Eine parabolische Antenne ist eine Antenne, die einen parabolischen Reflektor, eine gekrümmte Oberfläche mit der Quer-Schnittgestalt einer Parabel verwendet, um die Funkwellen zu leiten. Der grösste Teil der Standardform wird wie ein Teller gestaltet und wird eine Parabolantenne oder parabolischen Teller populär genannt. Der Hauptvorteil einer parabolischen Antenne besteht darin, dass es hoch Direktive ist; es fungiert ähnlich zu einem Suchscheinwerfer oder Leuchtfeuer-Reflektor, um die Funkwellen in einem schmalen Balken zu leiten, oder Funkwellen von einer besonderer Richtung nur zu erhalten. Parabolische Antennen haben einige der höchsten Gewinne, die sind, können sie die schmalsten Balken-Breite-Winkel jedes Antenne-Typs erzeugen. Um schmalen beamwidths zu erreichen, muss der parabolische Reflektor viel größer sein als die Wellenlänge der verwendeten Funkwellen, so werden parabolische Antennen im hohen Frequenzteil des Radiospektrums verwendet, an der UHF und Mikrowelle (SHF) können Frequenzen, an denen Wellenlängen klein genug sind, der günstig Teller nach Größen geordnet hat, verwendet werden.

Parabolische Antennen werden als Antennen des hohen Gewinns für die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation in Anwendungen wie Mikrowellenrelaisverbindungen verwendet, die Telefon- und Fernsehsignale zwischen nahe gelegenen Städten, WAN/LAN Radioverbindungen für Datenkommunikationen, Satelliten und Raumfahrzeugnachrichtenantennen und Radiofernrohre tragen. Ihr anderer großer Gebrauch ist in Radarantennen, die einen schmalen Balken von Funkwellen ausstrahlen müssen, um Gegenstände wie Schiffe und Flugzeuge ausfindig zu machen. Mit dem Advent von Haussatellitenfernsehen-Tellern sind parabolische Antennen eine allgegenwärtige Eigenschaft der modernen Landschaft geworden.

|In eine parabolische Antenne, eingehende parallele Funkwellen (Q - Q) werden zu einem Punkt am Fokus des Tellers (F) widerspiegelt, wo sie durch eine kleine Futter-Antenne erhalten werden.]]

Design

Der Betriebsgrundsatz einer parabolischen Antenne ist, dass eine Punkt-Quelle von Funkwellen am Brennpunkt vor einem paraboloidal Reflektor des leitenden Materials in einen zusammenfallen gelassenen Flugzeug-Welle-Balken entlang der Achse des Reflektors widerspiegelt wird. Umgekehrt wird eine eingehende Flugzeug-Welle-Parallele zur Achse zu einem Punkt am Brennpunkt eingestellt.

Eine typische parabolische Antenne besteht aus einem parabolischen Metallreflektor mit einer kleinen Futter-Antenne, die vor dem Reflektor an seinem Fokus aufgehoben ist, angespitzt zurück zum Reflektor. Der Reflektor ist eine metallische Oberfläche, die in einen paraboloid der Revolution gebildet ist und gewöhnlich in einem kreisförmigen Rand gestutzt ist, der das Diameter der Antenne bildet. In einer Sendeantenne wird der Radiofrequenzstrom von einem Sender durch ein Übertragungslinienkabel der Futter-Antenne geliefert, die ihn in Funkwellen umwandelt. Die Funkwellen werden zurück zum Teller durch die Futter-Antenne ausgestrahlt und denken vom Teller in einen parallelen Balken nach. In einer Empfang-Antenne springen die eingehenden Funkwellen vom Teller und werden zu einem Punkt an der Futter-Antenne eingestellt, die sie zu elektrischen Strömen umwandelt, die durch eine Übertragungslinie zum Empfänger reisen.

