Навигация
Другие зеркальные антенны
27280
знаков
13
таблиц
15
изображений
5. Другие зеркальные антенны
Стремление улучшить параболические зеркальные антенны, а также расширить их функции или добиться некоторых специальных эффектов привело к созданию целого ряда зеркальных антенн разных типов. Рассмотрим некоторые из них.
К числу зеркальных следует отнести рупорно-параболическую антенну (рис.14а), которая образована частью поверхности параболоида вращения, соединенной с пирамидальным рупором, так что его фазовый центр находится в фокусе зеркала. В этой конструкции осуществлено полное 'вынесение облучателя из поля излучения зеркала и очень мало обратное излучение за края раскрыва. Рупорно-параболическая антенна имеет коэффициент использования раскрыва порядка х=0,65÷0,75. Это - совершенная и сравнительно простая 'конструктивно, но несколько громоздкая антенна: угол раскрыва рупора должен составлять 30÷45°, что при практически используемых размерах раскрыва приводит к значительным размерам всей антенны
Основными достоинствами рупорно-параболической антенны являются широкий рабочий диапазон частот, в пределах которого обеспечивается весьма высокая степень согласования с питающей линией, и чрезвычайно низкий уровень бокового и обратного излучений. Рабочий диапазон рупорно-параболических антенн ограничивается снизу только размерами поперечного сечения питающего волновода, а сверху - точностью выполнения отражающего параболического зеркала. В настоящее время известны, например, рупорно-параболические антенны, используемые в диапазоне 3000 ÷11 000 Мгц. Коэффициент отражения от входа антенны не превышает при этом 1,5-2%.
Низкий уровень задних лепестков рупорно-параболических антенн является весьма ценным качеством в условиях радиорелейной линии, где этим определяется хорошее «защитное действие» антенны. Например, при кнд порядка 40 дб уровень задних лепестков может быть около 70 дб. Следует подчеркнуть, что обычные параболические антенны при таком же кнд имеют задние лепестки порядка 50 дб. Благодаря низкому уровню боковых и задних лепестков переходное затухание между двумя соседними рупорно-параболическими антеннами очень велико.
На рис. 14б схематически изображена сегментно параболическая антенна в двух вариантах питания.
Рис. 14
Антенна образована поверхностью параболического цилиндра и двумя близко расположенными плоскостями. Облучателем может служить открытый конец волновода или вертикальный вибратор, соединенный с коаксиальной линией и снабженный контррефлектором. Если электрический вектор перпендикулярен плоскостям, между ними возбуждается волна ТЕМ, а при параллельном плоскостям электрическом поле — волна Н01.Чтобы высшие поля заведомо отсутствовали, расстояние между плоскостями в первом случае не должно превышать l/2, а во втором — lа. На рис.14в показано применение сегментно-параболической антенны в качестве облучателя зеркала в виде параболического цилиндра.
Зеркальные антенны применяются при построении так называемых перископических систем. У подножия мачты располагается параболическое зеркало, излучение которого направлено в зенит и отражается в горизонтальном направлении помещенным на мачте плоским зеркалом. Очевидно, что такая система может использоваться вместо того, чтобы помещать параболическое зеркало на вершину мачты, для чего требуется вести туда длинный волноводный тракт.
При построении перископических систем находит также применение принцип фокусировки. Поскольку - в аспекте геометрической оптики такое зеркало обладает свойством концентрировать излучение в одном из фокусов, когда в другом находится точечный источник, то на практике один из фокусов совмещают с фазовым центром облучателя эллипсоида, а в области другого располагают переизлучатель. Благодаря фокусировке повышается кпд передачи от излучателя к переизлучателю (уменьшается «переливание» энергии за края переизлучателя), что ведет к возрастанию коэффициента усиления перископической системы. Принцип фокусировки может быть реализован и иным путем: «сужение» потока энергии в области переизлучателя достигается и при параболическом излучателе при вынесении первичного облучателя из фокуса параболоида. Дальнейшее улучшение перископической системы может быть достигнуто, если вместо плоского переизлучающего зеркала взять параболическое.
