Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Вследствие зонирования в раскрыве линзы появляются необлучаемые участки — теневые области (рис. 14.8). Теневые области снижают КИП из-за рассеяния части излучаемой мощности на ступеньках. При допустимых квадратичных фазовых искажениях ~фт~ =и/2 н коэффициенте преломления по=0,5 рабочая полоса частот (%) зонированной ускоряющей линзы 2Л///е= 50 где толщина профиля А показана на рис. М вЂ” (+ Цб(А/ав) 14.8,а; М вЂ” число зон линзы. Величина 4 связана с толщиной и' незонированиой линзы (см. рис. 14.7, б) соотношением е(1=Ив — (М вЂ” 1) Г, н при 1=2ло (для пп — — 0,5) формула принимает вид 2ду 50 Уо 1,5 (Ф/3о — 2 (л( — ! ) л) Рнс Рьэ.
К формированию амплнтудного распределения в лянаал Таким образом, переход к зонированному варианту при задан- ном размере с( ускоряющей линзы обеспечивает существенное рас''ширение рабочей полосы частот. Зонирование позволяет также уменьшить толщину и массу замедляющей линзы (рис. 14.8, б), однако сопровождается суже,нием полосы частот (Ъ) из-за появления квадратичных фазовых :искажений согласно формуле 2Л///о=50/(М вЂ” 1) и снижением КИП свследствие затенения участков раскрыва. Выясним особенности амплитудного распределения возбужде:ния в раскрыве линзовой антенны. Для этого рассмотрим иэотроп:Но облучаемые из точки фокуса замедляющую и ускоряющую лин:.ам (рис. 14.9, а, б).
На заштрихованные пучки лучей приходится 'одинаковая доля, потока мощности, поскольку эти пучки имеют од- ::пУ и ту же угловую ширину 681 =ЬОа. В случае замедляющей линзы крайний пучок после преломления становится более широким, ';и это соответствует спаданию интенсивности возбуждения на краях :,линзы. В ускоряющей линзе, наоборот, прн преломлении происхо,"41нт сжатие крайних пучков лучей и амплитудное распределение :Ммеет тенденцию возрастания к краям. Отмеченные факторы не являются главнымн при формировании '::вя,йплитудного распределения.
Решающее значение имеет ДН об!~учителя, от вида которой зависит распределение мощности по парциальиым пучкам лучей, и поэтому к ней предъявляются довольно серьезные требования. В пределах угла раскрыва линзы форма ДН облучателя должна корректировать искажения ампли тудного распределения, вносимые линзой. При углах )В) «)йе„) излучение облучателя должно быть как можно меньше, чтобы не создавать потока мощности, проходящего мимо линзы и увеличивающего боковое излучение антенны (так называемый эффект «переливания» мощности облучателя за края раскрыва). Облучатель линзы должен обязательно иметь фазовый центр, совпадакнций с фокусом линзы, в противном случае возможно появление фазовых ошибок в раскрыве.
Представление об оптимальной форме ДИ облучателя дает рис. 14.10, на котором штриховкой показана часть ДБ, не участвующая в формировании амплитудно-фазового распределения возбуждения и обусловливающая переливание части излучаемой мощности за края линзы. Рнс. 14.10. Выравнивание Дополнительное рассеяние мощности ния при нспольаованин он. происходит также из-за нежелательных лучателя со спепиальнои отражений на преломляющих поверхнофорной йН стях линзы. Уменьшить эти отражения можно, применяя специальные «просвет- ляющие» (согласующие) четвертьволновые слои с коэффициентом преломления, равным квадратному корню из коэффициента преломления материала линзы, либо используя другие способы компенсации отражений. И линзовых антеннах с оптимально подобранным облучателем общий КИП оказывается высоким и может составлять 0.80 — 0,85. Однако конструкции больших линзовых антенн оказываются громоздкими по сравнению с зеркальными антеннами, и поэтому более простые зеркальные антенны предпочтительнее линзовых антенн в большинстве применений, особенно при больших электрических размерах раскрыва (более 50 К).
Линзы Люиеберга. Среди линзовых антенн уникальными свойствамн обладают линзы из неоднородного диэлектрика со сферической симметрией, называемые по имени автора линзами Люиеберга. Установлено, что если показатель преломления в сферической линзе изменяется вдоль радиуса по закону и=1''2 — (е(я .,)а, (14.9) где Й „„— радиус сферы; Р— текущий радиус точки внутри сферы, то такая линза превращает сферический фронт волны точечного источника 1, расположенного иа поверхности сферы, в плоский фронт волны л (рис.
!4.1!,а). Перемещая первичный источник (например, открытый конец волновода илн рупор) по поверхности сферы, можно переме1цать луч антенны по всем направлениям без искажения формы ДН. Однако ЧаЩа сферическую линзу Люнеберга снабжают решеткой облучателей, каждому из которых соответствует своя неподвижная остронаправленная ДН (рнс. 14.11,6).
