Лобкова Л. М., Троїцький А. В. Севастопольський національний технічний університет Стрілецька бухта, Севастополь – 99053, Україна тел. +380 (692) 235-233, e-mail: rt.sevgtu @ stel.sebastopol.ua

Анотація – Наведено вирази для розрахунку поля випромінювання півсферичного спірального опромінювача в ближній зоні. Визначено оптимальну кількість витків опромінювача при використанні в дзеркальних антенах та встановлено, що застосування обертової поляризації дозволяє уникнути появи додаткової кросссоставляющей при переотраженія від дзеркала.

I. Вступ

В останні роки при вирішенні таких завдань, як проблема «останньої милі», організація широкосмугового доступу в Інтернет і ряд їм подібних, широке застосування знаходять дзеркальні антени, причому перевагу в силу ряду технічних та економічних причин віддається простим однозеркальная варіантами.

За кілька останніх десятиліть дзеркальні антени різної конфігурації були досліджені багатьма авторами [1,2]. Однак при цьому слабо висвітлено в літературі вплив опромінювача з круговою поляризацією на структуру поля випромінювання дзеркальних антен. У даній роботі зазначене вплив досліджено на прикладі властивостей параболічної антени з напівсферичним спіральним опромінювачем.

II. Основна частина

При розрахунку амплітудно-фазового розподілу в дальній зоні антени використовувався струмовий метод [1]. Розрахунок напруженості магнітного поля поблизу поверхні дзеркала проведено методом векторного потенціалу [1].

Xs, ys, zs – Координати елемента da в системі XYZ, що визначаються параметричними рівняннями спіралі [3].

Представлені формули (4) – (6) дозволяють використовувати струмовий метод для дослідження впливу дзеркала і опромінювача на поляризаційні характеристики дзеркальної антени.

Чисельне моделювання проводилося в пакеті Mathcad 7.0 Professional при наступних умовах: кут розкриву дзеркала 180 °, число витків опромінювача п змінювалося в межах від 3 до 8, довжина хвилі Л змінювалася від 0,5 Лпро до 2Л0, Де Л0 – Середня довжина хвилі, що дорівнює довжині окружності півсфери.

Рис. 2. Залежність коефіцієнта еліптичності К від кута розкриву в для півсферичного опромінювача (а) і дзеркальної антени (б).

Fig. 2. Eiiipticity coefficient До as a function of opening angle 9 for hemispherical irradiator (a) and reflector antenna (b)

В результаті було встановлено, що збільшення кількості витків від 3 до 5 стабілізує поляризаційні характеристики по азимуту в діапазоні

про.. 1,7 Лпро. При подальшому збільшенні кількості витків зменшується широкополосность структури. На рис.2 наведені результати розрахунку коефіцієнта еліптичності в ортогональних перетинах XOZ і YOZ для опромінювача в межах кута розкриву і для дзеркальної антени в межах ширини ДН для випадку А = Л0, П = 3. На рис.26 пунктиром показана ширина ДН дзеркальної антени за рівнем -3 дБ.

При переотраженія поля обертається поляризації не виникає додаткова кросссоставляющая на відміну від лінійної поляризації [2], що дозволяє отримати коефіцієнт еліптичності не нижче 0.9 в межах ширини ДН.

III. Висновок

Проведене моделювання дозволило встановити, що спіральний напівсферичний опромінювач має стабільної поляризаційної структурою поля випромінювання в широкому діапазоні частот, зберігаючи при цьому її високу симетрію навколо осі Z. Переотраженія поля з круговою поляризацією не погіршує поляризаційні характеристики антени навіть у разі граничних і глибоких дзеркал, що вигідно відрізняє її від лінійної при організації двунаправленного каналу зв’язку.

IV. Список літератури

[1]. Нарвуться В. П. Поляризація випромінювання дзеркальних антен / В. П. Нарбут, В. Ф. Хміль. К.: Вища. шк., 1978. -279 С.

[2]. Князєва П. В. Розрахунок діаграми спрямованості антени Кассегрена для основної та крос-поляризаційної складових поля / Л. В. Князєва / / Антени: СБ науч. тр – М.: 1976. Вип. 24.-С. 134-143.

[3]. Лобкова Я М. Оптимізація параметрів і результати дослідження поля випромінювання сферичних спіральних структур / Л. М. Лобкова, М. В. Івашина, В. В. Молчанов / / Матеріали 8-й Міжнародній Кримської Мікрохвильовий конференції КриМіКо’98. 14-17 вересня 1998 р., Севастополь, Крим, Україну.

POLARIZATION PATTERNS OF REFLECTOR ANTENNA WITH CIRCULAR POLARIZATION FEED

Lobkova L. М., Troitsky A. V.

Sevastopol National Technical University Sebastopol – 99053, Ukraine tel:+380(692) 235-233, e-mail: rt. sevgtu@stel. sebastopol. ua

Abstract – Equations to calculate near-field radiation of hemispherical spiral irradiator are presented. The optimal number of spiral irradiator coils for application in reflector antennas is determined. It is also established that circular polarization eliminates an additional cross-polarized component under signal re-reflection.

I.  Introduction

During last years to solve the “last mile” problem, wideband Internet access and so on the reflector antennas are widely used. And due to a number of technical and economic reasons simple single-reflector antennas are preferred. This work is devoted to the investigation of effects of reflector and hemisphere spiral feed with circular polarization on polarization patterns of reflector antenna.

II.  Main part

Using method of vector potential equations (4)-(6), which provide the background for estimation of the feed, a magnetic field component for near-field approximation, is obtained. The reflector antenna model used is shown in Fig.1. These equations of the current method describe effects, the reflector and spiral feed may have on polarization patterns of reflector antenna.

Numerical analysis is performed for n=3 to 8, elevation angle 6=180°, wavelength A=0.5Ao to 2A0 where A0 – mean wavelength which is equal to the length of hemispherical circumference. Increase in spiral coil number from 3 to 5 stabilizes the polarization patterns along azimuth direction within 0,6Ao…1,7A0. Further increase of spiral coil number restricts the broadbandness.

Fig.2 shows the results of eiiipticity coefficient calculation at orthogonal cross-sections XOZ and YOZ for irradiator within bounds of elevation angle and for reflector antenna within main beamwidth when A=A0, n=3. Doted line in Fig.2,b corresponds to the beamwidth of reflector antenna measured at -3dB level.

Other result of the analysis is that in case of re-reflection the circularly polarized wave reflector doesn’t create crosspolarization component as takes place for linear polarized component. This effect gives opportunity to obtain eiiipticity coefficient more than 0.9 within main beamwidth [2].

III.  Conclusion

The analysis performed permits to establish that hemispherical spiral irradiator has stable polarization structure of field within wide frequency band, preserving at the same time high degree of symmetry in the polarization structure of field about z axis.

Re-reflection of circularly polarized field does not make worse the antenna polarization patterns even for ultimate and deep reflectors and the latter property is advantageously differ it compared with linearly polarized antenna when constructing the bidirectional communication channel.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»