ) provodi se promjenom θ kroz 0,5÷1 i izračunavaju se glavni režanj i dva bočna režnja (istovremeno f(θ) dvaput mijenja predznak).
| Θ0 | U | F(θ) | ||||||||||||
| 0,403 | ||||||||||||||
| 0.5 | 0,654 | 0,957 | 0,979 | 0,977 | 0,375 | 0,930 | ||||||||
| 1,316 | 0,831 | 0,866 | 0,898 | 0,353 | 0,875 | |||||||||
| 1.5 | 1,955 | 0,648 | 0,759 | 0,794 | 0,252 | 0,625 | ||||||||
| 2,632 | 0,377 | 0,543 | 0,642 | 0,170 | 0,422 | |||||||||
| 2.5 | 3,309 | 0,337 | 0,351 | 0,479 | 0,258 | 0,310 | ||||||||
| 3,910 | 0,137 | 0,240 | 0,344 | 0,118 | 0,230 | |||||||||
| 3.5 | 4,585 | -0,108 | 0,108 | 0,224 | -0,014 | -0,034 | ||||||||
| 5,261 | -0,132 | -0,064 | 0,112 | 0,095 | 0,235 | |||||||||
| 4.5 | 5,936 | -0,105 | -0,051 | 0,034 | 0,021 | -0,052 | ||||||||
| 6,611 | -0,032 | -0,057 | -0,011 | 0,043 | 0,106 | |||||||||
| 5,5 | 7,210 | 0,010 | -0,043 | -0,027 | 0,041 | 0,102 | ||||||||
| 7,883 | 0,051 | -0,021 | -0,029 | 0,041 | 0,102 | |||||||||
| 6,5 | 8,556 | 0,064 | 0,002 | -0,020 | 0,034 | 0,084 | ||||||||
| 9,229 | 0,047 | 0,017 | -0,008 | 0,053 | 0,131 | |||||||||
| 7,5 | 9,863 | 0,018 | 0,029 | 0,0004 | -0,026 | -0,064 | ||||||||
| 10,05 | ||||||||||||||
Slika 2.7 Dijagram antene F A (θ).
Iz grafikona se može utvrditi da je širina glavnog režnja na razini od 0,7 od maksimuma: 0,02 radiana ili 1,35 stupnjeva, što je približno jednako zadanoj vrijednosti širine uzorka snopa (2,8 stupnjeva f) . Razina prvog bočnog režnja je: 0,129. Razina drugog bočnog režnja je: 0,061.
Izračunajte pojačanje antene:
gdje S=πR 0 2 je otvorna površina paraboloida,
η – učinkovitost antene jednaka: 0,8,
ν – faktor iskorištenja površine otvaranja paraboloida okretanja, jednak: 0,8.
Proračun lake konstrukcije paraboličnog zrcala.
Da bi se smanjila težina antene i oslabio pritisak vjetra na parabolično zrcalo, ono se ne pravi čvrstim, već od zasebnih žica ili ploča, ili perforirano (slika 6.1).
Slika 6.1 Dizajni laganih reflektirajućih površina:
a - paralelne žice; b i c - paralelne ploče;
g - perforirani list.
U proizvodnji reflektirajuće površine od metalnih ploča ili cilindričnih žica moraju biti ispunjeni sljedeći uvjeti:
a) vektor E elektromagnetskog vala mora biti paralelan s elementima niza (ploče ili žice);
b) razmak između žica ili ploča ne smije biti veći od
cm.
Perforirana površina je površina metalnog lima s okruglim ili ovalnim rupama. Veličina rupe paralelne s vektorom E mora biti manja od . Udaljenost između središta rupa treba odabrati unutar.
Prilikom odabira parametara laganog reflektora treba polaziti od uvjeta: propusnost T, definirana kao omjer snage vala koji je prošao iza zrcala i snage vala koji upada na zrcalo, ne smije premašiti T add = 0,01. Za paraboloid okretanja s rešetkastim ili perforiranim površinama imamo:
ρ =0,1 cm, međusobno odvojene s=0,5 cm.Slične informacije.
