Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Поверхность нижнего зеркала близка к вырезке из эллипсоида вра1цения, один фокус которого совмещен с центром рупора, а второй расположен в месте подвеса верхнего зеркала. Рупор 3 располагается в помещении вблизи от аппаратуры. Главным преимуществом перископнческой антенны является отсутствие длинного тракта, существенным недостатком — плохая помехозащи1ценность из-за сравнительно большого паразитного рассеяния электромагнитного излучения рупора по пути сначала к нижнему, а затем к верхнему зеркалу.
Антенна переменного профиля. Антенная система, близкая по идее к перископической антенне, была предложена советскимн учеными С. Е. Хайкиным и Н. Л. Кайдановским в качестве радиотелескопа высокой разрешающей способности (рнс. 14.32). Антенна имеет неподвижный облучатель 1, установленный в фокусе рефлектора, набранного нз большого числа в плоских металлических пластин 2. Каждая пластина может передвигаться в раднальном направлении н поворачиваться относительно вертикальной н горизонтальной осей. Составной рефлектор антенны по форме является частью параболонда вращения 8 н трансформирует расходящуюся волну облучателя в плоскую электромагнитную волну.
Изменяя наклон н положение пластнн, можно управлять положением луча антенны в пространстве. Наиболее существенным в антенне переменного профиля является то, что точность профиля эквивалентного зеркала определя- о лаа гагату ллу улруллагли Рис.' РЬЗ2. Антенна перемен- ного профили Рис. РКЗЗ. Профиль сфериче- ского рефлектора ется точностью установки отдельных пластин. Поэтому может быть получена относительная точность эквивалентного зеркала Х/Еж 1О-а (Л вЂ” среднеквадратнческая погрешность профиля, Е— размер эквивалентного раскрыва), недостижимая в полноповоротных параболических антеннах. По принципу антенны переменного профиля на Кавказе вблизи станицы Зеленчукская построен крупнейший советский раднотелескоп РАТАН-600.
Он состоит нз 900 отражательных панелей 'размером 7,4Х2 м, установленных по кольцу днаметром 588 м. Каждая панель-отражатель перемещается таким образом, что паДающее на нее излучение наблюдаемого раднонсточннка отража,ется в фокальную точку Г. Подобная идея сбора электромагнитной энергии восходит к Архнмеду, который, согласно легенде, ПРедложил поджечь вражескнй флот, концентрируя на кораблях солнечное нзлученне, отражаемое многочисленными плоскими зеркалами. В радиотелескопе РАТАН-600 на мнннмальной рабочей длине волны 8 мм ширина луча составляет 4,3". Шумовая темпе- ратура не превышает 30 К.
Управление положением каждой панели осуществляется автоматически с помощью ЭВМ. Сфернческне зеркальные антенны. Зеркала сферической формы при расположении облучателя в точке 1=)7/2 близка по своему действию к параболическому рефлектору (рис: 14.33). Из сравнения уравнения окружности х'+(Й вЂ” з)а=Хна или ха=2)1з(1 — з: : (2Й)) с уравнением параболы х'=4(г следует, что часть окружностн вблизи вершины зеркала О (г/(2Я) ~11 можно рассматривать как часть параболы с фокусом, расположенным в точке а=Я/2. Сферический рефлектор, облучаемый из точки Д/2, позволяет преобразовать расходящуюся волну в почти плоскую и, таким образом, может использоваться для формирования узких ДН. Перемещая облучатель по фокальной сфере радиуса Я/2, можно отклонять ДН в шнроких пределах без искажения ее формы прн неподвижном зеркале. Неподвижное сферическое зеркало может быть выполнено в форме выемки и поверхности земли, покрьггой отражающнмн панелями.
Жесткое сцепленке отражахнцей поверхностн зеркала с грунтом позволяет устранить механнческие деформации зеркала и создать прн сравннтельио невысоких затратах сканируюшую антенну с гигантским зеркалом прн хорошей относительной точности поверхностн. По такой схеме выполнен уникальный советский раднооптическнй телескоп РОТ-32/54, расположенный в Армении иа южном склоне г.
Арагац на высоте 1800 и над уровнем моря. Неподвижное главное зеркало этой антенны, созданной по проекту советского ученого П. М. Геруни, имеет форму полусферы диаметром 54 и. Оно собрано из 3800 панелей в бетонной чаше, сооруженной в скальном котловане. Каждая панель отлита из алюмннневого сплава и обработана на карусельном станке с точностью выполнения поверхности 10 мкм при радиуса кривизны 27 и. Панели установлены на стойках высотой 1,8 м с возможностью подрегулнровкн по радиусу сферы. Облучателем рабочей части сферического зеркала диаметром 32 м является вспомогательная зеркальная антенна диаметром около 5 м, установленная на трех опорах с возможностью вращения по двум осям вокруг центра большой сферы. Перемещение облучателя позволяет изменять направления луча в пределах конуса с углом при вершнне 120'.
Системы автоматического управления облучателем позволяют наводить луч антенны с точностью не ниже 2". Основные радиотехнические характеристики антенны: эффективная поверхность — 560 ма, шумовая температура — 10 К, ширина луча — 7" и коэффициент уснлення — 1Оа на длине волны ) мм. В узле контргруза облучателя, над центром сферы, установлен также оптический телескоп с зеркалом диаметром 2,6 и. Этим создана возможность параллельно с раднолучом антенны вести наблюдения источннков в оптическом'н инфракрасном диапазонах С помощью радиотелескопа РОТ-32/54, можно изучать не только небесные радиоисточники, но и атмосферу Земли, осуществлять сверхдальнюю космическую радиосвязь и вести поиск внеземных цивилизаций. Другое применение сферического зеркала для осуществления кругового обзора показано на рис.
