Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 57
Текст из файла (страница 57)
16.10). Из этих паРаметров только два (обычно 2 Е, и)) являются независимыми. Остальные определяются через них с помощью уравнения (16.26); Ухь = 2аюый(2 Т1 Е,), х Ч~о 2 В зависимости от соотношения между Я и У зеркальные антенны делятся на гг х дликлофохускые (Еа<2з' или уха< — ) и коромкафохусхые (Е >2з или ухь> — ). 2 2 Проаню~изируем влияние фокусного расстояния на распределение плотности поверхностных токов .!* на внутренней части зеркала и коэффициент усиления С эеркюгьной 266 антенны. На рис.
16.16 показаны примеры распределения токов, текущих по поверхности зеркала в случае короткофокусного и длиннофокусного зеркал. В качестве облучателя зеркальной антенны выбран вибратор с дисковым контррефлектором. Распрелеление тока построено в соответствии с формулой(16.33). Как видно, в короткофокусном зеркале линии поверхностного тока существенно ис. Рнс.
16.!6. Раслреяеление токов Г кривлены Кроме того, имеются на поверхности парабочического зеркате: точки Р (полюса), в окрестности "-эюкые шрот ефо усяее,а-зеэкаяе юлина(окусяее которых ток меняет направление Положение полюсов на зеркаче определяется направлениями нулевых значений диаграммы направленности облучателя. Для длинно- фокусных зеркал линии тока искривлены меньше, причем чем больше фокусное расстояние, тем меньше искривление линий тока. Искривление линий тока в зеркальной антенне является вредным явлением, так как приводит к появлению кроссполяризационной составляющей в ее поле излучения. В самом деле, раскладывая вектор тока Л' на координатные составляющие .1„", У;,, /,', нетрудно понять, что поле основной поляризации в направлении оси антенны создается только составляющей тока " . Хоти составляющая тока .1,' и излучает ноле основной поляргпацни, уровень этого пзлучення заметен лишь в области боковых лепестков.
Составляющая же тока У„* излучает поле паразитной поляризации. Так как направление .У„' в соседних квадратах зеркала противоположно, в главных плоскостях гОх и еОу по- ле, излучаемое током l„', равно нулю. Максимю~ьного значения кроссполяризационная составляющая достигает в диагональных плоскостях. Наличие на зеркале полюсов приводит к возрастанию кроссполяризационной составляющей и к ослаблению поля юлучения основной поляризации, так как за полюсами составляющав тока оказывается противофазной по сравнению с этой же составдмошей между полюсами. Таким образом, в короткофокусных зеркальных антеннах возникают дополнительные потери в коэффициенте усиления, связанные с рассеянием части мощности на кроссполяризационное излучение и осваблением поля основной поляризации из-за наличия противофазиых составляющих тока ./'.
В длиииофокусных антеннах эти явления проявляются менее заметно, поэтому на практике чаше используются длиннофокусные эерквльные антенны. Если же габаритные ограничения вынужлают использовать короткофокусные зеркала, то дзя ослабления неприятных явлений в таких зеркалах делают вырезы вредных зои, расположенных вокруг полюсов Коэффициент усиления О апертурной антенны в соответствие с соотношениями (15.34) определяется по формуле э — зозз 267 4л С= — Я,гц, !з (16.34) где г) — коэффициент полезного действия антенны. Основными источниками потерь в длиинофокусной зеркальной антенне являются потери на рассеивание части мощности облучателя мимо зеркала (заштрихоаанная часть на рис.
16.15). Обозначая через Рт ,Рт соответственно полную мощность излучения облучателя и мощность излучения облучателя, попадающую на зеркало, и учитывая, что поток ыошности пропорционален квадрату амплитудной диаграммы направленности, получаем г 2 (! 6.35) ~ ~ Р~„()г, р) з!п уч(!клгр ос где Е,'~„((г, р) — двумерная диаграмма направленности облучателя. Если диаграмма направленности облучатела симметрична относительно оси антенны и может быть аппроксимировала функцией вида б 1ЩР) (О,гг)25угкл, (16.36) где н — любое положительное число, то после подстановки (16.36) в (16.35) получаем 7=1-соз" йю (16 37) ВВВ График зависиМости ц от уг„рассчитанный по формуле (16.37) при п = 1, представлен на рис.
16.!7, Качественная зависимость ц оу уг остается неизменной и при других формах диаграммы напревленности облучателя. Коэффициент использошние поверхности раскрьюа зеркальной антенны полностью определяется характером амплитудного распределения поля в расРне.16.17. Завискмостькоэффилиевта крыве зеркала. С увеличением ус Увези гюлезного действия ц ксэффюшснта чиваетсл спадаине амплитудного распр~ ислсльзсезния лсвсрхвссш т „фф,„и „, „„н „, деления к краям зеркала и поэтому р с На от угла раскрьма уг уменьшается с увеличением угс.