Prisjetimo se osnovnih geometrijskih svojstava paraboloida.
Normalna na površinu paraboloida u bilo kojoj točki leži u ravnini koja sadrži Z-os i čini kut s linijom koja spaja tu točku s fokusom.
Svaki presjek paraboloida ravninom koja sadrži Z-os je parabola s fokusom u točki F. Krivulja dobivena rezanjem paraboloida ravninom paralelnom s Z-osi je također parabola s istom žarišnom duljinom f.
sl.2
Iz prvog svojstva slijedi da ako se točkasti izvor elektromagnetskih valova postavi u fokus paraboloida, tada će sve zrake nakon refleksije biti paralelne s osi Z.
To znači da će reflektirani val biti ravan s prednjom okomitom na Z-os paraboloida.
Iz drugog svojstva proizlazi da se za analizu pitanja refleksije valova od površine zrcala i indukcije struja na njemu može ograničiti na razmatranje bilo kojeg presjeka zrcala ravninom koja prolazi kroz Z os ili paralelno s njim. Osim toga, iz drugog svojstva proizlazi da je za kontrolu točnosti izrade paraboličkog zrcala dovoljno imati samo jedan predložak.
Prilikom analize paraboličkih zrcala, prikladno je istovremeno koristiti različite koordinatne sustave, prelazeći u procesu analize s jednog na drugi, što je prikladnije za naknadne izračune. Ovi koordinatni sustavi su:
Pravokutni s ishodištem na vrhu paraboloida i osi Z koja se poklapa s osi njegove rotacije. Jednadžba površine zrcala u ovom koordinatnom sustavu ima oblik
cilindrični sustav. Ovdje i su polarne koordinate mjerene u ravnini Z=const. Kut se mjeri od ravnine XOZ. Paraboloidna jednadžba u tim koordinatama bit će
Pri određivanju koordinata izvornih točaka (tj. točaka izvora polja) prikladno je koristiti cilindrični koordinatni sustav.
Sferni koordinatni sustav s ishodištem u žarištu F i polarnom osi koja se podudara s osi Z. Ovdje - polarni kut mjeren od negativnog smjera osi - azimut, isti kao u cilindričnom sustavu. Već smo dobili jednadžbu površine zrcala u ovom koordinatnom sustavu: . Ovaj koordinatni sustav je prikladan za opisivanje uzorka zračenja iradijatora.
Sferni koordinatni sustav s ishodištem u fokusu paraboloida. Ovdje je polarni kut mjeren od pozitivnog smjera osi Z; - azimut mjeren iz ravnine XOZ. Ovaj koordinatni sustav prikladan je za određivanje koordinata točke promatranja i koristit će se za izračun polja zračenja.
Površina omeđena rubom paraboloida i ravninom naziva se otvor zrcala. Polumjer ove površine naziva se radijus otvaranja. Kut pod kojim se zrcalo može vidjeti van fokusa naziva se kut otvaranja zrcala.
Prikladno je karakterizirati oblik zrcala ili omjerom polumjera otvora i dvostruke udaljenosti (paraboloidni parametar) ili vrijednošću polovice otvora. Zrcalo se naziva plitko, ili dugo fokus, ako, duboko, ili kratko fokus, ako.
Lako je pronaći odnos između omjera i kuta.
Iz slike 1 proizlazi da
Za paraboloid dugog fokusa, za kratkofokus. At (fokus leži u ravnini otvora zrcala).
Metoda otvora za izračunavanje polja zračenja
U polju otvora zračenje reflektorske antene nalazi se prema poznatom polju u njezinu otvoru. U ovoj metodi zračećom se smatra ravna površina otvora paraboloida s infaznim poljem i poznatim zakonom raspodjele njegove amplitude.