Parabolischer Reflektor

Der Reflektor kann von Metallblech, Metallschirm sein, oder Grill-Aufbau anschließen, und es kann entweder ein kreisförmiger "Teller" oder verschiedene andere Gestalten sein, um verschiedene Balken-Gestalten zu schaffen. Ein Metallschirm widerspiegelt Funkwellen sowie eine feste Metalloberfläche, so lange die Löcher kleiner sind als 1/10 einer Wellenlänge, so werden Schirm-Reflektoren häufig verwendet, um Gewicht und Windlasten auf dem Teller zu reduzieren. Um den maximalen Gewinn zu erreichen, ist es notwendig, dass die Gestalt des Tellers innerhalb eines kleinen Bruchteils einer Wellenlänge genau ist, sicherzustellen, dass die Wellen von verschiedenen Teilen der Antenne den Fokus in der Phase erreichen. Große Teller verlangen häufig, dass eine Unterstützen-Bruchband-Struktur hinter ihnen die erforderliche Steifkeit zur Verfügung stellt.

Ein Reflektor, der aus einem Grill von parallelen Leitungen oder in einer Richtung orientierten Bars gemacht ist, handelt als ein sich spaltender Filter sowie ein Reflektor. Es widerspiegelt nur geradlinig polarisierte Funkwellen mit der elektrischen Feldparallele zu den Grill-Elementen. Dieser Typ wird häufig in Radarantennen verwendet. Verbunden mit einem geradlinig polarisierten Futter-Horn hilft es, Geräusch im Empfänger herauszufiltern, und reduziert falschen Umsatz.

Futter-Antenne

Die Futter-Antenne am Fokus des Reflektors ist normalerweise ein Typ des niedrigen Gewinns wie ein Halbwelle-Dipol, oder öfter hat eine kleine Hornantenne ein Futter-Horn genannt. In komplizierteren Designs, wie Cassegrain und Gregorian, wird ein sekundärer Reflektor verwendet, um die Energie in den parabolischen Reflektor von einer Futter-Antenne gelegen weg vom primären Brennpunkt zu leiten. Die Futter-Antenne wird mit der verbundenen Radiofrequenz (RF) übersendende oder erhaltende Ausrüstung mittels einer koaxialen Kabelübertragungslinie oder Wellenleiter verbunden.

Ein Vorteil von parabolischen Antennen besteht darin, dass der grösste Teil der Struktur der Antenne (alles davon außer der Futter-Antenne) nichtwiderhallend ist, so kann es über eine breite Reihe von Frequenzen fungieren, die eine breite Bandbreite ist. Alles, was notwendig ist, um die Frequenz der Operation zu ändern, soll die Futter-Antenne durch diejenige ersetzen, die an der neuen Frequenz arbeitet. Einige parabolische Antennen übersenden oder erhalten an vielfachen Frequenzen durch das Besteigen mehrerer Futter-Antennen am Brennpunkt eng miteinander.

Typen

Parabolische Antennen sind durch ihre Gestalten bemerkenswert:

• Paraboloidal oder Teller - Der Reflektor werden wie ein paraboloid gestutzter in einem kreisförmigen Rand gestaltet. Das ist der allgemeinste Typ. Es strahlt einen schmalen Balken in der Form von des Bleistifts entlang der Achse des Tellers aus.
• Verschleierter Teller - Manchmal ein zylindrisches Metallschild wird dem Rand des Tellers beigefügt. Das Leichentuch beschirmt die Antenne vor der Radiation von Winkeln außerhalb der Hauptbalken-Achse, den sidelobes reduzierend. Es wird manchmal verwendet, um Einmischung in Landmikrowellenverbindungen zu verhindern, wo mehrere Antennen mit derselben Frequenz eng miteinander gelegen werden. Das Leichentuch wird innen mit dem absorbierenden Mikrowellenmaterial angestrichen. Leichentücher können zurück Lappen-Radiation um 10 DB reduzieren.
• Zylindrisch - wird Der Reflektor in nur einer Richtung und Wohnung im anderen gebogen. Die Funkwellen kommen zu einem Fokus nicht an einem Punkt, aber entlang einer Linie. Das Futter ist manchmal eine entlang der im Brennpunkt stehenden Linie gelegene Dipolantenne. Zylindrische parabolische Antennen strahlen einen fächerförmigen Balken aus, der in der gekrümmten Dimension schmal ist, und in der ungekrümmten Dimension breit ist. Die gekrümmten Enden des Reflektors werden manchmal durch flache Teller bedeckt, um Radiation die Enden zu verhindern, und das wird eine Pillenschachtel-Antenne genannt.
• Antennen des geformten Balkens - Moderne parabolische Antennen können entworfen werden, um einen Balken oder Balken einer besonderen Gestalt, aber nicht gerade die schmalen "Bleistift-" oder "Anhänger"-Balken des einfachen Tellers und der zylindrischen Antennen oben zu erzeugen. Zwei Techniken werden häufig in der Kombination verwendet, um die Gestalt des Balkens zu kontrollieren:
• Geformte Reflektoren - Der parabolische Reflektor kann eine nichtkreisförmige Gestalt und/oder verschiedene Krümmungen im horizontalen und den vertikalen Richtungen gegeben werden, um die Gestalt des Balkens zu verändern. Das wird häufig in Radarantennen verwendet. Als ein allgemeiner Grundsatz, je breiter die Antenne in einer gegebenen Querrichtung ist, desto schmaler das Strahlenmuster in dieser Richtung sein wird.
• "Orangenschale"-Antenne - Verwendet in Suchradaren ist das eine lange schmale wie der Brief "C" gestaltete Antenne. Es strahlt aus ein schmaler vertikaler Anhänger hat Balken gestaltet.
• Die Reihe des Futters - Um einen Balken in der willkürlichen Form, statt eines Futter-Hornes eine Reihe von um den Brennpunkt gebündelten Futter-Hörnern zu erzeugen, kann verwendet werden. Reihe-gefütterte Antennen werden häufig auf Nachrichtensatelliten, besonders direkten Rundfunksatelliten verwendet, um ein downlink Strahlenmuster zu schaffen, um einen besonderen Kontinent oder Einschluss-Gebiet zu bedecken. Sie werden häufig mit sekundären Reflektor-Antennen wie Cassegrain verwendet.

Parabolische Antennen werden auch durch den Typ des Futters klassifiziert, d. h. wie die Funkwellen der Antenne geliefert werden:

• Axiales oder Vorderfutter - Das ist der allgemeinste Typ des Futters mit der Futter-Antenne, die vor dem Teller am Fokus auf der Balken-Achse gelegen ist. Ein Nachteil dieses Typs ist, dass das Futter und seine Unterstützungen etwas vom Balken blockieren, der die Öffnungsleistungsfähigkeit auf nur 55 - 60 % beschränkt.
• Außer Achse oder Ausgleich-Futter - Der Reflektor ist ein asymmetrisches Segment eines paraboloid, so werden der Fokus und die Futter-Antenne, zu einer Seite des Tellers gelegen. Der Zweck dieses Designs ist, die Futter-Struktur aus dem Balken-Pfad zu bewegen, so blockiert es den Balken nicht. Es wird in Haussatellitenfernsehen-Tellern weit verwendet, die klein genug sind, dass die Futter-Struktur einen bedeutenden Prozentsatz des Signals sonst blockieren würde. Ausgleich-Futter wird auch in vielfachen Reflektor-Designs wie Cassegrain und Gregorian unten verwendet.
• Cassegrain - In einer Antenne von Cassegrain wird das Futter auf oder hinter dem Teller gelegen, und strahlt vorwärts aus, einen konvexen hyperboloidal sekundären Reflektor am Fokus des Tellers illuminierend. Die Funkwellen vom Futter denken nach setzen den sekundären Reflektor zum Teller zurück, der den aus dem Amt scheide Balken bildet. Ein Vorteil dieser Konfiguration besteht darin, dass das Futter, mit seinen Wellenleitern und "Vorderende" Elektronik vor dem Teller nicht aufgehoben werden muss, so wird es für Antennen mit dem komplizierten oder umfangreichen Futter, wie große Satellitenverkehr-Antennen und Radiofernrohre verwendet. Öffnungsleistungsfähigkeit ist auf der Ordnung 65 - 70%
• Gregorianisch - Ähnlich dem Design von Cassegrain, außer dass der sekundäre Reflektor konkav, in der Gestalt (ellipsenförmig) (ist). Öffnungsleistungsfähigkeit mehr als 70 % kann erreicht werden.

