Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Прн нахождении амплитудного распределения удобно заменить двухзеркальную систему эквивалентным параболоидом б того же диаметра, что и главное зеркало, но с увеличенным фокусным рас- а> Рис. 14.25. Двухзеркальиаи ан- тенна Кассегрена Рис. 14.2б. Затенение раскрыва двухзеркальной антенны с преоблаианнеи тени от палого зеркала (а) и от облучатели (б) стоянием 1 . Способ построения эквивалентного параболонда ясен из рис. 14.25.
При заданном облучателе существует оптимальное отношение 1,„/Й„прн котором достигается максимальный результирующий КИП, т. е. максимум произведения К„, Кинса (аналогично однозеркальной антенне, см. рис. 14.15). Раскрыв главного зеркала в двухзеркальной антенне затеняется как вспомогательным зеркалом, так и непосредственно облучателем (рис. 14.26).
Минимальное затенение раскрыва получается при условии равенства теневых областей, создаваемых облучателем и вспомогательным зеркалом. Двухзеркальная антенна Кассегреиа отличается от одноэеркальной рядом положительных качеств. Она дает возможность укоротить тракт СВЧ и разместить основную часть конструкции облучателя за зеркалом, что особенно удобно в моноимпульсных радиолокаторах. При оптимизации размеров облучателя и малого зеркала удается получить сравнительно высокий общий КИП (0,60 — ' 0,65).
Уменьшение фокусного расстояния главного зеркала, а также малое рассеяние поля облучателя в заднюю полусферу главного зеркала способствуют уменьшению шумовой температуры. Недостатками двухзеркальной антенны являются обратная реакция малого зеркала на облучатель и увеличенное затенение раскрыва по сравнению с однозеркальной антенной. Двухзеркальная антенна Грегори (риса 14.27). здесь используются два вогнутых зеркала: главное зеркало с параболической формой поверхности н вспомогательное с эллиптической формой поверхности.
Один из фокусов вспомогательного эллиптического зеркала Рг совмещается с фокусом главного зеркала. Во второй фокус эллипса Рз помещается фазовый центр облучателя. Волны от облучателя попадают на вспомогательное зеркало, фокусируются им в точке Р~ и следуют далее на главное зеркало, создавая син- Р . 1427. ДвухзерНальная антенна Гре- горн Рнс. 14.28. Квазняараболнче- ская двухзеркальная антенна фазный фронт волны в его раскрыве. Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, общий КИП двухзеркальной антенны Грегори получается несколько выше, чем в антенне Кассегрена, и схему Грегори предпочитают при строительстве крупных полноповоротных антенн. Квазипараболические двухзеркальные антенны.
Классические параболическая н эллиптическая формы главного и вспомогательного рефлекторов двухзеркальной антенны Грегори могут быть модифицированы таким образом, чтобы при сохранении синфазностн поля в раскрыве главного зеркала улучшить равномерность амплитудного распределения и тем самым увеличить общий КИП антенны. Ход лучей в подобной оптимизированной антенне с «квааипараболическим» главным зеркалом показан на рнс. 14.28. Следует обратить внимание на отсутствие общей точки пересечения лучей после отражения от малого зеркала, а также на «сгущеиие» лучей к краям раскрыва„вызывающее подъем амплитудного распределения на краях. Идея кваэипараболической антенны, высказанная чл.-корр АН СССР Л, Д.
Бахрахом, получила широкое признание в мире и была реализована во многих крупных радиотелескопах. В СССР в Крыму в районе Евпатории по квазипараболической схеме построена и введена в строй в 1978 г. полноповоротная антенна дальней космической связи РТ-70 с диаметром основного зеркала 70 м. Среди наиболее крупных радиотелескопов мира эта антенна обладает наибольшим КИП, достигающим 0,80 в дециметровом и 0,74 в сантиметровом диапазоне волн. В антенне РТ-70, как и в других крупных советских радиотелескопах, успешно использован так называемый гомологический закон распределения дгсйормаций зеркала при его наклоне по углу места. Жесткость силового каркаса зеркала распределена таким образом, что, деформируясь при наклоне, зеркало приобретает форму измененного квазипараболонда, немного Зррнапр 4Р пучпюмрп решсапа вб Орпучпмепа б1 б) Рнс.
14.29. Неснммегрнчные зеркальные антенны: о — онноаеональнан гнбрнннан антенна, 6 ынагоалементныа облтеатель (Фраг- мент). е — Ввтнаернвлъные неснмметрненые антенны Кассегрена повернутого в пространстве, с отклоненным положением фокуса. Передвигая облучатель в новое положение фокуса с помощью системы автоматического управления, удается сохранять высокий КИП антенны при наклонах зеркала. Идея гомологнческого закона распределения деформаций была независимо сформулирована советским ученым П. А. Калачевым н профессором ФРГ фон Хорнером. Реализованная в РТ-70 система фазовой компенсации гравитационных деформаций позволяет использовать эту крупнейшую антенну на волнах длиной до 8 мм при снижении КИП антенны в процессе наклона зеркала от зенита до горизонта примерно на 20%.
