ANTENA DAN PROPAGSIANTENA REFLEKTOR

ISTNDisusun Oleh :

ULFAR (1222 1789)

ANGKATAN VIPROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI (S1)

JURUSAN TEKNIK ELEKTROINSTITUT SAINS DAN TEKNOLOGI NASIONAL

CIKINI2013

15.1 PENDAHULUAN

Antena reflektor , dalam satu bentuk atau lain , telah digunakan sejak ditemukannya perambatan

gelombang elektromagnetik pada tahun 1888 oleh Hertz . Namun seni dari pengalisaan dan

perancangan reflektor dari berbagai banyak bentuk geometris tidak bertahan sampai Perang Dunia II

ketika berbagai aplikasi radar berevolusi. berikut tuntutan reflektor untuk digunakan dalam astronomi

radio , komunikasi microwave, dan pelacakan satelit menghasilkan kemajuan yang luar biasa dalam

pengembangan teknik yang canggih dalam analisis dan eksperimental dalam membentuk permukaan

reflektor dan mengoptimalkan iluminasi atas apertures mereka sehingga untuk memaksimalkan

keuntungan . Penggunaan reflektor antena untuk komunikasi deep- space , seperti dalam program luar

angkasa dan terutama penyebaran mereka di permukaan bulan , mengakibatkan pendirian reflektor

antena hampir sebagai kalimat umum selama selama 1960-an. Meskipun antena reflektor mengambil

banyak konfigurasi geometris, beberapa bentuk yang paling populer adalah pesawat, sudut , dan

melengkung reflektor ( terutama paraboloid tersebut ) , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 15.1 ,

yang masing-masing akan dibahas inthis bab . Banyak artikel fase onvarious dari analisis dan desain

reflektor melengkung telah dipublikasikan dan beberapa yang paling direferensikan dapat ditemukan

dalam sebuah buku kertas dicetak ulang [ 1 ] .

Penggunaan reflektor pada antena mempunyai fungsi untuk merubah pola radiasi dan lebar berkas

pancaran antena sehingga dengan sendirinya bisa meningkatkan Gain antena. Besarnya perubahan gain

yang dihasilkan dengan adanya penambahan reflektor bisa dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya

ialah dengan mengatur besarnya sudut panel reflektor (α), mengatur besarnya jarak antara driven

element dan panel reflektor (spasi), dan merubah dimensi panjang reflektor (h). Pola radiasi yang

dihasilkan antena biquad ialah bidirectional, sinyal dipancarkan ke dua arah dengan besar yang sama.

Dengan penambahan reflektor, akan membatasi pola radiasi agar tidak melebar kebelakang dan

kekuatan pancarannya akan diperkuat ke arah sebaliknya, sehingga dapat terlihat dengan jelas

bagaimana perubahan pola pancar antena sebelum dan sesudah penambahan reflektor.

15.2 PLANE REFLEKTOR

Jenis paling sederhana dari reflektor adalah reflektor pesawat diperkenalkan untuk energi langsung

dalam tujuan yang ditentukan. Pengaturan diperlihatkan pada Gambar 15.1 ( a) yang telah banyak

dianalisis dalam Bagian 4.7 ketika sumber radiasi adalah elemen linear vertikal atau horizontal. Sudah

jelas ditunjjukan bahwa polarisasi pada sumber radiasi dan posisi yang relative terhadap refleksi

permukaan yang biasanya digunakann mengontorol pengaturan radiasi ( pola , impedansi , directivity)

dari sistem secara keseluruhan. Teori gambar telah digunakan untuk menganalisis karakteristik

pemancar dari sistem tersebut . Meskipun dimensi tak terbatas dari pesawat reflektor yang ideal,

hasilnya dapat digunakan sebagai perkiraan untuk permukaan elektrik besar. Gangguan diperkenalkan

dengan menjaga dimensi

terbatas dapat dipertanggungjawabkan dengan menggunakan metode khusus seperti Teori geometris

dari Difraksi [ 2 ] - [ 5 ] yang diperkenalkan pada Section12.10 .

15.3 CORNER REFLEKTOR

Untuk lebih collimate energi di arah depan , bentuk geometris Pesawat reflektor itu sendiri harus diubah

untuk menghalangi radiasi di bagian belakang dan samping arah. Salah satu pengaturan yang

menyelesaikan dua reflektor pesawat bergabung sehingga membentuk sudut , seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 15.1 ( b ) dan 15.2 ( a) . ini dikenal sebagai sudut reflektor . Karena kesederhanaan dalam

konstruksi , ia memiliki banyak aplikasi unik . Sebagai contoh, jika reflektor digunakan sebagai target

pasif radar atau aplikasi komunikasi , maka sinyal tersebut akan kembali tepat di arah yang sama karena

menerima saat sudut yang disertakan sejumlah 90 ◦ . Hal ini digambarkan secara geometris dalam

Gambar 15.2 ( b ). Karena fitur unik ini , kapal militer dan kendaraan yang dirancang dengan sudut tajam

minimum untuk mengurangi deteksi radar musuh mereka. reflektor sudut juga banyak digunakan untuk

menerima elemen televisi rumah.

Dalam aplikasi yang paling praktis, termasuk sudut yang dibentuk oleh pelat biasanya 90 ◦ , namun sudut

lain kadang-kadang juga digunakan untuk mempertahankan efisiensi sistem tertentu, jarak antara titik

dan elemen pakan harus meningkat termasuk sudut reflektor berkurang, dan sebaliknya. Untuk reflektor

dengan sisi tak terbatas, kenaikan meningkat sebagai sudut yang tercakup diantara pesawat yang

menurun. Bagaimanapun ,

mungkin tidak benar untuk ukuran terbatas piring . Untuk mempermudah , dalam bab ini akan

diasumsikan bahwa piring sendiri tak terbatas luasnya ( l = ∞ ) . Namun, karena dalam praktek dimensi

harus terbatas , pedoman pada ukuran aperture ( Da ) , panjang ( l ) , dan ketinggian (h ) akan diberikan.

Unsur feed untuk reflektor sudut hampir selalu dpole atau array dipole collinear ditempatkan sejajar

dengan titik dengan jarak s, seperti yang ditunjukkan dalam perspektif pada Gambar 15.2 ( c ) .

Bandwidth yang lebih besar diperoleh ketika unsur-unsur pakan adalah silinder atau dipol biconical

bukan kabel tipis. Dalam banyak aplikasi , terutama ketika panjang gelombang besar dibandingkan

dengan dimensi fisik ditoleransi , yang permukaan sudut reflektor sering terbuat dari kabel jaringan

daripada lembaran padat logam , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 15.2 ( d ). Salah satu alasan

untuk melakukan itu adalah untuk mengurangi hambatan angin dan berat sistem secara keseluruhan .

Jarak ( g ) betweenwires dibuat fractionof kecil panjang gelombang ( biasanya g ≤ λ/10 ) . Untuk kabel

yang sejajar dengan panjang dipole , seperti halnya untuk pengaturan Gambar 15.2 ( d ) ,reflektivitas

dari permukaan grid kawat sebagus yang dari permukaan padat .

Dalam prakteknya , aperture dari reflektor sudut ( Da ) biasanya dibuat diantara satu dan dua panjang

gelombang ( λ < Da < 2λ ) . Panjang sisi reflektor 90 ◦ sudut reflector yang paling sering diambil sekitar

dua kali dari titik ke pakan ( 2s ) . Untuk reflektor dengan sudut terkecil , sisi yang dibuat lebih besar.

Feed – tovertex jarak ( s ) biasanya diambil antara λ / 3 d 2λ / 3 ( λ / 3 < s < 2λ / 3 ). Untuk masing-masing

reflektor , ada feed- to- titik jarak optimal . Jika jarak menjadi terlalu kecil, radiasi resistan menurun dan

menjadi sebanding dengan resistance loss dari sistem yang mengarah ke antena yang tidak efisien.

Untuk jarak yang sangat besar, sistem menghasilkan beberapa lobus yang tidak diinginkan, dan

kehilangan karakteristik directionalnya . eksperimen mengamati bahwa peningkatan ukuran sisi tidak

sangat mempengaruhi beamwidth dan directivity, tetapi meningkatkan bandwidth dan tahan radiasi.

Mainlobe agak luas untuk reflektor dengan sisi terbatas dibandingkan dengan dimensi yang tak terbatas.

Ketinggian (h ) reflektor biasanya takento menjadi sekitar 1,2 sampai 1,5 kali lebih besar thanthe

panjang total dari elemen pakan , inorder untuk mengurangi radiasi ke arah belakang regionfrom

ujungnya.

Analisis untuk bidang dipancarkan oleh sumber di hadapan reflektor sudut difasilitasi ketika sudut

disertakan ( α ) reflektor adalah α = π / n , di mana n adalah bilangan bulat ( α = π , π / 2 , π / 3 , π / 4 ,

dll). Untuk kasus-kasus ( α = 180 ◦, 90 ◦, 60 ◦, 45 ◦ , dll)

Dimana memunkinkan untuk menemukan sistem gambar , yang whenproperly ditempatka pada piring

reflektor , bentuk rangkaian yang menghasilkan bidang yang sama dalam ruang yang dibentuk oleh pelat

reflektor sebagai sistem yang sebenarnya. Jumlah gambar, polaritas, dan posisi masing-masing

dikendalikan oleh sudut termasuk dari reflektor sudut dan polarisasi elemen pakan . Pada Gambar 15.3

kita menampilkan susunan geometris dan listrik gambar untuk reflektor sudut dengan sudut termasuk

dari 90 ◦, 60 ◦, 45 ◦, dan 30 ◦ pakan dengan polarisasi tegak lurus . Prosedur untuk menemukan jumlah,

lokasi, dan polaritas gambar ditunjukkan secara grafis pada Gambar 15.4 untuk sudut reflektor dengan

90 ◦ termasuk sudut . Hal ini diasumsikan bahwa elemen pakan linear dipole ditempatkan sejajar dengan

titik tersebut . Sebuah prosedur yang sama dapat diikuti untuk semua reflektor lainnya dengan sudut

yang tercakup dari α = 180 ◦ / n , di mana n adalah Anin teger .

15.3.1 SUDUT REFLEKTOR 900

Sudut reflektor pertama yang akan dianalisis adalah satu dengan sudut 90◦. Karena karakter radiasi

merupakan yang ter atraktif dan telah menjadi yang terpopuler .

Mengacu pada reflektor dari Gambar 15.2 (c) dengan gambar di Gambar 15.4 (b), total lapangan sistem

dapat diturunkan dengan menjumlahkan kontribusi dari pakan dan gambar nya. Demikian

Persamaan (15-5) mewakili tidak hanya rasio dari total lapangan dengan yang terisolasi elemen pada

asalnya, tetapi juga faktor array seluruh sistem reflektor. Dalam Pesawat azimut (θ = π / 2), (15-5)

tereduksi menjadi

Untuk mendapatkan beberapa wawasan ke dalam kinerja reflektor sudut, dalam Gambar 15.5 kami

menampilkan pola normal untuk α = 90 ◦ sudut reflektor untuk jarak dari s = 0.1λ, 0.7λ, 0.8λ, 0.9λ,

dan .0λ. dan jelas bahwa untuk jarak kecil pola terdiri dari lobus tunggal utama sedangkan beberapa

lobus muncul untuk jarak yang lebih besar (s> 0.7λ). Untuk s = λ pola menunjukkan dua lobus dipisahkan

oleh null sepanjang sumbu φ = 0 ◦.

Parameter lain pada kinerja untuk sudut reflektor adalah kekuatan medan bersama sumbu simetri (θ =

90 ◦ , Φ = 0 ◦ ) Sebagai fungsi dari feed-to-vertex s jarak [6]. Itu dinormalisasi (relatif terhadap bidang

elemen terisolasi tunggal) kekuatan medan mutlak | E/E0 | sebagai fungsi dari s / λ (0 ≤ s ≤ 10λ) untuk α

= 90 ◦ yang ditunjukkan pada Gambar 15.6. Hal ini jelas bahwa puncak kekuatan medan pertama dicapai

ketika s = 0.5λ, dan itu adalah sama 4. Bidang ini juga periodik dengan periode 3s / λ = 1.

15.3.2 Reflektor Sudut Lain

Sebuah prosedur yang sama dapat digunakan untuk memperoleh faktor array dan jumlah bidang untuk

semua sudut reflector lainnya dengan sudut termasuk dari α = 180 ◦ / n. Mengacu pada Gambar 15.3,

dapat ditunjukkan bahwa factor array α = 60 ◦, 45 ◦, dan 30 ◦ dapat ditulis sebagai

Ini ditugaskan, pada akhir bab ini, sebagai latihan untuk pembaca (Soal 15.2). Untuk reflektor sudut

dengan sudut yang tercakup dari α = 180 ◦ / n, n = 1, 2, 3,. . ., Yang jumlah gambar sama dengan N = (360

/ α) - 1 = 2n - 1.

Hal ini juga telah ditunjukkan [7] dengan menggunakan kabel filamen panjang pakan, bahwa azimut

Pesawat (θ = π / 2) faktor array untuk reflektor sudut dengan α = 180 ◦ / n, di mana n adalah integer,

canalso ditulis sebagai

dimana Jm (x) adalah fungsi Bessel jenis pertama order m (lihat Lampiran V). Ketika n bukan integer,

maka harus ditemukan dengan mempertahankan jumlah yang cukup dari seri yang tak terbatas. Hal ini

juga telah ditunjukkan [7] bahwa untuk semua nilai n = m (integral atau pecahan) bahwa dapat ditulis

sebagai

Factor array untuk reflektor sudut, seperti yang diberikan oleh (15-10a) - (15-11), memiliki bentuk yang

mirip dengan faktor array untuk array melingkar seragam, seperti yang diberikan oleh (6-121). Ini harus

diharapkan karena sumber pakan dan gambar mereka pada Gambar 15.3 dari bentuk array yang

melingkar. Jumlah gambar meningkat termasuk sudut dari reflektor yang menurun.

Pola telah dihitung untuk reflektor sudut 60 ◦, 45 ◦, dan 30 ◦. Telah ditemukan bahwa reflektor sudut ini

juga mempunyai pola single-lobed untuk nilai-nilai yang lebih kecil dari s, dan mereka menjadi sempit

sebagai sudut yang menurun. Beberapa lobus beginto muncul ketika

Kekuatan medan sepanjang sumbu simetri ( θ = 90 ◦, Φ = 0 ◦) Sebagai fungsi dari jarak s feed- to- vertex ,

telah dihitung untuk reflektor dengan sudut termasuk dari α = 60 ◦ , 45 ◦ , sebuah d 30 ◦ . Hasil untuk α =

45 ◦ ditunjukkan pada gambar 15,7 untuk 0 ≤ ≤ s 10λ .

