Antena parabolica

Pels articles omonims, vejatz Parabòla (omonimia).

Una antena parabolica, comumament nomenada parabòla pel grand public, es una antena disposant d'un reflector paraboloïdal, basat sus las proprietats geometricas de la corba nomenada parabòla e de la superfícia nomenada paraboloïda de revolucion. Aquela antena qualificada d'universala que fonciona en teoria sus quina que siá frequéncia o longor d'onda, es pasmens sonque emplegada dempuèi la benda L a partir d'1,1 GHz e quand un ganh d'antena naut es cercat. S'estima que l'interés d'un reflector parabolic se fa sentir pas que depuèi un diamètre superior a 4 còps la longor d'onda del senhal de transmetre. Levat excepcion, los radioamators utilizan aquel tipe d'antenna subretot al dessús de 430 MHz, amb de parabòlas que passan en consequéncias los 3 mètres de diamètre.

Lo reflector

Lo reflector parabolic es encargat de concentrar las ondas recebudas o emisas (radar, television, ISM e Wi-Fi, radioamatorisme, fais hertzians, o ondas emesas pels astres en radioastronomia) cap a l'antena font, que se situa al fogal de la parabòla. Las antenas parabolicas de pichon diamètre son fabregada de tòla embotida (acièr o alumini). Per las antenas de grand diamètre, los reflectors son a vegada realizats amb de trelhat, çò qu'a per efièch de mermar la presa d'aura. Lo reflector deu pas aver de cròs o bonhas d'una amplitud superiora a 5 % de la longor d'onda, que per memòria, es de 2,5 cm en TV sat e 12,5 cm en 2,4 GHz.

La font

Lo senhal d'emetre es produch pel transmetor, un aparelh comportant un oscillador local que l'onde serà modulada puèi amplificada. Aquel darrièr es ligat a l'antena per un guida d'onda o un cable coaxial ligat a un cornet d'alimentacion, comunament nomenat simplament « font », plaçat al fogal del reflector parabolic. La tòca de la font es d’« arrajar » tota la superfícia del reflector amb lo senhal d'emetre^[1].

Per las antenas receptriças, lo senhal fa lo trajècte contrari de l'antena al cornet d'alimentacion puèi dins lo guida d'onda aquel còp cap al receptor. Aquel filtre las ondas radioelectricas recebudas per n'extraire las informacions que n'i èran incorporadas pendent lors emissions: sons o senhals numerics.

Existisson quatre tipes d'antenas parabolicas: las antenas amb font centrada, las antenas amb la font decalada, las antenas Cassegrain e Gregoriana. Amb las antenas classicas de basa le rendiment es a l'entorn de 60~65 % mas pòt aténher 72 % quand s'agís de fogal descalada. Amb la antenas Cassegrain e gregoriana, espossible d’obtenir de rendiments de l'òrdre d'un pauc mai de 80 %. Exemple : una antena grand public d'un diamètre estandard e abituel de 60 cm (65x60 cm e angle de descalatge de 22,7 °) per la recepcion de la TV per satellit e avent un rendiment de 69 %, dona un ganh teoric de 36,8 dBi a 12,75 GHz. L'angle d'obertura, < 3°(2x1,5 °), es compatible amb l'espaçament orbital actiu al pas de 3° en general.

Antena de font centrada

Dins las antenas fogal primari (en anglés prime-focus), lo reflector es circular e la font es plaçada dins l'axe del lòbe de l'antena. Aquela disposicion fa que la font constituís un ecran per las ondas e lo rendiment, donc lo ganh global de l'antena es mermat^[1]. Aquel tipe de montatge es utilizat puslèu pels reflectors de diamètres superiors a dos mètres, l'ombre de la font e dels braces de sosten essent gaireben negligibla.

Antena de font descalada

Per contornar lo problèma del montatge del fogal primari, es corrent de decentrat la font, lo reflector es alara una partida de paraboloíd de contorn elliptic: se dich alara que la font es descalada (en anglés « parabòla offset »). Aquela configuracion demanda pasmens un cornet mai gròs, es mai dificila d'obtenir e en general mai costosa dins lo cas dels groses reflectors coma aqueles pels radars. Lo rendiment es pasmens pro melhorat, subretot per las pichonas antenas coma aqueles que son utilizadas pel grand public per la recepcion de la television per satellit. Autre avantatge: lo reflector pòt gardar una posicion gaireben verticala quitament pels satellits plaçats pro naut dins lo cèl^[2].

