Parabolaantenna

A parabolaantenna az apertúrával rendelkező antennák nagycsaládjába tartozik. Nagy nyereségű, éles irányhatású antennák. A parabolaantenna tulajdonképpen egy olyan irányított parabolikus reflektor, amelynek célja, hogy a felületéről a rádióhullámokat egy pontba reflektálja vissza. A fókuszpontban vagy egy egyszerű primer sugárzó, vagy valamilyen erősítővel, transzponálóval egybeépített primer sugárzó található. A házi műsorvevő műholdvevőknél az apertúra fókuszpontjában általában transzponálóval egybeépített primer sugárzó található, amelyet neveznek LNB-nek, illetve "parabolafej"-nek is. Maga a parabolaantenna általában két fő részből áll: parabola alakú apertúrából primer sugárzóból. Rendeltetésüktől és üzemi frekvenciájuktól függően többféle felépítésű és méretű parabolaantenna létezik, működési elvük viszont ugyanaz: A környezetből érkező elektromágneses hullámokat az apertúra egy pontba, a primer sugárzó irányába fókuszálja, a fókuszpontba gyűjtött elektromágneses hullámokat a primer sugárzó elektromos jellé alakítja. A primer sugárzóba táplált nagyfrekvenciás elektromos jelet a primer sugárzó elektromágneses hullámmá alakítja, ami az apertúráról visszaverődik, és az apertúra kialakításától függően valamilyen szögben kisugárzódik a térbe. A primer sugárzó és az apertúra kapcsolata Az apertúra nincs sem induktív, sem kapacitív csatolásban a primer sugárzóval, tehát nem parazitasugárzóként működik, hanem tükörként, ami egy pontba fókuszálja az elektromágneses sugárzást. Ebből következik, hogy az apertúra nincs hatással a primer sugárzó elektromos paramétereire. A primer sugárzó minden esetben az apertúra fókuszpontjában található. Fontos követelmény, hogy a primer sugárzó sugárzási szöge akkora legyen, hogy a kisugárzott teljesítmény az apertúra felületére koncentrálódjon. Ha a primer sugárzó kisugárzási szöge nagyobb, akkor a kisugárzott teljesítmény egy része túlmegy az apertúrafelületen, az apertúrára kisebb teljesítmény jut, így romlik az antenna hatásfoka Ha a primer sugárzó kisugárzási szöge kisebb, akkor kisebb apertúrafelületre koncentrálódik a sugárzás, kisebb lesz az antenna hatásos felülete, így kisebb lesz az antenna nyeresége. Az apertúra megszerkesztésénél a legfontosabb a parabola-vonal meghatározása. Ebböl forgatással képezhető forgásparaboloid, eltolással pedig hengerparaboloid. Ha ismerjük a primer sugárzó sugárzási szögét, és adott átmérőjű parabolát szeretnénk tervezni, a következőképp kell számolnunk: r = D 2 {\displaystyle r={\frac {D}{2}}} ϕ = α 2 {\displaystyle \phi ={\frac {\alpha }{2}}} F = r tan ⁡ ϕ {\displaystyle F={\frac {r}{\tan {\phi }}}} A vonal pontjainak a vezérsíktól számított távolságát meghatározhatjuk a középvonaltól számított távolság alapján: p i = i 2 4 F {\displaystyle {\ce {p_{i}={\frac {i^2}{4F}}}}} p n = r 2 4 F {\displaystyle p_{n}={\frac {r^{2}}{4F}}} α - a primer sugárzó kisugárzási szöge φ - a primer sugárzó kisugárzásának félszöge D - az apertúra átmérője r - az apertúra sugara F - fókusztávolság Fp - fókuszpont i - az apertúra közepétől számított távolság pi - az apertúra egy pontja az apertúrától i távolságra pn - a parabolavonal végpontja Közvetlen megvilágítású parabolaantennák A közvetlen megvilágítású parabolaantennáknál a primer sugárzó közvetlenül az apertúrára sugározza ki teljesítményét, vagy vevőantenna esetén közvetlenül a primer sugárzóra fókuszálódik az apertúrafelület által felvett teljesítmény. Hengerparaboloid felületű apertúraantennák A hengerparaboloid apertúra elkészítése egyszerű, akár házi módszerrel is elkészíthető. Nem kell mást tenni, mint egy alumínium- vagy acéllemezt meghajlítani a parabolavonal szerint. Így olyan antennához jutunk, amely a tengelyiránnyal párhuzamos polarizációban nagy nyereséget ad, az arra merőleges polarizációban pedig a nyeresége megegyezik a primersugárzó nyereségével. Az antennanyereség közelíthető a következő