Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 2 - 1977 г. (1151801), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Движение облучателя при этом должно происходить по определенной траектории. Применение таких зеркал в системах со сканированием в пределах больших углов описано в работе [4!!. Сферическое зеркало не преобразует сферический волновой фронт, излучаемый из параксиальной фокальной точки, в плоский. Параксиальным фокусом сферического зеркала называется точка на его оси, в которой собираются все лучи, нада. ющие на зеркало параллельно его оси.
В распределении поля по апертуре при излучении из параксиального фокуса появляются фазовые ошибки. Это явление известно под названием сферической аберрации. Для уменьшения сферической аберрации применяются два метода. В первом методе для формирования ДН используется ограниченная часть апертуры сферического аеркала большого радиуса [42). Этот метод основан на том факте, что сферический сегмент большого радиуса кривизны /7 может аппроксимировать параболоид с эквивалентным фохусным расстоянием )7/2, причем фокальная точна является параксиальной фокальной точкой сферического зеркала. Если допустимая фаэовая ошибка по апертуре соответствует разноств хода б, то максимальный радиус апертуры а при расположении облучателя в параксиальном фокусе равен [2) (п//7)4 -43Я (33) Положение облучателя, которое дает желаемую ДН, лучше всего определять экспериментально.
В работе [43) приведены измеренные экспериментально ДН, создаваемые сферической антенной диаметром 3,0 м на частоте 11,2 ГГц. Зеркало облучалось квадратным рупором с апертурой 3,9 Х 3,9 см и имело эффективное фокусное расстояние / = 74,3 см. Полученный КНД антенны, равен 39,4 дБ. Полный угол сканирования в плоскости Н при этом равен 140'. Экспериментальные результаты показывают, что полная фазовая ошибка на апертуре сферического зеркала находится в пределах Х/10. Применение большего зеркала или меньшей освещаемой апертуры позволяет получить меньшие боковые лепестки или больший угол сканирования. При втором методе сферическая аберрация корректируется с помощью фазированного линейного облучателя [44 — 47). Применение етого метода позволяет использовать большую излучающую апертуру, при этом уменьшается угол сканирования. В работе [43) описаны рабочие характеристики таких корректированных антенн со сферическим зеркалом и линейным облу.
чателем. Длина линейного облучателя и способ фазнрования определяются размерами и радиусом кривизны зеркала и допустимым искажением фазового фронта волны на апертуре. В антенне со сферическим зеркалом размером 3,0 и рупор облучает центральную часть зеркала, а короткая волноводная решетка, расположенная по оси перед рупором, облучает внешнюю часть зеркала [40!. Из-за поляризационных эффектов и весовых ограничений в качестве облучателя целесообразно использовать линейный источник в пределах от параксиальной фокальной точки до точки 0,3 / [47). В работе [46) описана антенна са сканированием на угол 110' с облучателем в виде корректированного линейного источника. З.У. Антенна с зеркалом в виде параболического тора Широкоугольное сканирование возможно при неподвижных несферических зеркалах н специальном выборе их формы с тем, чтобы смещение облучателяя на большие углы не сопровождалось искажением ДН.
Примером такой !16 3.3. Зеркальные антенны с малым уровнем шумов антенны служит параболический тор [3, 4), в котором совмещены фокусирующие свойства параболического зеркала с широкоугольными свойствами сферического зеркала. На рис. 19 показано схематическое изображение ан. тенны с зеркалом в виде параболического тора.
Геометрически поверхность зеркала образуется вращением параболы вокруг оси ' перпендикулярной оси "м- ОбуПЗующПяпОрабряП метрии параболы. Таким образом, сечение тора в одной плоскости имеет вид параболы, У а в другой, ортогональной,— окружности. Радиус окружности )7 выбирается большим, ! так чтобы облучаемая часть зеркала была достаточно близка к параболе, при этом обеспе! чивзется минимальная фазовая ошибна иа апертуре. Обычно ! со 0,45 )7. В антеннах этого типа может осуществляться сканировзние на угол около 120' при перемещении облучателя вдоль фокальной дуги (см. рис. !9). Остаточные ошибки препятствуют г(ООюр уменьшению ширины луча менее 0,5'.
В глав- ЮООП Облбааргаля ной плоскости возможно получение ДН хоро- Х шей формы с боковымн лепестками, не ббльшими по уровню. чем боковые лепестки соот ветствующего параболического зеркала. Форма ДН имеет тенденцию улучшаться при увеличении ДР, где Р— диаметр облучаемой области. Высокий уровень боковых лепестков ДН имеет не в основной плос.
кости (около !3 дБ). Боковые лепестки можно уменьшить методом поперечной коррекции [5[. Другие методы перезнщения облучателя при сканировании рассмотрены в [3, 4). Ркс. 1О. Актеона с ееакклоо е екке окреболоееекого тора 3.6. Зеркальные антенны с малым уровнем шумов Т„= ' ~ Т (Е, р) 0 (Е, Е) з)п ЕПОПф, 4по (34) где Т (О, ф) — эквивалентная температура черного тела для пространства, окружающего антенну; б (О, ф) — ненормированная ДН антенны по мощности. В работе [3! проаналиаирована шумовая температура антенны и рас. смотрены вопросы проектирования малошумящих зеркальных антенн.
