3. Антенна с зеркалом в виде параболоида вращения: конструк­ция, типы облучателей, амплитудно-фазовое распределение поля в раскрыве.

В такой антенне зеркало представляет собой поверхность, по­лученную при вращении исходной параболы вокруг фокальной оси.

Поле излучения и ДН зеркальной антенны можно определить апер­турным методом по известному амплитудно-фазовому распределению поля в раскрыве зеркала, которое, в свою очередь, зависит от па­раметров облучателя и зеркала.

Амплитудно-фазовое распределение поля в раскрыве зеркала

Фазовое распределение поля в раскрыве зеркала зависит от положения облучателя относительно фокуса зеркала. Если облучатель расположен в фокусе зеркала, то фазовое распре­деление поля в раскрыве зеркала будет равномерным (постоянным). Амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала определяется диаграммой направленности облучателя и описывается выражением:

.

Здесь нормированное амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала вдоль оси ОХ

(6)

где x_s - текущая координата на раскрыве, как это показано на рисунке:

Координату x_s можно определить:

(7)

При Ф_х = Ф₀ точка находится на краю раскрыва и ее координата х_s = R₀.

Вдоль оси OY по аналогии с выражениями (6) и (7), можем записать:

Диаграмма направленности параболической зеркальной антенны определяется апертурным методом с учетом круглого раскрыва. Если ДН облучателя осесимметрична, то и амплитудное ра­спределение поля в раскрыве зеркала также будет осесимметричным, следовательно, осесимметричной будет и ДН ЗА. Однако, при любом облучателе амплитудное распределение поля по раскрыву зеркала не является равномерным, а имеет вид кривой, спадающей к краям. Наиболее часто на практике оно может быть аппроксимировано функ­циями вида "косинус квадрат на пьедестале" и "парабола на пьедестале". При этом ширина ДН в главных плоскостях зависит от ДН облучателя и определяется по формуле:

(8)

где m = (65⁰...80⁰) - коэффициент, учитывающий вид амплитудного распределения поля в раскрыве зеркала (в зависимости от ширины ДН облучателя).

При более широкой ДН облучателя амплитудное распределение поля в раскрыве будет более равномерным и коэффициент m = (65⁰...70⁰), т.е. ДН ЗА получается узкой, но при этом она имеет большой уровень боковых лепестков.

При более узкой ДН облучателя амплитудное рас­пределение поля в раскрыве будет менее равномерным и коэффициент m = (70⁰...80⁰), т.е. ДН ЗА получается широкой, но при этом она имеет малый уровень боковых лепестков.

КНД и коэффициент усиления

КНД ЗА, как и любой апертурной антенны определяется по фор­муле:

. (9)

где А_эфф - эффективная площадь раскрыва, а q - коэффициент использования площади раскрыва, который применительно к ЗА лежит в пределах 0,7...0,8. Он меньше еди­ницы, т.к. распределение поля в раскрыве синфазное, но неравноам­плитудное.

Если учесть потери энергии в облучателе антенны и потери из­-за того, что часть ее на зеркало не попадает, то коэффициент уси­ления ЗА можно определить по формуле:

, (10)

где η_a - КПД ЗА, учитывающий тепловые потери в антенне; η_п - коэффициент перехвата, учитывающий долю энергии облуча­теля, перехватываемую зеркалом:

. (11)

Если пренебречь тепловыми потерями в антенне, то КПД ЗА можно принять равным единице, и тогда выражение (10) примет вид:

, (12)

где коэффициент g - выигрыш антенны: .