- •8 Апертурные антенны
- •8.1 Волноводные излучатели
- •Излучатель в виде открытого конца прямоугольного волновода
- •Излучатель в виде открытого конца круглого волновода
- •8.2 Рупорные антенны
- •Н-плоскостной секториальный рупор
- •Пирамидальный рупор
- •Конический рупор
- •8.3 Линзовые антенны
- •Антенны на ускоряющих линзах
- •Антенны на неоднородных линзах
- •8.4 Зеркальные антенны
- •Двухзеркальные антенны
- •9 Антенные решетки
- •9.1 Симметричный вибратор с плоским рефлектором
- •Симметричный вибратор с плоским рефлектором
Двухзеркальные антенны
Двухзеркальные антенны являются радиотехническим аналогом известных в астрономической оптике телескопов Кассегрена и Грегори. Двухзеркальная антенна состоит из большого зеркала, малого зеркала и облучателя (рис. 8.8). Большое зеркало является параболоидом вращения или вырезкой из него. Малое зеркало может быть частью двухполостного гиперболоида вращения (в системе Кассегрена) или частью эллипсоида (в системе Грегори).
П
ринцип
действия двухзеркальной системы
Касегрена основан на следующем известном
свойстве гиперболического зеркала:
если в одном из фокусовF1
двухполостного
гиперболоида вращения поместить точечный
источник, то отраженные от поверхности
второй полости гиперболоида лучи
образуют расходящийся пучок с центром
во втором фокусе F2
(см. рис.
8.8,а).
|
Рис. 8.8 Двухзеркальные антенны: а – система Кассегрена, б – система Грегори; 1 – облучатель, 2 – малое зеркало, 3 – большое зеркало |
Таким образом, для нормальной работы двухзеркальной антенны необходимо в одном из фокусов малого гиперболического зеркала (F1) поместить фазовый центр облучателя, а второй фокус (F2) совместить с фокусом параболического зеркала. В этом случае большое зеркало будет облучаться так, как если бы некоторый фиктивный облучатель находился в его фокусе. При этом следует учитывать, что ДН реального и фиктивного облучателей будут неодинаковыми.
Двухзеркальная система Грегори отличается от системы Кассегрена лишь тем, что вспомогательное зеркало является вырезкой из эллипсоида вращения (рис. 8.8, б). Последний обладает тем свойством, что если в один из его фокусов F1 поместить сосредоточенный источник, то отраженные от внутренней поверхности лучи соберутся в его втором фокусе F2. Следовательно, если фазовый центр облучателя поместить в один из фокусов эллипсоида F1, а второй фокус F2 совместить с фокусом параболического зеркала, то система будет работать аналогично предыдущей. Более распространенными являются антенны типа Кассегрена, так как они имеют меньшую осевую длину и обеспечивают меньшие фазовые искажения.
Основными достоинствами двухзеркальных антенн, по сравнению с однозеркальными, являются следующие:
при одинаковых типах облучателей двухзеркальные антенны имеют меньшие продольные размеры и меньшую длину фидерного тракта от приемника или передатчика до облучателя, что способствует снижению шумовой температуры;
они позволяют осуществить сканирование за счет перемещения малого зеркала, не прибегая к перемещению облучателя, вследствие чего становится ненужным подвижное сочленение в фидерном тракте;
двухзеркальные антенны позволяют исключить воздействие отраженной от зеркала волны на облучатель и поляризационными методами устранить теневой эффект малого зеркала.
Недостатком является обратная реакция малого зеркала на облучатель и увеличенное затенение раскрыва по сравнению с однозеркальной схемой. Тем не менее, при оптимизации размеров малого зеркала и облучателя можно получить общий КИП порядка 0,6…0,65. Реакцию малого зеркала на облучатель уменьшают посредством специальной коррекции профиля малого зеркала, ставя, например, в его центр рассеивающую коническую насадку.
Для приближенного расчета ДН двухзеркальной антенны комбинацию большого и малого зеркал можно заменить одним эквивалентным зеркалом, которое также является параболоидом вращения. При этом как реальное, так и эквивалентное параболические зеркала имеют одинаковые диаметры. Связь между параметрами этих зеркал устанавливается соотношением
(8.48)
где 2рэ
и fэ
–
угол раскрыва и фокусное расстояние
эквивалентного зеркала;
2р и f – угол раскрыва и фокусное расстояние реального зеркала.
Таким образом, благодаря введению понятия эквивалентного зеркала, расчет ДН двухзеркальной системы можно проводить апертурным методом, как и в случае однозеркальной антенны.
Применение двухзеркальных антенн целесообразно при формировании ДН с шириной менее 2…3 градусов. В противном случае возникают потери за счет «перелива энергии» через край малого зеркала.
