Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 2 - 1977 г. (1151801), страница 28
Текст из файла (страница 28)
В некоторых случаях всю волноводную систему, связанную с облучателем можно разместить позади основного зеркала. Принцип рабаты двухзеркальной антенны Кассегрена поясняет схема рнс. тб Антенна состоит из параболического основного зеркала н гиперболического дополнительного зеркала, которое расположено между фокусом и вершинои основного зеркала. Один фокус гиперболического зеркала совпадает с фокусом основного зеркала. Облучатель располагается в другом фокусе ЛшппВшпвпьпстй тЛпппг Ллтгляп" йппппйпа б)эппл ЛпттаРапп мрппп йупуппптплэ ппедэпппмг гн эеппкш Флгуппппэп- Ркс. тэ. Сксматкчсскес нэебрактснкс эсркакькеа аитсккм Ккссстрсаа.
Ркс. 1В. Гсемстркчссккс сееткемсваа в антенне Кассстрсак. дополнительного зеркала, параметры которого определяют также фокальное расстояние для всей антенной системы. Предполагается, что дополнительное зеркало расположено в дальней зоне облучателя Сферические волны, излучаемые облучателем, после отражения от дополнительного зеркала поступают на основное зеркало.
Волны, падающие на основное зеркало, таиже являются сферическими, напученными как бы из мнимого фокуса гипербо. лического зеркала Основное параболическое зеркало трансформирует сфе. рнческие волны в плоские, распространяющиеся в направлении осн ав. тенны.
Геометрические соотношения для антенны Кассегрена показаны на рис. !б. Из семи геометрических параметров, показанных на рисунке, для полного описания системы требуются лишь четыре. Указанные параметры !!э рассмотрены в )!). Коэффициент а для сегментно-параболической антенны достигает 80% . Возможны модификации сегментно-параболической антенны, характеиэуюшиеся большим расстоянием между двумя параллельными плоскостямн. атом случае в задайиом направлении могут раснространвться волны различных типов.
З.4. Двухзеркальная антенна Кагсегрена связаны следующими соотношениями: фт 0,. (8 — = —, 2 4/о« (23) )/(й ф, + ) /(й ф,=2/,/О„ з)п (фо — фт)/2 /-о Мп (ф, +фг)/2 (24) (25) Экспентриситет гиперболоида, образующего дополнительное зеркало, определяется по формуле 5! П ((фо+фт)/2! е (26) мп ((оро — ~р,)/2! В общем случае параметры Р, /, /, и ф„можно определить, зная кзрактеристики антенны и ее пространственные размеры.
Тогда величины ф, Р, и /. находятся из (23) — (26). Существуют другие варианты антенн Кассегрена !28), однако вариант, рассмотренный в настоящем параграфе, встречается наиболее часто Основные характеристики антенны Кассегрена определяются количественно двумя методами: методом мнимого облучателя и методом эквивалентной параболы. В первом методе[23, 29! реальный облучатель и дополнительное зеркало заменяются мнимым облучателем, расположенным в фокусе основного зеркала.
Таким образом, задача анализа антенны Кассегрена сводит. ся к анализу однозеркальной антенны, имеющей такое же зеркало, как основное зеркало в двухзеркальной системе. Метод эквивалентной параболы !3, 28) обладает некоторыми преимуществами перед методом мнимого облучателя при анализе характеристик излучения антенн При этом методе задача проектирования антенны сводится к проектированию однозеркальной системы, имеющей такой же облучатель, как в антечне Кассегрена, но другое основное зеркало. Уравнение, опреде.
вяющее эквивалентную параболу, равна 0«н/4/о = (8 (фг/2) (27) где / — фокусное расстояние эквивалентного параболоида; ф„и Ро« вЂ” величвйы, относящиеся к основному зеркалу. Фокусные расстояния для эквивалентного и основного зеркал антенны Кассегрена связаны следующим соотношением: /о (Я (фо/2) е+ ! — — — т (28) /т (й (фт/2) е — ! где ш — коэффициент увеличения. Эффективная площадь апертуры облучателя должна иметь такую величину, чтобы обеспечивалось соответствующее облучение апертуры эквнвалеятного параболоида. Лля / > /он оптимальная апертура облучателя больше апертуры которая была бы оптимальной для аднозеркальной антенны, имеющей такое же фокусное расстояние, как и основное зеркало двухзеркальной антенны.
Каэффипиент а и ДН определяются точна также, как н для параболической зеркальной антенны. Коэффициент использования площади апертуры а для таких антенн может превышать 50 — 60%. Простой анализ кода лучей показывает, что в антенне Кассегрена отсутствует «переливаниео ввергни за края зеркала. На практике дополнительное зеркало имеет неболь- Гл 3. З«ркальные и линзовые антенны шие размеры (в длинах волн), и поэтому создается некоторое «переливание» энергии из-за днфракции волн, Однако при использовании конического фланца на дополнительном зеркале такое «переливание» можно уменьшить, и коэффициент использования площади апертуры и при этом увеличнваетси почти на 10«га )29) Кросс-поляризвционнме характеристики двухзеркальных антенн рас.
смотрены в работе )ЗО), где показано, что антенны Кассегрена с параболическим ~лубоким зеркалом имеют меньшие кросс-паляризационные потери, чем обычные однозеркальные антенны Затенение апертуры можно уменьшить до определенной величины при соответствуюшем выборе размеров облучателя н дополнительного зеркала, а также расстояния между ними.