Problem pronalaženja polja zračenja reflektorske antene metodom proračuna otvora, kao u općoj teoriji antena, dijeli se na dva:
Prvo, postoji polje u otvoru antene (interni zadatak).
Polje zračenja određuje se iz poznatog polja u otvoru (vanjski problem).
A) Određivanje polja u otvoru paraboloidnog zrcala
Polje u otvoru određuje se metodom geometrijske optike. Uvjet je uvijek zadovoljen, stoga se zrcalo u dalekoj zoni i val koji upada iz iradijatora u području od žarišta do površine zrcala mogu smatrati sfernim.
U sfernom valu amplituda polja se mijenja obrnuto proporcionalno. Nakon refleksije od površine zrcala, val postaje ravan i njegova amplituda se ne mijenja s udaljenosti sve dok se zrcalo ne otvori. Dakle, ako znamo normalizirani uzorak zračenja iradijatora, polje u otvoru zrcala je lako pronaći.
Radi praktičnosti izračuna, uvodimo normaliziranu koordinatu točke u otvoru zrcala
Zamijenite vrijednost i
u izraz za, nakon elementarnih transformacija dobivamo
Očito, i varira unutar.
Normalizirana vrijednost amplitude polja u otvoru određena je izrazom
Zamijenite vrijednost u posljednjoj formuli, konačno dobivamo
Dobivena formula je izračunata. Iz njega se vidi da amplituda polja u otvoru zrcala ovisi samo o radijalnoj koordinati. Ova aksijalna simetrija u raspodjeli polja proizlazi iz pretpostavke da je obrazac pomaka funkcija samo polarnog kuta i da ne ovisi o kutu azimuta, iako je ta ovisnost obično slabo izražena. Kao rezultat toga, u većini slučajeva moguće je ograničiti se na izračun raspodjele polja u otvoru samo duž dva glavna međusobno okomita smjera: paralelno s osi X i osi Y. Koordinatni sustav X, Y, Z je orijentiran tako da da ti pravci leže u vektorskoj ravnini (XOZ ravnina) i vektorskoj (YOZ ravnini). Za te se ravnine zatim izračunavaju polje zračenja i dijagram antene. Proračun se provodi pod pretpostavkom da polje u otvoru ovisi samo o radijalnoj koordinati, a dijagram zračenja ozračivača postoji kada se računa u vektorskoj ravnini, a kada se računa u vektorskoj ravnini.
Dakle, raspodjela polja u vektorskoj ravnini će se donekle razlikovati od raspodjele u ravnini, što je u suprotnosti s prihvaćenom ovisnošću raspodjele polja samo o radijalnoj koordinati. Međutim, zbog male razlike između funkcija i, napravljene pretpostavke ne dovode do značajnih pogrešaka u proračunima, a ujedno nam omogućuju da uzmemo u obzir razlike u obrascu pomaka u ravninama u. Od sl. vidi se da je središte zrcala najintenzivnije ozračeno, a polje se smanjuje amplitudom prema njegovim rubovima zbog smanjenja vrijednosti i povećanja s povećanjem. Tipična raspodjela normalizirane amplitude polja u otvoru paraboloidnog zrcala prikazana je na Sl.
Da bi se pojednostavili naknadni izračuni, preporučljivo je aproksimirati pronađenu vrijednost interpolacijskim polinomom
Ovaj polinom dobro aproksimira stvarnu raspodjelu polja u otvoru paraboloida, a za pronalaženje polja zračenja s takvom aproksimacijom nisu potrebni glomazni izračuni. Zračenje kružnog područja s distribucijom polja na njegovoj površini, određeno, već je razmatrano gore.
Interpolacijski čvorovi, t.j. točke u kojima se polinom podudara s prethodno pronađenom funkcijom, smatrat ćemo točke otvaranja zrcala koje odgovaraju vrijednostima: Tada se koeficijenti polinoma određuju iz sustava jednadžbi:
Na tome se rješenje problema određivanja polja u otvoru paraboloida može smatrati potpunim.
