ФАР и угол раскрыва меньше минуты

[Aleksandr30]

ДН элементарного излучателя какая и как она ориентирована по отношению к ФАР? Это диполь?

[I-Denis]

Аналогии с лазером нет, потому что лазер это резонатор. 99% энергии в нежелательных нам направлениях там бесконечно отражаются (от стенок резонатора) и поглощаются рабочим телом и наново излучаются. "Неправильный" (ненужный нам) фотон при повторном излучении может с небольшой долей вероятности оказаться с нужными нам характеристиками.
Это как бы игра в кости, когда бесконечно бросаем но извлекаем только если выпало 6+6+6 (очень редко).

Ну почему же - азотный лазер возбуждаемый поперечным разрядом - работает и без резонатора, кпд да, низкий

[paguo-76M2fet]

ДН элементарного излучателя какая и как она ориентирована по отношению к ФАР? Это диполь?

Какая бы ни была ДН отдельного излучателя, пока размеры антенны не будут МНОГОКРАТНО превышать длину волны, хоть ФАР или не ФАР, вы НИКАК не получите узкий луч. Точка.

[Aleksandr30]

В случае миллиметровых волн скажем 5мм длина волны с диаметром 1 метр? 200 крат. И какого угла раскрыва можно добиться в этом случае?

[paguo-76M2fet]

Явно больше желаемой вами угловой минуты. Опять повторю, - смотрите на пример с оптикой. Там размеры зеркал в МИЛЛИОНЫ раз больше длины волны, а всё равно луч расходится.

[plyrvt]

ДН элементарного излучателя какая и как она ориентирована по отношению к ФАР? Это диполь?

можно использовать любые элементарные излучатели, ФАР переварит абсолютно всё, хоть диполи, хоть параболы, хоть другие ФАР
https://ru.wikipedia.org/wiki/Square_Kilometre_Array

это может быть и просто диполь Герца (тот который 2.13 dBi), и Уда-Яги, и рупорные антенны, и патч-антенны, и спиральные, и патч-яги (такая как у Лунохода)

апертуры индивидуальных антенн складываются. если взять 2 Яги по 17 dBi то теоретически можно до 20 dBi получить от решетки, или 23 dBi из четырех.

Чем больше собственная апертура индивидуального элемента - тем меньше таких элементов надо чтобы набрать ту же общую апертуру решетки. Увеличивая габариты и сложность отдельного элемента снижаем их количество, и наоборот.

https://upload.wikimedia.org/wikiped...-_DSC00550.JPG

вот применили рупорные антенны, 8х8 = 64 штуки.
Каждый из рупоров сам по себе дает около 14 dBi и заменяет решетку из 2х2 диполей (8 dBi + 3 + 3 = 14 dBi)
2^6 рупоров дают 6 удвоений апертуры, каждое удвоение это 3 дБ, 6 удвоений это 18 dB
Итого направленность/апертура решетки на фото достигает целых 32 dBi
Если вместо рупоров применить решетки диполей, то их будет 256 штук (16х16)

В общем случае усложнение индивидуальных элементов сверх диполя невыгодно. Площадь фронтальной проекции в любом случае константа. А чем крупнее индивидуальный элемент тем больше толщина всей конструкции. Наиболее выгодна плоская конструкция минимальной глубины, а это или диполь или патч.
На частотах выше 1 ГГц патчи доминируют над диполями из-за простоты запитки. Диполь это симметричная антенна, должна питаться или симметричной линией, или балун и далее полосковая или коаксиальная линия. Патч это симметричная антенна (щелевой эквивалент рамки, а подача питания идет в вершину рамки, там где нулевой потенциал, т.е. патч уже конструктивно содержит в себе балун и может прямо соединяться с полосковой или коаксиальной линией). На частотах ниже 1 ГГц диполи выигрывают по весу (металлоемкости), а из-за малого количества элементов решетки сложности балуна и коаксиальных линий не сказываются на бюджете проекта.