14.34. Поверхность зеркала антенны 2 образована вращением части окружности вокруг вертикальной оси. Поляризационио-селективное зеркало набрано из параллельных пластин, наклоненных на 45' н расположенных с шагом, много меньшим длины волны, одна от другой, при этом пластины на противоположных сторонах зеркала оказывают я перпендикулярнымн. Облучатель антенны 1 располагается на фокальной окружности 3 половинного радиуса н создает поле с линейной поля- с ризацней вектора Е, наклоненной на 45' к горизонту н параллельной пластинам. У противоположной стороны зеркала плоскость -сляризации отраженной от зеркала::.::; и оказывается перпендикулярной пластинам, и поэтому волна почти без потерь проходит через эту часть зеркала. В зависимости от требований, предьявляемых к ДН в вертикальной плоскости, профиль зеркала в этой плоскости может иметь параболическую нли специальную и"к 14з4. сФерачесхаа авформу.
Круговое сканирование достига- полярвзацвовао - «в. ется перемещением облучателя по фо- тивнмм 'эеркалом кальной окружности. Коэффициент использования поверхности сферических зеркальных антенн может быть повышен при использовании корректирующих облучателей со специальной формой фазовой характеристики направленности, устраняющей систематические фазовые искажения.в раскрыве из-за отличия профиля сферического зеркала от идеальной параболической формы.
Именно таким образом выполнен облучатель радиотелескопа РОТ-32/54. Антенны с зеркалом специальной формы — так обычно называют зеркальные антенны, предназначенные для создания косекансных ДН. Классическим примером является антенна, показанная На рис. 14.35, а. Она состоит из цилиндрического рефлектора специальной формы, создающего косекансную ДН в вертикальной плоскости, и линейного облучателя в виде сегментно-параболической антенны, которая формирует игольчатую ДН в горизонталь. ной плоскости. Нижняя часть специального зеркала имеет форму, близкую к параболической, и создает почти параллельной пучок , отраженных лучей.
Верхняя часть имеет форму, близкую к круго. вому цилиндру, н создает расходящиеся отраженные лучи (рис. 14.35, б). Получающаяся косекансная ДН изображена на рис. 14.35, в. Расчет профилей зеркал специальной формы производят на ЭВМ по специализированным программам проектирования зеркальных антенн. Рнс.
14.35. Косакансная антенна с зеркалом специальной формы Сканирование, т. е. перемещение луча.антенны в пространстве, может осуществляться механическим, электромеханическим и чисто электрическим способамн. Прн механическом способе сканирования осуществляется поворот всей конструкции антенны, что сильно ограничивает скорость обзора пространства и требует больших энергетических затрат. При электромеханическом способе сканирования с помощью электромагнитов или электродвигателей осуществляется механическое перемещение одного или нескольких элементов антенны, что приводит к наклону эквнфазной поверхности поля в неподвижном раскрыве. Классическим примером является управление положением луча зеркальной антенны прн боковом смещении облучателя. Электромеханический способ обеспечивает лучшее быстродействие, так как движущиеся элементы имеют небольшую массу по сравнению с массой всей антенны.
Однако ни механический, нн электромеханический способы сканирования не удовлетворяют современным требованиям к скорости обзора пространства н не дают возможности одновременно следить за перемещениями нескольких быстро движущихся объектов. Наибольшую скорость обзора обеспечивает электрический способ сканирования.
Прн этом способе амплитудно-фазовое распределение возбуждения в неподвижном раскрыве антенны регулируется с помощью электронно-управляемых устройств, например полупроводниковых нли ферритовых фазовращателей и коммутаторов. Быстродействие сканирования здесь ограничивается инерционностью, обусловленной постоянными времени электрических цепей„ причем эта инерция на несколько порядков меньше меха- нической инерции в двух первых способах. Электрическое сканирование реализуется в многоэлементных антенных решетках.
Различают фазовое, амплитудное и частотное сканирование. В фазовом способе сканирования регулируются только фазовые сдвиги на входах отдельных излучателей решетки при почти не меняющемся амплитудном распределении. В амплитудном способе сканирования перемещение луча осуществляется переключением входов многолучевой антенной системы, т. е. происходит коммутация парциальных ДН. При частотном способе электрического сканирования управление фазовыми сдвигами элементов антенной решетки происходит при изменении только одного параметра — частоты колебаний, что требует создания специальных частотно-зависимых схем возбуждения элементов решетки.
Принципы управления положением луча антенной решетки при изменении закона фазироваиия излучателей были известны еще в 20 — 30-х годах, однако практическая реализация сканирующих антеиньх решеток с электрическим управлением задержалась до 50 — 60-х годов. Именно в это время с возрастанием скоростей самоле":;, появлением ракет и освоением космоса резко возросли требования к быстродействию радиолокационных средств. Реша= ющее значение сыграло появление ЭВМ, без которых было бы немыслимо скоординировать работу многих сотен или даже тысяч излучателей сканирующей антенной решетки. Немаловажной предпосылкой реализации электрического сканирования явились также успехи в разработке быстродействующих полупроводниковых и ферритовых управляющих устройств. Миогоэлемеитность антенных устройств, в свою очередь, повлекла за собой расширение круга задач, решаемых радиотехническими системами, и вызвала появление ряда новых принципов в радиосвязи, радиолокации н радиоастрономии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
