15. Двухзеркальная антенна состоит из облучателя 1, освещающего небольшое зеркало 2, от которого волна направляется на большое зеркало 3. После отражения от большого

зеркала в его раскрыве создается синфазное поле. Будем в дальнейшем использовать термины "малое зеркало" и "большое зеркало". Питание к облучателю подводится фидером 4 от передатчика (приемника) 5. Процесс переизлучения малым зеркалом и формирования поля в раскрыве основного зеркала принято в теории антенн трактовать с позиций геометрической оптики, пользующейся концепцией падающих и отраженных лучей. При достаточно большом (в единицах λ) расстоянии облучателя от малого зеркала и последнего от основного рефлектора, а также при достаточно большом радиусе кривизны обоих зеркал такая

трактовка дает хорошее приближение к истинному. Поэтому можно утверждать, что сферическая волна, излучаемая из фокуса параболоида, преобразовывается в плоскую, а исходя из какого-либо фокуса гиперболоида или эллипсоида, после переизлучения

сохраняет сферическую форму. При этом ее фазовый центр переносится во второй фокус малого зеркала. Если второй фокус (точку фазового центра) совместить с фокусом

параболоида, то после второго переизлучения от параболоида образуется плоская волна. Рис.2.55,а иллюстрирует эти положения на примере малого зеркала гиперболической

формы. Малое гиперболическое зеркало 2, 2', 2'' может быть обращено в сторонупараболоида выпуклостью 2 или вогнутостью 2'. В случае плоского малого зеркала 2'' переизлучаемая сферическая волна имеет фазовый центр на расстоянии зеркального

изображения точки фазового центра облучателя. Малое эллиптическое зеркало 2''' показано на рис.2.55,б. Оно обращено всегда вогнутостью к параболоиду. Приведенные

схемы двухзеркальных антенн с малыми выпуклыми и вогнутыми зеркалами заимствованы из астрономической оптики и названы именами изобретателей зеркальных телескопов Кассегрена и Грегори. У двухзеркальных антенн появился новый фактор - можно регулировать форму поверхности малого зеркала. Подбором его формы и формы большого зеркала можно изменять и фазовое, и амплитудное распределения в раскрыве и оптимизировать их. При

двухзеркальной антенне можно максимально уменьшить длину волноводного тракта, располагая облучатель вблизи вершины большого зеркала. Двухзеркальные антенны имеют очень слабое заднее излучение и очень слабое ближнее поле. В сферическом зеркале благодаря центральной симметрии можно (при перемещении облучателя по концентрической кривой) качать луч в пределах широкого угла без искажения ДН. Для пояснения особенностей сферического зеркала обратимся к рис.2.56,а, на котором СО''D - дуга окружности радиусом R с центром в точке О. У сферического зеркала должна облучаться только та часть поверхности (та область), которая обеспечит (в пределах указанных выше допусков) почти постоянство фазы в раскрыве зеркала. В связи с применением качания луча поверхность зеркала должна быть больше указанной области. При этом площадь раскрыва зеркала освещается лишь частично, и такая антенна характеризуется малым коэффициентом использования

площади раскрыва.

16 Электрическое сканирование реализуется в многоэлементных антенных решетках.

Различают фазовое, амплитудное и частотное сканирование. При фазовом сканировании

регулируются только фазовые сдвиги на входе отдельных излучателей решетки при почти

не меняющемся амплитудном распределении. При амплитудном сканировании

перемещение луча осуществляется переключением входов многолучевой антенной

системы, т.е. происходит коммутация парциальных ДН. При частотном сканировании

управление фазовыми сдвигами элементов антенной решетки происходит при изменении

только одного параметра - частоты колебаний, что требует создания специальных

частотно-зависимых схем возбуждения элементов решетки.

