Параболическая антенна

Параболическая антенна состоит из облучателя и отражателя в виде параболоида вращения либо его части.

При можно использовать оптическое представление хода лучей. Конструкция облучателя такова, что он излучает волны, форма фронта которых близка к сферической. Параболический отражатель преобразует сферический фронт в плоский, что определяет узкую ДН.

Существуют антенны двух видов: осесимметричные и осенесимметричные.

Уменьшить обратную реакцию рефлектора на облучатель можно выносом облучателя из поля отраженной волны.

Уравнение параболы в полярной системе координат определяется равенством

,

где: – фокусное расстояние, – угол раскрыва.

Если угол раскрыва , антенна называется длиннофокусной, в противном случае – короткофокусной. Ширина ДН:

.

Если облучатель излучает поле с вертикальной поляризацией, то поверхностные токи рефлектора создают отраженное поле с вертикальной и паразитной горизонтальной составляющей. В направлении максимума излучения, где разность хода лучей, отраженных разными элементами поверхности рефлектора отсутствуют, поля с паразитной поляризацией нет. Поле с паразитной поляризацией имеет максимум совпадающий с нулем ДН поскольку при отклонении от основного направления на угол разность хода лучей от соседних четвертей поверхности рефлектора равна . Уменьшить эффект паразитной поляризации можно применением конического рупорного облучателя с волной Н₁₁.

Направленные свойства антенн ухудшаются за счет фазовых искажений поля в раскрыве, которые могут быть вызваны отклонением профиля рефлектора. Допустимым отклонением фазы поля в раскрыве считают

.

Тогда погрешность изготовления профиля рефлектора равна

.

Наибольшая точность должна быть в центре при

.

В тех случаях, когдане требуется высокого защитного действия, для уменьшения веса и ветровой нагрузки поверхность рефлекторов перфорируют или выполняют решетчатой. Отношение энергии, прошедшей через рефлектор, к падающей энергии называется коэффициентом прохождения Т₀.

Для перфорированных поверхностей:

,

где S – площадь отражающей поверхности; S¢ общая площадь всех отверстий в рефлекторе; r - радиус отверстий.

Диаметр отверстий не должен превышать с расстоянием между центрами отверстий при этом .

На рисунке приведена зависимость коэффициента прохождения от соотношений и для решетчатого рефлектора, выполненного из прямоугольных пластин с размерами d и t и расстоянием между пластинами и для решетчатого рефлектора из параллельных проводов с радиусом r.

а) из проводов прямоугольного сечения, б) из проводов круглого сечения

Достоинством параболической антенны является относительная простота и малая стоимость. Недостатки – низкий КЗД =30 – 48 дБ (), сложность согласования с фидером.

Для улучшения направленных свойств и увеличения КЗД до 55 – 70 дБ применяются цилиндрические экраны (бленды).

При использовании волн с ортогональной поляризацией облучающий рупор должен иметь квадратное сечение. Есте­ственная помехозащищенность осесимметричных антенн в области тени невысока — уровень излучения в области пуассоновского лепестка лишь на 5—10 дБ ниже уровня изотропного излучения. В связи с этим проблема улуч­шения помехозащищенности в заднем полупространстве весьма важна. Особенно острой она является для радиорелейной связи, где для нормальной работы линии необходимо обеспечить во всей теневой области уровень излучения на 20—30 дБ ниже изотропного.

Разработанные к настоящему времени методы умень­шения теневого излучения сводятся к уменьшениям уров­ня возбуждения кромки антенны и дифракционной спо­собности кромки, дополнительному затенению дифракционного поля, компенсации полей кромки, расфазировке полей кромки.

Уменьшение уровня возбуждающего кромку поля мо­жет быть осуществлено либо созданием в раскрыве спе­циальных распределений, либо нанесением поглощаю­щих материалов на рабочую поверхность зеркала, при­чем в обоих случаях уменьшается усиление антенны. До­статочно эффективно покрытие поглотителем внутренней поверхности цилиндрической бленды. При этом существенно ослабляется на кромке бленды уровень поля от антенны

При достаточно протяженной бленде можно таким об­разом обеспечить широкодиапазонное подавление тене­вого излучения на 10—15 дБ без заметного уменьшения эффективности антенны.

