Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Составляющая Е„ проходнтмежлу пластинами и отражашся от поверхности зеркала. За счет дополнительной разности хода в половину длины волны отраженное от зеркала поле Е „ приобретает дополнительный набе~ 260 фазы в 180' по сравнению с фазой отраженного от поверхности пластин поля Е,„„.
В результате, как показано на рис. 16.19,в, вектор суммарного отраженного поля Е.и повернется на 90' относительно вектора падаюшего поля Е„ Заметим, что последние два способа ослабления реакции зеркала на Ю~чатель приводят к возрастанию уровня бокового излучения в зеркальных антеннах за счет рассеяния в боковых направлениях той части энергии поля, отраженного от зеркала, которая раньше (без устранения реакпии) поступала в облучатель.
16.6. Точность язготовлеяян зерквльиых антенн. Предельный коэффяцяеят уснлеяин зерквльяых антенн Технические допуски на точность изготовления зеркыьных антенн опрелеля1отся допустимой величиной отклонения фазового фронта в раскрыве зеркала от синфазного. Источниками фазовых ошибок в раскрыве зеркальной антенны могут быты 1) отклонение формы зеркала от расчетной; 2) смешение фазового венгра облучателя из фокуса параболоида, 3) отклонение волнового фронта поля облучателя от сферического. Выясним допуск на точность изготовления зеркальных антенн. На рис. 16.20,а показано отклонение реального профиля зеркыа 1 от расчетного 2 иа величину Лр . Фазовая ошибка, возникаюшая в раскрыве зеркала, Л сг = — ( Ь р + Ь р сок (к) .
2л (16А2) Л Рис. 16.20. К вопросу с точности изгатсвлсиия зеркальных ангели Потребовав, чтобы Л р не превышала л(4 (при зтои в соответствии с результатами п. 15.15 искажения диаграммы направленности будут незначительны), из (16.42) получим следующий допуск на точность изготовления зеркал.' Л Лр < 8(1ьсозуг) Максимальная точность выполнения профиля зеркала должна быть у вершины: Лр < Л(16 . (16.44) 201 На рис. 16.20,6 показано смещение из фокуса фазового центра облучателя вдоль оаи параболоида в точку Г.
Возннкношая в раскрыве ошибка АШ= — Ар(1-созуг~) . 2л (16.45) Л полагая опять Аш кл)4 нз (164П, получаем допустимое смешение облучателя нз фокуса: (! 6.46) Ар 6 Л 8(1 — аоз(го) Заметим, что лри смешении облучателя вдоль оси лараболоида фазовая ошибка в рзакрыве зеркала имеет квадратичный характер, поэтому направление основного лепестка диаграммы направленности остается неизменным, увеличивается лщпь его ширина и возрастает уровень бокового излучения. При небольшом смещении облучатели в направлении, перпендикулярном осн параболоида, в раскрыве антенны появляетая линейная фазовая ошибка, что приводит к отклонелию лиаграммы направленности зеркальной антенны от оси х на угол а агснл— Ар (16.47) ле в сторону, противоположную смешению облучателя (рис.
16.20,в). Форма диаграммы направленности при этом не меняется, если а я 20'„, где 20'рл — ширина диаграммы напранленности антенны при несмещенном облучателе. Явление ошлонения максимума диаграммы направленности прн смещении облучателя широко исполюуются в радиолокации для создания равносипщкьного направления. Остановимся на вопросе о предельном коэффициенте усиления зеркальных ан. тени. Как следует нз выражения (! 6.38), в зеркальных антеннах с идеально точным параболическим зеркалом не существует ограничений по коэффициенту усиления. С увеличением раскрыва зеркала пропорционально площади раскрыва растет коэффициент усиления О.
Однако при практической реализации зеркало всегда выполняется с некоторыми погрешностями. Отклонение Ар профиля реального зеркала от нлеального прн правильно организованном технологическом процессе обычно имеет случайный характер. Максимальная величина случайной ошибки определяется уровнем технологии и лля зеркальных антенн с вероятностью 9954 может быль определена следующим образом; Ар „ч10 "28,, (16.48) гле л ч 3 лля обычною серийного производства; н = 4...
5 — при специальной более совершенной технологии. Можно считать, что отклонение профиля Ар подчиняется нормальному закону распрелеления с нулевым средним значением и дисперсией Ар'. При этом расчеты показывают, что с вероятностью 99еа отклонение Ар не превьппает 2,6,)г(лр)', т.е. Ар „= 2,6т((Лр) (16 49) В соответствии с формулами (16.42),(16 48),(16.49) дисперсия фазовой ошибки в раскрыве зеркала, обязанная случайному характеру Ар 282 т =[ — (!егозу/)) Ьр Я Ьр [ — ) (16 50) =23,5 1О '"~— т Л у' С учетом соотношений (16 33) и (! 5 45) коэффициент усиления зеркальной антенны 4н О= — бебе Л где аг определяется выражением (16.50).
гтпапнз формул (16.50), (16.5!) поюэмаает, что с увеличением радиуса зеркала возрастают случайные фазовые ошибки, что в конечном счете приводит к замеллепюо роста КУ при увеличении Р, однако при увеличении й сверх некоторого значения Я, КУ антенны практически ие увеличивается. Величина Ме зависит от уровня (16.51) технологии. йс „0,2 10" Л, где параметр и имеет тот же смысл, что и в формуле (16.48). (16. 52) 16.7. Спецвпльиые типы зеркальных литвин. Применение зеркальных автевв 203 Зеркаеьная антенна с косекансной диаграммой Направленности попользуется Лпя равномерного облучения целей, находящихся на рюличных наклонных дальностях г, но на олинаковой высоте от земли Ь (рис. 16.2!).
