Лекции по антеннам

При осесимметричной ДH облучателя

Выражения (13.31), (13.32) показывают, что КИП параболоида вращения зависит от ДН облучателя и угла раскрыва зеркала.

r0

зависимость КИПА от угла 0 (или параметра 2 f ), рассчитанная

Здесь же приведены значения КИПа , рассчитанные А.З Фрадиным для облучателя в виде диполя с плоским экраном (рис.2) Предполагается, что во всех случаях излучение облучателя ограничено

углами <900 . Ход кривых и наличие max объясняется тем что КИПа зависит от двух факторов:

доли мощности, излученной облучателем, которая перехватывается зеркалом (коэффициент перехвата - ηп ), и эффективности использования излучающего раскрыва (КИП раскрыва – γ)

162

γ – зависит от АР в раскрыве используя вышеприведенные выражения

нетрудно получить

Коэффициент перехвата, равный отношению излучения, перехватываемого зеркалом P пер ,

к полной мощности излучения Р будет.

результатом действия двух противоположных факторов. Оптимальное

163

УБЛ Fá1 (22...24) дБ. Чем уже ДН облучателе, тем меньше значения

max КИПА по формуле (1.30) равен 0,83 , что заметно выше значений ,

получаемых на практике.

Это объясняется: идеализацией ДН облучателя, не учетом поля поперечной поляризации, не учетом рассеяния энергии на облучателе, элементах

конструкции, теневым эффектом облучателе влиянием антенного обтекателя,

фазовыми искажениями в раскрыве (деформация зеркала , отклонения фронта волны от сферического и т.д). Реально КИПА 0,6…0,7 в лучших образцах 0,75.

Иногда для управлением положением ДН ЗА и ЛА, используется вынос фазового центра облучателя из фокуса в направлении оси антенны при не подвижном зеркале или линзе .ДН отклоняется в сторону, противоположную смещению фазового центра.

Угол отклонения определяется соотношением.

Влияние кубичной фазовой ошибки приводит также к расширения и ассиметрии главного лепестка, роста боковых лепестков. С увеличением смещением х кубичная ошибка растет. При этом max угол на который можно отклонить ДН от оси зеркала без еѐ заметных искажений, определяется соотношением:

164

мощности.

Смещение облучателя вдоль фокальной оси приводит к квадратичной фазовой ошибке в раскрыве (ДН расширяется, УБЛ растет).

Реакция зеркала на облучатель.

Облучатель находящийся в поле волны отраженной от зеркала, влияет на УБЛ ДН и КНД антенны.

Зеркало тоже влияет на работу облучателя в части рассогласование облучателя с фидером за счет приема части энергии, отраженной от зеркала.

Степень рассогласование характеризуется коэффициентом отражения.

где Ротр – мощность отраженой волны в фидере, равная мощности, принятой облучателем, Рпад – мощность падающей волны, равная мощности,

подводимой к облучателю; - фаза коэффициента отражения.

Т.к. Ротр ПSэфф , где П – плотность потока мощности, отраженной от зеркала волны в месте расположении облучателя, равна плотности потока мощности

создаваемой облучателем в вершине зеркала, и P Pп , где η - КПД обл. ,

Здесь D0 и G0 – max КНД и КУ.

Тогда

165

облучатель усиливается для уменьшения время зеркала на облучатель используется ряд способов:

1)Вынос облучатель из поля отражения волны (рупорно параболической антенны)

2)Использование облучателя с круговой поляризации поля( отраженная волна имеет противоположное направление вращения и не принимается облучателем)

3)Использование согласующей пластины, устанавливаемой вблизи вершины параболоида, размеры и расположения которой подбираются так, чтобы отраженное ею поле компенсировало у облучателя поле,

отраженное зеркалом.

Затенение раскрыва приводит к увеличению ширины ДН и росту УБЛ.

Разновидности ЗА

1.Сферическая ЗА.