Futter-Muster

Das Strahlenmuster der Futter-Antenne muss zur Gestalt des Tellers geschneidert werden, weil es einen starken Einfluss auf die Öffnungsleistungsfähigkeit hat, die den Antenne-Gewinn bestimmt (sieh Gewinn-Abteilung unten). Die Radiation vom Futter, das außerhalb des Randes des Tellers fällt, wird "Überlauf" genannt und wird vergeudet, den Gewinn reduzierend und den backlobes vergrößernd, vielleicht Einmischung oder (im Empfang von Antennen) zunehmende Empfänglichkeit veranlassend, Geräusch niederzulegen. Jedoch wird maximaler Gewinn nur erreicht, wenn der Teller mit einer unveränderlichen Feldkraft zu seinen Rändern gleichförmig "illuminiert" wird. So würde das ideale Strahlenmuster einer Futter-Antenne eine unveränderliche Feldkraft überall im Raumwinkel des Tellers sein, plötzlich zur Null an den Rändern fallend. Jedoch haben praktische Futter-Antennen Strahlenmuster, die allmählich an den Rändern abfallen, so ist die Futter-Antenne ein Kompromiss zwischen annehmbar niedrigem Überlauf und entsprechender Beleuchtung. Für die meisten Vorderfutter-Hörner wird optimale Beleuchtung erreicht, wenn die durch das Futter-Horn ausgestrahlte Macht 10 DB weniger am Teller-Rand ist als sein maximaler Wert am Zentrum des Tellers.

Wenn die höchste Leistung erforderlich ist, kann eine Technik genannt "das Doppelreflektor-Formen" verwendet werden. Das schließt das Ändern der Gestalt des Subreflektors (gewöhnlich in einer Konfiguration von Cassegrain) ein, um das bekannte Muster des Futters in eine gleichförmige Beleuchtung der Vorwahl kartografisch darzustellen, den Gewinn zu maximieren. Jedoch läuft das auf einen sekundären hinaus, der nicht mehr genau hyperbolisch ist (obwohl es noch sehr nah ist), so wird das unveränderliche Phase-Eigentum verloren. Dieser Phase-Fehler kann jedoch für durch das geringe Zwicken der Gestalt des primären Spiegels ersetzt werden.

Das Ergebnis ist ein höherer Gewinn oder Verhältnis des Gewinns/Überlaufs auf Kosten von Oberflächen, die heikler sind, um zu fabrizieren und zu prüfen.

Geschichte

Die Idee, parabolische Reflektoren für Radioantennen zu verwenden, wurde von der Optik genommen, wo die Macht eines parabolischen Spiegels, Licht in einen Balken einzustellen, seit der klassischen Altertümlichkeit bekannt gewesen ist. Die Designs von einigen spezifischen Typen der parabolischen Antenne, wie Cassegrain und Gregorian, kommen aus ähnlich genannten analogen Typen des nachdenkenden Fernrohrs, die von Astronomen während des 15. Jahrhunderts erfunden wurden.

Deutscher Physiker Heinrich Hertz hat die erste parabolische Reflektor-Antenne in der Welt 1888 gebaut. Die Antenne war ein zylindrischer parabolischer Reflektor, der aus Zinkmetallblech gemacht ist, das durch einen Holzrahmen unterstützt ist, und hatte aufgeregten Dipol einer Funken-Lücke entlang der im Brennpunkt stehenden Linie. Seine Öffnung war durch 1.2 Meter breite mit einer im Brennpunkt stehenden Länge von 0.12 Metern 2 Meter hoch, und wurde an einer Betriebsfrequenz von ungefähr 450 MHz verwendet. Mit zwei solchen Antennen, einem verwendetem für das Übertragen und anderem für den Empfang, hat Hertz die Existenz von Funkwellen demonstriert, die von James Clerk Maxwell ungefähr 22 Jahre früher vorausgesagt worden waren.