képlettel: G ≈ 4 π 2 D 2 4 λ 2 360 2 α 2 {\displaystyle G\approx {\sqrt {{\frac {4\pi ^{2}D^{2}}{4\lambda ^{2}}}{\frac {360^{2}}{\alpha ^{2}}}}}} G d B = 10 l o g 10 G {\displaystyle G_{dB}=10log_{10}{G}} Forgásparaboloid felületű apertúraantennák Forgásparaboloid antennákkal nagy antennanyereséget lehet elérni mind a vertikális, mind a horizontális polarizációs síkban. A főtükör fémlapból történő elkészítése viszont már ipari technológiát igényel. Nagyobb hullámhosszokon elterjedt az a megoldás, hogy dróthálóból vagy sík fémlapokból, szegmensenként alakítják ki az apertúrát. Ilyen esetekben hatásfokromlással kell számolni. A parabolaantenna nyereségét a következő képlettel számíthatjuk ki: G = 4 π 2 D 2 4 λ 2 η {\displaystyle G={\frac {4\pi ^{2}D^{2}}{4\lambda ^{2}}}\eta } G d B = 10 l o g 10 G {\displaystyle G_{dB}=10log_{10}{G}} Ha adott nyereségre akarjuk tervezni az antennát, az egyenletet átrendezve kiszámíthatjuk, milyen átmérőjű apertúrát kell készíteni: D m m = 300 2 ∗ 10 0 , 1 G d B π f G H z {\displaystyle D_{mm}=300{\frac {\sqrt {2*10^{0,1G_{dB}}}}{\pi f_{GHz}}}} λ - az üzemi hullámhossz f - az üzemi frekvencia η - a hatásfok G - antennanyereség GdB - antennanyereség decibelben Dmm - a parabolatükör átmérője mm-ben Kisebb frekvenciák esetén a hatásfok lemezből kiképzett apertúra esetén akár 0.9 fölötti érték is lehet, a frekvencia növekedésével egyre inkább kritikus az apertúra anyaga. 100 GHz fölötti frekvenciákon már az apertúra festése is speciális festékanyagot igényel. A hengerparaboloid és a forgásparaboloid antenna iránykarakterisztikái Cassegrain rendszerű antennák A Cassegrain elnevezés eredetileg 2 tükrös csillagászati távcsövet takart, ugyanezzel a felépítéssel mikrohullámú antennát is létre lehet hozni. A Cassegrain rendszerű apertúrasugárzók 3 részből állnak: Főtükör - A környezetből érkező elektromágneses hullámokat a segédtükörre fókuszálja Segédtükör - A főtükörről érkező elektromágneses hullámokat tovább fókuszálja, a primer sugárzó irányába. A segédtükör formája forgáshiperboloid. Primer sugárzó - A fókuszált elektromágneses hullámot elektromos jellé alakítja A Cassegrain rendszerű apertúrasugárzók előnyei A segédapertúra speciális kialakításával megvalósítható az amplitudóban egyenletes apertúramegvilágítás, ami nagyobb antennahatásfokot ad, vagyis kisebb méretek mellett nagyobb antennanyereséget lehet elérni. Mivel a primer sugárzó a főapertúra középpontjában van, így az antennaerősítő, transzponálóegység, egyéb elektronika elhelyezhető az antenna mögött, anélkül, hogy a hogy hosszú, nagy ívben hajlított kábelen kötnénk össze a primer sugárzóval. Könnyen megoldható a primer sugárzó és a hozzá tartozó elektronika cseréje az antenna megbontása nélkül. A Cassegrain rendszerű apertúrasugárzók hátrányai A segédapertúra viszonylag nagy területet takar ki a főapertúra hatásos irányából. Bonyolult rendszer, nagyon pontos tervezést igényel. Nehéz antenna, erős és bonyolult tartószerkezetet igényel, különösen ha az antenna forgatása is szükséges. Gregory apertúrasugárzó A Gregory antennarendszer annyiban különbözik a Cassegrain rendszertől, hogy segédapertúraként nem forgáshiperboloid, hanem forgási ellipszoid van használva. Ofszetantenna Az eddig említett apertúrasugárzók hátránya az volt, hogy a primer sugárzó a fő sugárzási irányba esett, és így egy darabot kitakart a főapertúrából. Készíthető olyan paraboloid apertúra, melynek fókuszpontja kívül esik a fő sugárzási irányból, így megoldható a kitakarás általi hatásfokvesztés. Az ofszetantennák tervezéséhez szükséges elméleti alapok már a II. Világháború idején megvoltak, viszont a nagy mennyiségű, bonyolult számítások miatt csak a számítógépek elterjedése tette lehetővé ipari megvalósítását. Műsorszóró műholdak vételére ezt az antennatipust használják a legelterjedtebben. Jegyzetek További információk A műholdas csatorna vétele és a parabola antenna beállítása