12.5. Перископическая антенная система

При большой высоте установки антенн перископические сис­темы обеспечивают меньшее затухание энергии на участке аппа­ратура — верхнее зеркало, чем в случае применения коаксиаль­ной линии или волновода. Возможны различные схемы построе­ния перископических систем. В системе, показанной на рис., нижнее зеркало 2 выполнено в виде части поверхности вытянутого вверх эллипсоида вращения, в фокусах которого располагают фазовый центр рупорного облучателя 1 и центр верхнего зер­кала 3. Это делается для того, чтобы передача энергии от ниж­него зеркала к верхнему происходила с наибольшим КПД. Поверхность эллипсоида вращения обла­дает свойством собирать в точку од­ного фокуса лучи, исходящие из дру­гого фокуса. Поэтому лучи, исходя­щие из фазового центра рупора, пересекутся в точке второго фокуса. В реальных условиях точного пересе­чения лучей не происходит и в точке второго фокуса эллипсоида образует­ся так называемое фокальное пятно — волновой пучок с почти плоским фронтом. Поэтому в качестве переизлуча­теля можно применить плоское зерка­ло, совместив его центр с верхним фокусом эллипсоида.

На КУ перископической системы оказывает влияние характер распределения токов на верхнем зеркале и КПД отдельных ее уча­стков. Относительно изотропного излучателя КУ перископической системы

G = 4π(Sв/λ²) ηνη_обл (12.14)

где S_B — площадь раскрыва верхнего зеркала; η — КПД переда­чи энергии от нижнего зеркала к верхнему; v_в—КИП раскрыва верхнего зеркала; η_обл— КПД облучателя, обычно равный 0,8... ...0,9.

Относительно невысокое защитное действие (40... 50 дБ) не позволяет ис­пользовать перископические системы на РРЛ, построенных по двухчастотной системе. Уровень излучения в заднее полупространство определяется дифракцией волн на кромках верхнего зеркала. Если верхнее зеркало имеет прямо­угольную форму и его кромки параллельны поверхности земли, то наблюдает­ся острый максимум излучения при φ=180°. При наклоне кромки изменяется и направление обратного излучения. В зеркалах с круглым раскрывом их кон­тур криволинейный. В таких системах излучение под углом φ=180°. значитель­но меньше и как бы размыто. Верхнее зеркало относят от опоры на расстоя­ние до 2,5 м. Непосредственное крепление верхнего зеркала к опоре или наклон основного потока от вертикали к опоре приводит к ухудшению защитного дей­ствия. Применение защитных экранов, использование сплошных трубчатых опор вместо решетчатых и другие меры позволяют получить лучшие защитные действия, удовлетворяющие требованиям работы по двухчастотной схеме.

Рис. 12.12. Перископическая антенна

12.6. Рупорно-параболические антенны

Р упорно-параболические антенны (РПА) широко применяются на РРЛ. Антенна состоит из пирамидального рупорного облуча­теля, к которому непосредственно присоединен осенесимметричный параболический рефлектор (рис. 12.13,а), фокус которого совмещен с фазовым центром рупора. Рупор РПА берется значительно короче, чем это определяется уравнениями (12.5), (12.6) или (12.7), т. е. в своем раскрыве имеет сферическую волну со зна­чительными фазовыми искажениями.

Сферическая волна рупора параболическим рефлектором преобразуется в плоскую с измене­нием направления распространения на 90°. Хорошее согласование (Кбв≥0,96) обеспечивается установкой между волноводом и рупором плавного волноводного перехода с изменяющимся сечени­ем длиной приблизительно 8λ и отсутствием реакции рефлектора на рупор, который вынесен из поля отраженной волны. Отсутст­вие элементов настройки позволяет одну РПА использовать в ря­де диапазонов, например в диапазонах 2, 4, 6, 8 и 11 ГГц. Габа­риты РПА определяются углом раствора: чем больше этот угол, тем меньше объем антенны. При большом угле раствора ухудша­ется согласование и увеличивается неравномерность амплитудно­го распределения поля в раскрыве РПА по вертикали. Раствор рупора выбирают в пределах α=25...45°.

Рассчитывают РПА с определения площади раскрыва по формуле (12.8), принимая в ней v=0,65... 0,75. Выбирают угол раствора рупора. Если желают получить равными средние размеры раскрыва в вертикальной и горизонталь­ной плоскостях, то размеры РПА определяют из уравнений R2=R1+√S

R1= 0,5√S (1— sin(0,5α))/ sin(0,5α) ; f=0,5 R1 (l+sin(0,5α)); L1=2R1 sin(0,5α); L2= 2 R2sin (0,5α).

Характеристика направленности РПА в первом приближении для главного и нескольких боковых лепестков рассчитывают по (12.2) и (12.3), т. е. так же. как антенны с прямоугольным раскрывом. Размеры раскрыва принимают рав­ными: в вертикальной плоскости R2 – R1 ; в горизонтальной 0,5(L1+ L2) (рис. 12.13.а).

Большое распространение на РРЛ по лучили РПА (рис. 12.13.б) с площадью раскрыва 7,5 м².

Рис. 12.14. Диаграмма направленности РПА на волне 8 см по основной (сплошная линяя) и перекрестной (штриховая) поляризациям

Ее размеры R1 =3172 мм, R2 = 5900 мм, L2=3548 мм, f-=2160 мм, α =35°. На частоте 4 ГГц антенна имеет КУ 39... 40 дБ при v=0,65. В диапазонах 8 и 11 ГГц из-за неточности выполнения поверхности рефлектора КИП уменьшается до 0.4... 0,5. Диаграмма направленности ан­тенны в горизонтальной плоскости приве­дена на рис. 12.14 сплошной линией. Здесь же штриховой линией показана ДН по пере­крестной поляризации.

Чтобы предотвратить попадание влаги в антенну, ее раскрыв закрывают влагозащитными крышками из пенопласта. Для уменьшения отражения от крышек их выполняют «просветленными», т. е. толщиной t=nλ/2√ε', где п= 1, 2, 3,... ; ε' — относи­тельная диэлектрическая проницаемость материала крышки. Вол­на при переходе из менее плотной среды в более плотную отража­ется с сохранением фазы, а при переходе из более плотной в ме­нее плотную — с изменением фазы на 180°. В случае «просветленной» крышки волны, отраженные от обеих поверхностей, оказы­ваются противофазными и взаимно компенсируются. Рупорно-параболические антенны обладают высоким защитным действием: в секторе углов 90... 270° коэффициент защитного действия равен 63 65 дБ Для дальнейшего улучшения защитного действия по краям раскрыва РПА устанавливают экраны.