Untuk reflektor dengan α = 90 ◦ dan 60 ◦ , kekuatan medan normalisasi adalah periodik dengan periode

λ dan 2λ , masing-masing. Namun, selama 45 ◦ dan 30 ◦ reflektor yang dinormalisasi lapangan tidak

periodik tetapi " hampir periodik " atau " pseudoperiodic " [ 8 ] . Untuk 45 ◦ dan 30 ◦ reflektor argumen

dari fungsi trigonometri yang mewakili faktor array , dan diberikan oleh ( 15-8 ) - ( 15 - 9b ) , terkait

dengan bilangan irasional dan oleh karena itu faktor array tidak mengulangi . Namun, ketika diplot

mereka terlihat sangat serupa. Oleh karena itu ketika diperiksa hanya grafis , pengamat keliru dapat

menyimpulkan bahwa pola yang periodik ( karena mereka terlihat begitu banyak yang sama ) . Namun,

ketika faktor array yang diperiksa analitis dapat disimpulkan bahwa fungsi tidak periodik melainkan

hampir periodik . Variasi lapangan adalah " hampir mirip " menginformasikan kisaran 3s 16.69λ untuk α

= 45 ◦ dan 3s 30λ untuk α = 30 ◦ . Oleh karena itu faktor array ( 15-8 ) dan ( 15-9 ) milik kelas hampir

periodic fungsi [ 8 ] .

Ini juga telah menemukan bahwa kekuatan medan maksimum meningkat sebagai sudut reflektor

menurun . Ini diharapkan sejak kecil sudut reflektor pameran karakteristik directional lebih baik karena

sempitnya sudut. Maksimum nilai | E/E0 | untuk α = 60 ◦ , 45 ◦ , dan 30◦ sekitar 5,2 , 8 , dan 9 . Puncak

kekuatan medan pertama , tetapi belum tentu maksimal utama , adalah dicapai bila

15.4 REFLEKTOR PARABOLA

Karakteristik radiasi keseluruhan ( pola antena , efisiensi antena , polarisasi diskriminasi , dll ) dari

sebuah reflektor dapat ditingkatkan jika konfigurasi struktural permukaannya ditingkatkan. Hal ini

ditunjukkan oleh optik geometris bahwa jika sinar paralel insiden pada reflektor yang bentuknya

geometris parabola , yang radiasi akan bertemu ( fokus ) di tempat yang dikenal sebagai titik fokus .

dengancara yang sama , jika sumber titik ditempatkan pada titik fokus , sinar terpantulkan dari reflektor

parabola akan muncul sebagai balok paralel . Ini adalah salah satu bentuk prinsip timbal balik , dan itu

ditunjukkan secara geometris pada Gambar 15.1 ( c ) . Sebuah Simetris titik pada permukaan parabolic

dikenal sebagai simpul tersebut . Sinar yang muncul paralel ina formationare biasanya disebutcollimated

. Jika Dipraktekan ,collimation sering digunakan untuk menggambarkan karakteristik yang langsungke

antena meskipun sinar yang memancar tidak persis sejajar. Karena pemancar ( receiver ) ditempatkan

pada titik focus parabola , konfigurasi biasanya dikenal sebagai front fed . Kekurangan dari pengaturan

front fedadalah bahwa saluran transmisi dari pakan biasanya harus cukup panjang untuk mencapai

transmisi atau peralatan penerima, yang biasanya ditempatkan di belakang atau di bawah reflektor. Ini

mungkin memerlukan penggunaan jalur transmisi panjang yang kerugian mungkin tidak ditoleransi

dalam banyak aplikasi, terutama dalam sistem penerimaan low-noise . Dalam beberapa aplikasi,

transmisi atau menerima peralatan ditempatkan pada titik fokus untuk menghindari kebutuhan untuk

transmisi panjang baris. Namun, dalam beberapa aplikasi, terutama untuk transmisi yang mungkin

memerlukan amplifier besar dan untuk sistem menerima suara rendah dimana pendinginan dan bocor

mungkin diperlukan, peralatan mungkin terlalu berat dan besar dan akan memberikan penyumbatan

yang tidak diinginkan. Pengaturan lain yang menghindari menempatkan pakan (pemancar dan/atau

penerima) di titik fokus adalah bahwa yang ditunjukkan pada Gambar 15.1(d), dan dikenal sebagai pakan

Cassegrain. Melalui optik geometris, Cassegrain, seorang astronom (maka namanya) yang terkenal,

menunjukkanbahwa insiden sinar paralel dapat difokuskan ke titik dengan memanfaatkan dua reflektor .

untuk mencapai hal ini, utama (primer) reflektor harus menjadi parabola, reflektor sekunder

(subreflector) hiperbola , dan benda ditempatkan sepanjang sumbu parabola biasanya pada atau dekat

titik tersebut . Cassegrain menggunakan skema ini untuk membangun teleskop optik, dan maka desain

disalin untuk digunakan dalam sistem frekuensi radio. Untuk pengaturan ini,sinar yang berasal dari

benda yang menerangi sub-reflector dan tercermin oleh itu tujuan utama refrektor, seolah-olah mereka

berasal di titik focus parabola (reflektor utama) . Sinar yang kemudian dipantulkan oleh reflektor utama

dan dikonversi ke paralel sinar , disediakan reflektor utama adalah parabola dan sub-reflector adalah

hiperbola . Pola difraksi terjadi pada tepi sub-reflector yang dan reflektor utama , dan mereka harus

diperhitungkan secara akurat memprediksi Pola sistem secara keseluruhan, terutama di daerah

intensitas rendah [ 9 ] - [ 11 ] . Bahkan di daerah intensitas tinggi, pola difraksi harus disertakan jika

formasi yang akurat denda. Struktur riak dari pola yang diinginkan. Dengan pengaturan Cassegrain -

benda, transmisi dan/atau peralatan penerima dapat ditempatkan di belakang reflektor utama . Skema

ini membuat sistem yang relatif lebih mudah diakses untuk servis dan penyesuaian . Sebuah reflektor

parabola dapat mengambil dua bentuk yang berbeda . Salah satu konfigurasi adalah bahwa dari silinder

parabola yang tepat, yang ditunjukkan pada Gambar 15.8(a) , yang energinya collimated di garis yang

sejajar dengan sumbu silinder melalui titik fokus reflektor . itu yang paling banyak digunakan pakan

untuk jenis reflektor adalah dipol linear , array linear ,

atau pandu slotted . Konfigurasi reflektor lainnya adalah bahwa dari Gambar 15.8(b) yang dibentuk

dengan memutar parabola di sekitar porosnya, dan ini disebut sebagai sebuah paraboloid (parabola

revolusi) . Sebuah piramida atau tanduk berbentuk kerucut . Reflektor bulat, misalnya, telah digunakan

untuk radioastronomi dan kecil bumi - stasiun aplikasi, karena sinar yang dapat secara efisiendipindai

dengan memindahkan Benda nya . Contoh dari hal tersebut adalah 1.000 - ft ( 305 m ) diameter

reflektor bulat di Arecibo , Puerto Rico [ 12 ] yang permukaan utama dibangun ketanah dan scanning

balok dilakukan dengan gerakan benda. Untuk reflektor bulat penyumbatan substansial dapat diberikan

oleh balasan yang mengarah ke tingkat lobus kecil tidak dapat diterima, Inaddition ke melekat

reductioningainan d kurang menguntungkan diskriminasi cross-polarisasi.Untuk menghilangkan

beberapa kekurangan dari konfigurasi simetris , mengimbangi parabola desain reflektor telah

dikembangkan untuk sistem tunggal dan dual – reflector [ 13 ]. Karena asimetri sistem, analisis yang

lebih kompleks. namun munculnya dan kemajuan teknologi komputer telah membuat pemodelan dan

optimasi desain offset- reflektor yang tersedia dan nyaman. Mengimbangi parabola desain mengurangi

aperture blocking dan VSWR . Selain itu, mereka mengarah pada penggunaan lebih besar f d rasio /

sambil mempertahankan kekakuan struktural dapat diterima, yang menyediakan kesempatan untuk

pola pakan ditingkatkan membentuk dan penindasan yang lebih baik dari cross- terpolarisasi radiasi

yang berasal dari pakan. Namun, konfigurasi offset- reflektor menghasilkan radiasi antena cross-

terpolarisasi ketika diterangi oleh primer terpolarisasi linier makan. Feed sirkuler terpolarisasi

menghilangkan depolarisasi, tetapi mereka menyebabkan menyipitkan mata dari yang mainbeam dari

boresight. Selain itu, asimetri struktural dari sistem ini adalah biasanya dianggap sebagai kelemahan

utama. Reflektor paraboloidal yang paling banyak digunakan antena tanah berbasis aperture besar

[ 14 ]. Pada saat konstruksi, terbesar di dunia reflektor sepenuhnya steerable adalah 100 - m diameter

teleskop radio [15] dari Max Planck Institute for Radioastronomy di Effelsberg, Jerman Barat, sementara

yang terbesar di Amerika Serikat adalah 64-m diameter [ 16 ] reflektor di Goldstone, California dibangun

terutama untuk deep-spaceaplikasi. Ketika makan efisien dari titik fokus, reflektor paraboloidal

menghasilkan balok pensil - gain tinggi dengan lobus sisi rendah dan baik cross- polarisasi diskriminasi

karakteristik. Jenis antena banyak digunakan untuk aplikasi low-noise, seperti seperti di radioastronomi ,

dan itu dianggap sebagai kompromi yang baik antara kinerja dan biaya . Untuk membangun sebuah

reflektor yang besar tidak hanya membutuhkan anggaran keuangan besar tetapi juga sulit melakukan

struktural , karena harus menahan kondisi cuaca buruk.Cassegrain desain, menggunakan permukaan

dual- reflektor, digunakan dalam aplikasi di mana Kontrol pola sangat penting, seperti dalam sistem

berbasis darat satelit, dan memiliki efisiensi dari 65-80%. Mereka menggantikan kinerja single- reflektor

depan -makan

pengaturan sekitar 10%. Menggunakan optik geometris, konfigurasi klasik Cassegrain, terdiri dari

paraboloid dan hyperboloid a, dirancang untuk mencapai seragam fase depan di lobang paraboloid

tersebut. Dengan menggunakan desain pakan yang baik, ini pengaturan dapat encapai spillover lebih

rendah dan pencahayaan yang lebih seragam utama reflektor. Selain itu, sedikit membentuk salah satu

atau kedua permukaan dual-reflektor yang dapat enyebabkan lobang dengan amplitudo hampir

seragam dan fase dengan peningkatan yang substansial laba [14]. Ini disebut sebagai reflektor

berbentuk. Teknik Membentuk telah

Bekerja dengan sendirinya digunakan aplikasi mengubur - stasiun . Anexample adalah 10 - m - stasiun

bumi antena dual- reflektor, yang ditunjukkan pada Gambar 15.9, yang reflektor utama dan subreflector

dibentuk .Untuk tanduk tahun banyak atau pandu, beroperasi dalam mode tunggal, digunakan sebagai

feed untuk antena reflektor . Namun karena radioastronomi dan bumistasiun aplikasi, upaya besar telah

ditempatkan dalam merancang feed lebih efisien untuk menerangi baik reflektor utama atau

subreflector tersebut. Telah ditemukan bahwa bergelombang tanduk yang mendukung bidang mode

hybrid (kombinasi TE dan TM mode) dapat digunakan feed sebagai diinginkan. Elemen pakan tersebut

cocok efisien bidang feed dengan dengan fokus yang diinginkan distributionproduced oleh reflektor ,

dan mereka dapat mengurangi crosspolarization. Silinder dielektrik dan kerucut adalah struktur antena

lain yang mendukung mode hybrid [14]. Configurationcanalso struktural mereka dapat digunakan untuk

mendukung subreflector dan memberikan angka kinerja yang menariks.Ada terutama dua teknik yang

dapat digunakan untuk menganalisis kinerja sistem reflektor [17]. Salah satu teknik adalah metode

distribusi aperture dan lain metode distribusi saat ini. Kedua teknik akan diperkenalkan untuk

menunjukkan persamaan dan perbedaan.

15.4.1 Front-Fed Parabolic Reflector

Silinder Parabolic telah secara luas telah digunakan sebagai lubang - gain tinggi diberi makan oleh

sumber line.Analisis silinder parabolik (single melengkung ) reflektor adalah serupa, tetapi jauh

sederhana thanthat dari paraboloidal (double melengkung ) reflektor . kepala sekolah karakteristik

aperture amplitudo , fase , dan polarisasi untuk silinder parabolik ,sebagai kontras dengan yang

paraboloid a , adalah sebagai berikut :

1 . Amplitudo lancip , karena variasi jarak dari pakan ke permukaan reflektor , sebanding dengan 1 / ρ

ina silinder dibandingkan dengan 1/r2 di sebuah paraboloid .

2 . Wilayah fokus , dimana gelombang insiden pesawat bertemu, adalah sumber baris untuk

silinder dan titik sumber untuk paraboloid a .

3 . Whenthe bidang pakan yang terpolarisasi linier sejajar dengan sumbu

silinder , tidak ada komponen lintas - terpolarisasi yang dihasilkan oleh silinder parabolik . Itu bukan

kasus untuk paraboloid a . Umumnya , silinder parabolik , dibandingkan dengan paraboloids , ( 1 ) secara

mekanik sederhana untuk membangun , ( 2 ) memberikan penyumbatan aperture yang lebih besar , dan

( 3 ) tidak memiliki yang menarik karakteristik paraboloid a . Inthis bab , hanya reflektor paraboloidal

akan diperiksa . A. Permukaan Geometri Permukaan reflektor paraboloidal dibentuk dengan memutar

parabola pada porosnya . –nya permukaan harus paraboloid revolusi sehingga sinar yang berasal dari

focus reflektor diubah menjadi gelombang pesawat . Desain didasarkan pada teknik optik , dan tidak

memperhitungkan deformasi ( difraksi ) dari tepi reflektor . Mengacu pada Gambar 15.10 dan memilih

bidang tegak lurus dengan sumbu reflektor melalui fokus , berarti

OP + PQ = constant = 2f

Karena paraboloid adalah sebuah parabola revolusi (sekitar porosnya), (15-14a) juga merupakan

equationof sebuah paraboloid dalam hal bola koordinat r’ θ’ φ’. Karena sifatnya simetri rotasi, tidak ada

variasi sehubungan dengan φ’. Persamaan (15-14a) canalso akan writtenin hal koordinat segi empat x’ y’

z’. Artinya,

Dalam analisis reflektor parabola, diharapkan untuk menemukan vektor satuan yang normal tangen

lokal pada titik refleksi permukaan. Untuk melakukan hal ini, (15-14a) pertama dinyatakan sebagai

dan kemudian gradien diambil untuk membentuk normal ke permukaan. Artinya,

Sebuah vektor satuan, normal S, dibentuk dari (15-17) sebagai

Untuk menemukan sudut antara vektor satuan n yang normal ke permukaan di titik refleksi, dan vektor

diarahkan dari fokus ke titik refleksi, kita membentuk

Dengan cara yang sama kita dapat menemukan sudut antara vektor satuan n dan z-sumbu. Artinya

Menggunakan transformasi (4-5), (15-20) dapat ditulis sebagai

yang identik dengan α dari (15-19). Ini tidak lebih dari verifikasi Snell hukum reflectionat setiap daerah

diferensial permukaan, yang telah beenassumed untuk datar local

Ekspresi lain yang biasanya sangat menonjol dalam analisis reflektor adalah bahwaberkaitan sudut θ0

subtended ke f / d ratio. Dari geometri Gambar 15.10

mana z0 adalah jarak sepanjang sumbu reflektor dari titik fokus ke tepiRIM. Dari (15-15a)

Mengganti (15-23) menjadi (15-22) mengurangi ke

Hal ini juga dapat menunjukkan bahwa bentuk lain dari (15-24) adalah

B. Induced Density Current

Untuk menentukan karakteristik radiasi (pola, gain, efisiensi, polarisasi, dll) dari reflektor parabola,

kepadatan arus induksi pada permukaannya harus diketahui. Kepadatan arus Js dapat ditentukan

dengan menggunakan

Hi mana dan Hr mewakili masing-masing, insiden dan medan magnet tercermin komponen dievaluasi

pada permukaan konduktor, dan n adalah vektor satuan normal permukaan. Jika permukaan

mencerminkan dapat didekati dengan permukaan pesawat tak terbatas (kondisi ini terpenuhi secara

lokal untuk parabola), maka dengan metode gambar

dan (15-26) tereduksi menjadi.

