Apertúra antennák

Bevezető

A rádióamatőr gyakorlatban a hullámhossz szerint választunk különböző nyereségű antennákat.

• hosszúhullámon örülünk, ha sugároz a hullámhossz töredékméretében implementált tekercsantennánk.
• rövidhullámon igen elterjedt az antennanyereség viszonyítási alapját adó dipól antenna, amely ezáltal 0 dBd nyereségű. Továbbá a hurokantennák jelentősek.
• ultrarövid hullámú sávban a Yagi és a többelemes Quad.
• a mikrohullámú sáv felé átveszi az uralmat a parabolatükör, a mikrostrip antenna, de a frekvencia növekedtével a lencsés fókuszálás is egyre inkább képbe kerülhet.

Többek között azért váltják fel a Yagi antennát az apertúra antennák, mert szeretnénk nagyobb nyereségű antennát, és

• a Yagi antenna hosszának növelése nem hoz jelentős nyereségnövekedést, például 7 lambda hosszúság 16 dBd
• csoportantenna elrendezéssel ugyan tudunk nyereséget növelni, de egy 4x4-es (16 Yagis) csoporttal sem érjük el a 30 dBd nyereséget
• ezzel szemben egy 10 lambda átmérőjű tükör, fókuszában egy dipóllal egyszerű felépítése ellenére is eléri ezt a nyereséget.

Ezért a hullámhossz csökkenésével, illetve a rádióamatőr elszántságával arányban nagyobb hullámhosszon is előfordulhat, hogy Fresnel lencsés vagy reflektorfalas antenna (például parabolaantenna) lesz alkalmazva. Alább ezeket az antennatípusok kerülnek bemutatásra.

Parabola antenna

Parabola, mint alakzat

A síkparabola, mint alakzat jellegzetes tulajdonsága, hogy a fókuszpontjából a síkparabola bármely pontjára húzunk képzeletben egy vonalat, az onnan történő visszatükröződés nemcsak hogy párhuzamos irányokat eredményet, de fázisban is pontosan azonos fázisú hullámfrontot.

A síkparabola kiszámítása: y = x² / (4 F)

ahol:

• x: elfeltetett parabola vízszintes irányban (+/- irányban, azaz jobbra és balra)
• y: függőleges irányban
• F: kívánt fókusztávolság (magasság) az x=0 pontban

Például: ha szeretnénk egy olyan parabolát szerkeszteni, amelynél a sugárzót 0,4 méternyire szeretnénk előrehozni, akkor y = x² / (4 F) = x² / (4 * 0.4) = x² / (1,6). Továbbá egy másik példa is bemutatásra kerül, ahol 0,8 méternyire toljuk előre a sugárzót (F = 0.8 m)

Az alábbi táblázatban a 0 a középpont, tőle balra és jobbra a táblázatban foglalt távolsággal emelkednek ki a tükrőző elemek.

x (bal, jobb):	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7 méter
y (F = 0.4m):	0	6,25	25	56,25	100	156	225	306	400	506	625	756	900	1056	1225	1406	1600	1806 mm
y (F = 0.8m):	0	3.12	12.5	28.12	50	78	112.5	153	200	253	312	378	450	528	612	703	800	903 mm

És természetesen a köztes értékek is kiszámolhatók. Illetve a parabolát akkora méretig számítjuk, amekkorát szeretnénk építeni.

Forgásparaboloid és hengerparaboloid

Forgásparaboloid és hengerparaboloid tükrök

A térbeli parabolákat paraboloidoknak hívják. Megkülönböztetünk forgásparaboloidot és hengerparaboloidot. Az ábrán szembetűnik rögtön a különbség. A forágásparaboloid horizontálisan és vertilálisan is szűkíti a nyalábot, míg a hengerparaboloid csak a parabola síkjában szűkíti a sugárzott nyalábot.

Gyakorlatban azonban a kettő között még egy különbség van. A forgásparaboloid pontszerű sugárzót feltételez. Azaz a sugárzó mérete elhanyagolható a paraboloid méretéhez képest.

Ezzel szemben a hengerparaboloid hengeres síkjában elhelyezhető például egy nagyobb kiterjedésű dipól sugárzóelem.

Egyéb trükkök

Cassegrain antenna

Offset parabola

Említésre méltó trükk a Cassegrain antenna, amelynél a pontszerű sugárzó képzeletbeli helye és a reflektor között egy hiperbola alakú segédreflektor található. A sugárforrás ekkor a paraboloid síkjába hátratolható. Bonyolultsága miatt csak indokolt esetben alkalmazzák.

A másik trükk az offset parabola, amellyel igen gyakran találkozhatunk. Ennek lényege, hogy a parabola ívet egyik irányban dolgozzák ki nagyobb x érték felé, a másik irányban kevésbé. A sugárforrást pedig nem az x=0 pontra irányítják, hanem attól a kidolgozott oldal felé.

Enek a megoldásnak több előnye is van:

• a sugárforrás nem lóg bele a tükör által visszavert nyalábba
• műholdvételkor nem az ég felé áll az antenna tükre, mint hófogó lavor, hanem közel függőlegesen, és a sugárzó alul van elhelyeve egy rövid merevítőkaron.

Lapos apertúra antenna (Flaps antenna)

Ez egy érdekes antenna típus. A lényege, hogy a sugárzó egy sík hátlapra irányítja anyalábját, ahol apró rezonáns elemek módosítják, és a módosítás hatására érik el a sugárzás koncentrálását. Hogy megértsük a működését, egysorban megépített elrendezést vázol a másik ábra.

Ezt az antennatípust ne tévesszük össze a microstrip antennával, utóbbi esetén ugyanis a NYÁK-on van kialakítva sok sugárzóból és tápvonalakból egy a dipólfüggöny antennához hasonló elven működő csoportantenna.

Lencse antennák

Lencse

Fresnel lencse

Nagyobb frekvenciákon - egészen a fényig, igen izgalmas téma a lencsével történő hatásos felület növelés. A lencse hallatán mindenki először az optikai üveglencsére, netán az étkezési lencsére gondol. Mikrohullám esetén azonban van még egy izgalmas megoldásra lehetőség: a Fresnel-lencsék alkalmazhatósága. A Fresnel lencséket kétféleképp lehet használni:

• az ábrán látható, dielektrikum lépcsős marásával kialakított fáziskorrekciót végző elem módszerével
• a résen való elhajlást kiaknázó megoldással. Ekkor a lencse bizonyos távolságokra elhelyetett fémlemezek segítségével lesz megvalósítva.