Italienischer Radiopionier Guglielmo Marconi hat einen parabolischen Reflektor während der 1930er Jahre in Untersuchungen der UHF-Übertragung von seinem Boot in Mittelmeer verwendet. 1931 eine Mikrowellenrelaisverbindung über den Englischen Kanal mit 10 ft. (3-Meter-)-Diameter-Teller wurden demonstriert. 1937 hat Grote Reber das erste Radiofernrohr gebaut, um eine parabolische Antenne zu verwenden, und hat einen Himmel-Überblick damit, eines der Ereignisse getan, die das Feld der Radioastronomie gegründet haben. Die Entwicklung des Radars während des Zweiten Weltkriegs hat einen großen Impuls der parabolischen Antenne-Forschung zur Verfügung gestellt, und hat die Evolution von Antennen des geformten Balkens gesehen, in denen die Kurve des Reflektors in den vertikalen und horizontalen Richtungen, geschneidert verschieden ist, um einen Balken mit einer besonderen Gestalt zu erzeugen. Während der 1950er Jahre sind Parabolantennen weit verwendet in Landmikrowellenrelaisnachrichtensystemen geworden.

Die erste parabolische für den Satellitenverkehr verwendete Antenne wurde 1962 an Goonhilly in Cornwall, England, dem Vereinigten Königreich gebaut, um mit dem Satelliten von Telstar zu kommunizieren. Die Cassegrain Antenne wurde in Japan 1963 durch NTT, KDDI und Mitsubishi Elektrisch entwickelt. Das Advent in den 1970er Jahren von Computerprogrammen wie NEC, der dazu fähig ist, das Strahlenmuster von parabolischen Antennen zu berechnen, hat zur Entwicklung von hoch entwickelten asymmetrisch, Mehrreflektor und Mehrfutter-Designs in den letzten Jahren geführt.

Gewinn

Die lenkenden Qualitäten einer Antenne werden durch einen ohne Dimension Parameter genannt seinen Gewinn gemessen, der das Verhältnis der Macht ist, die durch die Antenne von einer Quelle entlang seiner Balken-Achse zur durch eine hypothetische isotropische Antenne erhaltenen Macht erhalten ist. Der Gewinn einer parabolischen Antenne ist:

wo:

• ist das Gebiet der Antenne-Öffnung, d. h. des Mundes des parabolischen Reflektors
• ist das Diameter des parabolischen Reflektors
• ist die Wellenlänge der Funkwellen.
• ist ein ohne Dimension Parameter zwischen 0, und 1 hat die Öffnungsleistungsfähigkeit genannt. Die Öffnungsleistungsfähigkeit von typischen parabolischen Antennen ist 0.55 zu 0.70.

Es kann gesehen werden, dass, als mit jeder Öffnungsantenne, je größer die Öffnung, im Vergleich zur Wellenlänge, desto höher der Gewinn ist. Die Gewinn-Zunahmen mit dem Quadrat des Verhältnisses der Öffnungsbreite zur Wellenlänge, so können große parabolische Antennen, wie diejenigen, die für die Raumfahrzeugkommunikation und Radiofernrohre verwendet sind, äußerst hohen Gewinn haben. Die Verwendung der obengenannten Formel zu den 25-Meter-Diameterantennen, die häufig in der Radiofernrohr-Reihe und den Satellitenboden-Antennen an einer Wellenlänge von 21 Cm verwendet sind (1.42 GHz, eine allgemeine Radioastronomie-Frequenz), gibt einen ungefähren maximalen Gewinn von 140,000mal oder ungefähr 50 dBi (Dezibel über dem isotropischen Niveau) nach.

Öffnungsleistungsfähigkeit e ist eine allumfassende Variable, die für verschiedene Verluste verantwortlich ist, die den Gewinn der Antenne vom Maximum reduzieren, das mit der gegebenen Öffnung erreicht werden konnte. Die Hauptfaktoren, die die Öffnungsleistungsfähigkeit in parabolischen Antennen are: reduzieren.

• Futter-Überlauf - Etwas von der Radiation von der Futter-Antenne fällt außerhalb des Randes des Tellers und trägt zum Hauptbalken so nicht bei.
• Futter-Beleuchtungswachskerze - Der maximale Gewinn für jede Öffnungsantenne wird nur erreicht, wenn die Intensität des ausgestrahlten Balkens über das komplette Öffnungsgebiet unveränderlich ist. Jedoch verringert sich das Strahlenmuster von der Futter-Antenne gewöhnlich zum Außenteil des Tellers, so werden die Außenteile des Tellers mit einer niedrigeren Intensität der Radiation "illuminiert". Selbst wenn das Futter unveränderliche Beleuchtung über den durch den Teller entgegengesetzten Winkel zur Verfügung gestellt hat, sind die Außenteile des Tellers weiter weg von der Futter-Antenne als die inneren Teile, so würde die Intensität mit der Entfernung vom Zentrum abfallen. So ist die Intensität des durch eine parabolische Antenne ausgestrahlten Balkens am Zentrum des Tellers maximal und geht mit der Entfernung von der Achse zurück, die Leistungsfähigkeit reduzierend.
• Öffnungsverstopfung - In vordergefütterten parabolischen Tellern, wo die Futter-Antenne vor dem Teller im Balken-Pfad (und in Designs von Cassegrain und Gregorian ebenso), die Futter-Struktur und seine Unterstützungen gelegen wird, blockiert etwas vom Balken. In kleinen Tellern wie Haussatellitenschüsseln, wo die Größe der Futter-Struktur mit der Größe des Tellers vergleichbar ist, kann das den Antenne-Gewinn ernstlich reduzieren. Um dieses Problem zu verhindern, verwenden diese Typen von Antennen häufig ein Ausgleich-Futter, wo die Futter-Antenne zu einer Seite außerhalb des Balken-Gebiets gelegen wird. Die Öffnungsleistungsfähigkeit für diese Typen von Antennen kann 0.7 bis 0.8 reichen.
• Gestalt-Fehler - zufällige Oberflächenfehler in Form des Reflektors reduzieren Leistungsfähigkeit. Dem Verlust wird durch die Gleichung von Ruze näher gekommen.

Für theoretische Rücksichten der gegenseitigen Einmischung (an Frequenzen zwischen 2 und c. 30 GHz - normalerweise im Festen Satellitendienst), wo spezifische Antenne-Leistung, eine Bezugsantenne nicht definiert worden ist, die auf der Empfehlung ITU-R S.465 gestützt ist, wird verwendet, um die Einmischung zu berechnen, die den wahrscheinlichen sidelobes für Effekten außer Achse einschließen wird.

Beamwidth

Die winkelige Breite des durch Antennen des hohen Gewinns ausgestrahlten Balkens wird durch die Halbmacht-Balken-Breite (HPBW) gemessen, die die winkelige Trennung zwischen den Punkten auf dem Antenne-Strahlenmuster an der die Stromabfälle zu einer Hälfte (von-3 DB) sein maximaler Wert ist. Für parabolische Antennen wird durch den HPBW θ gegeben:

wo k ein Faktor ist, der sich ein bisschen abhängig von der Gestalt des Reflektors und des Futter-Beleuchtungsmusters ändert. Für eine "typische" parabolische Antenne k = 70, wenn θ in Graden ist.

Für eine typische 2-Meter-Satellitenschüssel, die auf dem C Band (4 GHz), wie ein gezeigter hier funktioniert, gibt diese Formel einen beamwidth von ungefähr 2.6 °. Für die Antenne von Arecibo an 2.4 GHz ist der beamwidth 0.028 °. Es kann gesehen werden, dass parabolische Antennen sehr schmale Balken erzeugen können, und das Zielen von ihnen ein Problem sein kann. Einige parabolische Teller werden mit einer Mittelachse ausgestattet, so können sie genau auf die andere Antenne gerichtet werden.

Es kann gesehen werden, dass es eine umgekehrte Beziehung zwischen Gewinn und Balken-Breite gibt. Durch das Kombinieren der beamwidth Gleichung mit der Gewinn-Gleichung ist die Beziehung:

Siehe auch

• Radiofernrohr
• Satellitenschüssel
• Simulsat (eine parabolische Quasiantenne, die in einem Flugzeug kugelförmig und in einem anderen parabolisch ist)
• Eckreflektor

Links

• WiFi: Parabolischer Teller mit dem Esser von BiQuad
• Auf Google basierter Online-Satellitenfinder stellt kartografisch dar
• Antenne-Typen: Parabolische Antenne für WiFi
• Online Dienstprogramm mit google Karten und jede Satellitenkanalliste anspitzend: http://www.dishpointer.com /
• Zeichentrickfilm der Fortpflanzung von einer parabolischen Parabolantenne von YouTube