В случае миллиметровых волн скажем 5мм длина волны с диаметром 1 метр? 200 крат.

D=1m; S=0.785m2;
предельное усиление с такой площади на частоте 60 ГГЦ = 394784,2 раз или 56.0 dBi
реально достижимые КИП параболических облучателей около 80%, получаем 55.0 dBi

точность изготовления зеркала - 1/20 лямбды, это надо на диаметре 1 метр обеспечить точность 250 микрон

Площадь сферы радиусом 500 км составляет 3,14 млн. км2
Площадь участка 100х100 метров составляет 0,01 км2
Если сконцентрировать 90% излучения на этот участок, то направленность (усиление) составят 3,14 / 0,01 = 314 млн. раз = 85 dBi

Минимальный диаметр параболы (при КИП=100%) для получения 85 dBi на 60 ГГц составляет 28.5 метра. При тех же допусках 250 микрон по всей площади

Если взять диполь над рефлектором, каждый из которых 8 dBi, то надо +77 dB сверх одиночного элемента. Если взять что каждое удвоение 3 дБ (фундаментальный предел, на практике 2-2.5 дБ), то надо 26 удвоений числа элементов
2^26 = 67108864 диполей надо чтобы заполнить 660 м2 вашей решетки (минимальное фундаментальное ограничение "снизу")

Если на каждом удвоении добиться 2.5 дБ прироста апертуры, то надо 77/2,5 = 31 удвоение.
2^31 = 2147483648 диполей (2 миллиарда элементов решетки)

На таких больших размерах (радиус изделия 3000 лямбд) невозможно пренебрегать тепловыми потерями. Даже если вся конструкция будет в вакууме и не будет твердых диэлектриков - в таких супердлинных линиях, а это эквивалент длины линии 840 метров для частоты 1 ГГц) - тепловые потери на разогрев серебряных полосковых линий будут значительно более половины. С некоторого диаметра ФАР энергетическое усиление вообще прекратится, луч хоть и будет становиться в 2 раза тоньше - но и в 2 раза менее нажористый. Пространственная избирательность будут улучшаться, а выгода в энергии нет

[paguo-76M2fet]

Чтобы слово "микрон" не пугало, переведём число в миллиметры! Требуемая точность поддержания формы антенны получится менее страшной, "всего" четверть миллиметра, "двадцать пять соток"...

[Слушатель эфира]

в таких супердлинных линиях, а это эквивалент длины линии 840 метров для частоты 1 ГГц) - тепловые потери на разогрев серебряных полосковых линий будут значительно более половины.

А что, в таких протяжённых ФАР будут применять пассивное распределение энергии, а не отдельные синхронизированные передатчики на группы элементов? Это вопрос, я не в курсе. Проблемы с точностью поддержания баланса мощности и фазы понятны.

[plyrvt]

Поподробнее

в центре параболы до lambda/30, на краях меньше

, в таких протяжённых ФАР будут применять

вопрос автора - чисто теоретический. АФАР тоже можно. Вот Илон Маск обещал (неповоротный монтируемый на крышу pizza-size box). А потом когда увидел смету передумал и теперь у него будет парабола на сервоприводе

KyMeta mTenna производит такие АФАР как обещал Илон Маск для суперяхт Гундяева, Усманова, Абрамовича - по $15 000 за 30-31 dBi
Маск обещал target-price $200, а по заявке в частотнадзор он обязуется для обеспечения ЭМ совместимости делать антенну 33.5-34 dBi (вдвое крупнее чем KyMeta)

[Слушатель эфира]

Да я тот вопрос сразу удалил, не совсем правильно прочитал сначала текст. А относительно лямбда/20, в оптике такое требование к линзе Барлоу, к остальным поверхностям вроде меньше

Добавлено через 6 минут(ы):

Но видимо зависит от задач.