Возьмем окружность радиуса r

(x 2 f )2 y 2 (2 f )2 R 2 f

если x<<4f, то отличие поверхности сферы от поверхности параболоида вращение небольшое. Поэтому поверхностью сферы можно заменить поверхность параболоида вращения. Так, радиотелескоп Корнельского университета в Аресибо (Пуэрто-Рико) имеет следующие параметры: ø = 305

м; f0=430 МГц; 2000,5р=10'; ск 100 (металлическая сетка на поверхности Земли).

166

Двухзеркальные антенны.

Переход от однозеркальных антенн к двухзеркальным позволяет расширить возможности антенн и решить ряд задач не решаемых с помощью однозеркальных конструкций.

Зонирование ЛА

Зонированием называют уменьшение толщины линзы в пределах некоторых участков еѐ поверхности. Профиль линзы приобретает при этом ступенчатую форму ( рис.13.4).

Разность фаз в областях I и II должна при зонировании

Рис.13.4

равняться или быть кратной 2 . Из этого условия выбирается величина f , те

Для получения min-й толщины линзы, вырезки делают так, чтобы точки А,В

находились вместе пересечения профилей, соответствующих разным зонам с

Недостатком зонирования линз является возникновение «вредных» зон. Для замедляющих линз это сектора, в пределах которой энергия облучателя рассеивается, для ускоряющих линз – это «неосвещенные» участки на апертуре линзы. АР в раскрыве имеет провалы, что приводит к появлению дополнительных БЛ и снижению КНД антенны.

Для устранения вредных зон – зонирование делается со стороны

непреломляющей поверхности. При этом все и потери уменьшаются, а

толщина линзы сохраняется.

Диапазонность линзовых антенн при зонировании уменьшается, т.к. f ~ а

вот для металлопластинчатой ЛА увеличивается , т.к. такая линза имеет меньшую толщину t, чем гладкая и это расширяет ее полосу, потому что

Отражение электромагнитных волн от поверхности линзы.

168

Отражение от линзы происходит от обеих еѐ поверхностей, т.к. n отличается от коэффициента преломления окружающего пр-ва . Отражение от преломляющей (освещенной) поверхности увеличивает боковые лепестки и искажает АФР в раскрыве. Энергия отраженная от линзы рассогласовывает облучатель с фидером. Для нормального падения коэффициента отражателя будет:

n 1

R

n 1

В общем случае-определяется функциями Френеля и зависит от поляризации падающей волны, угла падения и величины n. Приближается

«просветляющие слои», которые являются аналогами четвертьволновых согласующих трансформаторов tc 0,25c , где c - длина волны в слое ,

c nc ; nc n ; tc - толщина слоя при нормальном падении.

Отражение от линзы уменьшают незначительным ее наклоном, тогда лучи не фокусируются в облучателе и т.д.

Линзы с применным коэффициентов преломления.

Наиболее важный представитель таких линз – линза Люнеберга. Она имеет вид (форму) сферы или кругового цилиндра, коэффициент преломления уменьшается вдоль радиуса по закону

где r – текущий радиус, R – радиус сферы или цилиндра. В центре линзы :

n(Î ) 2 , на краю n(R)=1, что обеспечивает хорошее согласование линзы с окружающим пространством.

Многолучевые и сканирующие антенны.

169

Сканирующая антенна формирует остронаправленную ДН и перемещает еѐ в пространстве. Многолучевая антенна также формирует направленное излучение (узконаправленнуюДН), но она имеет несколько входов и каждому из входов соответствует луч, различным образом ориентированный в пространстве.

Сканирующие антенны.

Сканирование может осуществляется тремя способами:

1-механическим( здесь поворачивается вся антенна, способ наиболее

инерционен). ;

2-электромеханическим(помощью электродвигателей или электромагнитов);

3- электрическим (осуществляется механическое перемещение одного или нескольких элементов антенн, что приводит к наклону эквифазной поверхности поля при неподвижном раскрыве.Пример управление

положением луча параболической антенны при боковом смещении облучателя).

Здесь инерционность меньше, чем в первом способе, т.к. меньше массы,

однако скорость коммутации луча ДН в обоих способах не удовлетворяет

современным скоростям. Так же нельзя одновременно следить за несколькими объектами.

первых способах.

Электронное сканирование применяется в основном в антенных решетках

(Рис. 10.1)