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Gain d'antenne à réflecteur parabolique

Gain d'antenne à réflecteur parabolique

Le gain est l'un des facteurs clés associés à l'antenne à réflecteur parabolique.

Le haut niveau de gain est l'une des principales raisons pour lesquelles des antennes à réflecteur parabolique sont utilisées.

En fait, le gain de l'antenne du réflecteur parabolique peut atteindre 30 à 40 dB. Ces chiffres de gain ne sont pas faciles à atteindre avec d'autres formes d'antenne.

Aux fréquences micro-ondes où ces antennes sont normalement utilisées, elles sont capables de produire des niveaux de gain très élevés, et elles offrent une structure très pratique et robuste qui est capable de résister aux rigueurs d'une utilisation externe. En revanche, de nombreux autres types de conception d'antenne ne sont pas réalisables à ces fréquences.

La seule caractéristique commune de tous ces exemples est le gain d'antenne parabolique, ou gain d'antenne parabolique. Alors que les antennes plus grandes ont des niveaux de gain d'antenne parabolique plus élevés, les performances de toutes ces antennes sont d'une importance primordiale.

Facteurs affectant le gain d'antenne à réflecteur parabolique

Un certain nombre de facteurs affectent le gain de l'antenne parabolique. Ces facteurs comprennent les suivants:

  • Diamètre de la surface réfléchissante Plus le diamètre de la surface réfléchissante de l'antenne est grand, plus le gain du réflecteur parabolique sera élevé.
  • Longueur d'onde opérationnelle: Le gain d'antenne du réflecteur parabolique dépend de la taille du réflecteur en termes de longueurs d'onde. Par conséquent, si le même réflecteur est utilisé sur deux fréquences différentes, le gain sera différent. Elle est inversement proportionnelle à la longueur d'onde utilisée.
  • Efficacité de l'antenne: L'efficacité de l'antenne a un effet significatif sur le gain global du réflecteur parabolique. Les chiffres typiques se situent entre 50 et 70%. L'efficacité varie en raison d'un certain nombre de facteurs différents qui sont détaillés ci-dessous.

Gain d'antenne à réflecteur parabolique

Le gain d'antenne parabolique peut facilement être calculé à partir d'une connaissance du diamètre de la surface réfléchissante, de la longueur d'onde du signal, et d'une connaissance ou estimation de l'efficacité de l'antenne.

Le gain d'antenne du réflecteur parabolique est calculé comme le gain sur une source isotrope, c'est-à-dire par rapport à une source qui rayonne également dans toutes les directions. Il s'agit d'une source théorique qui sert de référence à laquelle la plupart des antennes sont comparées. Le gain indiqué de cette manière est désigné par dBi.

La formule standard pour le gain d'antenne à réflecteur parabolique est:

g=10Journal10k(πλ)2

Où:
G est le gain sur une source isotrope en dB
k est le facteur d'efficacité qui est généralement d'environ 50% à 60%, soit 0,5 à 0,6
D est le diamètre du réflecteur parabolique en mètres
λ est la longueur d'onde du signal en mètres

De là, on peut voir que des gains très importants peuvent être obtenus si des réflecteurs suffisamment grands sont utilisés. Cependant, lorsque l'antenne a un gain très important, la largeur du faisceau est également très petite et l'antenne nécessite un contrôle très soigneux de sa position. Dans les systèmes professionnels, des systèmes servo électriques sont utilisés pour fournir un positionnement très précis.

On voit que le gain du réflecteur parabolique peut être de l'ordre de 50 dB pour des antennes qui ont un diamètre de réflecteur d'une centaine de longueurs d'onde ou plus. Alors que des antennes de cette taille ne seraient pas réalisables pour de nombreuses conceptions d'antennes telles que le Yagi, et bien d'autres, le réflecteur parabolique peut être rendu très grand par rapport à la longueur d'onde et par conséquent, il peut atteindre ces énormes niveaux de gain. Des tailles plus normales pour ces antennes sont de quelques longueurs d'onde, mais celles-ci sont toujours capables de fournir des niveaux de gain très élevés.

Réflecteur parabolique gain d'efficacité

Dans la formule de gain global de l'antenne, un facteur d'efficacité est inclus. En général, cela peut être compris entre 50 et 70% en fonction de l'antenne réelle.