Kepadatan pendekatan saat ini (15-28) dikenal sebagai pendekatan fisik-optik, dan itu berlaku ketika

dimensi melintang dari reflektor, radius kelengkungan objek mencerminkan, dan jari-jari kelengkungan

dari gelombang insiden yang besar dibandingkan dengan panjang gelombang.

Jika permukaan mencerminkan adalah di medan jauh dari sumber menghasilkan gelombang insiden,

kemudian (15-28) juga bisa writtenas

Atau

di mana £ b adalah impedansi intrinsik medium,. si dan. sr adalah vektor satuan radial sepanjang jalan

ray kejadian dan gelombang yang dipantulkan (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 15.11), dan Ei dan

Er adalah insiden dan medan listrik tercermin.

C. Aperture Metode Distribusi

Hal itu menunjukkan sebelumnya bahwa dua teknik yang paling umum digunakan dalam menganalisis

yang radiationcharacteristics reflektor adalah distribusi aperture dan arus metode distribusi .Untuk

distributionmethod aperture , lapangan dipantulkan oleh permukaan paraboloid pertama kali

ditemukan atas pesawat yang normal terhadap sumbu reflektor .Teknik optik geometris ( ray tracing )

biasanya digunakan untuk mencapai hal ini .Dalam kebanyakan kasus , pesawat diambil melalui titik

fokus , dan ditunjuk sebagai pesawat aperture , seperti yang ditunjukkan inFigure 15.12 . Setara sumber

yang thenformed lebih dari itu pesawat. Biasanya diasumsikan bahwa sumber-sumber yang setara

adalah nol luar diproyeksikan daerah reflektor pada bidang aperture . Sumber-sumber yang setara

kemudian digunakan untuk menghitung bidang terpancar memanfaatkan teknik aperture dari Bab 12 .

Untuk metode distribusi saat ini , optik fisik approximationof induksi kepadatan arus Js givenby ( 15-28 )

( Js 2n × Hi Hi di mana insiden magnetic lapangan dan n adalah unit vektor normal ke permukaan

reflektor ) diformulasikan atas sisi diterangi dari reflektor ( S1 ) dari Gambar 15.11 . Kerapatan arus ini

kemudian terintegrasi di atas permukaan reflektor untuk menghasilkan bidang radiasi jauh - zona

Untuk reflektor dari Gambar 15.11 , perkiraan yang umum untuk kedua metode adalah :

1 . Kepadatan arus adalah nol pada sisi bayangan ( S2 ) dari reflektor .

2 . The diskontinuitas kerapatan arus atas rim ( ? ) Reflektor adalah diabaikan .

3 . Radiationfrom langsung pakan dan aperture penyumbatan oleh pakan diabaikan .

Perkiraan ini menyebabkan hasil yang akurat , baik menggunakan teknik , untuk memancarkan bidang

onthe mainbeam dan lobus terdekat minor . Untuk memprediksi pola lebih akurat inall daerah,

terutama lobus jauh minor , teknik difraksi geometris [ 9 ] - [ 11 ] dapat diterapkan . Karena tingkat

materi , itu tidak akan disertakan di sini . Pembaca yang tertarik dapat merujuk pada

literatur .Keuntungan dari metode distribusi aperture adalah bahwa integrasi atas Pesawat aperture

dapat dilakukan dengan mudah sama untuk setiap pola pakan atau pakan posisi [ 18 ] . Integrasi di atas

permukaan reflektor seperti yang diperlukan untuk distribusi saat ini metode , menjadi cukup rumit dan

memakan waktu ketika pola pakan asimetris dan / atau pakan ditempatkan off-axis .Mari kita asumsikan

bahwa y - terpolarisasi sumber dengan gainfun ctionof Gf ( θ’, φ’) Ditempatkan pada titik fokus dari

reflektor paraboloidal . Intensitas radiasi dari sumber ini givenby.

dimana Pt adalah daya total radiasi. Mengacu pada Gambar 15.12, di titik r? inthe jauh-zona sumber

Atau

Bidang insiden, dengan arah tegak lurus terhadap jarak radial, kemudian dapat ditulis sebagai

dimana ei adalah vektor satuan yang tegak lurus ke? r dan sejajar dengan bidang yang dibentuk oleh? r

dan ay, sebagai showninFigure 15.13. Hal ini dapat ditunjukkan [19] bahwa onthe permukaan reflector

Dimana

yang mengurangi ke

Untuk menemukan Eap bidang bukaan di pesawat melalui titik fokus, karena reflector arus (15-33), Er

lapangan tercermin pada r? (titik refleksi) pertama kali ditemukan. Ini adalah dalam bentuk

mana er adalah vektor satuan yang menggambarkan polarisasi bidang tercermin. Dari (15-29a)

Karena sr =-az, (15-36) dapat ditulis, menggunakan (15-35), sebagai

Dimana

Karena u di (15-37) dan (15-37a) adalah sama dengan (15-33) - (15-34), dapat ditunjukkan [19] melalui

beberapa manipulasi matematika luas yang

Dengan demikian Er lapangan pada titik refleksi r?adalah givenby (15-35) di mana er diberikan oleh (15-

38). Pada bidang yang melewati titik fokus, lapangan diberikan oleh

mana Exa dan Eya mewakili x-an dy-komponen medan tercermin atas aperture. Karena medan dari

reflektor terhadap bidang aperture adalah gelombang pesawat, tidak ada koreksi amplitudo diperlukan

untuk memperhitungkan amplitudo menyebar. Menggunakan komponen medan listrik tercermin (Exa

dan Eya) seperti yang diberikan oleh (15-39), yang setara terbentuk pada bidang aperture. Artinya,

Dimana Pt adalah daya total radiasi. Mengacu pada Gambar 15.12, pada titik r! di jauh-zona sumber

Atau

Bidang insiden, dengan arah tegak lurus terhadap jarak radial, maka dapat ditulis sebagai

dimana adalah vektor satuan yang tegak lurus dan sejajar dengan bidang yang dibentuk oleh

dan , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 15.13.

Hal ini dapat ditunjukkan [19] bahwa pada permukaan reflektor

Dimana

Yang mengurangi ke

Untuk menemukan Eap bidang bukaan di pesawat melalui titik fokus, karena reflektor arus (15-33), Er

lapangan tercermin pada r! (titik refleksi) pertama kali ditemukan. Ini adalah dalam bentuk

mana adalah vektor satuan yang menggambarkan polarisasi bidang tercermin. Dari (15-29a)

Karena , (15-36) dapat ditulis, menggunakan (15-35), sebagai

Dimana

Karena u di (15-37) dan (15-37a) adalah sama dengan (15-33) - (15-34), dapat ditunjukkan [19] melalui

beberapa manipulasi matematika luas yang

Dengan demikian Er lapangan pada titik refleksi r! adalah givenby (15-35) di mana er diberikan

oleh (15-38). Pada bidang yang melewati titik fokus, lapangan diberikan oleh

mana Exa dan Eya mewakili x-an dy-komponen medan tercermin atas aperture. Karena medan dari

reflektor terhadap bidang aperture adalah gelombang pesawat, tidak ada koreksi amplitudo diperlukan

untuk memperhitungkan amplitudo menyebar.

Menggunakan komponen medan listrik tercermin (Exa dan Eya) sebagai givenby (15-39), sebuah

setara terbentuk pada bidang aperture. Artinya,

Bidang radiasi dapat dihitung dengan menggunakan (15-40a), (15-40b), dan formulasi Bagian 12.3.

Integrasi dibatasi hanya selama diproyeksikan cross-sectional daerah S0 dari reflektor pada bidang

aperture showndashed inFigure 15.12. Artinya

Metode distribusi aperture telah digunakan untuk menghitung , menggunakan numerik efisien teknik

integrasi , pola radiasi paraboloidal [ 18 ] dan bola [ 20 ] reflektor . Bidang yang diberikan oleh ( 15 -

41a ) dan ( 15 - 41b ) hanya mewakili sekunder patterndue hamburan dari reflektor . Total patternof

sistem diwakili dengan jumlah pola sekunder dan pola utama dari elemen feed . bagi sebagian besar

feed (seperti tanduk ) , yang boresight patterninthe primer (forward ) yang directionof reflektor adalah

intensitas yang sangat rendah dan biasanya dapat diabaikan .

Untuk mendemonstrasikan kegunaan teknik , kepala sekolah E- dan H- pesawat sekunder

pola reflektor 35 GHz ,dengan f /d 0,82 [ f = 8,062 inci ( 20,48 cm ) , d = 9,84 inci ( 24,99 cm ) ] dan

diberi makan oleh kerucut dual-mode tanduk , dihitung dan merekaditampilkan pada Gambar 15.14 .

Karena tanduk pakan memiliki pola E- dan H- pesawat yang identik dan reflektor adalah makan secara

simetris , reflektor E- dan pola H- pesawat juga identik dan tidak memiliki komponen lintas - terpolarisasi

.

Untuk secara bersamaan menampilkan intensitas medan yang terkait dengan setiap titik dalam

aperturebidang reflektor, plot yang dihasilkan komputer dikembangkan [20]. Bidang

titik lokasi, menunjukkan kontur terkuantisasi amplitudo konstan pada bidang aperture,

diilustrasikan dalam figur 15.15. Sistem reflektor memiliki f/d 0,82 dengan sama dimensi fisik [ f =

8,062 inci ( 20,48 cm ) , d = 9,84 inci ( 24,99 cm ) ] dan sama pakan sebagai pola utama dari Gambar

15.14 . Salah satu simbol yang digunakan untuk mewakili amplitudotingkat masing-masing daerah 3 -

dB . Intensitas medan dalam batas-batas reflektor Pesawat aperture berada dalam kisaran 0-15 dB .

D. Cross-Polarisasi

Bidang tercermin paraboloid tersebut, yang diwakili oleh (15-35) dan (15-38) dari aperture metode

distribusi, berisi x- dan komponen y- terpolarisasi ketika insiden itu

Lapangan y-terpolarisasi. y-komponen ditunjuk sebagai polarisasi pokok dan x-komponen sebagai cross-

polarisasi. Hal ini digambarkan di Figure 15.16. Hal ini juga jelas bahwa simetris (berkenaan dengan

bidang utama) komponen cross-terpolarisasi 180◦ keluar dari fase satu sama lain. Namun untuk reflektor

sinar yang sangat sempit atau untuk sudut dekat sumbu boresight , Cross-terpolarisasi

mengurangi x-komponen dan menghilang pada sumbu . Sebuah canbe prosedur yang sama

digunakan untuk menunjukkan bahwa untuk insiden lapangan x-terpolarisasi, permukaan

mencerminkan terurai gelombang ke lapangan y-terpolarisasi, Inaddition untuk komponen x-

terpolarisasi nya.

Pengamatan yang menarik tentang fenomena polarisasi reflektor parabola dapat dilakukan jika kita

pertama mengasumsikan bahwa elemen feed adalah listrik sangat kecil dipole (l<< λ) dengan panjang

sepanjang sumbu y. Untuk pakan yang, lapangan tercermin dari reflektor adalah givenby (15-35) di

mana dari (4-114)

Sudut ψ diukur dari sumbu y terhadap t observation poin.

Ketika (15-42) dimasukkan ke dalam (15-35), kita canwrite dengan bantuan (15-38) yang

Sekarang mari kita asumsikan bahwa dipol magnet sangat kecil, dengan panjang sepanjang x-axis (atau

lingkaran kecil dengan luas sejajar dengan bidang y-z) dan dengan magnet saat ditempatkan pada

titik fokus dan digunakan sebagai feed. Hal ini dapat ditunjukkan [21] - [23] bahwa bidang dipantulkan

oleh reflektor memiliki x- dan y-komponen. Namun

x-komponen memiliki tanda terbalik ke x-komponen dari pakan dipol listrik. Dengan menyesuaikan rasio

listrik untuk momen dipol magnetik harus sama untuk , dua cross- terpolarisasi tercermin

komponen (x-komponen) dapat dibuat sama besarnya dan jumlah mereka menghilang (karena tanda-

tanda sebaliknya). Jadi salib Kombinasi dipol listrik dan magnetik yang terletak di titik fokus paraboloid

kaleng digunakan untuk menginduksi arus pada permukaan reflektor yang sejajar di mana-mana. Hal ini

digambarkan secara grafis dalam figure 15.17 .

Arah aliran arus induksi menentukan polarisasi medan jauh dari antena. Jadi untuk listrik dan magnetik

pakan kombinasi dipol menyeberang, yang medan jauh radiationis bebas dari cross- polarisasi. Jenis

pakan adalah " ideal" itu tidak mengharuskan permukaan reflektor padat tetapi dapat dibentuk oleh

erat spasi konduktor paralel. Karena karakteristik yang ideal , biasanya disebut sebagai sumber Huygens '

.

E. Metode Distribusi Lancar

Metode distribusi arus diperkenalkan sebagai teknik yang dapat digunakan untuk lebih baik

perkiraan, dibandingkan dengan metode optik geometris ( ray -tracing ), yang lapangan yang tersebar

dari permukaan. Biasanya akan sulit dalam menerapkan metode ini adalah pendekatan dari

kerapatan arus di atas permukaan scatterer tersebut .

Untuk menganalisis reflektor menggunakan teknik ini, kami mengacu pada integral radiasi dan

tambahan fungsi potensial formulasi dari Bab 3. Sementara prosedur dua langkah Gambar 3.1 hanya

semata-mata sebagai solusi dari sebagian besar masalah, perumusan satu langkah Gambar 3.1 adalah

yang paling nyaman untuk reflektor.

Menggunakan metode fungsi potensial diuraikan dalam Bab 3 , dan mengacu pada sistem koordinat

Gambar 12.2 ( a) , dapat ditunjukkan [ 17 ] bahwa E- dan H- bidang dipancarkan oleh sumber J dan M

canbe ditulis sebagai

yang untuk medan jauh pengamatan mengurangi, menurut sistem koordinat

Gambar 12.2 (b), untuk

Jika distribusi saat ini disebabkan oleh listrik dan medan magnet insiden pada sempurna budidaya

listrik (σ = ∞) permukaan dimunculkan dalam figure 15.18, bidang dibuat oleh arus ini disebut

sebagai bidang yang tersebar. Jika permukaan melakukan ditutup, bidang jauh-zona yang diperoleh

dari (15-45a) dan (15-45b) dengan membiarkan M = 0 dan mengurangi volume integral yang tidak

terpisahkan permukaan dengan permukaan kerapatan arus J digantikan oleh kerapatan arus linear J s.

demikian

Medan listrik dan magnetik tersebar oleh permukaan tertutup reflektor dari Gambar 15.11, dan

diberikan oleh (15-46a) dan (15-46b), adalah sah dengan sumber-density fungsi (saat ini dan biaya)

memenuhi persamaan kontinuitas. Ini akan puas jika objek hamburan adalah permukaan tertutup

halus. Untuk geometri Gambar 15.11, distribusi saat ini terputus di perbatasan (menjadi nol

selama daerah bayangan S2) yang membagi diterangi (S1) dan bayangan (S2) daerah. Ini dapat

ditampilkan [17] bahwa persamaan kontinuitas dapat dipenuhi jika line-sumber yang tepat distribusi

muatan diperkenalkan sepanjang batas . Oleh karena itu total tersebar lapangan akan menjadi

jumlah dari (1) arus permukaan atas wilayah diterangi, (2) permukaan biaya atas wilayah diterangi,

dan (3) distribusi garis-charge selama batas?.

Kontribusi dari densitas muatan permukaan diperhitungkan oleh distribusi arus melalui persamaan

kontinuitas . Namun dapat ditunjukkan [ 17 ] bahwa dalam jauh - zona kontribusi karena distribusi

line-muatan membatalkan longitudinal komponen diperkenalkan oleh arus permukaan dan distribusi

biaya. karena di jauh - zona komponen lapangan didominasi melintang , kontribusi karena distribusi

line- biaya tidak perlu disertakan dan ( 15 - 46a ) - ( 15 - 46b ) dapat diterapkan ke permukaan

anopen.

Pada bagian ini , ( 15 - 46a ) dan ( 15 - 46b ) akan digunakan untuk menghitung bidang tersebar dari

permukaan reflektor parabola . Umumnya bidang dipancarkan oleh arus pada saat bayangan regionof

reflektor sangat kecil dibandingkan dengan total lapangan, dan arus dan lapangan dapat diatur sama

dengan nol . Bidang tersebar oleh diterangi ( cekung ) sisi reflektor parabola dapat dirumuskan ,

menggunakan distribusi saat ini metode , dengan ( 15 - 46a ) dan ( 15 - 46b ) ketika integrasi dibatasi

selama diterangi daerah .

Total bidang sistem canbe diperoleh dengan superposisi radiasi dari sumber utama tipuan s lebih

besar dari θ0 (θ > θ0) dan yang tersebar oleh permukaan seperti yang diperoleh dengan menggunakan

salah satu distribusi aperture atau metode distribusi saat ini.

Umumnya tepi efek diabaikan . Namun masuknya bidang difraksi [9] - [11] dari tepi reflektor tidak

hanya memperkenalkan bidang di wilayah bayangan reflektor , tetapi juga mengubah mereka yang

hadir dalam transisi dan daerah menyala . apa saja diskontinuitas diperkenalkan dengan metode

optik geometris sepanjang wilayah transisi (antara lit dan daerah bayangan) yang dikeluarkan oleh

komponen difraksi. Jauh- zona medan listrik dari reflektor parabola , mengabaikan radiasi langsung ,

adalah pembuktian dari (15 - 46a). Whenexpan DED , ( 15 - 46a ) mengurangi , dengan mengacu pada

geometri. Gambar 15.18 , dengan dua komponen

Menurut geometri Gambar 15.19

Sejak

Oleh karena itu, canbe shownthat (15-47a) dan (15-47b) canbe menyatakan, dengan bantuan dari

(15-37), (15-37a), dan (15-48), sebagai

Dimana

Dengan membandingkan (15-49) dengan (15-35), komponen lapangan radiasi dirumuskan oleh distribusi

aperture dan metode distribusi saat ini mengarah pada hasil yang sama yang disediakan kontribusi Iz dari

(15-49c) diabaikan. Sebagai rasio diameter aperture untuk panjang gelombang (d /λ) meningkat, saat ini

hasil metode distribusi mengurangi dengan yang aperture distribusi pola sudut menjadi lebih sempit.

Untuk variasi dekat wilayah θ = π, kontribusi Iz menjadi diabaikan karena

F. Directivity dan Aperture Efisiensi

Dalam desain antena, directivity adalah sosok yang sangat penting merit. Itu Tujuan dari bagian ini

adalah untuk memeriksa ketergantungan directivity dan aperture efisiensi pada pola utama pakan Gf

. Dan f/d ratio (atau sudut yang tercakup 2θ0) reflektor. Untuk menyederhanakan analisis,

maka akan diasumsikan bahwa pola pakan Gf Adalah simetris sirkuler (bukan fungsi φ|) Dan Gf

untuk θ|> 90◦.

Pola sekunder (dibentuk oleh permukaan reflektor) adalah givenby (15-49). Kurang lebih sama

dengan (15-49a) oleh It, total E-bidang didalam θ = π tujuan diberikan baik oleh Eθ atau Eφ dari (15-

49). Dengan asumsi pakan simetris sirkuler, linear terpolarisasi dalam arah y, dan dengan

mengabaikan kontribusi cross-terpolarisasi, dapat ditampillkan bantuan (15-14a) bahwa (15-49)

tereduksi menjadi

Kekuatan intensitas (daya / unit sudut padat) ke arah depan U (θ = π) adalah

diberikan oleh

Yang dengan menggunakan (15-51) tereduksi menjadi

Antena directivity kedepannya dapat ditulis, menggunakan (15-52a), sebagai

Panjang fokus berkaitan dengan sudut spektrum dan diameter aperture d oleh (15-25). Jadi (15-53)

tereduksi menjadi

Faktor (πd / λ) 2 adalah directivity dari fase aperture konstan seragam diterangi, bagian yang tersisa

adalah efisiensi aperture didefinisikan sebagai

Hal ini jelas dengan memeriksa (15-55) bahwa efisiensi aperture adalah fungsi dari

sudut subtended (θ0) dan pola pakan Gf (θ) dari reflektor. Jadi untuk diberikan

pola makan, semua paraboloids dengan f d / rasio yang sama memiliki efisiensi aperture identik.

Untuk menggambarkan variasi efisiensi aperture sebagai fungsi dari pola pakan

dan sejauh mana sudut reflektor, Perak [17] dianggap sebagai kelas yang feed

pola yang didefinisikan oleh

dimana G0 (n) adalah konstan untuk nilai tertentu n. Meskipun idealis, pola-pola ini

dipilih karena (1) ditutup bentuk solusi dapat diperoleh, dan (2) mereka sering

digunakan untuk mewakili bagian utama dari lobus utama banyak antena praktis. itu

intensitas di daerah belakang (π / 2 <θ ≤ π) diasumsikan nol inorder untuk menghindari

interferensi antara radiasi langsung dari pakan dan radiasi yang tersebar dari

reflektor.

The G0 konstan (n) canbe ditentukan dari relasi

yang untuk (15-56) menjadi

Mengganti ( 15-56 ) dan ( 15-58 ) menjadi ( 15-55 ) memimpin , untuk bahkan nilai-nilai n = 2

melalui n = 8 , untuk IAP ( n = 2 ) = 24

Variasi ( 15 - 59a ) - ( 15 - 59D ) , sebagai fungsi dari aperture sudut dari reflektor θ0 atau f / d ratio ,yang

shownplotted pada Gambar 15.20 . Hal ini jelas , dari ilustrasi grafis , bahwa untuk pola pakan yang

diberikan ( n = konstan)

1 . Hanya ada satu reflektor dengan aperture sudut tertentu atau f d / rasio yang mengarah untuk

efisiensi aperture maksimum .

2 . Setiap efisiensi aperture maksimum di lingkungan 82-83 % .

3 . Setiap efisiensi aperture maksimum , untuk salah satu dari pola yang diberikan , hampir sama seperti

yang dari apapun yang lain .

4 . Sebagai pakan patternbecomes lebih direktif ( n meningkat ) , aperture sudut dari reflektor yang

mengarah ke efisiensi maksimum lebih kecil .

Efisiensi aperture umumnya produk dari

1. sebagian kecil dari total daya yang dipancarkan oleh pakan, disadap, dan collimated oleh refleksi

permukaan (umumnya dikenal sebagai efisiensi spillover Apakah)

2. keseragaman distribusi amplitudo pola pakan di atas permukaan reflektor (umumnya dikenal sebagai

efisiensi lancip It)

3. fase keseragaman lapangan atas pesawat aperture (umumnya dikenal sebagai fase efisiensi Ip)

4. polarisasi keseragaman lapangan atas pesawat aperture (umumnya dikenal sebagai efisiensi polarisasi

Ix)

5. efisiensi penyumbatan Ib

6. efisiensi kesalahan acak Ir atas permukaan reflektor

Gambar 15.20 Aperture, dan lancip dan efisiensi spillover sebagai fungsi reflektor

setengah-sudut θ0 (atau f d / rasio) untuk pola pakan yang berbeda.

Untuk feed dengan pola simetris

1 . 100 ( 1 - Apakah ) = persen daya yang hilang akibat energi dari pakan tumpah masa lalu main

reflector .

2 . 100 ( 1 - It) = persen daya yang hilang akibat distribusi amplitudo seragam atas permukaan reflektor .

3 . 100 ( 1 - Ip ) = persen daya yang hilang jika bidang atas pesawat aperture tidak dalam fase di mana-

mana .

4 . 100 ( 1 - Ix ) = persen daya yang hilang jika ada bidang cross- terpolarisasi atas antena pesawat

aperture .

5 . 100 ( 1 - Ib ) = persen daya yang hilang karena penyumbatan yang disediakan oleh pakan atau

mendukung struts ( juga oleh subreflector untuk reflektor ganda ) .

6 . 100 ( 1 - Ir ) = persen daya yang hilang karena kesalahan acak di atas permukaan reflektor .

Faktor tambahan yang mengurangi gain antena adalah pelemahan dalam antena makan dan terkait

saluran transmisi .

Untuk feed dengan

1 . pola simetris

2 . selaras pusat fase

3 . tidak ada komponen medan cross- terpolarisasi

4 . penyumbatan

5 . tidak ada kesalahan permukaan random

dua faktor utama yang berkontribusi terhadap efisiensi aperture adalah spillover dan seragam kerugian

distribusi amplitudo . Karena kerugian ini tergantung terutama pada pola pakan , kompromi antara

spillover dan efisiensi lancip harus muncul . Efisiensi spillover sangat tinggi dapat dicapai dengan pola

balok sempit dengan rendah lobus kecil dengan mengorbankan efisiensi lancip sangat rendah .

REFLECTOR ANTENNAS

Tunjukkan bahwa reflektor parabola dengan menggunakan sumber titik sebagai pakan, seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 15.21, menciptakan anamplitude lancip sebanding dengan

dan bahwa pola pakan harus sama dengan

untuk menghasilkan pencahayaan seragam.

Solusi: Bidang dipancarkan oleh sumber titik bervariasi sebagai

Oleh karena itu, bidang dipancarkan oleh sumber titik di titik fokus reflektor parabola, yang

bertindak sebagai umpan, menciptakan lancip anamplitude di reflektor karena faktor ruang (r’/ f),

dengan mengacu pada Gambar 15.21, yang membandingkan lapangan pada simpul yang bahwa pada

setiap titik lain θ’ onthe permukaan reflektor.

Gambar 15.21 Geometri parabola (padat) dan lingkaran (putus-putus) untuk aperture

iluminasi.

Menurut (15-14) atau (15-14a)

Oleh karena itu kekuatan amplitudo lancip dibuat di reflektor adalah

Untuk mengkompensasi hal ini dan mendapatkan pencahayaan seragam, daya pakan harus

Melalui Contoh 15.1, pencahayaan seragam dan lancip ideal, spillover dan aperture efisiensi dapat

diperoleh bila pola power adalah

distribusi normal yang ditunjukkan dalam Gambar 15.22. Untuk mencapai hal ini, Nilai penting dari G0

berasal inExample 15,2. Meskipun pola tersebut adalah "ideal" dan tidak praktis untuk mencapai,

banyak usaha telah dikhususkan untuk mengembangkan desain pakan yang mencoba untuk mendekati

itu [14].

Gambar 15.22 Normalisasi pakan gainpatternof untuk penerangan amplitudo seragam

reflektor paraboloidal dengan total sudut subtended dari 80 ◦.

REFLECTOR ANTENNAS

contoh 15.2

Tunjukkan bahwa pola dari :

dalam hubungannya dengan reflektor parabola, mengarah ke efisiensi aperture ideal εap = 1.

Tentukan nilai G0 yang akan melakukan hal ini.

Solusi: Efisiensi aperture dari (15-55) mengurangi, menggunakan pola pakan yang diberikan, untuk

Dimana ,

Untuk memastikan juga efisiensi spillover ideal (εs = 1), semua kekuatan yang dipancarkan oleh pakan

harus terkandung dalam wilayah sudut subtended oleh tepi reflektor.

Menggunakan (15-57), dan dengan asumsi simetri dalam pola sehubungan dengan φ, kita dapat menulis

bahwa

Menggunakan pola pakan yang diberikan

Kita dapat menulis :

Dengan demikian total efisiensi aperture, dengan pencahayaan akun seragam dan jumlah spillover

kontrol, adalah

Untuk mengembangkan pedoman untuk merancang feed praktis yang menghasilkan aperture tinggi

efisiensi , itu adalah instruktif untuk menguji kekuatan medan relatif di tepi batas reflektor ( θ’ = Θ0 )

untuk pola yang mengarah pada efisiensi optimum . untuk pola ( 15-56 ) , bila digunakan dengan

reflektor yang menghasilkan efisiensi yang optimal sebagai ditunjukkan secara grafis pada Gambar 15.20

, kekuatan medan relatif di tepibatas sudut mereka ( θ’ = Θ0 ) adalah shownplotted inFigure 15.23 . Jadi

untuk n = 2 yang kekuatan medan dari pola pada θ’ = Θ0 adalah 8 dB downfrom maksimal. Sebagai

pattern becomes lebih sempit ( n meningkat ) , kekuatan medan relatif di tepi untuk efisiensi maksimum

kemudian dikurangi seperti yang diilustrasikan pada Gambar 15.20 . Karena untuk n = 2 sampai n = 10

kekuatan medan antara 8-10,5 dB ke bawah , untuk yang paling praktis feed angka yang digunakan

adalah 9-10 dB .