Многоэлементность антенных устройств в свою очередь повлекла за собой

расширение круга задач, решаемых радиотехническими системами, и вызвала появление

ряда новых принципов в радиосвязи, радиолокации и радиоастрономии. Перечислим

наиболее важные задачи, решаемые с помощью многоэлементных антенных решеток:

- электрическое сканирование в широком секторе углов;

- получение ДН заданной формы путем регулирования амплитуд и фаз возбуждения

отдельных излучателей;

- возможность когерентного сложения в одном луче мощностей многих генераторов или

усилителей мощности СВЧ для получения большой мощности излучения, недостижимой

в обычных антеннах из-за ограничения электрической прочности;

- более полное извлечение информации из приходящих к антенне электромагнитных волн

в результате применения сложных методов совместной параллельной обработки сигналов,

принимаемых отдельными элементами антенной системы;

Практическая реализация управления антенной решеткой осложняется рядом

специфических трудностей. К числу мешающих факторов относятся: появление фазовых

ошибок в раскрыве из-за неточных действий управляемых устройств, из-за дискретности

фазирования, рассогласования и взаимосвязи элементов при сканировании, появление

дополнительных потерь мощности СВЧ в управляемых устройcтвах, относительная

узкополосность, связанная с возможностью появления побочных главных максимумов и

т.д. Немалые трудности связаны с высокой начальной стоимостью и сравнительно

большими эксплуатационными расходами, обусловленными периодическими проверками,

подстройками и заменой отказавших элементов.

Разводка мощности СВЧ к излучателям решетки в распределителях в виде

закрытого тракта осуществляется с помощью пассивных многополюсников, состоящих из

отрезков линии передачи, тройников, направленных ответвителей и т.п. Различаются

распределители с последовательным и параллельным питанием излучателей.

Классическая схема последовательного питания линейной эквидистантной решетки

показана на рис.2.57.

Мощность к каждому излучателю ответвляется от главного тракта, и одинаковые

проходные ФВ включаются в главный тракт между отводами к соседним излучателям. В

качестве ответвителей можно использовать реактивные тройники со слабой связью в

боковое плечо, а также НО с малой связью (развязанное плечо ответвителя замыкается на

согласованную нагрузку). Схема компактна, все ФВ управляются по одному и тому же

закону, так как для отклонения луча на определенный угол фазовый сдвиг между соседними

излучателями должен быть одинаковым по длине решетки. В результате упрощается

система управления ФВ. Однако эта схема имеет ряд существенных недостатков. Во-

первых, происходит накопление и возрастание фазовых ошибок и потерь к концу решетки,

в связи с чем допустимо использование только точных ФВ с очень малыми потерями. Во-

вторых, через ближайшие ко входу ФВ проходит почти вся излучаемая мощность и, таким

образом, требуются ФВ с повышенной электрической прочностью. В-третьих,

электрическая длина путей сигнала от общего входа до каждого излучателя оказывается

существенно различной, и это может приводить к нежелательному эффекту расфазирования

решетки на краях рабочей полосы частот. Для выравнивания электрической длины в линии

передачи излучателей следует включать компенсирующие отрезки линий (штриховые

линии на рис.2.57), что увеличивает размеры фидерной части.

Схема параллельного питания N-элементной решетки показана на рис.2.59,а. Эта

схема имеет ряд важных преимуществ. Во-первых, можно использовать сравнительно

маломощные ФВ, так как через них проходит только 1/N-я часть мощности. Во-вторых,

общие потери мощности в управляющих устройствах определяются ослаблением лишь

одного ФВ, и поэтому можно использовать ФВ с достаточно большим ослаблением (>1,5

дБ). Дополнительным преимуществом схемы параллельного питания является отсутствие

накопления фазовых ошибок вдоль раскрыва и возможность выравнивания длины

отдельных каналов для обеспечения широкополосности. Недостатком схемы параллельного питания является сложность системы

управления, так как фазовые сдвиги в каждом ФВ различны. Кроме того, имеются

трудности хорошего согласования входа распределителя при одновременном делении

мощности на много каналов.