Уменьшение дифракционной способности кромки мо­жет быть достигнуто многими способами. Это, напри­мер, четвертьволновые ловушки или импедансные устройства. Такие устройства сложны в производ­стве и полностью не решают задачу. Неплохие результа­ты могут быть обеспечены покрытием внешней поверх­ности антенны поглотителем. Так, по данным, это позволяет уменьшить уровень поля в области тени на 7—10 дБ.

В ряде случаев целесообразно использование скруг­ленных кромок. Подавление эффективно, если , где — радиус скругления (рис).

Дифракционное излучение кромки может быть суще­ственно уменьшено, если переход от металла к свобод­ному пространству выполнить плавным, т. е. пери­ферийную область антенны сделать полупрозрачной.

Эффективное ослабление дифракционного поля кромки может быть достигнуто использованием дисковых металлических экранов (рис.).

Если про­филь экрана выполнить параболическим с фокусом на кромке антенны (см. рис.), то отраженное от него поле будет сконцентрировано в окрестности главного лепестка антенны и его влияние будет совершенно неза­метным.

Компенсация дифракционных полей кромки может быть осуществлена с помощью щелевого экрана (см. рис.), при определенных размерах его ди­фракционные поля на кромках А, В, С компенсируют друг друга в направлении .

Эффективно использование щелевого экрана совме­стно со сплошным дисковым экраном (см. рис.).

Рассмотрение устройств подавления теневого излуче­ния расфазировкой дифракционных полей кромки нач­нем с так называемых скошенных бленд (см.рис.). Диаграмма направленности в плоскости NN обычно плоскость NN горизонтальна; в этом случае скос бленды АВ лежит в вертикальной плоскости) ан­тенны со скошенной блендой может быть определена
следующим образом. Если обозначить через угол между плоскостью NN и поляризацией поля облучателя(ось OY), то для поля основной поляризации в заднем полупространстве получим.

где 2 р — разность фаз сигналов, дифрагированных в на­правлении от верхней и нижней точек бленды .

Интенсивное подавление излучения в заданной пло­скости может быть осуществлено с помощью экрана (или фланца), состоящего из двух полудисков (см. рис.), размеры которых подобраны таким обра­зом, что дифракционные поля от верхнего полудиска сдвинуты по фазе на я по отношению к полям от ниж­него полудиска . В плоскости раздела

Определенный интерес представляют устройства с плавной расфазировкой дифракционных полей на кромке. В частности, если обрез кромки выполнен по спирали (см. рис.), то фаза полей в направлении изменяется по закону .

Значительно лучшие результаты могут быть получены, если выпол­нить экран в виде многоугольной звезды (см. рис.).

ДВУХЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА КАССЕГРЕНА (АДГ)

В 1672 г. французский оптик Кассегрен изобрел телескоп, состоящий из 2-х зеркал. Фокус является реальной фокальной точкой и расположен вблизи главного зеркала. Второй фокус является виртуальной фокальной точкой и расположен в фокусе параболоида. Антенна построенная по этой схеме позволяет укоротить тракт СВЧ и разместить основную часть конструкции облучателя за зеркалом.

Уменьшение фокусного расстояния главного зеркала, а также малое рассеяние поля облучателя в заднюю полусферу способствует уменьшению шумовой температуры.

При простой ДЗА в качестве промежуточного используется гиперболическое зеркало. Такая антенна получила название антенна двузеркальная с гиперболическим малым зеркалом АДГ. Гиперболическое зеркало имеет два фокуса. Антенна выполняется так, чтобы F1 совпал с фокусом параболического рефлектора, а F2 – с фокусом облучателя. АДГ имеет более высокое значение КЗД и лучшее согласование с фидером. В зависимости от отношения диаметров КИП составляет 0,5..0,6. Обычно берется .

Геометрия классической ан­тенны Кассегрена

В двухзеркальной антенне можно получить лучшее амплитудное распределение поля в раскрыве большого параболического зеркала с резким спадом поля на его краях за счет установки специального фланца 3 на малом зеркале. Этим достигается уменьшение интенсивности боковых лепестков диаграммы направленности антенны и в улучшение ее защитного действия. Все указанные свойства двухзеркальной антенны являются существенными при работе линий космической связи, поэтому эти антенны часто используются в космических комплексах.

Двухзеркальная антенна

Недостатками двухзеркальной антенны являются наличие обратной реакции малого гиперболического рефлектора на облучатель и затенение малым зеркалом раскрыва антенны. Затенение раскрыва вызывает увеличение интенсивности боковых лепестков в диаграмме направленности антенны.

Дата добавления: 2014-01-13