Parameter lain untuk memeriksa untuk pola ( 15-56 ) , bila digunakan dengan reflektor yang mengarah

pada efisiensi yang optimal , adalah lancip amplitudo atau iluminasi dari utama aperture dari reflektor

yang didefinisikan sebagai rasio dari kekuatan medan di tepi permukaan reflektor itu pada titik

tersebut . Penerangan aperture adalah fungsi dari pakan patternan d f / d rasio reflektor . Untuk

obtainthat , rasio sudut variationof patterntoward yang dua titik [ Gf ( θ’ = 0 ) / Gf ( θ’ = Θ0 ) ] dikalikan

oleh faktor pelemahan ruang ( r0 / f ) 2 , dimana f adalah jarak fokus reflektor dan r0 adalah jarak dari

titik fokus ke tepi reflektor . Untuk masing-masing pola , pencahayaan reflektor tepi untuk efisiensi

maksimum hampir 11 dB ke bawah itu di titik tersebut . Rincian untuk 2 ≤ n ≤ 8 adalah showninT mampu

15.1 .

Hasil yang diperoleh dengan pola ideal dari ( 15-56 ) hanya boleh diambil sebagai

khas , karena diasumsikan bahwa

1 . intensitas medan untuk θ’ > 90 ◦ adalah nol

2 . pakan ditempatkan di pusat fase sistem

3 . pola yang simetris

4 . tidak ada komponen medan cross- terpolarisasi

5 . tidak ada penyumbatan

6 . tidak ada kesalahan acak pada permukaan reflektor

REFLECTOR ANTENNAS

Gambar 15.23 kekuatan medan relatif dari pola pakan sepanjang tepi reflektor batas sebagai fungsi

primer-pakan patternn Banyaknya (cosn θ). (SUMBER: S. Perak (ed.), Microwave Antenna Theory

dan Desain (MIT RadiationLab Series., Vol. 12), McGraw-Hill, New York, 1949)

TABEL 15.1 Aperture Efisiensi dan Field Strength di Edge of Reflector, Relatif untuk itu di Vertex, karena

Pola Pakan (Feed) dan Panjang Jalur (Path) antara Edge dan Vertex

Setiap faktor dapat memiliki efek yang signifikan pada efisiensi, dan masing-masing telah menerima

banyak.

perhatian yang didokumentasikan dalam literatur terbuka [1]. Dalam prakteknya, efisiensi reflektor

maksimum berada di kisaran 65-80%. untuk menunjukkan itu, efisiensi reflektor paraboloidal untuk

persegi tanduk bergelombang feed dihitung, dan mereka akan ditampilkan dalam Gambar 15.24.

Amplitudo sesuai lancip dan efisiensi spillover untuk efisiensi aperture Angka 15.20 (a) dan 15.24 adalah

ditampilkan, masing-masing, inFigures 15.20 (b) dan 15,25. Untuk data dari Gambar 15.24 dan 15,25,

masing-masing tanduk telah dimensi lobang 8λ × 8λ, pola mereka diasumsikan.

Gambar 15.24 Parabolic efisiensi aperture reflektor sebagai fungsi dari sudut aperture untuk 8λ × 8λ

hornfeed bergelombang persegi dengan total flare sudut 2ψ0 = 70 ◦,, 85 ◦, dan 100 ◦.

Gambar 15.25 Parabolic reflektor lancip dan efisiensi spillover sebagai fungsi reflektor aperture untuk

berbagai feed tanduk bergelombang.

simetris (dengan rata-rata E-an dH-pesawat), dan mereka dihitung dengan menggunakan teknik Bagian

13.6. Dari data diplot, jelas bahwa maksimum efisiensi aperture untuk setiap pola pakan adalah di

kisaran 74-79%, dan bahwa produk dari lancip dan spillover efisiensi kira-kira sama dengan total

efisiensi aperture.

Kami akan lalai jika kita meninggalkan discussionof bagian ini tanpa melaporkan gain dari beberapa

reflektor terbesar yang ada di seluruh dunia [23]. Keuntungan yang

Gambar 15.26 Keuntungan dari beberapa antena reflektor besar di seluruh dunia. (SUMBER: A. W. Love,

"Beberapa Highlights di Reflector Antenna Pembangunan", Radio Science, Vol. 11, No 8, 9, Agustus-

September 1976)

ditunjukkan pada Gambar 15.26 dan termasuk 1.000 - ft ( 305 m ) diameter reflektor bulat[ 12 ] di

Arecibo , Puerto Rico , radio 100 - m teleskop [ 15 ] di Effelsberg , Jerman Barat ,64 - m reflektor [ 16 ] di

Goldstone , California , 22 - m reflektor di Krim , Uni Soviet , dan 12 - m teleskop di Kitt Peak , Arizona .

Bagian putus-putus dari kurva menunjukkan nilai-nilai ekstrapolasi . Untuk reflektor Arecibo , dua kurva

yang akan ditampilkan. Kurva diameter 215 - m adalah untuk aperture berkurang dari reflektor besar

( 305 - m ) untuk yang feed line di 1.415 MHz dirancang [ 12 ] .

Kesalahan G. Tahap

Setiap keberangkatan dari fase , selama aperture antena , dari seragam dapat menyebabkan

dengan penurunan signifikan directivity -nya [ 24 ] . Untuk sistem reflektor paraboloidal ,

kesalahan fase hasil dari [ 17 ]

1 . perpindahan ( defocusing ) dari pusat fasa umpan dari titik fokus

2 . deviationof permukaan reflektor dari bentuk parabola atau kesalahan acak pada permukaan reflektor

3 . keberangkatan dari muka gelombang feed dari bentuk bulat

Efek defocusing dapat dikurangi dengan terlebih dahulu mencari pusat fase antena pakan dan kemudian

menempatkannya di titik fokus reflektor . Dalam Bab 13 ( Bagian 13.10 ) itu menunjukkan bahwa pusat

fase untuk antena tanduk , yang banyak digunakan sebagai feed untuk reflektor , terletak betweenthe

aperture tanduk dan apeks dibentuk oleh persimpangan dinding miring dari tanduk [ 25 ] .

Ekspresi yang sangat sederhana telah diturunkan [24] untuk memprediksi kerugian dalam directivity

untukpersegi panjang dan melingkar ketika nilai-nilai puncak deviasi fase aperture dikenal. Ketika

kesalahan fase diasumsikan relatif kecil, tidak perlu untuk mengetahui amplitudo yang tepat atau fungsi

distribusi fase atas aperture.

Dengan asumsi penyinaran maksimal terjadi di sepanjang poros reflector, dan bahwa maksimum fase

deviationover lobang canbe reflector yang diwakili oleh

Dimana φ(ρ) fungsi fase aperture dan φ(ρ) adalah nilai rata-rata, maka rasio directivity dengan (D) dan

tanpa (D 0) fase kesalahan dapat ditulis sebagai [24]

Dan pecahan pengurangan maksimum directivity adalah

Ekspresi relatif sederhana juga telah berasal [24] untuk menghitung kemungkinan perubahan maksimum

lebar setengah-kekuatan sinar.

Contoh 15.3

Reflector 10-m diameter, dengan f/d rasio 0.5, beroperasi pada f = 3 GHz. Reflector yang diberi makan

dengan antena pola utama yang simetris dan yang dapat diperkirakan oleh G f(θ) = 6cos 2 θ'.

(a) efisiensi bukaan

(b) secara keseluruhan directivity

(c) spillover dan taper efficiencies

(d) directivity ketika aperture maksimum tahap deviationis π / 8rad

Solusi: Gunakan (15-24), setengah dari sudut subtended reflector sama dengan

(a) Efisiensi bukaan diperoleh dengan menggunakan (15-59a). Dengan demikian

yang sesuai dengan data gambar 15,20.

(b) directivity keseluruhan diperoleh dengan (15-54), atau

(c) Spillover efficiency dihitung menggunakan (15-61) di mana batas atas dari integral dalam

penyebut telah digantikan oleh π/2. Dengan demikian

Dengan cara yang sama, efficiency lancip dihitung menggunakan (15-62). Karena pembilang di

(15-62) identik dalam bentuk efficiency aperture (15-55), efficiency lancip dapat ditemukan oleh

mengalikan (15-59a) oleh 2 dan membagi dengan penyebut (15-62). Dengan demikian

€s dan €tsama dengan

dan hal ini identik dengan efficiency total aperture yang dihitung di atas.

(d) Directivity untuk kesalahan fase maksimum m = π / 8 = 0,3927 rad dapat dihitung dengan

menggunakan (15-65). Demikian

Efek kekasaran permukaan pada directivity antena pertama kali diperiksa oleh

Ruze [26] di mana ia menunjukkan bahwa untuk setiap antena reflektor ada panjang gelombang

(λmax)di mana directivity mencapai maksimal. Panjang gelombang ini tergantung pada RMS

deviasi (σ) dari permukaan reflektor paraboloid dari ideal. Untuk kekasaran acak distribusi Gaussian,

dengan korelasi Interval besar dibandingkan dengan panjang gelombang, mereka terkait dengan

λmax= 4 π σ

Dengan demikian directivity antena, yang diberikan oleh (15-54), dimodifikasi untuk menyertakan

permukaan

kekasaran dan dapat ditulis sebagai

Gunakan (15-16), direktifitas maksimal dari (15-68) dapat ditulis sebagai

di mana q adalah indeks kelancaran yang didefinisikan oleh

Dalam desibel, (15-69) tereduksi menjadi

Untuk efisiensi aperture persatuan (€ap

= 1), directivity dari (15-68) diplot

inFigure 15.27, sebagai functionof (d / λ), untuk nilai q = 3.5, 4.0, dan 4.5. Sekarang

jelas bahwa untuk setiap nilai q dan diberikan reflektor diameter d, ada maksimum

panjang gelombang di mana directivity mencapai nilai maksimum. Panjang gelombang maksimum ini

adalah pada (15-67).

H. Umpan Desain

Meluasnya penggunaan reflektor paraboloidal telah mendorong minat dalam pengembangan

dari feed untuk meningkatkan efisiensi aperture dan memberikan diskriminasi yang lebih besar

terhadap radiasi suara dari tanah. Hal ini dapat dicapai dengan mengembangkan desain

teknik yang memungkinkan sintesis pola pakan dengan distribusi yang diinginkan di atas batas-batas

reflektor, cutoff cepat pada bagian tepinya, dan lobus minor yang sangat rendah di semua ruang lainnya.

Dalam beberapa tahun terakhir, dua masalah utama yang bersangkutan desainer pakan adalah efisiensi

aperture dan rendah cross-polarisasi.

Dalam modus penerima, pakan ideal dan beban cocok akan menjadi salah satu yang akan menyerap

semua energi dicegat oleh aperture ketika seragam dan terpolarisasi linier gelombang pesawat biasanya

insiden atasnya. Struktur lapangan pakan harus dilakukan untuk sesuai dengan struktur lapangan

wilayah focal dibentuk oleh refleksi, hamburan, dan difraksi karakteristik reflektor. Dengan timbal balik,

anideal pakan inthe modus transmisi akan menjadi salah satu yang memancarkan hanya dalam sudut

solid aperture dan menetapkan withinit anidentical luar bepergian gelombang. Untuk sistem pakan yang

ideal ini, transmisi dan penerimaan modus struktur lapangan dalam wilayah fokus identik dengan hanya

directionof propagationreversed.

Sebuah analisis optik menunjukkan bahwa bidang fokus daerah, dibentuk oleh refleksi linear

terpolarisasi gelombang insiden pesawat biasanya pada reflektor aksial simetris, yang diwakili oleh

cincin Airy terkenal dijelaskan secara matematis oleh amplitudo intensitas distribusi [2]1 (u) / u] 2. Ini

descriptionis tidak lengkap, karena merupakan solusi skalar, dan tidak memperhitungkan efek polarisasi

akun. Selain itu, hanya berlaku untuk reflektor dengan besar f / d rasio, yang umum digunakan dalam

optik sistem, dan itu akan secara signifikan dalam kesalahan untuk reflektor dengan f d rasio / dari 0,25

sampai 0.5, yang umum digunakan dalam aplikasi microwave.

Sebuah solusi vektor telah dikembangkan [ 27 ] yang menunjukkan bahwa medan dekat

daerah fokal dapat dinyatakan dengan hybrid TE dan TM mode menyebarkan sepanjang

sumbu reflektor . Representasi ini memberikan gambaran fisik yang jelas untuk

pemahaman tentang fokus wilayah pembentukan lapangan . Kondisi batas mode hybrid menunjukkan

bahwa struktur lapangan ini dapat diwakili oleh spektrum gelombang hybrid yang merupakan kombinasi

linear dari TE1n dan TM1n mode waveguides melingkar .

Sebuah pipa berlubang tunggal tidak dapat secara bersamaan memenuhi kedua TE dan TM mode

karena periodisitas radial yang berbeda . Namun, telah menunjukkan bahwa λ / 4 slot annular yang

mendalam pada permukaan bagian dalam dari pipa melingkar memaksa kondisi batas pada E dan H

untuk menjadi sama dan memberikan permukaan reaktansi anisotropik tunggal yang memenuhi kondisi

batas pada kedua TE dan TM mode . Ini memberikan usul mode hybrid Waveguide radiator [ 28 ] dan

hornbergelombang [ 29 ] . hornbergelombang , yang aperture ukuran dan flare sudut yang sedemikian

rupa sehingga setidaknya 180 error ◦ fase lebih aperture mereka terjamin , yang dikenal sebagai " skalar

horn”[ 30 ] . Data Desain untuk hornuncorrugated yang dapat digunakan untuk memaksimalkan efisiensi

aperture atau untuk menghasilkan transmisi daya maksimum feed telah dihitung [ 31 ] dan ditampilkan

dalam bentuk grafik dalam gambar 15.28 .

Sebuah paket perangkat lunak FORTRAN untuk analisis dibantu komputer dan desain reflektor

antena telah dikembangkan [ 32 ] . Sebuah versi MATLAB dikonversi dan termasuk ke CD melekat pada

buku . Program ini menghitung radiationof yang parabolik reflektor . selain menyediakan metode spasial

dan spektral untuk menghitung radiasi untuk distribusi aperture . Paket software ini juga dapat

digunakan untuk menyelidiki directivity , tingkat sidelobe , polarisasi , dan bidang dekat-ke - jauh - zona .

