Reflekterande antenn

Plan reflekterande matris av en hornantenn . Struktur som visar enhetsceller.

En reflekterande antenn (eller bara reflekterande antenn ) består av en samling enhetsceller, upplysta av en matningsantenn ( källa för elektromagnetiska vågor ). Matningsantennen är vanligtvis ett horn . Enhetscellerna stöds vanligtvis av ett jordplan och den infallande vågen reflekteras från dem mot strålens riktning . En fasfördelning av koncentriska ringar appliceras för att fokusera vågfronterna från matningsantennen till en plan våg (för att ta hänsyn till de varierande väglängderna från matningsantennen till varje enhetscell). En progressiv fasförskjutning kan appliceras på enhetscellerna för att styra strålriktningen. Det är vanligt att förskjuta matningsantennen för att förhindra blockering av strålen. I detta fall måste fasfördelningen på reflekterande yta ändras . En reflektor fokuserar en stråle på ett liknande sätt som en parabolisk reflektor (skål), men med en mycket tunnare formfaktor.

Fasfördelning

Enligt en reflektionsmatris uppnås en konstant fas av hela det reflekterade fältet i ett plan vinkelrätt mot riktningen för den önskade pennstrålen uttryckt av: ${\frac {2\pi }{\lambda _{0}}}\left(r_{mn}-R_{mn}.r\right)-\Delta \phi _{mn }=2\pi N$

där $\lambda _{0}$ är det fria utrymmets våglängd,

$r_{mn}$ är positionsvektorn för det ${\displaystyle {mn}}:$ e elementet/enhetscellen i förhållande till $(0,0,F)$ ,

$F$ är brännvidden,

$R_{mn}$ är positionsvektorn för ${\displaystyle {mn}}:$ e elementet i förhållande till ursprunget $(0,0,0)$ dvs mitten av reflektor,

$r$ är riktningsvektorn för den önskade pennstrålen,

$N=1,2,3,...$ ,

och $\Delta \phi _{mn}$ är fasförskjutningen som introduceras av ${\displaystyle {mn}}:$ e enhetscellen i reflektionsmatrisen till dess reflekterade fält i förhållande till det infallande fältet.

För ett matarhorn beläget vid ${\displaystyle (0,0,F)} ges$ formeln för den optimala fasfördelningen på en konventionell reflektor för en stråle i boresightriktningen av:

$\Delta \phi (x_{m},y_{m})={\frac {2\pi }{\ lambda _{0}}}{\sqrt {x^{2}+y^{2}+F^{2}}}$

där $\Delta \phi (x_{m},y_{m})$ är fasförskjutningen för en enhetscell placerad vid koordinater $(x_{m},y_{m})$ .

Simulerade och uppmätta strålningsmönster för en reflekterande antenn som arbetar vid 12,5 GHz.

Enhetscellsöverväganden

Det är viktigt att analysera reflektionsstorleken $|S_{11}|$ och reflektionsfasen $\angle S_{11}$ över operationens frekvensbandbredd . När vi designar en reflektionsmatris strävar vi efter att maximera reflektionsstorleken $|S_{11}|$ ska vara nära 1 (0 dB). Reflexionsfasen $\angle S_{11}$ vid varje enhetscell bestämmer strålens övergripande form och riktning . Idealt skulle det totala fasförskjutningsområdet vara 360°. Bländareffektiviteten , och därmed förstärkningen , för reflektorn kommer att minska om infallsvinkeln till enhetscellerna inte beaktas, eller om spillover inträffar eller om belysningen av reflektorn inte är optimal (se även transmitarrays ) . På liknande sätt kan fasfel på grund av kvantisering till ett diskret antal fastillstånd för digital styrning också minska förstärkningen .

En fast reflektor har en enda strålriktning per matning. Att ändra formen på enhetscellerna ändrar deras reflektionsfas. Enhetscellerna kan inte konfigureras om. Detta har applikationer i punkt-till-punkt-kommunikation, eller för en satellit som täcker ett specifikt geografiskt område (med en fast strålkontur). En omkonfigurerbar reflektor har enhetsceller vars fas kan styras elektroniskt i realtid för att styra strålen eller ändra dess form. Flera metoder har använts för att implementera omkonfigurerbara reflekterande enhetsceller, inklusive PIN-dioder , flytande kristaller och nya material. Var och en av dessa metoder introducerar förlust som minskar effektiviteten hos enhetscellerna. Linjäritet (som distorsion på grund av dioderna) måste också övervägas för att minimera strålning utanför bandet som kan störa användare på intilliggande frekvenser.

Andra typer av reflektorer

I satellitkommunikation är det nödvändigt att producera flera strålar per matning, ibland med olika frekvenser och polarisationer . Ett exempel på detta är återanvändningsschemat för fyra färger . Cirkulär polarisering används vanligtvis för att minska effekten av atmosfärisk depolarisering på kommunikationssystemets prestanda. En dubbelbandsreflektor har två olika passbandsfrekvenser, till exempel för upplänk och nedlänk . En bifokal reflektor har två principiella foci , så kan fokusera vågfronter till eller från två matningsantenner samtidigt. En dubbel reflektionsmatris består av två reflektionssteg, där strålen först fokuseras av en reflektionsanordning, sedan av en annan. Fasfördelningen på varje reflekterande matris måste beräknas noggrant för att säkerställa att fasderivatorna överensstämmer med strålarnas infallsvinkel. Förhållandet mellan storlekarna och positionerna för dessa reflektorer kan användas för att uppnå kvasi-optisk förstoring (avsmalning av strålen ).

Se även

• Fasad array
• Metamaterial
• Transmitarray antenn
• Millimetervåg
• Strålformning