Возникает так называемая многолучеаая антенная сисгеаац способная обслуживать одновременно и независимо несколько пере- Ряс. 14.11. Сферическая лииза Люяабарга датчиков нли приемников. Возможно осуществлять непрерывный радиолокационный контроль окружающей обстановки в широ:ком секторе углов, а также вести направленную радиосвязь с :многими корреспондентами. В конструктивном отношении лииза Люнеберга может представлять собой набор однородных концентрических слоев из радиочастотной пенокерамики, причем плотность слоев-должна уменьшаться от центра к периферии, чтобы обеспечить аппроксимацию закона изменения показателя преломления (14.9).
Наряду со сферическими существуют и цилиндрические лин:зы Люнеберга, допускающие неискаженное перемещение луча только в одной плоскости. $144. 'ЗЕРКАЛЬНЫЕ ПАРАБОЛИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ Зеркальные антенны являются наиболее распространенными остронаправленными антеннами.
Нх широкое, применение в самых разНообразных радиосистемах объясняется простотой конструкции, воззюжностью получения разнообразных видов ДН, высоким КПД, Малой шумовой температурой, хорошими диапазонными свойства- 1' и и т. д. В радиолокационных применениях зеркальные антенны 'аюзволяют легко получить равносигнальную зону, допускают одно'ваРеменное формирование нескольких ДН общим зеркалом (в том 11псле суммарных и разностных). Некоторые типы зеркальных анТеин могут обеспечивать достаточно быстрое качание луча в зиаМтельном угловом секторе. Зеркальные антенны являются наибо))1~е распространенным типом антенн и космической связи и радиоВСтрономии, и именно с помощью зеркальных антенн удается созда- вать гигантские антенные сооружения с эффективной поверхностью раскрыва, измеряемой тысячами квадратных метров. Классическими являются параболические антенны, которые могут выполняться в виде параболоида вращения, параболического цилиндра или закрытой конструкции, ограниченной параллельными проводящими плоскостями (рис.
14.12). Параболонд вращения аозбуждаегся слабонаправленным облучателем (например, рупором), помещенным в фокусе зеркала, и преобразует сферический ллрд Рнс. 14.12. Виды параболических антенн: в — иереболояд вращения; и†овреболическнй циляидр; и — сесменто-иврвболн- ческая антенне фронт волны в плоский. Параболический цилиндр возбуждается линейной антенной, помещенной на фокальной линии, н преобразует цилиндрический фронт волны в плоский. В этих антеннах, так же как н в линзах, используются оптические свойства радиоволн.
Геометрические свойства параболы таковы, что лучи, направляемые из фокуса н отражаемые от параболы, становятся параллельными ее оси. Длина пути от фокуса до параболы н затем до линии раскрыва, проходящей через края параболы, одинакова для любого угла 0 (рнс. 14.13). Таким образом, в раскрыве параболической антенны образуется сннфазная поверхность, и излучение антенны оказывается остронаправленным. В декартовой системе координат параболоид вращения определяется уравнением (начало координат совпадает с вершиной параболоида) х'+у'=41х, а в сферической системе координат (начало координат совпадает с фокусом параболоида) — уравнением р(0) = = 21 1'(1+соя 0) . Различают длиннофокусные н короткофокусные параболические антенны. В длиннофокусной антенне фокус находится вне антенны )) Рл(4 и угол раскрыва 20щ„, под которым края зеркала видны из фокуса, удовлетворяет условию 20 „ -и.
В короткофокусной антенне фокус находится внутри объема между зеркалом и его рас- крывом, т. е. ( = Р44 н 2 Ощ и~п. Для расчета излучения параболических антенн традиционно используется метод эквивалентных поверхностных электрических и и магнитных токов. Применяются два способа записи интегралов излучения: !) с интегрированием по поверхности плоского раскрыва и по теневой (тыльной) стороне параболоида; 2) с интегрированием по криволинейной поверхности, которая проходит по освещенной и теневой сторонам параболоида.
Для упрощения в обоих случаях излучением относительно малых электрических поверхностных токов на теневой стороне параболоида пренебрегаютт. В первом случае — апертурный метод расчета — раскрыв является плоским, эквивалентные электрические и магнит- ген"""" ! и!чыа!ны г ные токи считаются синфазными между ж 'собой, а распределение их амплитуд по- гв„., лагается пропорциональным отношению ! т(0, Ч!)У!!(О), где г(6, Ч!) — амплитудная ДН облучателя; р(0) — расстояние от фо.куса д:. .очки поверхности параболоида. ! ! : При таком подходе полностью примени'ма теория плоского раскрыва (см. $12,3).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
