Зональная антенна Френеля
Зональные антенны Френеля — это антенны, фокусирующие сигнал за счет фазового сдвига поверхности антенны или ее формы [1] [2] [3] . [4] [5] Существует несколько типов зонных антенн Френеля , а именно, зонные пластинчатые антенны Френеля , смещенные зонные пластинчатые антенны Френеля, фазово-корректирующие отражательные решетки или антенны «Reflectarray» и трехмерные антенны Френеля. Они представляют собой класс дифракционных антенн и используются от радиочастот до рентгеновских лучей.
Зональные антенны Френеля относятся к категории рефлекторных и линзовых антенн . Однако, в отличие от традиционных рефлекторных и линзовых антенн, эффект фокусировки в зонной антенне Френеля достигается за счет управления фазовым сдвигом поверхности и позволяет использовать плоские [1] [6] или произвольные формы антенны. [4] По историческим причинам плоская зонная антенна Френеля называется плоской зонной антенной Френеля. Офсетная пластина зоны Френеля может быть установлена заподлицо со стеной или крышей здания, напечатана на окне или сделана соответствующей корпусу автомобиля. [7]
Преимущества зонной пластинчатой антенны Френеля многочисленны. Обычно он дешев в производстве и установке, его легко транспортировать и упаковывать, и он может обеспечить высокий коэффициент усиления. Из-за своей плоской формы ветровая нагрузка зонной пластины Френеля может составлять всего 1/8 от силы обычных сплошных или сетчатых отражателей аналогичного размера. При использовании на частотах миллиметровых волн зонная антенна Френеля может быть интегрирована с монолитной интегральной схемой (MMIC) миллиметрового диапазона и, таким образом, становится даже более конкурентоспособной, чем печатная антенная решетка.
Самая простая антенна с зонной пластиной Френеля - это круглая полуволновая зонная пластина, изобретенная в девятнадцатом веке. Основная идея состоит в том, чтобы разделить плоскую апертуру на круглые зоны относительно выбранной точки фокуса , исходя из того, что все излучение каждой зоны поступает в точку фокусировки в фазе в диапазоне ±π/2. Если излучение из чередующихся зон подавлено или сдвинуто по фазе на π, получается приблизительный фокус, и туда можно поместить источник для эффективного сбора полученной энергии. Несмотря на свою простоту, полуволновая зонная пластинка долгое время оставалась в основном оптическим устройством , в первую очередь из-за слишком низкого КПД (менее 20%) и бокового лепестка .уровень его диаграммы направленности слишком высок, чтобы конкурировать с обычными рефлекторными антеннами.
По сравнению с обычными рефлекторными и линзовыми антеннами, опубликованные исследования микроволновых и миллиметровых зонных антенн Френеля кажутся ограниченными. В 1948 году Маддаус опубликовал проект и экспериментальную работу по ступенчатым полуволновым линзовым антеннам, работающим на частоте 23 ГГц, и были достигнуты уровни боковых лепестков около -17 дБ. В 1961 году Бускирк и Хендрикс сообщили об эксперименте с простыми пластинчатыми отражательными антеннами с круговой зоной обращения фазы для радиочастот .операция. К сожалению, боковые лепестки, которых они достигли, достигали -7 дБ. В 1987 году Блэк и Уилтсе опубликовали свою теоретическую и экспериментальную работу по ступенчатой четвертьволновой зонной пластине на частоте 35 ГГц. Был достигнут уровень боковых лепестков около −17 дБ. Год спустя Худер и Мензель сообщили о пластинчатом отражателе с зонным обращением фазы, работающем на частоте 94 ГГц, и были получены эффективность 25% и уровень боковых лепестков -19 дБ. Исследователи НАСА сообщили об эксперименте с аналогичной антенной на частоте 11,8 ГГц в 1989 году . Были измерены ширина полосы 5% 3 дБ и уровень боковых лепестков -16 дБ. [1]
До 1980-х годов пластинчатая антенна зоны Френеля считалась плохим кандидатом для микроволновых приложений . Однако после развития услуг DBS в восьмидесятых годах инженеры по антеннам начали рассматривать возможность использования зонных пластин Френеля в качестве потенциальных антенн для приема DBS, где важным фактором является стоимость антенны. Это в какой-то степени дало коммерческий толчок исследованиям зонных антенн Френеля. [1] [3] [5]