Antena Cassegrain e gregoriana

Per far mai compacta una antena de granda focala, s'utiliza lo montatge de tipe Cassegrain comun dins los telescòpis. Lo reflector secondari pòt èsser plan o iperbolic convèxe que lo punt focal en rèire coïncidís amb lo punt focal del reflector primari parabolic. Dins lo montatge, lo cornet d'alimentacion se trapa al centre del reflector màger e envia las ondas cap al reflector secondari que los torna cap al reflector màger^[3].

Lo montatge nomenada « parabòla gregoriana » (dich tanben Grégory, nom de l'inventor) es un montatge descalat utilisant un reflector secondari ellipsoíd coma lo montatge Cassegrain. Aquel sosreflector presenta sa fàcia concava costat reflector, alara qu'en Cassegrain avián la fàcia utila en convèxe.

En mai dels rendiments superiors de l'òrdre d'un pauc mai de 80 % , aquelas antenas an subretot una directivitat aumentant.

Diagrama d'emission

La talha de la superfícia formant un "reflector parabolic" es pro pichona en general al vejaire de la longor d'onda del senhal emetit e es alara pas possible de negligir los fenomèns de difraccion. Cada punt de la superfícia del "reflector" va irradiar coma font puntuala, e lo camp total emés dins un punt es la soma coerenta de totes los camps infinitesimals. Tot se passa coma dins lo cas de la difraccion d'una onda per una frenda. Quin que siá donc lo tipe d'antena parabolica, lo diagrama d'emission a un lòbe principal dins la direccion d'emission e dels lòbes secondaris tot a l'ntorn de l'esfèra centrada sus l'antan e que s'ensag de mermar.

Prenem una pichona partida de l'antena parabolica avent mai o mens la forma d'un rectangle de dimensions $l{\text{ par }}L$ . La teoria de la difraction mòstra que l'amplitud de l'onda emesa dins una direccion marcada pels angles $\,\theta$ (angle azimutal orizontal o auçament) e $\,\phi$ (angle d'elevacion o de site) a una distança $r$ de l'antena pro granda par que l'aproximacion de Fraunhoffer se verifique, val ( $\operatorname {sinc}$ es la foncion sinus cardinal) :

E(r,\theta ,\phi )=E_{0}.{\frac {Ll}{\lambda .r}}.\operatorname {sinc} \left(\pi {\frac {L}{\lambda }}.\sin(\phi ).\cos(\theta )\right)\operatorname {sinc} \left(\pi {\frac {l}{\lambda }}.\sin(\theta )\right)

Se considèra en general la largor del fais coma l'angle sostendut entre cada costat del lòbe principal ont la valor de l'intensitat del senhal passe pas jos 0,5 de la valor d'aquela del pic, siá -3 dB dins escala logaritmica (en decibel o dB). Resolvant amb aquela valor l'equacion, s'obten:

R_{\phi }\approx 0{,}886{\frac {\lambda }{L}}\qquad {\text{et}}\qquad R_{\theta }\approx 0{,}886{\frac {\lambda }{l}}

Segon lo tipe d'antena, se deu apondre mai d'una partida rectangulara per obténer la formula d'emission per l'antena finala. Un cas particular mas fòrça espandit es aquel de l'antena que forma una parabòla complèta de diamètre D^[4]. Dins lo cas, la resolucion R (o $\,\Theta$ ) ven (en gras):

\Theta \approx 70{\frac {\lambda }{D}}

Lo diagrama de çá dessús dona lo biais de l'evolucion de la poténcia de l'onda, normalizada al respècte de la poténcias maximala emesa, al respècte del site e de l'auçament d'una tala antena parabolica. Se vei aparéisser lo lòbe màger ont gaireben tota l'energia emesa o recebuda se trapa. Se lo definís coma lo fais d'emission o de recepcion de l'antena.

Se vei que permermar la fenda angular de l'antena, ia dos metòdes:

o aumentar la talha de l'antena
o mermar la longor d'onda / auçar en frequéncia.

Fais plan

Vista frentale e laterala de la radiacion.