U inženjerskim proračunima, da biste pojednostavili izračune, obično se možete ograničiti na tri člana polinoma, t.j. stavi m=2. Zatim
U tom se slučaju kao interpolacijski čvorovi uzimaju točke u središtu otvora zrcala, na rubu zrcala i približno u sredini između ovih krajnjih točaka. Koeficijenti ovog polinoma određeni su sustavom jednadžbi:
Relativna pogreška, koja određuje odstupanje polinoma od zadane funkcije, može se izračunati po formuli
Proračuni pokazuju da u mnogim slučajevima, čak i s tri člana polinoma, relativna pogreška ne prelazi 1-2. Ako je potrebna veća točnost, treba uzeti veći broj polinomskih članova.
Određivanje polja zračenja paraboloidnog zrcala. Otvaranje ogledala je ravna okrugla površina. Polje na mjestu ima linearnu polarizaciju. Faza polja unutar mjesta je nepromijenjena, a raspodjela amplitude opisana je polinomom
Kao što je gore prikazano, svaka n-ta komponenta polja u otvoru, predstavljena polinomom, stvara jakost električnog polja u dalekoj zoni
gdje je S područje otvaranja, E 0 je amplituda jakosti električnog polja u središtu mjesta, je lambda funkcija reda (n + 1).
Ukupno polje u dalekom polju bit će jednako zbroju polja generiranih od strane svake komponente
Izraz definiran zbrojem u posljednjoj formuli je nenormalizirani uzorak antene:
Da bismo dobili normalizirani uzorak zračenja, nalazimo maksimalnu vrijednost. Maksimum zračenja sinfaznog područja odvija se u smjeru okomitom na ovo područje, t.j. na. Ova vrijednost odgovara vrijednosti. Imajte na umu da za bilo koji n.
posljedično,
Ova formula opisuje normalizirani uzorak zračenja paraboloidne reflektorske antene i izračunata je. Konstantni koeficijenti ovise o raspodjeli polja u otvoru zrcala. Njihove vrijednosti određene su sustavom jednadžbi
Ako je ograničeno na tri člana polinoma, t.j. stavimo m=2, normalizirani uzorak zračenja paraboloidnog zrcala opisuje se izrazom
Usmjerenost i dobit
reflektor antena parabolični otvor
Usmjerenost paraboličke antene prikladno se određuje kroz efektivnu površinu
gdje je geometrijska površina otvora, je faktor iskorištenja površine otvora.
Faktor iskorištenja površine otvora zrcala u potpunosti je određen prirodom raspodjele polja u otvoru. Kao što je poznato, za bilo koja područja pobuđena u fazi, njegova se vrijednost određuje formulom
U slučaju paraboloidnog zrcala imamo
Zatim, zamjenom vrijednosti, dobivamo
Za približan izračun možemo zanemariti ovisnost raspodjele polja o i pretpostaviti, kao što činimo u metodi izračuna otvora, da je amplituda polja u otvoru funkcija samo koordinate: . U ovom slučaju, formula je pojednostavljena i poprima oblik
Ova formula u većini slučajeva daje sasvim zadovoljavajuću točnost i može se uzeti kao proračunska.
Kao primjer računamo za dva slučaja:
Amplituda polja u otvoru je nepromijenjena;
Amplituda polja mijenja se po zakonu, t.j. na rubovima zrcala polje je nula.
Proračun prema formuli daje za prvi i za drugi slučaj.
U stvarnim antenama, vrijednost ovisi o vrsti napajanja i obliku (tj. dubini) zrcala.
Na slici je prikazana ovisnost faktora iskorištenja površine otvaranja o kutu otvaranja za slučaj kada je dovod dipol s diskastim reflektorom. Raspodjela polja u otvoru zrcala ozračenog takvim ozračivačem tipična je za mnoge praktične slučajeve.