15.4.2 Cassegrain Reflektor

Untuk meningkatkan kinerja antena tanah berbasis microwave reflektor besar untukpelacakan satelit

dan komunikasi , telah diusulkan bahwa sistem dua reflektor

Figure 15.28 Optimum pyramidal horn dimensions versus f/d ratio for various hornlengths.

Untuk meningkatkan kinerja antena berbasis tanah microwave reflektor besar untuk

pelacakan satelit dan komunikasi, telah diusulkan bahwa systembe dua reflektor digunakan. Pengaturan

yang disarankan adalah Cassegrain sistem dual-reflektor [33] Gambar 15.1 (d), yang oftenutilized inthe

designof teleskop optik dan itu dinamai penemunya. Untuk mencapai karakteristik collimation yang

diinginkan, semakin besar (utama) reflektor harus paraboloid dan lebih kecil (sekunder) hyperboloid a.

Penggunaan reflektor kedua, yang biasanya disebut sebagai subreflector atau subdish, memberikan

gelar tambahan kebebasan untuk mencapai kinerja yang baik dalam sejumlah aplikasi yang berbeda.

Untuk deskripsi akurat tentang kinerja, teknik difraksi harus digunakan untuk memperhitungkan difraksi

rekening dari tepi subreflector, terutama whenits diameter kecil [34].

Secara umum,pengaturanCassegrainmenyediakanberbagai manfaat, seperti

1. kemampuan untukmenempatkanumpandi lokasi yang nyaman

2. penguranganspilloverdan radiasilobusminor

3. kemampuan untuk memperolehpanjangfocalsetarajauh lebih besar daripadapanjang fisik

4. kemampuanuntuk pemindaian dan/atauperluasandaribalokdengan memindahkansalah satu

permukaan

Untuk mencapai karakteristik radiasi yang baik, subreflector atau subdish harus beberapa ,

setidaknya beberapa , panjang gelombang diameter . Namun, kehadirannya memperkenalkan

shadowing yang merupakan batasan utama penggunaannya sebagai antena microwave .

secara signifikan dapat menurunkan gain dari sistem, kecuali reflektor utama adalah beberapa panjang

gelombang diameter . Oleh karena itu Cassegrain biasanya menarik untuk aplikasi yang membutuhkan

keuntungan dari 40 dB atau lebih . Namun demikian , berbagai teknik yang dapat digunakan untuk

meminimalkan aperture blocking oleh subreflector tersebut . Beberapa dari mereka adalah [ 33 ] ( 1 )

minimum blocking dengan sederhana Cassegrain , dan ( 2 ) memutar Cassegrains Setidaknya untuk

blocking .

Pertama analisis komprehensif yang diterbitkan dari susunan Cassegrain sebagai antena microwave

adalah bahwa dengan Hannan [ 33 ] . Dia menggunakan optik geometris untuk memperoleh bentuk

geometri dari permukaan, dan ia memperkenalkan konsep kesetaraan dari pakan virtual dan parabola

setara. Meskipun analisisnya tidak memprediksi rincian halus , itu tidak memberikan hasil yang cukup

baik . Perbaikan untuk analisisnya telah diperkenalkan [ 34 ] - [ 36 ] .

Untuk meningkatkan efisiensi aperture , modifikasi yang cocok dengan bentuk geometris dari

permukaan mencerminkan telah diusulkan [ 37 ] - [ 39 ] . Membentuk kembali dari mencerminkan

permukaan digunakan untuk menghasilkan amplitudo dan fase distribusi diinginkan lebih satu atau

kedua reflektor . Sistem yang dihasilkan biasanya disebut reflektor ganda sebagai berbentuk . Antena

reflektor Gambar 15.9 adalah sistem tersebut . Permukaan reflektor berbentuk , yang dihasilkan dengan

menggunakan model analisis , diilustrasikan dalam [ 39 ] . Hal ini juga telah diusulkan [ 35 ] bahwa flange

ditempatkan di sekitar subreflector untuk meningkatkan efisiensi aperture .

Karena banyak reflektor memiliki dimensi dan jari-jari kelengkungan besar dibandingkan dengan

panjang gelombang operasi , mereka secara tradisional dirancang berdasarkan optik geometris( GO )

[39] . Kedua ( Cassegrain ) sistem tunggal dan double - reflektor dirancang untuk mengkonversi

gelombang bola pada sumber ( focal point ) menjadi gelombang planar . oleh karena itu permukaan

mencerminkan dari kedua sistem reflektor yang terutama dipilih untuk mengkonversi fase wavefront

dari bola ke planar . Namun, karena variable jari-jari kelengkungan pada setiap titik refleksi , besarnya

medan yang dipantulkan juga berubah karena redaman ruang atau amplitudo faktor penyebaran [ 40 ]

atau faktor divergensi ( 4-131 ) Bagian 4.8.3 , yang merupakan fungsi dari jari-jari kelengkungan dari

permukaan pada titik refleksi . Ini akhirnya mengarah ke lancip amplitude muka gelombang pada bidang

aperture . Hal ini biasanya tidak diinginkan , dan kadang-kadang bias kompensasi sampai batas tertentu

oleh desain pola elemen umpan atau dari cermin permukaan .

Untuk shaped-dualsistemreflektor, ada duapermukaanatauderajat kebebasanyangdapat

dimanfaatkanuntuk mengkompensasivariasidalam fasedan amplitudo darilapanganpada

bidangaperture. Untuk menentukanbagaimana setiappermukaandapatdibentuk kembali danuntuk

mengontrolfasedan/atauamplitudolapanganpada bidangaperture, mari kita

menggunakanoptikgeometrisdan menganggapbahwa bidangdipancarkan olehfeed(pola) diwakili, baik

dalamamplitudo dan fase, denganseikatsinaryang memilikipinggiranyang terdefinisi dengan baik.

Inibundelsinarawalnyadicegat olehsubreflectordan kemudianolehreflektorutama.Pada akhirnyaoutput,

setelah duarefleksi, jugaseikatsinardenganfaseyang ditentukandandistribusiamplitudo,

danpinggiranyang ditentukan, seperti yang ditunjukkanpada Gambar15.29(a) [41]. Ini telahditunjukan

dalam[42] bahwa untuk sistemdua-reflektor dengan pembesaran

tinggi(yaitu,rasiobesardiameterreflektor utama ke diametersubreflector) bahwa lebih dariaperture

(a) distribusiamplitudodikendalikansebagian besar olehkurvasubreflector.

(b) fasedistributionisdikendalikansebagian besar olehkelengkunganreflektor utama.

Oleh karena ituinaCassegrainsistemduareflektormembentuk kembali dariutamaparaboloid

reflektordapat digunakan untukmengoptimalkandistribusifasesementara.

Figure 15.29 Geometrical optics for the reshaping and synthesis of the reflectors of aCassegrainsystem.

(SOURCE: R. Mittra and V. Galindo-Israel “Shaped Dual Reflector Synthesis,”IEEE Antennas and

Propagation Society Newsletter, Vol. 22, No. 4, pp. 5–9, August 1980. (1980) IEEE)

hyperboloid subreflector dapat digunakan untuk mengontrol distribusi amplitudo. Ini digunakan secara

efektif dalam [42] untuk merancang sistem dua-reflektor berbentuk bidang yang tercermin oleh

subreflector memiliki bebas bulat fase tapi pola amplitudo csc4(θ/2). Namun, output dari reflektor

utama telah depan fase gelombang sempurna pesawat dan distribusi amplitudo seragam perkiraan yang

baik, seperti yang ditunjukkan pada gambar 15.29(b).

Karena perawatan yang komprehensif pengaturan ini dapat sangat panjang, hanya sebuah pengantar

singkat sistem akan disajikan di sini. Pembaca yang tertarik disebut direferensikan literatur.

A. bentuk Cassegrain klasik

pengoperasian pengaturan Cassegrain dapat diperkenalkan dengan merujuk kepada sosok 15.1(d) dan

dengan asumsi sistem beroperasi dalam modus menerima atau transmisi. Untuk mengilustrasikan

prinsip, diadopsi modus menerima.

Mari kita berasumsi bahwa energi, dalam bentuk sinar paralel, insiden atas sistem reflektor. Energi

dicegat oleh reflektor utama, yang memiliki permukaan cekung besar, tercermin ke arah subreflector.

Energi yang dikumpulkan oleh permukaan cembung subdish tercermin oleh itu, dan ditujukan vertex

hidangan utama. Jika sinar insiden paralel, reflektor utama adalah paraboloid, dan subreflector adalah

hyperboloid, kemudian dikumpulkan bundel sinar berfokus pada satu titik. Penerima kemudian

ditempatkan pada titik ini fokus.

Prosedur yang sama dapat digunakan untuk menggambarkan sistem dalam mode transmisi. umpan

ditempatkan pada titik fokus, dan biasanya cukup kecil sehingga subdish terletak di wilayahnya jauh-

field. Selain itu, subreflector cukup besar bahwa it penyadapan sebagian besar radiasi dari feed.

Menggunakan pengaturan geometris paraboloid dan hyperboloid, sinar tercermin dari hidangan utama

akan paralel. Amplitudo lancip sinar muncul ditentukan oleh pola pakan dan efek meruncing geometri.

Geometri dari sistem Cassegrain klasik, mempekerjakan paraboloid cekung sebagai hidangan utama dan

hyperboloid cembung sebagai subreflector, sederhana dan dapat digambarkan sepenuhnya dengan

hanya empat parameter independen (dua untuk setiap reflektor). Analisis rincian dapat ditemukan

dalam [33].

Untuk membantu dalam memahami dan memprediksi kinerja penting Cassegrain, konsep virtual pakan

[33] berguna. Dengan prinsip ini, yang nyata feed dan subreflector digantikan oleh sistem setara yang

terdiri dari feed Maya terletak di titik fokus utama reflektor, seperti yang ditunjukkan oleh garis putus-

putus gambar 15.30(a). Untuk tujuan analisis kemudian, sistem baru adalah rangkaian tunggal-reflektor

dengan hidangan utama asli, feed berbeda dan tidak subreflector.

Konfigurasi virtual feed dapat ditentukan dengan mencari gambar optik yang nyata feed. Teknik ini

hanya akurat ketika memeriksa aperture efektif feed dan ketika

Kemampuan untuk memperoleh aperture efektif yang berbeda untuk makan virtual dibandingkan

dengan yang nyata feed ini berguna dalam banyak aplikasi seperti dalam sebuah monopulse antena

[33]. Untuk mempertahankan efisien dan wideband kinerja dan pemanfaatan yang efektif aperture

utama, sistem ini memerlukan aperture besar feed, panjang focal panjang yang sesuai, dan struktur

besar antena. Dimensi antena yang dapat dipertahankan relatif kecil dengan menggunakan konfigurasi

Cassegrain yang memanfaatkan besar feed dan panjang focal yang pendek untuk reflektor utama.

Meskipun konsep virtual pakan dapat memberi informasi kualitatif yang berguna untuk sistem

Cassegrain, hal ini tidak nyaman untuk analisis kuantitatif yang akurat. Beberapa batasan konsep virtual-

feed dapat diatasi oleh konsep parabola setara [33].

Oleh teknik parabola setara, hidangan utama dan subreflector digantikan oleh setara berfokus

permukaan pada jarak tertentu dari titik fokus nyata. Ini permukaan yang terlihat putus-putus pada

gambar 15.30(b), dan didefinisikan sebagai [33] "lokus persimpangan masuk sinar sejajar sumbu antena

dengan ekstensi dari sinar sesuai yang konvergen menuju titik fokus nyata." Berdasarkan sederhana

Figure 15.30 Virtual-feed and equivalent parabola concepts. (SOURCE: P. W. Hannan,

“Microwave Antennas Derived from the Cassegrain Telescope,” IRE Trans. Antennas Propagat.

Vol. AP-9, No. 2, March 1961. (1961) IEEE)

Optik geometris ray tracing, setara dengan fokus permukaan untuk konfigurasi Cassegrain adalah

paraboloid panjang fokusnya sama dengan jarak dari vertex nya ke titik fokus yang nyata. Sistem ini juga

mengurangi untuk pengaturan tunggal-reflektor, yang memiliki feed sama tetapi berbeda reflektor

utama, dan itu akurat ketika subreflector adalah hanya beberapa gelombang diameter. Hasil yang lebih

akurat dapat diperoleh oleh termasuk pola Difraksi. Ia juga memiliki kemampuan untuk fokus ke arah

titik fokus nyata gelombang pesawat masuk, insiden dari arah yang berlawanan, dengan cara yang sama

sebagai hidangan utama sebenarnya dan subreflector.

B. Cassegrain dan bentuk-bentuk Gregorian

Selain bentuk Cassegrain, ada konfigurasi lain yang mempekerjakan berbagai reflektor utama dan

subreflector permukaan dan termasuk cekung, cembung dan datar bentuk [33]. Dalam satu bentuk,

hidangan utama diadakan invarian sementara beamwidth pakan yang semakin meningkat dan dimensi

aksial antena semakin menurun. Dalam bentuk lain, feed beamwidth dianggap invarian sementara

reflektor utama menjadi semakin menyanjung dan dimensi aksial semakin meningkat.

Serangkaian konfigurasi di mana beamwidth pakan adalah semakin meningkat, sementara keseluruhan

dimensi antena diadakan tetap, ditunjukkan dalam gambar 15.31. Lima pertama dirujuk sebagai

Cassegrainforms sementara dua yang terakhir adalah bentuk Gregorian, konfigurasi yang mirip dengan

teleskop Gregorian. Sejumlah parameter berkisar, bersama dengan membedakan karakteristik,

ditunjukkan bersama sketsa konfigurasi masing-masing. Hidangan utama untuk konfigurasi keempat

telah merosot untuk kontur datar, subreflector untuk kontur parabola, dan mereka dapat dipisahkan

oleh jarak yang mana perkiraan ray-tracing sah. Untuk konfigurasi kelima, subreflector telah merosot

untuk kontur elips cekung konyol ekstrim dan hidangan utama untuk bentuk parabolik cembung, dengan

bekas yang lebih besar daripada yang terakhir.