Несимметричные и гибридные зеркальные антенны. В осесимметричных одно- и двухзеркальных антеннах облучатель оказывается в поле лучей, отраженных от главного или вспомогательного зеркала. Это приводит к снижению КИП зеркала и росту боковых лепестков ДН из-за затенения раскрыва, а также к обратной реакции зеркала на облучатель. Последнее явление заключается в том, что перехватываемые облучателем отраженные лучи приводят к рассогласованию входа, причем это рассогласование почти не поддается компенсации обычными согласующими устройствами из-за большого электрического расстояния между облучателем и зеркалом.
Отмеченные недостатки кардинально устраняются в несимметричных зеркальнык антеннах (рис. 14.29), в которых облучаюшая система выносится из поля лучей, отраженных от главного зеркала, Однако зеркало в этом случае имеет довольно трудную для изготовления форму несимметричной вырезки из параболоида вращения, а общие габариты антенны заметно превышают размер излучающего раскрыва.
Отсутствие затенения позволяет выполнять облучатели несимметричных зеркальных антенн в виде антенных решеток из плотноупакованных элементов (рис. 14.29, б). Входу каждого элемента облучающей решетки соответствует отдельная парциальная ДН антенны. Совокупность этих ДН плотно заполняет сравнительно небольшой угловой сектор телесных углов с углом раствора примерно ~5' относительно главной осн параболоида (при ббльших углах отклонения луча от оси зеркала параболоида возникают трудности сохранения правильной формы отклоненных лучей из-за систематических фазовых ошибок).
Переключение входов элементов облучателя или же перераспределение между ними мощности нзлучения в определенном амплитудно-фазовом соотношения позволяет менять направление излучения или управлять формой результирующей ДН точно так же, как в методе Парциальных ДН в теории синтеза антенны. Сочетание одного или нескольких отражающих зеркал (или линз) с многоэлементной облучающей решеткой называют гибридлой антенной системой или просто гибридной антенной. Гибридные антенны позволяют сочетать достоинства входящих в них типов антенн и подавлять недостатки, присущие отдельным составным частям. Наметилась тенденция устанавливать гибридные зеркальные антенны на геостационарных связных ИСЗ (поперечник Земли с геостационарной орбиты виден под углом около 9').
При таком применении гибридных зеркальных антенн можно организовывать узкие каналы связи между корреспондентами, находящимися в различных точках поверхности Земли, или же при одновременном использовании нескольких единиц или десятков каналов распределять излучение по нужным районам земной поверхности. В этом случае говорят о формировании луча «контурной формы», повторяющей очертания страны нли ее части.
Несимметричные и гибридные антенны могут выполняться и по многозеркальным схемам (рис. 14.29, в!. Рупорно-параболическая антенна (рис. 14.30) состоит из пирамидального рупора 1 и части параболоида вращения 2. Фокус параболической поверхности совмещается с вершиной рупора 4, и электромагнитные.
волны, падающие из рупора на параболиче:ский рефлектор, отражаются к выходному отверстию 8 параллельным пучком, ие попадая обратно в рупор. Рупорно-параболическая антенна отличается малым уровнем боковых и задних лепестков, ' недостижимым для зеркальных антенн других типов, и поэтому оказывается удобной для применения в радиорелейных линиях свя- зи. Уровень бокового излучения в плоскости раскрыва составляет около †дВ, а в заднем направлении †око — 60 дБ, Угол раствора рупора выбирается равным 30 — 40'. На входе рупора включается плавный согласующий переход длиной (7 †: 10)).. Это снижает коэффициент отражения до 1 — 2е1а в очень широкой полосе частот, и поэтому рупорно-параболическая антенна может работать одновременно в двух (и более) радиорелейных диапазонах Перископические антенны (рнс.
14.31) находят применение в радиорелейных линиях. Антенна состоит из верхнего зеркала 1. Рнс. РКЗО. Рупорно-пара- болическая антенна Рис. 14.31. Пернскопиче- ская антенна нижнего зеркала 2 и облучателя. Верхнее зеркало обычно выполняется плоским с эллиптическим или многоугольным контуром обреза, его проекция на плоскость, перпендикулярную направлению излучения, есть окружность или многоугольник. Нижнее зеркало имеет специальную вогнутую форму, при которой в эквивалентном раскрыве нерхнего зеркала получается оптимальное амплитудно-фазовое распределение возбуждения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