Iz slike se može vidjeti da koeficijent doseže jedinicu kada se to objasni činjenicom da je polje u otvoru vrlo malih zrcala blizu ujednačenog. Kako se dubina zrcala povećava, koeficijent prilično brzo pada.
Koeficijent usmjerenog djelovanja, definiran kao
ne uzima u obzir gubitke energije za disipaciju, t.j. gubitak energije koji prolazi iz iradijatora pored zrcala.
Stoga faktor usmjerenosti paraboličkih zrcala, za razliku od rog antena, nije parametar koji dovoljno u potpunosti karakterizira pojačanje dobiveno korištenjem usmjerene antene. Za potpuniju karakterizaciju trebali biste koristiti takav parametar kao pojačanje antene
gdje je faktor učinkovitosti.
Toplinske gubitke elektromagnetske energije na površini zrcala možemo zanemariti. Zatim pod K.P.D. paraboličnu antenu treba shvatiti kao omjer upadne snage na površinu zrcala i ukupne snage zračenja izvora:
Da bismo odredili ovaj omjer, okružimo iradijator sferom polumjera Površinski element kugle jednak je. Ukupna snaga zračenja iradijatora određena je izrazom
gdje je amplituda jakosti polja u smjeru maksimalnog zračenja ozračivača; - normalizirani uzorak zračenja iradijatora.
Sukladno tome, snaga zračenja koja upada na zrcala bit će
Dakle, učinkovitost parabolične antene je
Iz ovog izraza se vidi da je K.P.D. je u potpunosti određen uzorkom zračenja iradijatora i vrijednošću.
Očito, što je veći kut, t.j. što je zrcalo dublje, veći dio zračene energije pogađa zrcalo i, posljedično, veća je učinkovitost. Dakle, priroda promjene funkcije je suprotna prirodi promjene funkcije.
Izračunajmo učinkovitost za slučaj kada je ozračivač dipol s diskastim reflektorom. Dijagram takvog ozračivača može se izraziti na sljedeći način
Za daljnje proračune potrebno je kut izraziti u kutovima i. Da biste to učinili, razmotrite lik u kojem je ravnina paralelna s ravninom otvaranja i prolazi kroz točku na njezinoj površini, a os se podudara s osi dipola i paralelna je s osi. Iz slike se vidi da
Na ovaj način
U posljednjoj formuli, integracija preko se vrši od 0 do, budući da pretpostavljamo da iradijator zrači samo u prednju hemisferu.
Integracija će u ovom slučaju biti pojednostavljena, a rezultat će se malo promijeniti, ako stavimo.
U ovom slučaju, integral se lako uzima i ispada da je učinkovitost jednaka
Rezultirajuća formula daje jednostavnu ovisnost učinkovitosti paraboličke antene o kutu otvaranja zrcala za slučaj kada je napajanje električni dipol s diskastim reflektorom. Kao rezultat toga, posljednja formula može se koristiti za približnu procjenu učinkovitosti paraboloidnih antena u mnogim praktičnim slučajevima.
Pojačanje reflektorske antene prema je proporcionalno proizvodu. Zbog različite prirode ovisnosti čimbenika o ovom proizvodu treba imati maksimum.
U nekim slučajevima, pojam faktor iskorištenja površine (KPI) podrazumijeva se kao količina i proizvod. U pravim paraboličnim antenama veličina je važna.