Untuk konfigurasi dua, yang disebut sebagai bentuk Gregorian, titik fokus dari maindish telah pindah ke

regionbetween dua piring dan subreflector telah mencapai kontur elips cekung. Ketika ukuran

keseluruhan dan beamwidth pakan Gregorian klasik yang identik dengan Cassegrain klasik, bentuk

Gregorian memerlukan panjang fokus pendek untuk hidangan utama. Feed untuk kedua bentuk

Gregorian telah pindah ke lokasi antara fokus hidangan utama dan subreflector sementara hidangan

utama memiliki dimensi yang sama seperti bentuk pertama. Secara umum, konfigurasi ini telah

beberapa besar kerugian yang membuatnya menarik untuk banyak aplikasi antena

Dari data di gambar 15.31, ukuran lubang efektif virtual dan nyata feed dapat disimpulkan. Ketika

subreflector datar, nyata dan virtual feed identik. Feed virtual Cassegrain konfigurasi, yang memiliki

subreflector cekung, memiliki beamwidths yang lebih kecil dan lebih besar lubang efektif daripada

konektornya nyata feed. Namun, feed virtual konfigurasi Gregorian klasik yang juga memiliki

subreflector cekung memiliki ukuran lobang efektif yang lebih kecil thanthat nyata feed.

Konsep setara parabola dapat juga digunakan untuk menentukan ujung amplitudo di rangkaian

Cassegrain. Seperti untuk konfigurasi front-fed.

Gambar 15.31 Seri Cassegrainan d bentuk reflektor Gregorian. (SUMBER: P. W. Hannan,\

"Antena Microwave Berasal dari Teleskop Cassegrain," IRE Trans. Antena Propagat.,

Vol. AP-9, No 2, Maret 1961. (1961) IEEE)

Lancipnya amplitudo atau iluminasi aperture ditentukan oleh pola radiasi dari umpan

dimodifikasi oleh faktor pelemahan ruang reflektor. Amplitudo lancip dari Cassegrain konfigurasi identik

dengan pengaturan Front-fed yang secara aktual dan yang focal length adalah panjang focal nya setara.

Dengan kata lain, proses ini identik dengan konfigurasi front-fed bahwa fe / d rasio yang digunakan.

15,5 REFLEKTOR BOLA

Pembahasan dan hasil yang disajikan dalam bagian sebelumnya menggambarkan bahwa

reflektor paraboloidal adalah perangkat collimating anideal . Namun, meskipun semua nya keuntungan

dan banyak aplikasi itu sangat cacat dalam pemindaian sudut .

Meskipun scanning dapat dilakukan dengan ( 1 ) rotasi mekanik dari keseluruhan struktur , dan ( 2 )

perpindahan dari umpan saja , itu digagalkan oleh mekanik besar momen inersia dalam kasus pertama

dan dengan koma besar dan Silindris di kedua.

Sebaliknya , reflektor bola dapat membuat wide-angle scanner ideal karena konfigurasi geometris

simetris nya . Namun, terkendala oleh miskin properti collimating melekat . Jika, misalnya , sumber titik

ditempatkan di fokus bola , tidak menghasilkan gelombang pesawat . Keberangkatan wavefront

tercermin dari gelombang pesawat dikenal sebagai aberasi sferis , dan itu tergantung pada diameter dan

focal length bola . Dengan timbal balik , gelombang insiden pesawat pada reflektor bulat sejajar

permukaan porosnya tidak bertemu pada titik fokus . Namun bola reflektor memiliki kemampuan

memfokuskan gelombang insiden pesawat di berbagai sudut oleh

menerjemahkan dan berorientasi feed dan dengan menerangi bagian yang berbeda dari struktur

geometri . 1.000 - ft diameter reflektor [ 12 ] di Arecibo , Puerto Rico adalah sebuah bola reflektor yang

permukaannya dibangun ke bumi dan pemindaian dilakukan dengan gerakan feed .

Karakteristik fokus dari reflektor bulat khas diilustrasikan dalam Gambar 15.32 selama tiga

sinar. Titik F inthe angka adalah fokus paraksial, dan sama dengan satu-setengah jari-jari bola. The

kaustik * permukaan anepicycloid dan dihasilkan oleh pantulan sinar paralel. Sebuah garis merosot FV

kaustik ini sejajar dengan sinar insiden dan memanjang dari fokus paraksial ke puncak dari reflektor.

Jika seseorang menggambar diagram sinar gelombang insiden pesawat dalam kerucut 120 ◦, itu akan

menunjukkan bahwa semua energi harus melewati garis FV. Dengan demikian, canbe garis FV

digunakan untuk penempatan umpan untuk intersepsi gelombang insiden pesawat paralel ke garis

aksial. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa reflektor bola memiliki fokus garis bukan titik. Namun,

amplitudo dan fase koreksi harus dilakukan dalam rangka untuk mewujudkan efisiensi antena

maksimal.

Ashmead dan Pippard [43] diusulkan untuk mengurangi penyimpangan bola dan untuk

meminimalkan path kesalahan dengan menempatkan feed point-sumber tidak pada fokus paraksial F

(setengah jari-jari sphere), seperti yang diajarkan inoptics, tapi pengungsi sedikit ke arah reflektor.

Untuk anaperture diameter d, lokasi yang benar untuk menempatkan sumber titik adalah f0 jarak dari

* Sebuah kaustik adalah titik, garis, atau permukaan di mana semua sinar di dalam sebuah kemasan

lulus dan di mana intensitas

tak terbatas. Kaustik juga meruumpan lokus geometris semua pusat kelengkungan gelombang

permukaan. Contoh itu termasuk garis fokus untuk silinder reflektor parabola dan titik fokus dari

reflektor paraboloidal.

Gambar 15.32 Geometri reflektor Bulat dan sinar yang membentuk kaustik.

vertex sehingga nilai error path maksimum [43]

dan kesalahan fase maksimum tidak berbeda dari paraboloid dengan lebih dari oneeighth dari panjang

gelombang. Ini, bagaimanapun, menyebabkan besar f / d dan pemanfaatan kawasan miskin.

Hasil serupa diperoleh oleh Li [44]. Dia menyatakan bahwa total kesalahan fase (jumlah

nilai absolut maksimum kesalahan fase positif dan negatif) lebih dari satu lobang radius paling tidak

whenthe kesalahan fase di tepi aperture adalah nol. dengan demikian focal length optimal

Dimana :

R = jari-jari reflektor bola

a = jari-jari aperture digunakan

Jadi ketika R = 2a, panjang fokus optimal adalah 0.4665R dan total sesuai

kesalahan fase, dengan menggunakan rumus yang ditemukan dalam [44], adalah 0,02643 (R / λ) rad.

Walaupun focal length optimal menyebabkan jumlah kesalahan fase minimum atas aperture yang

ditentukan, itu tidak menghasilkan pola radiasi terbaik saat pencahayaan yang tidak seragam. Untuk

distribusi amplitudo meruncing, panjang fokus yang menghasilkan pola radiasi terbaik akan sedikit lebih

lama, dan dalam praktek, biasanya ditentukan oleh eksperimen. Demikian untuk ukuran aperture

pemberian maximum terdapat nilai maksimum dari total yang diijinkan kesalahan fase, dan itu diberikan

oleh [44]

di mana (3 / λ) adalah total kesalahan fase inwavelen GTHs.

contoh 15.4

Sebuah reflektor bola memiliki diameter 10-ft. Jika pada 11,2 GHz tahap maksimum kesalahan adalah

λ/16, menemukan aperture maksimum yang diizinkan.

Solusi: Pada f = 11,2 GHz

Untuk mengatasi kelemahan feed titik dan meminimalkan penyimpangan bola ,

Spencer, Sletten , dan Walsh [ 45 ] adalah yang pertama untuk mengusulkan penggunaan garis – sumber

makan . Alih-alih sumber garis kontinu , satu set elemen umpan diskrit dapat digunakan Untuk

mengurangi aberasi bola whenthey ditempatkan dengan benar sepanjang sumbu in the sekitar fokus

paraksial . Jumlah elemen , posisi mereka , dan bagian

dari permukaan reflektor yang mereka menerangi ditentukan oleh wavefront diijinkan distorsi , ukuran,

dan kelengkungan reflektor . Hal ini ditunjukkan pada Gambar 15.33 [ 46 ] .

Umpan tunggal yang terletak dekat fokus paraksial akan menerangi bagian tengah reflektor .

Jika reflektor besar , unsur-unsur umpan tambahan sepanjang sumbu menuju vertex akan diperlukan

untuk meminimalkan kesalahan fase di aperture . Umpan utama desain akan menjadi kompromi antara

satu elemen dan distribusi line- sumber .

Upaya ekstensif telah ditempatkan pada analisis dan percobaan bola reflektor , dan sebagian besar

dapat ditemukan didokumentasikan dalam sebuah buku kertas dicetak ulang [ 1 ] . Selain itu, sejumlah

pola dua dimensi dan aperture pesawat konstan kontur amplitudo , untuk feed simetris dan offset, telah

dihitung [ 20 ] .

15,6 MULTIMEDIA

Dalam CD yang merupakan bagian dari buku ini, sumber-sumber berikut multimedia yang

disertakan untuk

review, pemahaman, dan visualisasi materi bab ini:

Gambar 15.33 pencahayaan Reflector oleh bagian umpan ditempatkan di antara fokus paraksial dan

vertex.

(SUMBER: AC Schell, "The Difraksi Teori Large-Aperture Spherical Antena Reflektor,"

IRE Trans. Antena Propagat., Vol. AP-11, No 4 Juli 1963. (1963) IEEE)

a. Kuesioner interaktif berbasis Java, dengan jawaban.

b. Program komputer Matlab, ditunjuk Reflector, untuk komputasi dan menampilkan

yang radiationcharacteristics dari reflektor paraboloidal.

c. Power Point (PPT) viewgraphs, inmulticolor.

REFERENSI

1. A. W. Love (ed.), Reflector Antennas, IEEE Press, New York, 1978.

2. Y. Obha, “On the Radiation of a Corner Reflector Finite in Width,” IEEE Trans. AntennasPropagat., Vol. AP-11, No. 2, pp. 127–132, March 1963.

3. C. A. Balanis and L. Peters, Jr., “Equatorial Plane Pattern of an Axial-TEM Slot on a FiniteSize Ground Plane,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-17, No. 3, pp. 351–353,May 1969.

4. C. A. Balanis, “Pattern Distortion Due to Edge Diffractions,” IEEE Trans. Antennas Propagat.,Vol. AP-18, No. 4, pp. 551–563, July 1970.

5. C. A. Balanis, “Analysis of an Array of Line Sources Above a Finite Ground Plane,” IEEETrans. Antennas Propagat., Vol. AP-19, No. 2, pp. 181–185, March 1971.

6. D. Proctor, “Graphs Simplify Corner Reflector Antenna Design,” Microwaves, Vol. 14, No.7, pp. 48–52, July 1975.

7. E. B. Moullin, Radio Aerials, Oxford University Press, 1949, Chapters 1 and 3.

8. R. E. Paley and N. Wiener, Fourier Transforms in the Complex Domain, AmericanMathematicalSociety, Providence, R.I., p. 116, 1934.

9. P. A. J. Ratnasiri, R. G. Kouyoumjian, and P. H. Pathak, “The Wide Angle Side Lobesof Reflector Antennas,” ElectroScience Laboratory, The Ohio State University, TechnicalReport 2183-1, March 23, 1970.10. G. L. James and V. Kerdemelidis, “Reflector Antenna Radiation Pattern Analysis by EquivalentEdge Currents,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-21, No. 1, pp. 19–24,January 1973.

11. C. A. Mentzer and L. Peters, Jr., “A GTD Analysis of the Far-out Side Lobes of CassegrainAntennas,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-23, No. 5, pp. 702–709, September1975.

12. L. M. LaLonde and D. E. Harris, “A High Performance Line Source Feed for the AIOSpherical Reflector,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-18, No. 1, pp. 41–48, January1970.

13. A. W. Rudge, “Offset-Parabolic-Reflector Antennas: A Review,” Proc. IEEE, Vol. 66, No.12, pp. 1592–1618, December 1978.

14. P. J. B. Clarricoats and G. T. Poulton, “High-Efficiency Microwave Reflector Antennas—A Review,” Proc. IEEE, Vol. 65, No. 10, pp. 1470–1502, October 1977.

15. O. Hachenberg, B. H. Grahl, and R. Wielebinski, “The 100-Meter Radio Telescope at Effelsberg,”Proc. IEEE, Vol. 69, No. 9, pp. 1288–1295, 1973.

16. P. D. Potter, W. D. Merrick, and A. C. Ludwig, “Big Antenna Systems for Deep-SpaceCommunications,” Astronaut. Aeronaut., pp. 84–95, October 1966.

17. S. Silver (ed.), Microwave Antenna Theory and Design, McGraw-Hill, New York, 1949(MIT RadiationLab. Series, Vol. 12).

18. J. F. Kauffman, W. F. Croswell, and L. J. Jowers, “Analysis of the Radiation Patternsof Reflector Antennas,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-24, No. 1, pp. 53–65,January 1976.

19. R. E. Collinan d F. J. Zucker (eds.), Antenna Theory Part II, McGraw-Hill, New York,pp. 36–48, 1969.

20. P. K. Agrawal, J. F. Kauffman, and W. F. Croswell, “Calculated Scan Characteristics of aLarge Spherical Reflector Antenna,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-27, No. 3,pp. 430–431, May 1979.

21. E. M. T. Jones, “Paraboloid Reflector and Hyperboloid Lens Antennas,” IRE Trans. AntennasPropagat., Vol. AP-2, No. 3, pp. 119–127, July 1954.

22. I. Koffman, “Feed Polarization for Parallel Currents in Reflectors Generated by ConicSections,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-14, No. 1, pp. 37–40, January1966.

23. A. W. Love, “Some Highlights in Reflector Antenna Development,” Radio Sci., Vol. 11,Nos. 8, 9, pp. 671–684, August–September 1976.

24. D. K. Cheng, “Effect of Arbitrary Phase Errors onthe Gainan d Beamwidth Characteristicsof RadiationPattern ,” IRE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-3, No. 3, pp. 145–147, July1955.

25. Y. Y. Hu, “A Method of Determining Phase Centers and Its Application to ElectromagneticHorns,” J. Franklin Inst., pp. 31–39, January 1961.

26. J. Ruze, “The Effect of Aperture Errors on the Antenna Radiation Pattern,” Nuevo CimentoSuppl., Vol. 9, No. 3, pp. 364–380, 1952.

27. H. C. Minnett and B. MacA. Thomas, “Fields in the Image Space of Symmetrical FocusingReflectors,” Proc. IEE, Vol. 115, pp. 1419–1430, October 1968.

28. G. F. Koch, “Coaxial Feeds for High Aperture Efficiency and Low Spillover of Paraboloidal Reflector Antennas,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-21, No. 2, pp. 164–169, March 1973.

29. R. E. Lawrie and L. Peters, Jr., “Modifications of Horn Antennas for Low Side Lobe Levels,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-14, No. 5, pp. 605–610, September 1966.

30. A. J. Simmons and A. F. Kay, “The Scalar Feed-A High Performance Feed for Large Paraboloid Reflectors,” Design and Construction of Large Steerable Aerials, IEE Conf. Publ. 21, pp. 213–217, 1966.

31. W. M. Truman and C. A. Balanis, “Optimum Design of Horn Feeds for Reflector Antennas,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-22, No. 4, pp. 585–586, July 1974.