L'efficacité de gain de l'antenne à réflecteur parabolique dépend de divers facteurs. Ceux-ci sont tous multipliés ensemble pour donner l'efficacité globale.

k=kr kt ks km

  • Efficacité de rayonnement, kr: L'efficacité du rayonnement est notée kr au dessus. Il est régi par les pertes résistives ou ohmiques au sein de l'antenne. Il est contrôlé par l'efficacité de rayonnement de l'élément de l'antenne qui rayonne l'énergie RF. Pour la plupart des antennes, c'est élevé et proche de l'unité. Par conséquent, l'efficacité du rayonnement n'a pas d'effet majeur sur le gain de l'antenne du réflecteur parabolique et est normalement ignorée.
  • Efficacité spillover ks: L'efficacité du spillover est notée ks au dessus. Toute énergie qui se répand sur le bord de la surface du réflecteur réduira l'efficacité et donc le gain de l'antenne du réflecteur parabolique. Dans le cas idéal, la surface du réflecteur doit être uniformément et entièrement éclairée et aucune ne doit déborder sur le bord. Dans le cas réel, ce n'est pas viable et une certaine réduction d'efficacité, et donc le gain d'antenne est expérimenté.
  • Efficacité de la conicité d'ouverture kt: L'efficacité de la conicité d'ouverture est désignée par kt au dessus. Cela affecte le gain de l'antenne car l'ensemble du réflecteur parabolique doit être correctement éclairé pour obtenir le gain optimal. Si des parties de la surface ne sont pas éclairées de manière optimale par l'énergie rayonnée du radiateur, le gain du réflecteur parabolique sera réduit. Les performances optimales sont obtenues lorsque le centre est éclairé un peu plus que les bords.
  • Erreur de surface: Afin de fournir les niveaux les plus élevés de gain d'antenne à réflecteur parabolique, la surface doit suivre le contour parabolique aussi précisément que possible. Des écarts par rapport à cela entraîneront une mauvaise précision de réflexion. Cependant, il est possible d'utiliser une gaze pour le réflecteur afin de réduire le poids et la résistance au vent à condition que les trous dans la gaze ou la maille soient petits par rapport à une longueur d'onde. La largeur des fentes ou des trous du treillis métallique réfléchissant doit être inférieure à λ / 10.
  • Blocage d'ouverture: La structure physique de l'alimentation et d'autres éléments de l'antenne masquent souvent une partie du réflecteur. Cela réduit naturellement le rendement et donc le gain d'antenne. Ce facteur doit être pris en compte dans le calcul du gain d'antenne.
  • Polarisation croisée: Comme pour toute autre antenne, la polarisation des signaux émis et reçus doit correspondre, sinon il y a une perte égale au sinus de l'angle entre les polarisations, en supposant une polarisation linéaire.
  • Alimentation en point non unique: Le point focal du réflecteur est un point unique. Cependant, toutes les antennes ont une taille finie et cela signifiera donc que l'antenne s'étend à l'extérieur du point focal du réflecteur. Plus l'élément rayonnant est grand par rapport à la surface réfléchissante, plus ce problème est important et plus son impact sur le gain d'antenne est important.

Le terme km est utilisé pour désigner les divers éléments d'efficacité divers qui sont souvent plus difficiles à déterminer. Ceux-ci incluent ceux dus à l'effort de surface, à la polarisation croisée, au blocage d'ouverture et à l'alimentation non ponctuelle.

Calcul de la largeur de faisceau de l'antenne parabolique

À mesure que le gain de l'antenne parabolique, ou de toute antenne, augmente, la largeur du faisceau diminue.

Normalement, la largeur du faisceau est définie comme les points où la puissance tombe à la moitié du maximum, c'est-à-dire les points -3 dB sur un diagramme polaire de diagramme de rayonnement.

Il est possible de estimation la largeur de faisceau raisonnablement précise à partir de la formule suivante.

Où:
G est le gain sur une source isotrope en dB
D est le diamètre du réflecteur parabolique
λ est la longueur d'onde du signal

Toutes les dimensions doivent être dans les mêmes unités pour que le calcul soit correct, par ex. à la fois diamètre et longueur d'onde en mètres, ou les deux en pieds, etc.

Optimiser le gain d'antenne parabolique

Pour fournir un éclairage optimal de la surface réfléchissante, le niveau d'éclairage doit être plus grand au centre que sur les côtés. On peut montrer que la situation optimale se produit lorsque le centre est d'environ 10 à 11 dB supérieur à l'éclairage au bord. Des niveaux d'éclairage des bords inférieurs entraînent des niveaux inférieurs de lobes latéraux.

L'antenne à surface réfléchissante constitue une partie importante de l'ensemble du système. À bien des égards, ce n'est pas aussi critique qu'on pourrait le penser au début. Souvent, un treillis métallique peut être utilisé. À condition que le pas du maillage soit petit par rapport à une longueur d'onde, il sera vu comme une surface continue par les signaux radio. Si un treillis est utilisé, la résistance au vent sera réduite, ce qui offre des avantages mécaniques importants.

L'antenne à réflecteur parabolique est capable de fournir un niveau de gain important qui peut être mis à profit, notamment pour les fréquences hyperfréquences où la taille de l'antenne pour un niveau de gain donné devient très gérable.


Voir la vidéo: Installation dantenne parabolique (Décembre 2021).