sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 82
Текст из файла (страница 82)
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, ни 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. При этом способе амплитудно-фазовое распределение возбуждения в неподвижном раскрыве антенны регулируется с помощью электронно-управляемых устройств, например полупроводниковых или 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.
Перечислим наиболее важные задачи, решаемые с помощью многоэлементных антенных решеток. 1. Электрическое сканирование в широком секторе углов. 2. Получение ДН заданной формы путем регулирования амплитуд и фаз возбуждения отдельных излучателей. 3. Возможность когерентиого сложения в одном луче мощностей многих генераторов или усилителей мощности колебаний СВЧ для получения больших мощностей излучения, недостижимых в обычных антеннах нз-за ограниченной электрической прочности.
4. Более полное извлечение информации из приходящих к антенне электромагнитных волн в результате применения сложных методов совместной параллельной обработки сигналов, принимаемых отдельными элементамн антенной системы. 5. Возможность синфазного сложения сигналов, принимаемых системой крупных антенн, для получения очень больших эффективных поверхностей при радиоприеме, недостижимых в обычных антеннах из-за влияния неточностей изготовлении, 6. Повышение надежности радиосистемы вследствие параллельного действия многих элементов.
Выход из строя, скажем, 20% элементов антенной решетки не приводит к катастрофическому отказу радиосистемы, а лишь несколько ухудшает ее характеристики. Практическая реализация управляемых антенных решеток осложняется рядом специфических трудностей, К числу мешающих факторов относятся: появление фазовых ошибок в раскрыве из-за неточности действия управляющих устройств, нз-за дискретности фазировання, рассогласования и взаимосвязи элементов при сканировании; появление дополнительных потерь мощности СВЧ в управляющих устройствах; относительная узкополосность, связанная с возможностью появления побочных главных максимумов. н др. Немалые трудности проистекают из-за высокой начальной стоимости и сравнительно больших эксплуатационных расходов„, связанных с периодическими проверками, подстройками и заменой отказавших элементов. Из изложенного следует,.
что антенные решетки относятся к числу сложных радиотехнических систем, основанных на многих принципах теории антенн н устройств СВЧ и принципах теории информации. Современные антенные решетки характеризуются большим разнообразием областей применения (наземные и бортовые), различаются по числу элементов (от нескольких единиц до десятков тысяч) „по форме раскрыва (плоские, выпуклые„кольцевые и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
