АФУ

Зонирование линз

Зонирование линз делается дляуменьшение веса линзы.

При вырезании части линзы, необходимо фазировать. Разность фаз должна отличатся на 2π.При этом условии на втором участке сигнал будет сфазирован, Э.М. волна будет сфокусирована.

Минус в том, что на ступеньках будет рассеиваться электромагнитная энергия. Для этого вырезки делают с теневой стороны.

Линзы с переменным коэффициентом преломления.

Коэффициент n меняется от точки к точке тела по выбранному закону.

Линза Люниберга представляет собой сферу(необходим только облучатель и выбранный коэффициент преломления). Фокусируем на нужной точке.

Линза Рейнхарта –предоставляет собой половину сферы, с металлической пластиной. Эта линза позволяет сформировать многолучевые ДН.

На спутниках сейчас берут зеркальную антенну и гибридные излучатели.

ТЕМА №5. ЗЕРКАЛЬНЫЕ АНТЕННЫ. 5.1. Параболические зеркальные антенны.

Очень широкое распространение получили зеркальные антенны. Формирует довольно узкую ДН. Обеспечивает фокусирование электромагнитной энергии, в качестве облучателя обычно используются рупорные антенны.

Существует множество видов зеркальных антенн наибольшее распространение получили антенны в виде зеркала параболоида вращения(справа) либо параболического цилиндра(слева)

Если необходимо создать ДН веерной формы используют вырезки из параболоида вращения(слева).

Для того чтобы сформировать ДН специального вида(косеконсную) для дальномера, она формируется за счет кривизны зеркала.

С развитием науки начали использовать многозеркальные антенны. Спутниковые системы делают двузеркальные. Система Грегори.

Система Кассегрена

Параболическая антенна:

Есть возможность формирования многолучевой ДН:

Перископическая антенна, нет необходимости тянуть волноводный тракт, на верхнее зеркало(г). В виде полу развернутой книжки, но набольшее распространение получили зеркальные антенны.

Основные геометрические соотношения параболических зеркал.

Из всех типов зеркал наилучшим фокусирующими свойствами. Парабола является гео-

метрическим местом точек равноудаленных от некоторой прямой (директрисой) и точки фокуса несовпадающей с этой прямой. Изобразим параболу

FA AB const FA AB 2f FA AA\ const

f0( )-ДН излучателя.

Решаем апертурным методом: Исходя из определения параболы:

f Z0 r t; 1 t Z0 OD; OD f FD; FD r cos ;

OD f r cos ;t Z0 - f r cos ; 2

(4) уравнение параболы в полярной системы координат, с фокусом в точке F.

В прямоугольной системе координат:

x2 2pZ 4 fZ; 5 где p это параметр(расстояние от точки фокуса до директрисы пара-

один из геометрических размеров параболы(если известны 2 других).

Из рис.5 x r sin ,с учетом 4 x f sec2 sin путем элементарных преоб-

2

разований 2f tg p tg ; 7

22

Вплоскости апертуры:

Апертурный метод.

(Внутренняя задача-определение токов и полей по апертуре антенны.Внешняя задача определение поля в дальней зоне).

При расчете делают следующие допущения:

-Размер зеркала и радиус кривизны значительно больше длинны волны. -поверхностные токи и тангенциальные составляющие вектора E на теневой облас-

ти отсутствует(токи на теневую область не затекают) -отсутствует дифракция на кромках -облучатель не создает теневой эффект

-считаем что зеркало не влияет на параметры излучателя -освещенная область(апертура) находится в дальней зоне

01-ширина ДН по 0му уровню. So-освещенная область(апертура).

Амплитудное распределение поля на раскрыве зависит от параметров зеркала a и от ам- p

плитудной ДН облучателя. Амплитудное распределение мы можем записать:

1

A , r F0 , ; 9

Поскольку один облучатель:

Ф , 0; 10

Зеркальную антенну можно рассматривать как круглый излучающий раскрыв, с элементарной излучающей площадкой. Применим правило перемножения диаграмм:

f , f1 , fс , ; 11

ДН элементарной излучающей площадки: f1 , 0,5 1 cos ; 12

Множитель системы используется для излучающего раскрыва:

Для обеспечения требуемых параметров ДН (чтобы она была осесиметричной (веерной, игольчатой)). Облучатель должен удовлетворить требованиям:

-ДН излучателя также должна быть осесиметричной и иметь минимальный уровень бокового излучения

-фронт волны облучателя вблизи поверхности зеркала должен быть сферичным -облучатель должен иметь фазовый центр(те излучать сферичную волну) -облучатель иметь минимальные размеры для уменьшения теневого эффекта

Нарушение этих требовании приводит к ухудшениям ДН, КНД, увеличивается уровень боковых лепестков, искажается фазовое распределения, происходит рассеянье электромагнитной энергии.

Форма ДН определяется параметром q 01; 14 где q-параметр аппроксимации кото-

рый зависит от формы ДН облучателя. τ01 tg 01 ; 15 01-ширина ДН по 0му уровню.

2

τ0 ; 16 (отношениеугла раскрыва зеркала к соотношению ширины ДН облучателя).

τ01

τ0 tg 0 ;(характеризует угол раскрыва зеркала)

2

Вид нормированной ДН. Расширение ДН, при увеличении ,объясняется, тем что увели-

чивается спад АР к краям антенны.

При увеличении ширины ДН облучателя, АР близко к равномерному, коэффициент использования близок к 1. Но будет происходить затекание за теневую область, соответственно повышается уровень боковых лепестков (рис 8а).

В обратном случае уменьшая ДН, мы получаем спадающее к краям АР, уменьшаем эффективную поверхность рассеянья, за счет чего и происходит расширение ДН и увеличение уровня боковых лепестков.

Оптимальные значения угла раскрыва зависят от формы и ширины главного лепесткаАДН облучателя. Уменьшение эффективной поверхности ведет к расширению ДН и к уменьшению боковых лепестков.

Расчетами установлено,что для обеспечения максимального коэффициента эффективности, уровень облучения краев зеркала должен составлять примерно -10дБ, относительно уровня облучения его середины. В зависимости от коэффициента эффективности и от параметра всегда существует угол раскрыва зеркала, который является оптимальным для каждой ДН.

КПД зеркальной антенны:

Tееполвые потери Дифракционные потери Перехвта;

П P З ;-отношение суммарной мощности переизлученной антенной, к мощности излу-

P 0

чаемой облучателем.

Коэффициент эффективности: q T Д П; 19

Уровень облучения краев зеркала должен составлять примерно -10дБ, относительно уровня облучения его середины. В этом случае ширина ДН:

Суммарный КПД при увеличении угла раскрыва увеличивается. Но коэффициент использования поверхности будет уменьшаться. Существует оптимальный угол раскрыва зеркала под выбранную ширину ДН облучателя:

Часто используются вырезки из параболоида вращения:

Рис. 10

Параметры рассчитываются по следующим формулам:

1 и 2 различные плоскости.

5.2. Понятие о многозеркальных антеннах.

У однозеркальных антенн мало степеней свободы и, соответственно, малый угол сканирования. От -45 градусов до 45 градусов.

Общий вид:

Два типа префокальные и зафокальные. Префокальные - системы Кассегрена, малое зеркало(выгнутая или вогнутая гипербола) расположено перед фокусом. Профиль зеркала – гиперболоид.

Зафокальные системы Грегори. Малое зеркало(параболоид вращения) расположено за фокусом. Профиль зеркала – параболоид вращения.

Исходя из заданной ширины ДН, диаметр большого зеркала определяется: