Antenă parabolică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Jump to navigation Jump to search
O mare antenă parabolică de comunicații prin satelit la Erdfunkstelle Raisting, cea mai mare instituție de comunicații prin satelit din lume, în Raisting, Bavaria, Germania.

O antenă parabolică este o antenă care folosește un reflector parabolic, o suprafață curbată a cărei secțiune transversale are formă de parabolă. Utilitatea sa este direcționarea undelor radio. Forma obișnuită poate fi asemănată cu o farfurie. Principalul avantaj al unei antene parabolice este că are o mare directivitate.

Aceasta funcționează în mod similar la un reflector de lumină sau lanternă pentru a direcționa undele radio într-un fascicul îngust, sau să primească undele radio de la o anumită direcție. Antenele parabolice au unele dintre cele mai mari recepții, în sensul că ele pot produce lățimi de fascicul mai înguste, de orice tip de antenă.[1][2]. În scopul de a realiza lățimi de fascicul înguste, un reflector parabolic trebuie să fie mult mai mare decât lungimea de undă a undelor radio folosite, însă, antenele parabolice sunt utilizate în cea mai înaltă frecvență a spectrului de frecvențe radio, în frecvența ultra-înaltă și frecvențele unui cuptor cu microunde (de super-înaltă frecvență-SHF), la care lungimile de undă sunt suficient de mici astfel încât reflectoarele convenabile și mijlocii pot fi folosite.

O largă utilizare de antene parabolice este întâlnită la antenele cu radar, în care este necesară transmiterea printr-un fascicul îngust de unde radio pentru a localiza obiectele de transport, cum ar fi navele, avioanele și rachetele ghidate, și de multe ori, pentru detectarea stării vremii. Odată cu apariția de receptoare de televiziune prin satelit, antenele parabolice au devenit o trăsătură comună a peisajelor de țări moderne.

Antena parabolică a fost inventată de fizicianul german Heinrich Hertz în timpul descoperirii sale de undele radio în 1887. El a folosit reflectoare parabolice cilindrice cu antene de precizie excitată la concentrarea lor atât pentru transmitere, cât și primire în timpul experimentelor istorice.

Antenele parabolice se bazează pe proprietatea geometrică a paraboloidului pe care căile FP1Q1, FP2Q2, FP3Q3 au aceeași lungime. Deci, o fază de undă sferică emisă de o antenă de alimentare la focalizarea F a antenei va fi reflectată într-o undă L a planei de ieșire care se deplasează paralel cu axa VF a antenei.

Model[modificare | modificare sursă]

Principiul de funcționare al unei antene parabolice este acela că o sursă punctuală de undă radio la punctul focal în fața unui reflector paraboloidal al materialului conductiv va fi reflectată într-un fascicul de undă plană colimată în jurul axei reflectorului. În schimb, o undă plană de intrare paralelă cu axa va fi focalizată la un punct situat în punctul focal.

O antenă parabolică tipică constă dintr-un reflector parabolic metalic, cu o antenă de alimentare mică, suspendată în fața reflectorului, la focalizare, îndreptată spre reflector.

Reflectorul este o suprafață metalică formată într-un paraboloid de revoluție și de obicei, trunchiată într-o jantă circulară care formează diametrul antenei.[2] Într-o antenă de transmisie, curentul de radiofrecvență de la un emițător este furnizat printr-un cablu de linie de emisie către antena de alimentare, ceea ce îl convertește în unde radio. Undele radio sunt emise înapoi către disc de către antena de alimentare și reflectă discul într-un fascicul paralel. Într-o antenă de recepție, undele radio recepționate se aprind de pe antena și se focalizează la un punct de la antena de alimentare, ceea ce le transformă în curenți electrici care se deplasează printr-o linie de transmisie către receptorul radio.

Reflector parabolic[modificare | modificare sursă]

Antenă parabolică de forma unui grătar folosită pentru conexiunea de date MMDS la o frecvență de 2,5-2,7 GHz. Acesta este alimentat de un dipol vertical sub reflectorul de aluminiu de pe braț. Radiază microundele polarizate pe verticală.

Reflectorul poate fi din tablă metalică, ecran metalic sau grătar și poate fi fie un vas circular, fie în diferite forme pentru crearea altor diferite forme de fascicul. Un ecran metalic reflectă acea undă radio precum și o suprafață metalică solidă, mai ales că găurile sunt mai mici de o zecime dintr-o lungime de undă, astfel încât reflectorii de ecran sunt adesea utilizați pentru a reduce greutatea și încărcăturile vântului pe vas. Pentru a obține câștigul maxim, este necesar ca forma antenei să fie exactă într-o mică fracțiune de lungime de undă, pentru a se asigura că undele din diferite părți ale antenei ajung la focalizare în fază. Acele vase mari necesită adesea o structură de susținere în spatele lor pentru a asigura rigiditatea necesară.

Un reflector realizat dintr-un grătar de fire sau bare paralele orientate într-o direcție acționează ca un filtru de polarizare, precum și un reflector. Ea reflectă doar undele radio polarizate liniar, cu câmpul electric paralel cu elementele de grătar. Acest tip este adesea folosit în antenele cu radar. Combinat cu un horn de alimentare linear polarizat, ele ajută la filtrarea zgomotului în receptor și reduce randamentele false.

Deoarece un reflector parabolic strălucitor de metal poate focaliza și razele solare, majoritatea felurilor de farfurii pot concentra suficientă energie solară asupra structurii de alimentare, pentru a-o supraîncălzi grav dacă se întâmplă să fie îndreptate spre soare, reflectorizanții solizi li se dă întotdeauna un strat de vopsea plană.

Antenă de alimentare[modificare | modificare sursă]

La focalizarea reflectorului, antena alimentatoare este de obicei un tip de spor scăzut, cum ar fi un dipol pe jumătate de undă sau, mai des, o antenă cu horn mic numită horn suplimentar. În modele mai complexe, cum ar fi Cassegrain și Gregorian, un reflector secundar este utilizat pentru a direcționa energia în reflectorul parabolic de la o antenă de alimentare suplimentară situată departe de punctul focal principal. Antena de alimentare este conectată la echipamentul de transmisie sau recepție asociat cu radiofrecvență (RF) prin intermediul unei linii de transmisie prin cablu coaxial sau printr-un ghid de undă.

Tipuri de antene[modificare | modificare sursă]

Tipuri de antene

Antenele parabolice se disting prin forma lor:

  • Paraboloidă sau de farfurie - Reflectorul este în formă de paraboloid trunchiat într-o jantă circulară. Acesta este cel mai des întâlnit tip. Își radiază cu o grindă îngustă în jurul axei vasului.
  • Sub formă de vase înfășurate - uneori, un scut metalic cilindric este atașat la marginea vasului. Giulgiul protejează antena de radiații din unghiurile din afara axei principale a fasciculului, reducând sidelobii. Uneori este folositor pentru a preveni interferențele în legăturile cu microunde terestre, unde mai multe antene care utilizează aceeași frecvență sunt situate aproape împreună. Giulgiul este acoperit cu material absorbant cu microunde. Garniturile pot reduce radiațiile lobului înapoi cu 10 dB.[3]
  • Cilindrice - Reflectorul este curbat numai într-o direcție și plat în celălalt. Undele radio nu se concentrează pe un punct, ci pe o linie. Alimentarea este uneori o antenă dipolă situată de-a lungul liniei focale. Antenele parabolice cilindrice radiază un fascicul în formă de ventilator, îngust în dimensiunile curbate și largi în dimensiunea necurățată. Capetele curbe ale reflectorului sunt câteodată acoperite de plăci plate, pentru a împiedica radiația de la capete, ceea ce se numește antena de tip pillbox.
  • Antene cu fascicul gradat - Antenele reflectorizante moderne pot fi concepute pentru a produce un fascicul sau grinzi de la o anumită formă, mai degrabă decât doar raze gradate înguste sau "ventilatoare" ale antenelor simple și antene cilindrice de deasupra.[4]

Istorie[modificare | modificare sursă]

Prima antenă parabolică, construită de Heinrich Hertz în 1888.

Ideea utilizării reflectorilor parabolici pentru antenele radio a fost luată din optică, unde puterea unei oglinzi parabolice de a focaliza lumina într-o grindă a fost cunoscută încă din antichitatea clasică. Proiectarea unor tipuri specifice de antene parabolice, cum ar fi Cassegrain și Gregorian, provin de la aceleași tipuri analoage de telescop reflectorizant, care au fost inventate de astronomi în timpul secolului al XV-lea.[5]

Fizicianul german Heinrich Hertz a construit prima antenă reflectorizantă parabolică din lume în 1888.[2] Antena a fost făcută dintr-un reflector parabolic cilindric din tablă de zinc susținută de un cadru din lemn și a avut un dipol excitat ca o antenă de alimentare de-a lungul liniei focale. Diafragma sa a fost de 2 metri înălțime cu o lățime de 1,2 metri, cu o distanță focală de 0,12 metri și a fost utilizată la o frecvență de operare de aproximativ 450 MHz. Cu două astfel de antene, unul folosit pentru transmitere și celălalt pentru recepție, Hertz a demonstrat existența undelor radio care au fost prezise de James Clerk Maxwell cu 22 de ani mai devreme.[6]

Primele sisteme pasive de radiolocație care foloseau antene parabolice au fost sistemele radar pasive bazate pe puncte de ascultare și captare a sunetelor emise de diverse obiecte, cum ar fi aeronave și vase de război, sisteme apărute în timpul Primului Război Mondial[7]. Astfel de sisteme au fost construite și amplasate de către Royal Air Force (RAF) în jurul coastei Regatului Unit, în timpul Primului Război Mondial[7]. Imensele antene parabolice de beton numite și ,,oglinzi pentru sunet” aveau rolul de a amplifica zgomotul creat de avioanele, dirijabilele și vasele de război germane prin reflectarea undelor sonore pe suprafața curbată, concentrându-le într-un singur punct, precum razele solare reflectate pe o oglindă curbată[7]. Mai multe microfoane au fost plasate în fața reflectorului și în funcție de microfonul care recepționa semnalul se calcula cu aproximație distanța la care se găsea nava de război, dirijabilul sau avionul de insulă. Prima antenă parabolică a fost amplasată pe coasta de sud a Angliei, în apropierea orașului Kent. La început au existat cinci “oglinzi” concave realizate din oțel și beton, ce aveau o înălțime cuprinsă între șase și nouă metri. Apoi, în 1930, văzând eficacitatea sistemului, forțele britanice au ridicat și o a șasea “oglindă”, mult mai mare și puternică. Imensul perete curbat avea 60 de metri lungime și 8 metri înălțime și putea capta zgomotul produs de la avioanele aflate la o distanță de 30 de km de țărm. Acest sistem pasiv de radiolocație a continuat să fie folosit până la mijlocul anilor ’30 ai secolului XX[7].

Pionierul de radio italian, Guglielmo Marconi, a folosit un reflector parabolic în anii 1930 în investigațiile privind transmisia UHF de la barca sa în Marea Mediterană[5]. În 1931, a fost demonstrată o legătură telefonică a releului de radiofrecvență de 1,7 GHz din Canalul Mânecii, folosind miezuri cu diametrul de 3 metri[5]. Prima antenă parabolică mare, cât o farfurie de 9 metri, a fost constuită în 1937 de către pionierul radio-astronom Grote Reber în curtea din spate[2], iar cercetările pe care le-a facut cu cerul a fost unul dintre evenimentele în care au fondat domeniul radioastronomiei.

Dezvoltarea radarului în timpul celui de-al Doilea Război Mondial a oferit un impuls deosebit cercetării parabolice a antenei și a văzut evoluția antenelor în formă de fascicul, în care curba reflectorului este diferită în direcțiile verticale și orizontale, adaptate pentru a produce un fascicul cu formă particulară.[5] După război, au fost construite feluri de discuri parabolice ca telescoape radio. Turnul de control de la Green Bank, cu dimensiunea de 100 de metri de la Green Bank, Virginia de Vest, prima versiune a căreia a fost finalizată în 1962, este în prezent cel mai mare disc parabolic din lume.

Referințe[modificare | modificare sursă]

  1. ^ Straw, R. Dean, Ed. (). The ARRL Antenna Book, 19th Ed. USA: American Radio Relay League. p. 19.15. ISBN 0-87259-817-9. 
  2. ^ a b c d Stutzman, Warren L.; Gary A. Thiele (). Antenna Theory and Design, 3rd Ed. US: John Wiley & Sons. pp. 391–392. ISBN 0470576642.  Mai multe valori specificate pentru |autor2= și |nume2= (ajutor)
  3. ^ Lehpamer, Harvey (). Microwave transmission networks: Planning, Design, and Deployment. USA: McGraw Hill Professional. pp. 268–272. ISBN 0-07-170122-2. 
  4. ^ A. David Olver (1994) Microwave Horns and Feeds, p. 61-62
  5. ^ a b c d Olver, A. David (). Microwave horns and feeds. USA: IET. p. 3. ISBN 0-7803-1115-9. 
  6. ^ Love, Allan W. „Large Space Antenna Concepts for ESGP” (PDF). Rockwell International. Accesat în . 
  7. ^ a b c d http://www.cunoastelumea.ro/primele-sisteme-radar-cum-aratau-acestea-pe-ce-principii-functionau-si-unde-au-fost-amplasate/

Vezi și[modificare | modificare sursă]

Legături externe[modificare | modificare sursă]

Commons
Wikimedia Commons conține materiale multimedia legate de Antenă parabolică