Напряженность поля, созлаваемого антенной с диаграммой Г(О) у цели, б = — Р(О) = "" Р(О ), где А — постоянный коэффициент; г . наклонная дальность; Ь вЂ” высота цели. Ь Эта напряженность не должна меняться с изменением угла О (при а=оопп), вля этого не- В Р(О) обходимо,чтобы Р(9) = = гчсозесВ, (16.53) где А ~ — некоторый пормирующий множитель. ДнжймппУ (!653) называют косекансной, уа- косеканспол диаграмма направленности юш лив.рамма может быть приближенно создана лишь в ограниченномсекгореуглов О, <949з, где В, = 3....10', Вз = 70...80'.
В зеркальных антеннах наиболее широко используемыми способами формирования косекаисной диаграммы направленности в вертикальной плоскости является установка специпльного «озырькового отражателя в параболоидах вращения или за счет выбора профиля зеркала в цилиндрических зеркальных антеннах (рис. 16.22,о,б), В обоих случаях принцип формирования косекаисной диаграммы направленности заключается в выборе такой формы отражателя, чтобы лучи, близкие к горизонтальной аси антенны, выходили из отражателя паразлельным пучком, а удаленные от нее — расхо.
дящимся пучком (рис. !6.22,е). При этом формируется косекансная диаграмма иаправ. пенности, показанная на рис. !6.22,г. Существуют и другие способы формирования косекансной диаграммы Рис. 16.22. Зеркальные затеним с касекансной диаграммой направленности Зеркорблые анвенлы сс сферичеасиж рефлектором используются для формирования остронаправленной диаграммы направленности и управления положением ее максимума е щиl роком угловом секторе без изменения формы диа/ граммы направленности.
Принцип действия таких антенн поясняет рис. !6.23. Оказывает, что часть поверхности сферического отражателя (в пределах l 2бг =30...45') практически совпадает с поверхночр л стью параболоида вращения (показана пунктиром оудц цы р на рнс. 16.23), фокус которого Р' удален от центра врр рр р» сферы на расстояние Я! 2, равное половине радиуса рр сферы. Поэтому, если в точке Г помествть облучатель с мощностью излучения, сосредоточенной в о рр основном в пределах угла 2бгр, то сферический оти б ражатель будет преобразовывать сферическую волн рб ну облучателя в плоскую. Перемещая облучатель по поверхности фокальной сферы радиуса Я р'2, можно Рис. 16.23. Зеркальна» антенна отклонять максимум диаграммы направленности в со сферическим рефзекгером широких пределах.
даухзерк ыьные антенны состоят из облучателя, основного (большого) параболи. ческой формы и вспомогательного (маленького) зеркала, в качестве которого наиболее широко на практике используется зеркало в виде гиперболоида вращения. Такая двух. зеркальная антенна называется алшеллой Кассееренп (рис. !6.24), Один из фокусов вспомогательного гиперболического зеркала 2 совмещается с фокусом главного верка ла Е. Фазовый центр облучателя 3 располагается во втором фокусе Р гиперболического зеркала. Прн таком расположении лучи, выходящие нз облучателя, отражшотса от малого зеркала таким образом, что оии как бы исходят из фокуса Ры поэтому после отражения от основного зеркала лучи идут параллельно.
Анщенна Кассегрела обладает рядом преимушеств перед однозеркальной антенной. В ней можно разместить основную часть конструкции облучателя за зеркалом и свести к минимуму длину фидерного тракта, разместив приемник непосредственно за облучателем. Все это позвоЛяет существенно уменьшить шумовую температуру зеркакьной антенны н ее фндерного тракта.
Кроме того, за счет появляющейся возможности по оптимизации облучателя и малого зеркзла удается повысить эффективность 8 двухзеркальной антенны до 0,8 — 0,85. Зеркальные антенны широко использу- Рис. 16.24. Дйухзерйаяьквя актекна ются во многих радиотехнических системах Кассегрсиа СВЧ-диапазона волн в радиолокации и радионавигации, телеметрии и радиоуправленнн, радиосвязи и рш1наастрономин. Столь широкое применение зеркальных антенн обьясняетсл простотой и надежностью конструкции, нх относительной дешевизной (нсключая большие зеркала для радиоастрономии и космической связи), возможностью получения высоких характеристик направленности (большой КУ, малая ширина луча, хорошие дналазонные свой стйа и др.).
16.8. Линзовые антенны. Принцип действии линзовых автеви в уравнение профилилввзы Линзовой анщенной называется совокупность электромагнитной линзы н облучателя (рис. 16.25). В остронаправленных линзовых антеннах линза служит для преобразования сферического (нли цилиндрического) фронта волны, падающей от слабонацравленного облучателя, в плоский фронт после линзы. Электромагнитная линза представляет собой среду, в которой фазовая скорость распространения электромагнитных волн (с ) отличается от скорости света с. Если е <с, то линза ниьчвается зайед- Рве 16.25. К лрйкпноу лчйствля знйзсеых антенн Ф а — с чсесймйчтрйчнсй чййзчй.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