parabolično ogledalo- paraboliškasis veidrodis statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: engl. parabolično ogledalo vok. Parabolspiegel, m rus. parabolično ogledalo, n pranc. miroir parabolique, m … Radioelektronika terminų žodynas
parabolično ogledalo- parabolinis veidrodis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. parabolično ogledalo vok. Parabolspiegel, m rus. parabolično ogledalo, n pranc. miroir parabolique, m … Fizikos terminų žodynas
parabolično zrcalo sa središnjim dovodom- Ososimetrično parabolično zrcalo u kojem se feed nalazi u fokusu F. Kod ovog dizajna, antensko zrcalo je djelomično zasjenjeno sustavom za napajanje i njegovim nosačima smještenim u glavnom snopu antene (slika C 4). Oženiti se… …
parabolično zrcalo s pomakom- Neosimetrično parabolično zrcalo (segment parabole) s dovodom postavljenim izvan glavnog smjera zračenja (slika O 2). Ovim dizajnom isključeno je zasjenjenje površine zrcala antene i smanjena razina zračenja duž ... ... Priručnik tehničkog prevoditelja
parabolično ogledalo (solarna instalacija)- - [A.S. Goldberg. Engleski ruski energetski rječnik. 2006] Teme energija općenito EN jelo … Priručnik tehničkog prevoditelja
ogledalo s više dijelova- Sklopivo ogledalo (obično parabolično), koje se sastoji od velikog broja dijelova. Koristi se za stvaranje velikih antena raspoređenih u svemiru (slika M 5). [L.M. Nevdjajev. Telekomunikacijske tehnologije. Engleski ruski objašnjavajući rječnik ... ... Priručnik tehničkog prevoditelja
Uređaj za emitiranje i primanje radio valova. Odašiljačka antena pretvara energiju visokofrekventnih elektromagnetskih oscilacija, koncentriranu u izlaznim oscilatornim krugovima radio odašiljača, u energiju izračenih radio valova. Transformacija……
Arheolozi su pronašli brojne dokaze da su ljudi u pretpovijesno doba pokazivali veliko zanimanje za nebo. Najimpresivnije su megalitske građevine izgrađene u Europi i na drugim kontinentima prije nekoliko tisuća godina. Enciklopedija Collier
Ova tablica prikazuje glavne astronomske instrumente koji se koriste u domaćim istraživanjima. Skraćenica Puni naziv Proizvođač Optički sustav Promjer otvora (mm) Žižna duljina (mm) Zvjezdarnice u ... Wikipedia
- (od lat.reflekto okrećem se, reflektujem) teleskop opremljen zrcalnom lećom. R. se prvenstveno koriste za fotografiranje neba, fotoelektrična i spektralna istraživanja, rjeđe za vizualna promatranja. U… … Velika sovjetska enciklopedija
U idealnom slučaju, zrcalo bi trebalo imati parabolički oblik, ali ako odstupanja kugle od paraboloida ne prelaze 1/8 valne duljine svjetlosti, tada takva kugla radi točno kao paraboloid. Paraboloid ima zakrivljenost koja je manja na rubovima nego u sredini. To znači da pri testiranju s uređajem za sjenu, kada se "zvijezda" i nož nalaze u središtu zakrivljenosti, uzorak sjene za paraboloid treba imati isti oblik kao za zrcalo s blokadom na rubu (vidi sl. 29, c). Ova blokada nije bilo kakva, već apsolutno precizno proračunata. Razlika u položajima središta zakrivljenosti središnje i ekstremne zone jednaka je
gdje je D promjer zrcala u milimetrima, a R polumjer zakrivljenosti. Za naše ogledalo ove vrijednosti su 150 mm i 2400 mm. Uzdužna aberacija ovog paraboloida, kada se testira iz središta zakrivljenosti, iznosi 2,3 mm. U prefokalnom kritičnom položaju noža na sjenovitoj slici vidljiva je "izbočina" s ravnim vrhom - desnu stranu zauzima sjena u svim zonama, a polusjena u središnjoj zoni. Kako se nož pomiče dalje od zrcala, postaje vidljiva blokada nalik na bagel. Ova "krafna" se najbolje vidi kada je nož između dva kritična položaja, točno u sredini. Njegov je "vrh", međutim, jasno pomaknut iz srednjih zona bliže rubu zrcala. Proračuni pokazuju da kada je nož postavljen točno u sredinu između kritičnih položaja, "vrh" "krafne" je na udaljenosti od 0,7 polumjera zrcala; u našem slučaju, za ogledalo od 150 mm, "vrh" se nalazi na udaljenosti od 53 mm od njegovog središta. Konačno, kada nož dođe u kritični položaj izvan žarišta, sva sjena, osim ruba polusjene, na rubu zrcala, zauzet će poziciju na lijevoj strani zrcala.
