Зеркальные антенны

Зеркальными (рефлекторными) ан­теннами называются апертурные антенны, в которых используется явление отражения волн от металлического зеркала (рефлектора) для преобразования слабонаправленных электромагнитных волн, созда­ваемых первичным излучателем (облучателем), в остронаправленные волны, излучаемые в пространство.

Наиболее употребительные виды зеркал: параболоид вращения (рисунок 7.8, а, б) и параболический цилиндр (рисунок 7.8, б).

1– зеркало; 2 – облучатель; 3 – сферический фронт волны облучателя; 4 – плоский фронт отраженной волны; 5 – диаграмма направленности облучателя; 6 – диаграмма направленности зеркальной антенны

Рисунок 7.8 - Рефлекторы в виде параболои­да вращения (а), (б) и

параболического ци­линдра (в)

Параболоид представляет поверхность, описываемую параболой при ее вращении вокруг своей оси OZ. Параболический цилиндр описывается при перемещении параболы вдоль параллельных прямых, называемых образующими цилиндра. Встречаются и другие антенные зеркала, по­строенные на основе параболы. Все эти рефлекторные антенны иначе называются параболическими.

Раскрывом или апертурой такой антенны называется часть плоскости, ограниченная наружными краями рефлектора. Раскрыв парабалоида вращения имеет форму круга диаметром d. Раскрыв параболического цилиндра имеет форму прямоугольника (рисунок 7.8, в).

Фокусным расстоянием f параболического рефлектора называется кратчайшее расстояние от его поверхности до точки F, именуемой фокусом параболы. Фокальной линией параболического цилиндра называется линия, параллельная образующим цилиндрам и проходя­щая через фокус исходной параболы.

Углом раскрыва (2 ξ₀) параболического рефлектора называется удвоенный угол ξ₀ между осью рефлектора и линией, соединяющей его фокус с крайней точкой параболы.

Рефлектор считается глубоким (короткофокусным), если 2ξ₀ > π, f <0,25d и фокус F находится внутри зеркала, если же 2ξ₀ < π, f > 0,25 d и фокус вынесен из плоскости раскрыва, то рефлектор считается мелким (длиннофокусным).

Фазовый центр облучателя совмещается с фокусом зеркала. Для того чтобы на зеркало попадала основная часть излученной электромагнитной энергии, облучатель должен излучать только в одну полусферу, т. е. быть однонаправленным.

Электромагнитная вол­на, излученная облучателем, достигнув проводящей поверхности зеркала, воз­буждает на ней токи, которые создают вторичное поле, обычно называемое полем отраженной волны.

В раскрыве антенны отраженная от зеркала волна имеет плоский фронт для получения острой диаграммы направленности либо фронт, обеспечивающий получение диаграммы специальной формы. На больших (по сравнению с дли­ной волны и диаметром зеркала) расстояниях от антенны эта волна в соот­ветствии с законами излучения становится сферической.

Принцип действия простейшей зеркальной антенны поясняет рисунок 7.8, а. Точечный облучатель (например, маленький рупор 2), расположенный в фокусе параболоида, создает у поверхности зеркала 1 сферическую волну 3. Зеркало преобразует ее в плоскую волну 4, т. е. расходящийся пучок лучей преобразу­ется в параллельный, чем и достигается формирование острой диаграммы на­правленности 6.

Отраженная от зеркала волна будет плоской, если длина оптического пу­ти всех лучей, идущих из точки F до зеркала и после отражения до плоскости раскрыва, будет одинаковой. Для этого поверхность зеркала должна быть по­верхностью параболоида вращения, образованного вращением параболы 1(рисунок 7.8, а) вокруг оси OZ. Точечный источник сферической волны (фазовый центр источника) должен помещаться в фокусе параболоида, т. е. на фокусном расстоянии f от средней точки параболоида.

Действительно, если через точки параболы А, В, О, С, Е,... (рисунок 7.9)провести нормали к ней и построить лучи падающих и отраженных волн, соблюдая равенство углов падения θ_пад и отражения θ_отр: θ_пад= θ_отр= θ/2, то лучи отраженных волн становятся параллельными, т. е. отраженные волны имеют плоский фронт и поэтому совпа­дают по фазе в любой плоскости, перпендикулярной оси рефлектора, в том числе в плоскости раскрыва LM.

Рисунок 7.9 – Падающие и отражен­ные волны при параболическом

Дата добавления: 2017-02-01