Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Соответствующий множитель К,„дф рассчитывается методами теории днфракции. 5. Появление кроссцоляризацни, учитываемой отдельным множителем К~ и. 6. Фаэовые ошибки распределении эквивалентных поверхностных токов в раскрыве (систематические и случайные). Систематические ошибки (несферичность фазовых характеристик направленное и облучателя, неточная установка фазового центра а фокус зеркал:,'; могут быть устранены рациональным конструированием облучателя и юсгяровкой антенны в процессе настройки.
Случайные ошибки (отклонения от нужной формы профиля зеркала, весовые н ветровые деформации конструкции, температурные уходы размеров н др.) учитывают с помощью множителя К . Случайные ошибки ограничиваюг максимальные размеры антенн и верхнюю границу частотного диапазона зеркала (см. далее). 7.
Омические потери мощности из-за конечной проводимости отражающих поверхностей, наличия неидеальных диэлектриков в облучателе, антикоррозионных покрытий и т. д. Этн потери влияют на КПД ангенны чз, оии вызывают рост шумовой температуры согласно формуле Т,ф= Тз(! — Чл), где Та=273 К. 8. Влияние радиопрозрачного укрытия антенны (если оно используется), создающего дополнительные фазовые ошибки в распределении токов в эквивалентном раскрыве, а также вызывающего добавочное ослабление мощности при прохождении волн через радиопрозрачные слои укрытия (см. [11], т. 1).
Итак, качество работы зеркальной антенны зависит от большого числа факторов, сложно взаимодействующих между собой. Например, попытки улучшить равномерность амплитудного распределения и повысить эффективность облучателя требуют увеличения его электрических размеров, однако это приводит к нежелательному увеличению затенения.
Как правило, результирующий КИП параболической,.ангенны, представляющий произведение всех парци'альных КИП, обусловленных влиянием перечисленных факторов, 'составляет 0,50 — 0,65, достигая в лучших случаях 0,75. При создайии крупныхяеркальиых антенн (0,)10 м) кроме КИП чрезвычайно важное значение имеет также общая стоимость сооружения, Ю поэтому выбор конструкции каждой крупной зеркальной антенны Рис.
!436. К расчету фвзовой ошибки в рвскрмве верквлв Х) =(4я5/у,в) к е — в'=(яЫ,/цв э. е — ~е"'/"~', (14.11) где Йв — диаметр зеркала; я — результирующий КИП, обусловленный влиянием всех прочих факторов (кроые случайных ошибок), снижающих КНД антенны. Величина ехр( — Фе) есть К, . Из формулы (14.11) следует, что КНД параболической антенны в направлении максимума излучения увеличивается обратно пропорционально квадрату длины волны только при пренебрежимо малых ошибках профиля зеркала, когда можно пренебречь последним экспоненциальным множителем с отрицательным показателем степени, Если диаметр зеркала Р и ошибка профиля Л фиксированы, то с укорочением длины волны рост КНД постепенно замедляется, а затем он резко падает.
Прн длине волны Х ~ =4пЛ КНД, определяемый формулой (14.11), имеет максимальное значение )) ее=0,0233(Вв/Ь) е при Кис.= — 4,34 дБ. На более коротких волнах К„, быстро уменьшается и КНД падает. Таким образом, случайные погрешности выполнения профиля зеркала ограничивают КНД параболической антенны и определяют минимально применимую длину волны ЛюеПопутно заметим, что длинноволновая граница использования параболической антенны условно может быть принята равной Р ..
Р./3, что соответствует пределу применимости приближения физической оптики при токовом методе расчета излучения зеркала. Исследование процесса производства параболических зеркал лсшд производится на основе скрупулезного анализа результатов многих предварительных расчетов. ! О точности выполнения зеркала параболн- — г ческой антенны. Обозначим случайное отклоне- <~ 1 ние профиля зеркала от параболической форв г мы через Л.
Примем, что эта величина подчиняется гауссовскому закону распределения с нулевым средним значением и дисперсией Ле, При этом максимальное отклонение профиля зеркала от расчетного значения не превышает Ли ее= 2.6Л с вероятностью 99%. Величина Л„„может быть названа допуском на точность изготовления зеркала. Учитывая случайное изменение длины пути прохождения излучаемой мощности к раскрыву (от облучателя до зеркала и далее от зеркала до раскрыва, рис. 14.16), получаем приближенное среднеквадратическое значение случайной фазовой ошибки а раскрыве: Фж2рЛ=4пЛ/Х.
Радиус корреляции неровностей поверхности зеркала обычно в несколько раз превышает длину волны, и поэтому КНД зеркала с учетом случайных фазовых ошибок [см. (11.23) ) может быть записан в виде при различных технологиях позволило установить, что отношение среднеквадратнческой ошибки профиля к диаметру зеркала — относительная погрешность в является почти постоянной величиной, характеризующей выбранный способ производства: Л/В, — сопз(. Возможностям обычного серийного производства соответствует Яй,ж0,4.10-4, т. е. зеркало диаметром 1 м может иметь допуск ~п~ 1 мм тттобы получи гь КЬ (0,4.10, необходима более — Ф Юлб тонкая технология зеркал, вача- †-м-' а етую сопровождаемая специаль- зз иой подгонкой формы поверхности.