Parabòla complèta (en roge) e trencada (en verd).

Un cas particular d'irradiacion d'una antena parabolica es aquel fais plan, o en vantalh, fòrça prim segon un axe e fòrça larg dins l’autre. Coma vist çai dessús, una antena parabolica dona un fais fòrça concentrat dins una direccion amb $\scriptstyle \phi =\theta$ . Trencant una partida de la parabola coma sus la figura d'esquèrra, lo fais demora concentrat dins la direccion perpendiculara e s'elargís cap a aquela de la partida mancante. Gardant pas qu'un sector, es possible d'obtenir un fais fòrça prim dins una direccion e fòrça larg dins l'autre coma a drecha^[5].

Aquel tipe d’antena es utilizat dins unes radars primaris d'aeroport. L'axe del paraboloíd es alara coma dins l'imatge de drecha. Aquò permet de determinar amb precision lo cap e la distança de las aeronaus mas pas son altitud. Per aquò, un radar de site utilisant lo meteis principi es utilizat. Coma l’axe necessari per la section prima del fais deu èsser a l’orizontala dins aquel cas, l’axe del paraboloíd trencat serà dins la verticala (virat de 90 ° al respècte del cas precedent)^[5].

Aplicacions

Telecomunications & transmissions professionalas terrestras (fais hertzians)
Liagams entre la Tèrre e los satellits
Radars
Radiodifusion per satellit, MMDS, pel grand public.
Radioamatorisme, Wi-Fi, ISM.
Radioastronomia

Television per satellit

Dins las « parabòlas » utilizadas per la recepcion de la television per satellit, la font es directament ligada a un element de recepteur, la tèsta (LNB), qu'es de fach un convertissor de frequéncia de bruch flac. Lo senhal recebut, que la frequéncia es de gaireben 11 o 12 GHz, es transposada sus una gama de frequéncias entre 950 a 2 150 MHz per acabar al receptor de television. Se un sol satellit (o constellacion de satellits) es captat, o dins lo cas d'una antena motorizada, una sola tèsta es utilizada. Se un segond satellit (o una segonda posicion orbitala) es desirat, lo sistèma utiliza alara lo fogal parasit, descalat de gaireben 7 cm (mas depend del diamètre de la longor de la focala) al respècte de l'axe d'una parabòla de 80 cm. Aquel artifici validat permet de captar dos satellits separats de 6 ° (Hot-Bird 13 °E e Astra 19 °E, per exemple) amb un sol reflector, los dos fogals alimentant doas tèstas o una tèsta monoblot bisatellit. De parabòla de multifogals son disponiblas, cobrissent un segment orbital anant de 28 °Èst (Astra 2) a 5 °Oèst (Atlantic Bird 3).

Per una frequéncia donada, lo ganh de l'antena aumenta amb la creissença el diamètre de la parabòla alara que l'angle d'obertura merma.

Per las frequéncias inferioras a 1 GHz, las antenas parabolicas, mai grandas, son mai sovent remplaçadas per d'antenas Yagi, antenas quad, eca., mas dins de cas delicats encontrats en TV-UHF, la parabòla es a vegada preferida al « rastèl ».

Alternativas

Una antena toroïdala.

una antena ellipsoïdala pòt servir a captar dos o tres satellits
una antena toroïdala utiliza dos reflectors (l'un en fàcia de l'autre) per que las ondas convergisson cap a una linha al luòc d'un punt unic; çò que permet la recepcion de mai d'un satellits dins un arc anant fins a 40 °

Notas

↑ ^1,0 et ^1,1
↑
↑
↑ (en) Ginzburg, Vera Dr. Sc: About possibility the vector's parabolic anntena DP to improve radar resolution PDF
↑ ^5,0 et ^5,1 .

Vejatz tanben

Articles connèxes

Ligams extèrnes

Animacion de la propagacion d'una antena parabolica sus Youtube

[Radartutorial-parabolique-1] 1,0 et ^1,1

[Radartutorial-decale-2] ↑

[Radartutorial-Casgrain-3] ↑

[4] (en) Ginzburg, Vera Dr. Sc: About possibility the vector's parabolic anntena DP to improve radar resolution PDF

[tutorial-5] 5,0 et ^5,1 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]