Для минимального затенения диаметр дополнительного зернала, экранизируюшего излучение основного параболического зеркала, должен быть равен размеру облучателя )28). Это >«ливне выполняется, когда (29) )г 2)~ к/й где й — отношение диаметра апертуры облучателя к его эффективному вате. някшему диаметру. Обычно й несколько меньше единицы.
Согласно данным работы )28), ширину главного лепестка в !' можно рассматривать как некотор)чо границу, при превышении которой антенна Кассегрена, даже спроектированная с минимальным затенением, не пригодна для практики. В системах, где используетси только одна поляризация радиоволн, значительное уменьшение эффекта затенения апертуры можно обеспечить с помощью устройства поворота плоскости поляризации, когда дополнительное зеркало оказывается невидимым при прохождении волны, отраженной от основного зеркала !4, 28). 3.5. Зеркальная антенна с косеканс-квадратной диаграммой направленности В наземных РЛС обзора воздушно~ о пространства, или в самолетных РЛС обзора поверхности земли необходимо иметь постоянный уровень мощности принятого сигнала, отраженного от цели, независимо от расстояния.
Это условие выполняется, если ДН антенны по мощности пропорциональна со»ее'О, где Π— угол места )1, ЗЗ). В большинстве случаев требуется, чтобы в азимутальной плоскости ДН таких антенн была узнои. Вопрос о проектировании антенн, имеющих ДН вида косеканс-квадрат, на основе методов синтеза ДН рассматривался в работах )4; 38 — 38). Необходимую форму главного лепестка ДН можно получить в антеннах различных типов, в том числе линзовых )39,2), диэлектрических стержневых, цилиндрических зеркальных с цилиндрическим облучателем )1, 2) и в антеннах с зерналами двойной кривизны с точечным облучателем )!). Для цилиндрическое линзы одна из поверхностей должна быть требуемой формы, а другая произвольной и обычно представляет собой плоскость.
Распространенный способ получения ДН нужной формы состоит в применении зеркала соответствующего профиля. Зеркало с требуемым профилем обычно проектируется на основе соотношений геометрической оптики. Поперечное сечение зеркала и облучателя в виде линейного источника и ход лучей показаны на рис. 17. Ось г имеет горизонтальное направление; Р— облучатель; положительный угол отсчитывается по часовой стрелке. Полный угловой размер зеркала относительно облучателя равен ф» — фг. Для того чтобы ДН по мощности была Р (О).= со»ее'О, уравнения для йрофиля зеркала 114 8.5, Зеркальная антенна с косгканс-квадратной диаграмиой направленности должны быть следующими [1, 2); /йл 1') кст стзь [( ссь —,тзт () ыст~) 'се~се ту~ тр (30) (31] где /(ф) — первичнаи ДН облучателя.
П мом графически, получаем зависиыостьн зеркала. Осевое расстояние ро от р до зеркала вдоль оси г определяется таким образом, чтобы требуемая высота зеркала согласовывалась с полным углом ф — ф„ относительно точки Р. Нижняя часть зеркала создает область высокой интенсив. ности излучения ДН основного зеркала. Максимум излучения облучателя (см. рис. !7) направлен под углом ф,. Выбор ф, не очень критичен: угол может менять. ся от 0 до — 25'. Значение фз — ф, дожно быть достаточно велико, чтобы эффективно использовать излучение облучателя, н близко к ширине ДН облучателя по уров.
ню 1О дБ. Диаграмма направленности, приближенно равная созес'О, справедлива только в ограниченном диапазоне углов, тияич ные значения которых лежат в пределнх от О, = 10' до Оз = 70'. Если необходимо, чтобы истинная ДН была близка к теоретической, следует увеличить размеры зеркала. Удовлетворительное соответствие получается при размерах апертуры порядка 15 — 20 ).
Расчеты показывают (2), что для облучателей с ДН вида / (ф) = = созф, / (ф) = созе ф или / (ф) = созе (ф/2) ормы профиля зеркала почти одинаковы. а рис. 18 приведены зависимости 0 (ф) н р/ре отф для / (ф) = соззф, Форма профиля зеркала, соответствующая условию рис. 18, показана на рис. 17. Диаграмму направленности вида косеканс-квадрат можно получить также при облучении параболического зеркала системой из двух н более рупоров или лп.
нейной решеткой (1). Антенна с ДН вида косеканс-квадрат имеет меньший КНД, чем антенна с обычной плоской ДН, полу Снижение КНД антенны приближенно нахо ри интегрировании, выполняеописывающую форму профиля Рнс. 17. Геометрическое из»йраиенне кода лучей дл» зеркальной антенны. р -йа р йр ргри/ Рнс. !З. Отношение р/р, и величина В(й) как пункции тр длн зеркальной антенн» с «есеканс-кнадратнай дн (г). чаемой при такой же апертуре. днтся по формуле (33) О/бо = 2 — О, с1п Оз.
(32) В случаях, когда Оз велико, а О, мало, снижение КНД приближается кЗдБ. 116 Гл. 3. Зеркальные и линзовые антенны З.б. Антенна со сферическим зеркалом Антенны со сферическим зеркалом обладают симметричностью. В такой антенне возможно осуществление сканирования в пределах широкого сектора беэ искажения ДН.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