Одним из самых точных в ми- Я Ю Фдм ли Юм Юм lм ре остается построенное еще в 4з 1958 г. уникальное параболическое зеркало диаметром 22 и советского радиотелескопа РТ-22 л1 (вблизи г. Серпухова). Эта зеркало моет допуск 0,5 мм н отно-,аг д~ Сз г, ггч снтельную точность ЯХ)а=0,9Х Х10 — '. Радиус корреляции неров- Рнс. 14,17. Частотная зависимость ностей получился равным пример- КНд зеркальной антенны но 20 см, что составляет от 2 до 25А в рабочем диапазоне длин волн от 1О см до 8 мм. На длине волны 8 мм ширина луча радиотелескопа РТ-22 составляет 2' при эффективной площади раскрыва ! 50 мз (общий КИП около 0,45).
Очень точные параболические зеркала меньших размеров могут быть получены при вращении жидкого расплава пластмассы до остывания и затвердевания. Полученная параболическая поверхность металлизируется, и ее относительная погрешность Х/О,= =2,4. 10-в при диаметре 8,5 м. Для сопоставления потенциальных возможностей по КНД круглых параболических антенн различных диаметров на рис. 14.17 построены зависимости КНД от рабочей частоты при различных относительных точностях выполнения зеркала и при 8=1. Уместно напомнить, что снижение КНД из-за случайных фазовых ошибок.
происходит за счет увеличения равномерного фона бокового излучения, а форма главного лепестка ДН остается почти неискаженной. Ф 14.6. ОБЛУЧАТЕЛИ ЗЕРКАЛЬНЫХ АНТЕНН Важным элементом зеркальной антенны является облучатель, :во многом определяющий характеристики всей антенной системы. К облучателю предъявляются следующие требования: 1. Амплитудная ДН должна обеспечивать выбранное амплитуд'ное распределение в раскрыве и иметь минимальное излучение вне :угла раскрыва. 2. Фазовая характеристика направленности должна иметь фазовый центр, совмещаемый с фокусом зеркала. 3. Поперечные размеры облучателя не должны быть чрезмерно большими, чтобы избежать затенения раскрыва.
4. Электрическая прочность облучателя должна быть достаточ.ной для пропускания полной рабочей мощности радиосистемы без опасности пробоя. 4ааюадый валиый Рис. 14Л8. Вибраториые облучатели с коаксиальимм питанием: а — Л=олтал И-О.М4И С-ОЛОа,: П-Отака Л-Ояаав; О-Л-Оваа;. и- Олайи с о=о.бха х — Оввевйа иевта 5. Рабочая полоса частот облучателя должнй соответствовать требуемой полосе частот радиосистемы.
6. Конструкция облучателя должна обеспечивать необходимую стойкость к изменению метеоусловий и допускать возможность герметизации тракта. Как правило, облучатель закрывают диэлектрическим кожухом. Рассмотрим некоторые конструкции облучателей параболических антенн. Вибраторные облучатели состоят из активного вибратора и контррефлектора в виде диска илн пассивного вибратора. Для питания активного вибратора может использоваться коаксиальная линия нли прямоугольный волновод. Классические конструкции вибраторных облучателей с коаксиальным питанием (7,=50 Ом) н дисковым контррефлектором показаны на рис.
14.16. Первая конструкция имеет симметрирующее устройство в виде четвертьволнового стакана, а во второй конструкции применено щелевое симметрируюшее устройство. Оно обеспечивает лучшее симметрирование, однако пропускаемая мощность, обусловленная допустимым напряжением между краями щели, меньше. Фазовый центр в обоих случаях находитсн между вибраторОм н контррефлектором, причем оптимальный угол раскрыва зеркала составляет 140 — 160 . Для одновременной работы на двух ортогональных поляризациях возможно применение крестообразных (турннкетных) вибра- торов с независимым питанием пар плеч отдельными коаксиальными линиями, проложенными в общем кожухе.
Способ питания вибраторного облучателя прямоугольным волиоводом показан на рис. 14.19. Вибратор длиной около 0,77 укрепляется во фторопластовой втулке, помещаемой в суженный (по узкой стенке) прямоугольный волновод с волной Й,о сечением 0,15Х0,77.. Вместо контррефлектора используется короткозамкнутый отрезок коаксиальной линии передачи, внутренним проводником которой является волновод. Комбинация активного вибратора и пассивного излучателя в виде раскрыва короткозамкнутои коаксиальнон линии р с волной типа Н„ по характеристикам Уу ь, ,излучения близка к элементу Гюйген7у У 7877 ел . э г еерлллу Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