в о рис. 16.17 покпана характерная качественная зависимость г сг щс для зерккзьных антенн, Там же приведен график зависимости Л = г) и от Угс . ПаРаметР В называетса эффектнелостью зелксльнсй антенны и связан с ее коэффициентом усиления соотношением 4ог О= — Ь;8.
от ' Как следУет из Рис. 16.17, сУществУет оптимальный Угол РаскРыва его,, пРи котором эффективность, а следовательно, коэффициент усиления зеркальной антенны максимальны. Эффективность зеркальной антенны зависит только от диаграммы направленности облУчателл и Угла РаскРыва зеРкала 2 )оо ! з (16.38) (16 39) тг ) ~ре, (Уг,а)ппцлцдр о о График зависимости 8 от 9~4 лля чжтнога случая диаграммы облучателя, прелставляемой в форме (16.36), показан о 2 =1 иа рис. 16.18. Для наиболее употребллемьгх на практике облучателей пцжмстр о,б аппроксимации и в выражении (16.36) 0,4 лежит в интервале 1-2.
При этом оптиМаЛЬИЫй УГОЛ раСКРЫВа Уг„всжнт В О,з интервале 55 — 65. Оптимальное фокус- О !5 ЗО 45 бс 75 идиаметрраскрыва 28 . Рве. 16.18. Зависимость эффективности зеркальной антенны от угла раскрыва йо цо дяя лиаграчмы налравлоилости обяучатсля 2 2 вида (16 361 Уровень ослабления поля на краю зеркала при 2 =/, составляет -7,5 ..-8 лб по сравнению с полем в центре раскрыва зеркала. Максимальная эффективность 8 достигает 0,82 (рис. 16.18). На практике затенение облучателя и системы крепления, кроссполяризапионные потери и ряд других эффектов приводят к уменьшенюо эффек- тивносп! до 0,4 — 0,8.
16.5, Устранение реакццц зеркала ца облучатель 299 Энергия, отраженная от зеркала, частично попадает обратно в облучатель, что приводит к рассогласованию последнего. Првмой метод подстройки облучатели согласУющнм элементом, расположенным непосредственно в облучателе или в его фидериом тракте, является узкополосным. Поэтому для ослабления реакции зеркала на облучатель используются иные способы, а именно, вынос облучателя из поля, отраженного от зеркала, установка у зеркала вспомогательного отражателя, поворот плоскости поляризации поля, отраженного от зеркала. Рассмотрим каждый из этих способов.
На рнс. 16.19,а показана зеркальная антенна в аиде обрезанной части параболоида вращения с облучателем, установленным в фокусе. Облучатель повернут таким обра- зом, что его поле излучения попадает в основном на оставшуюся часть зеркала. В такой конструкции попе, отраженное от зеркала, в приближении геометрической оптики нс попадет в облучатель. Реально же из-за рассеяния на кромках зеркала незначительная часть отраженного поля все же попадает в облучатель.14сдостатком данного способа является увеличение габаритов антенны. На рис 16.19,6 покюана зеркальная антенна с установленной около вершины зср.
кала отражающей пластиной. Задача, выполняемая пластиной, заключается в том, чтобы в месте расположения облучателя скомпенсировать поле, отраженное от зеркала, полем, Отраженным от пластины. Диаметр пластины и' и расстояние а от вершины параболоида до ляаспшы можно найти по формулам 6=1,1,/УЛ, а=(2по)) — — — Л, Л 5 (16 41) 4 24 где н = О, 1, 2. Рнс. 16.19. Способы ус«равенн» рса«цнн зер«ала на облучатель: а — анно« облучагслл лл нпн зср«лла, б-уставов«а «онлснснруюжсй стран«юной нластлнн.
л- носорог ллоснюгн ооалрнзацнн Устранение реакции зеркала на облучатель за счет поворота плоскости поляризации при отражении от зеркала основано на том, что облучатель с линейной поляризацией не будет принимать поле с такой поляризацией, если поворот плоскости поляризации произошел иа 90' .Указанный поворот можно осуществить, если перед гладким зеркалом вплотную к нему расположить систему тонких параллельных металлических пластин высотой Л!4 с расстоянием мехшу ними Е«Л. Угол между вектором цадаюшего от облучателя поля Е, н плоскостью пластин должен равняться 45' «рис.
16.19,о). Разложим вектор Е„на две составляющие: парзллсльную Е „и нор. мапьвую Е,, „поверхности пластин. Составляющая Е „отразится от поверхности, образуемой ребрами пластин, так как последние являются лля поля Е, „аналогом системы закритических полноводна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