Шумовую составляющую, обусловленную тепловым излучением поверхности земли, можно уменьшить путем тщательного проектирования антенны. Для обычных параболических зеркальных антенн излучение поверхности земли может давать вклад в общую шумовую температуру системы порядка 40 К или более. В общем случае шумовые характеристики соответствующих параболических антенн можно улучшить, уменьшин плотность потока облучения зер- 117 С развитием техники СВЧ усилителей, обладающих черезвычайно низмим уровнем шумов, таких как параметрические и квантово-механические (казеры), может оказаться, что антенна дает значительный вклад в общую шумовую температуру системы. Для антенны, в которой отсутствуют потери, аффективная шумовая температура То определяется следующим соотношением [3, 43); Гл 3.
Зеркальные и линзовые антенны кала на его краях, что ослабляет эффект «перелиианияэ электромагнитного поля за края зеркала. Кроме того, необходимо применять поддерживающие структуры облучателя с минимальными отражающими свойствами. При уменьшении поля облучения на краю зеркала иа 10 дБ шумовая температура антенны Тч = 30 К. При большем ослаблении поля на краю зеркала [49) получена Тэ = (20 ш 5) К для параболического зеркала диаметром 18,3 м при ДР = 0,35 на частоте 1420 МГц. На частоте 960 МГц в антенне с параболическим зеркалом диаметром 25,9 м и [/Р = 0,43 шумовая температура [50) равна Ти = (17 ~ 4) К.
Эти значения шумовых температур получены, когда антенны направлены в зенит. В работе [51) для получения низкой шумовой температуры рекомендуется использовать параболическое зеркало с малым значением [!Р, а облучатель располагать ниже края зеркала. Характеристики антенны улучшаются при размещении вокруг антенны заземленных экранов. Как было отмечено, шумовая температура, обусловленная влиянием земли в диапазоне гали 3 см, приближенно равно 3 К для параболического зеркала, имеющего [!Р = 0,23. Однако все перечисленные способы снижают шумовую температуру ценой уменьшения соответствующего коэффициента использования площади апертуры зеркала. В работе [52) описан облучателгч представляющий собой кольцевую решетку вибраторов. Он обеспечивает почти равномерное облучение площади параболического зеркала и резкий спад его к краю.
Шумовая температура антенны с облучателем, состоящим из трех кольцевых решеток вибраторов, была не более 5 К в диапазоне частот 1380 — 1425 МГц при коэффициенте использования плошади апертуры 0,7 — 0,8. Рупорно-параболическая антенна, описанная в работе [53), имела чрезвычайно низкую шумовую температуру: менее 2 К на частоте 5650 МГц. Подробное описание конструкции этой антенны можно найти в работе [54).
Добавление конического фланца к дополнительному зеркалу антенны Кассегрена позволяет [30) уменьшить чпереливаниез энергии в два раза. Например, в антенной системе с апертурой днаметром 25,9 м иа частоте 960 МГи получена Т„ = (9,5 ш 2) К. Использование описанных выше способов уменьшения Т, э антенне Кассегрена позволило ва частоте 11,0 ГГц уменьшить Т„обусловленную приемом излучений земли боковыми лепестками до 2 К при КНД антенны 36,3 дБ и коэффициенте использоваяия плошади апертуры зеркала 5ОУа [53). 3.9. Линзовые антенны С позиций электродинамики СВЧ линзовые антенны аналогичны по своим возможностям зеркальным.
Линзовые антенны применяются для формирования иглообразных и плоских ДН, а также и других видов. Основная функция линзы состоит в преобразовании сферического или цилиндрического фазового фронта волны в плоский. В зависимости от типа облучателя, а также от того, имеет ли материал линзы показатель преломлении больший или меньший единицы, выбирается профиль линзы, при котором волна, прошедшая через нее, оказывается плоской.
Форма поверхности линзы выбирается исходя из соотношений геометрическов оптики. Диаграмма направленности линзовой антенны определяется методики теории дифракцви. Диаграмму направленности в дальней зоне проще определить по распределению поля иа апертуре, чем по соотношениям геометрической оптики. Существуют различные технологические методы получения мауериалов для линзовых антенн, имеющих необходимый показатель преломления, Сплошные линзы изготавливают обычно из диэлектрических матернатов, ! 18 З.р. Линзовые антенны обладающих малыми потерями (4). Показатель нреломлевия н связан с относительной диэлектрической проницаемостью е„соотношением (35) Поскольку п не зависит от частоты, диэлектрические линзовые антенны с гладким профилем имеют неограниченную полосу рабочих частот.
Обычно только небольшие линзы СВЧ делаются из сплошного диэлектрчка. Из-за весовых соображений линзы больших размерои чащ* выполняются из искусственных диэлектриков. В зависимости от способа построения ан- \' тенны, при котором обеспечивается получе- та ние необходимого показателя ореломления линзы, можно классифицировать линзовые антенны на диэлектрические, металлопластинчатые, металлодиэлектрические.
Ниже рас- ли! сматриваются как однородные (н — постоян- а ная величина), так и неоднородные линзовые антенны РЛС. Общие сведения (1, 2, 4, 36) Если одна из поверхностей линзы является поверхностью постоянной фазы для падающей или про- д шедшей волны, то такая линза называется Г У одноповерхностной. На рис. 20 показан оро- Г филь такой линзы. Чтобы сферическую вол. лс! ну, исходящую нз фокуса Е, преобразовать в плоскую волну, распространяющуюся в направлении оси г, профиль линзы должен удо- е влетворять следующему уравнению: г = (л — !) )7 (н соз й — !), (Зб) щения яия ирястмя сяаиратсяьгде л — показатель преломления линзы; ищя яиизт а) л>ц Е1 и<!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