Ako uspijemo umjetno iskriviti ravni reljef tako da dobije oblik glatke "krafne" bez "preloma" (oštro izraženih zona), onda će to značiti da smo iz kugle uspjeli dobiti paraboloid. Podsjetimo još jednom da paraboloid nije bilo kakva blokada, već samo glatka "krafna" s "vrhom" na udaljenosti od 0,7 polumjera od središta zrcala i zadane uzdužne aberacije.
Riža. 30. Reljefi u sjeni istog paraboličkog zrcala na različitim položajima noža. Slovne oznake su iste kao na sl. 29.
Da biste dobili glatku rupu u sredini i "spustili" rubove, potrebno je povećati zakrivljenost u središtu zrcala, tako da se ona postupno smanjuje od središta prema rubu (slika 30). Da biste dobili takvu rupu, postoji nekoliko načina.
1. Pronađimo kvadrat na jastučiću za poliranje čije središte leži otprilike u zoni 0,7r.Ostružemo ga na debljinu od 0,5 mm. Svakih 10 minuta kontroliramo zrcalo na uređaju za sjene (slika 31, a).
2. Proširite utore na rubu, ali ih ostavite netaknute u sredini do zone 0,3, kao što je prikazano na sl. 31, b. Svakih 10 minuta kontroliramo ogledalo.
3. Tanki sloj (0,5 mm) smole sastružemo na malim površinama u prosjeku 1-2 cm2 na način da je jastučić za poliranje najviše oslabljen u zoni 0,7. U središnjoj zoni i na najekstremnijoj zoni ostavljamo jastučić za poliranje netaknut (Sl. 31, c). Poliramo na obrubljenoj podlozi za poliranje i svakih 15 minuta kontroliramo ogledalo sjenilom.
4. U papirnatom krugu, čiji je vanjski promjer 15-20 mm veći od promjera jastučića za poliranje, izrežite zvijezdu, kao što je prikazano na sl. 31, d. Navlažite krug vodom i stavite ga na podlogu za poliranje zagrijanu u vodi. Nakon toga zrcalom oblikujemo jastučić za poliranje, stavljajući ogledalo na smolu, a uteg na ogledalo. Nakon 3-5 minuta takvog oblikovanja, uklanjamo teret i 5-10 minuta "poliramo" bez šafrana, bez uklanjanja kruga. Nakon toga uklanjamo krug. Zvijezda će se istisnuti na površini jastučića za poliranje. Ona će napraviti udubljenje u sredini zrcala.
Kod poliranja na rezanom ili oblikovanom jastučiću moguće su zonske pogreške.
Riža. 31. Metode poliranja zrcala tijekom parabolizacije.
a) Obrezivanje kvadrata na zoni od 70%, b) proširenje žljebova na rubu, c) obrezivanje zone od 70%, d) formiranje zvijezde.
Ako je ovo "valjak", ispolirati ćemo ga lokalnim retuširanjem. Ako je "jarak", povećat ćemo izrezivanje ove zone.
Prilikom pregleda zrcala pomoću tonskog uređaja, morate pažljivo pratiti rub, jer je sada lako vidjeti nepredviđenu blokadu ruba, koja izgleda kao uska traka koja oštro povećava radijus zakrivljenosti ekstremne zone. Kako bismo to spriječili, proširit ćemo žljebove u području širine 3-5 mm na rubu jastučića za poliranje, kao što je ranije navedeno.