32. B. Houshmand, B. Fu, and Y. Rahmat-Samii, “Reflector Antenna Analysis Software,” Vol. II, Chapter 11, CAEME Center for Multimedia Education, University of Utah, pp. 447–465, 1995.

33. P. W. Hannan, “Microwave Antennas Derived from the Cassegrain Telescope,” IRE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-9, No. 2, pp. 140–153, March 1961.

34. W. V. T. Rusch, “Scattering from a Hyperboloidal Reflector ina CassegrainFeed System,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-11, No. 4, pp. 414–421, July 1963.

35. P. D. Potter, “Application of Spherical Wave Theory to Cassegrainian-Fed Paraboloids,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-15, No. 6, pp. 727–736, November 1967.

36. W. C. Wong, “On the Equivalent Parabola Technique to Predict the Performance Characteristics of a CassegrainSystem with anOf fset Feed,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-21, No. 3, pp. 335–339, May 1973.

37. V. Galindo, “Design of Dual-Reflector Antennas with Arbitrary Phase and Amplitude Distributions,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-12, No. 4, pp. 403–408, July 1964.

38. W. F. Williams, “High Efficiency Antenna Reflector,” Microwave Journal, Vol. 8, pp. 79–82, July 1965.

39. G. W. Collins, “Shaping of Subreflectors in Cassegrainian Antennas for Maximum Aperture Efficiency,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-21, No. 3, pp. 309–313, May 1973.

40. C. A. Balanis, Advanced Engineering Electromagnetics, John Wiley & Sons, Inc., New York, pp. 744–764, 1989.

41. R. Mittra and V. Galindo-Israel, “Shaped Dual Reflector Synthesis,” IEEE Antennas Propagation Society Newsletter, Vol. 22, No. 4, pp. 5–9, August 1980.

42. K. A. Green, “Modified Cassegrain Antenna for Arbitrary Aperture Illumination,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-11, No. 5, pp. 589–590, September 1963.

43. J. Ashmead and A. B. Pippard, “The Use of Spherical Reflectors as Microwave Scanning Aerials,” J. Inst. Elect. Eng., Vol. 93, Part III-A, pp. 627–632, 1946.

44. T. Li, “A Study of Spherical Reflectors as Wide-Angle Scanning Antennas,” IRE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-7, No. 3, pp. 223–226, July 1959.

45. R. C. Spencer, C. J. Sletten, and J. E. Walsh, “Correction of Spherical Aberration by a Phased Line Source,” Proceedings National Electronics Conference, Vol. 5, pp. 320–333, 1949.

46. A. C. Schell, “The Diffraction Theory of Large-Aperture Spherical Reflector Antennas,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-11, No. 4, pp. 428–432, July 1963.

MASALAH

15.1 . Sebuah sumber garis yang tak terbatas , dari I0 arus listrik konstan , ditempatkan sebuah s jarak

di atas bidang datar dan tanah tak terbatas listrik . Turunkan faktor array.

15.2 . Untuk reflektor sudut dengan sudut termasuk dari α = 60°, 45°, 30° : ( a) Turunkan faktor array

( 15-7 ) - ( 15 - 9b ) .

( b ) Plot kekuatan medan sepanjang sumbu ( θ = 90°, Φ = 0°) Sebagai fungsi dari jarak feed- to- vertex , 0

≤ s / λ ≤ 10 .

15.3 . Pertimbangkan reflektor sudut dengan sudut termasuk dari α = 36° . ( a) Turunkan faktor array.

( b ) Plot kekuatan medan relatif sepanjang sumbu ( θ = 90°, Φ = 0°) Sebagai sebuah function dari feed -

to- titik jarak s , untuk 0 ≤ s / λ ≤ 10 .

( c ) Tentukan jarak yang menghasilkan pertama kekuatan medan maksimum yang mungkin sepanjang

sumbu . Untuk jarak ini , apa adalah rasio kekuatan medan dari sudut reflektor sepanjang sumbu untuk

kekuatan medan umpan elemen saja ? ( d ) Untuk jarak di bagian c , plot kekuatan patterninthe

dinormalisasi Pesawat azimut ( θ = 90°) .

15.4 . A 60° sudut reflektor , dalam hubungannya dengan umpan dipol λ / 2 , digunakan dalam

sistem pelacakan radar . Salah satu persyaratan untuk sistem tersebut adalah bahwa antena , di salah

satu modus operasinya , memiliki nol di sepanjang depan simetri sumbu . Inorder untuk mencapai hal ini

, apa yang harus jarak umpan dari vertex ( inwavelen GTHs ) ? Untuk mendapatkan kredit , berikan

semua nilai yang mungkin dari jarak feed- to- vertex .

15.5 . Untuk reflektor parabola , menurunkan ( 15-25 ) yang berkaitan dengan f / d rasio nya subtended

θ0 sudut .

15.6 . Tunjukkan bahwa untuk reflektor parabola

( a) 0 ≤ f / d ≤ 0,25 berkaitan dengan 180° ≥ θ0 ≥ 90°

( b ) 0,25 ≤ f / d ≤ ∞ berkaitan dengan 90° ≥ θ0 ≥ 0°

15.7 . Diameter antena reflektor paraboloidal ( piring ) , yang digunakan untuk televisi publik stasiun ,

adalah 10 meter . Cari jarak jauh - zona jika antena digunakan pada 2 dan 4 GHz .

15.8 . Tunjukkan bahwa directivity dari aperture melingkar seragam diterangi diameter d sama dengan

( πd / λ ) 2 .

15,9 . Verifikasi ( 15-33 ) dan ( 15 - 33a ) .

15.10 . Bidang dipancarkan oleh reflektor paraboloidal dengan f / d rasio 0,5 adalah givenby

E = ( ax + ay sin φ cos φ ) f ( r , θ , φ ) dimana x - komponen adalah co - pol dan y - komponen adalah

cross- pol .

(a ) Pada observationan gle ( s ) ( indegrees ) ( 0° - 180°) Adalah cross- pol

minimum ? Berapakah nilai minimum ?

( b ) Pada observationan gle ( s ) ( indegrees ) ( 0 ◦ - 180 ◦ ) Adalah cross- pol maksimal ? Berapakah nilai

maksimum ?

( c ) Apa yang dimaksud dengan polarisasi faktor rugi ketika antena penerima adalah linear

terpolarisasi inthe x - arah .

( d ) Apakah polarisasi faktor rugi ketika antena penerima adalah linear terpolarisasi inthe y - arah .

( e ) Apa yang harus polarisasi antena penerima dalam rangka untuk menghilangkan kerugian akibat

polarisasi ? Menuliskan ungkapan polarisasi dari antena penerima untuk mencapai hal ini .

15.11 . Verifikasi ( 15-49 ) dan ( 15-54 ) .

15.12 . Sebuah reflektor kecil parabola ( dish ) revolusi , disebut sebagai suatu paraboloid , sekarang

sedang diiklankan sebagai antena TV untuk siaran langsung . dengan asumsi diameter reflektor adalah 1

meter , menentukan pada 3 GHz directivity (dalam dB ) antena jika umpan yang diberikan sedemikian

rupa sehingga

( a) iluminasi atas aperture seragam ( ideal)

( b ) efisiensi lancip adalah 80 % sedangkan efisiensi spillover adalah 85 % . menganggap tidak ada

kerugian lainnya . Apa efisiensi aperture total antena ( dalam dB ) ?

15.13 . The 140 - ft ( 42,672 m ) paraboloidal reflektor di National Radio Astronomy Observatory ,

GreenBan k , W. Va , memiliki f / d rasio 0,4284 . Tentukan

( a) sudut subtended reflektor

( b ) efisiensi aperture asumsi pola umpan simetris dan gain patternis diberikan oleh 2 cos2(θ’/2) , di

mana θ _ Diukur dari sumbu reflektor

( c ) directivity dari seluruh sistem ketika antena beroperasi pada 10 GHz , dan diterangi oleh pola

umpan dari bagian ( b )

( d ) directivity dari seluruh sistem pada 10 GHz ketika reflektor menyalaoleh umpan patternof bagian ( b

) dan deviasi fase aperture maksimum adalah rad π/16

15.14 . Sebuah reflektor paraboloidal memiliki f / d rasio 0,38 . menentukan ( a) θ yang cosn

_ Umpan simetris patternwill memaksimalkan aperture –nya efisiensi

( b ) directivity reflektor whenthe focal length adalah 10λ

( c ) nilai umpan patternin dB ( relatif terhadap mainmaximum ) bersama tepi reflektor .

15.15 . Diameter aneducation al TV stasiun reflektor adalah 10 meter . Hal ini diinginkan untuk designthe

reflektor pada 1 GHz dengan af / d rasio 0,5 . The patternof umpan adalah diberikan oleh

Asumsikan pola simetris di φ yang

_ Arah. Tentukan berikut ini:

(a) Jumlah sudut subtended reflektor (dalam derajat)

(b) Aperture efisiensi (dalam%)

(c) Directivity reflektor (berdimensi dan dalam dB).

15.16. Sebuah antena reflektor paraboloidal bumi berbasis 10-m diameter, yang digunakan untuk

televisi satelit, memiliki rasio f / d 0,433. Dengan asumsi keuntungan amplitudo patternof umpan adalah

rotationally simetris di φ’ dan diberikan oleh

dimana G0 adalah konstanta, menentukan

(a) jumlah sudut subtended reflektor (dalam derajat)

(b) nilai G0.

(c) efisiensi aperture (dalam%).

15.17. A 10-m diameter antena reflektor paraboloidal bumi berbasis, yang digunakan untuk televisi

satelit, memiliki total sudut subtended dari 120°. dengan asumsi gainpattern amplitudo umpan adalah

rotationally simetris di φ dan diberikan oleh

dimana G0 adalah konstanta, menentukan

(a) nilai G0

(b) efisiensi lancip (dalam%). Bandingkan efisiensi aperture dari pola di atas dengan yang

Manakah dari efisiensi aperture dua pola 'lebih rendah, dan mengapa. Menjelaskan mengapa dengan

membandingkan kualitatif lancip yang sesuai dan spillover efisiensi, dan dengan demikian efisiensi

aperture, dari dua pola umpan; melakukan ini tanpa memperhitungkan lancip dan spillover efisiensi.

15.18. Umpan simetris patternfor reflektor paraboloidal diberikan oleh

dimana G0 adalah konstan.

(a) Evaluasi G0 konstan.

(b) Turunkan anexpression untuk efisiensi aperture.

(c) Cari sudut subtended reflektor yang akan memaksimalkan aperture efisiensi. Apa efisiensi aperture

maksimum?

15.19. Sebuah reflektor paraboloidal beroperasi pada frekuensi 5 GHz. Ini adalah 8 meter

indiameter, dengan f / d rasio 0,25. Hal ini diberi makan dengan antena yang utama

patternis simetris dan yang canbe didekati dengan

Cari yang

(a) efisiensi aperture

(b) directivity keseluruhan

(c) efisiensi spillover

(d) efisiensi lancip

15.20. Sebuah reflektor parabolic memiliki diameter 10 meter dan memiliki sudut termasuk dari

θ0 = 30°. Directivity pada frekuensi operasi dari 25 GHz adalah 5.420.000.

Efisiensi fase, efisiensi polarisasi, efisiensi penyumbatan, dan acak

efisiensi error semua 100%. Umpan memiliki pola phi-simetris yang diberikan oleh

Cari lancip , spillover , dan efisiensi keseluruhan .

15.21 . Sebuah diameter 10 meter reflektor paraboloidal digunakan sebagai antena satelit TV . Fokus -

to- diameter rasio reflektor adalah 0,536 dan pola umpan inthe regioncanbe maju didekati dengan cos2

( θ’) . Selama daerah reflektor , kepadatan daya datang dari satelit dapat diperkirakan

oleh gelombang bidang seragam dengan kepadatan kekuatan 10 μwatts/m2 . Pada ter cen

frekuensi 9 GHz :

( a) Berapakah directivity maksimum reflektor ( dalam dB ) ?

( b ) Dengan asumsi tidak ada kerugian apapun , apa daya maksimum yang dapat dikirim ke penerima TV

yang terhubung ke reflektor melalui sebuah lossless saluran transmisi ?

15.22 . Sebuah diameter 3 meter reflektor parabola digunakan sebagai antena penerima untuk satelit

penerimaan televisi di 5 GHz . Reflektor terhubung ke televisi penerima melalui kabel koaksial 78 -ohm .

Efisiensi aperture adalah sekitar 75 % . Dengan asumsi kepadatan daya maksimum kejadian dari satelit

adalah 10 microwatts / meter persegi dan gelombang insiden adalah polarisasi - cocok

untuk antena reflektor , apa yang :

( a) Directivity antena ( dalam dB )

( b ) Maksimum daya ( dalam watt ) yang canbe disampaikan kepada penerima TV ?

Asumsikan tidak ada kerugian .

( c ) Power ( dalam watt ) dikirim ke TV penerima jika koefisien refleksi

pada saluran transmisi / penerimaan TV terminal persimpangan adalah 0,2 . asumsikan tidak ada

kerugian lainnya .

15.23 . Sebuah antena reflektor dengan total sudut subtended dari 120 ◦ diterangi di 10 GHz dengan

umpan yang dirancang khusus sehingga efisiensi aperture -nya hampir kesatuan . Jarak fokus reflektor

adalah 5 meter . Dengan asumsi radiasi Pola hampir simetris , menentukan :

( a) beamwidth Half -power ( dalam derajat ) .

( b ) tingkat Sidelobe ( dalam dB ) .

( c ) Directivity ( dalam dB ) . rumus onKraus

( d ) Directivity ( dalam dB ) berbasis ' dan formula Tai & Pereira .

( e ) Loss indirectivity ( dalam dB ) jika permukaan memiliki rms kekasaran acak 0.64 mm .

15.24 . Sebuah reflektor paraboloidal front -makan dengan f / d radio dari 0.357 , yang berdiameter

adalah 10 meter dan yang beroperasi pada 10 GHz , diberi makan oleh antena yang

Pola daya rotationally simetris dan itu diwakili oleh cos2 ( θ / 2 ) . Semua daya terpancar inthe wilayah

maju ( 0° ≤ θ’ ≤ 90°) Dari umpan .

Tentukan

( a) efisiensi spillover

( b ) efisiensi lancip

( c ) efisiensi aperture keseluruhan

( d ) directivity dari reflektor ( dalam dB )

( e ) directivity dari reflektor ( dalam dB ) jika RMS , penyimpangan permukaan reflektor dari paraboloid

anideal adalah λ/100 .

15.25 . Desain piramida tanduk antena yang akan memaksimalkan efisiensi aperture atau menghasilkan

transmisi daya maksimum feed , untuk reflektor paraboloidal dengan f d rasio / dari

( a) 0,50

( b ) 0,75

( c ) 1,00