В связи с проблемой качания луча в широком угле возрастает роль сферических зеркал. Сферическая поверхность в некоторой части близка к параболической, так что при облучении ее близко расположенным источником формируется относительно узкий отраженный луч. На рис.15а показано два расположения облучателя вблизи сферической поверхности; направления формируемого луча обозначены стрелками. Вращение облучателя относительно центра сферы вызывает поворот луча на тот же угол, причем в силу неизменности условий отражения (в пределах определенного угла качания) ширина луча практически не меняется. Однако коэффициент использования поверхности зеркала оказывается низким.
Рис.15
Он зависит от вида характеристики направленности облучателя (оптимальное расстояние которого от поверхности зеркала подбирается) и от угла качания.
Усовершенствование зеркальной сферической антенны достигается на пути превращения ее в двухзеркальную антенну. В качестве облучателя берется зеркало специальной формы, облучаемое обычным «точечным» источником, характеристика направленности которого теперь уже не играет определяющей роли, поскольку форма облучающего зеркала выбирается с тем расчетом, чтобы при отражении от сферы формировался плоский фронт волны. Двухзеркальная сферическая антенна схематически изображена на рис. 15б
Рис.16
Различные двухзеркальные антенные системы в настоящее время играют важную роль. Используя принцип оптического телескопа Кассегрэна, помещают перед параболическим зеркалом в качестве контррефлектора гиперболическое (рис. 16а). Фазовый центр облучателя совмещается с фокусом гиперболы F, и вследствие этого лучи, отраженные от гиперболического зеркала, можно рассматривать как идущие из расположенного за ним «виртуального фокуса» F', который, как это понятно, должен совпадать с фокусом параболического зеркала. Облучатель (рис.15б) обычно представляет собой рупор, вмонтированный в основное зеркало. Если облучатель значительно больше длины волны, то по правилам геометрической оптики можно построить его изображение в гиперболическом зеркале - «виртуальный облучатель», который показан на рис.15б пунктиром; изображение оказывается уменьшенным. Чтобы затенение пространства гиперболическим зеркалом было минимальным, размеры системы выбирают приблизительно так, что угол, под которым края облучателя видны из виртуального фокуса, близок к углу, под которым из центра параболического зеркала видны края гиперболического зеркала (в этом условии учитывается возможность затенения основного зеркала облучателем), рис.15в.
Двухзеркальная антенна типа Каесегрэна отличается рядом положительных качеств. Она удобна по конструкции и, в частности, дает возможность располагать подключаемую аппаратуру непосредственно за зеркалом, избегая длинной линии передачи. Облучение зеркала производится сравнительно равномерно с быстрым спаданием интенсивности у краев, поскольку при отражении луча от облучающего гиперболического зеркала интенсивность уменьшается с ростом угла по отношению к оси системы. Таким образом, рассеяние сосредоточено, главным образом, в переднем полупространстве; уровень задних лепестков диаграммы невелик. Как уже отмечалось, это обстоятельство может быть важным ч в ряде применений, например в радиорелейных линиях. Приемная антенна с малыми задними лепестками может быть «малошумящей» в результате малой чувствительности к излучению земли.
Выше рассмотрена лишь одна из распространенных двухзеркальных антенн типа Каесегрэна. Существуют различные модификации таких антенн. Отметим, например, что вместо гиперболического контррефлектора может применяться плоский.
Итог
Зеркальные антенны - антенны, в которых для фокусирования высокочастотной электромагнитной энергии используется явление зеркального отражения от криволинейных металлических поверхностей (зеркал). По размерам зеркало значительно превосходит длину волны. Основные модификации Зеркальные антенны определяются количеством отражателей: известны одно-, двух- и трёхзеркальные антенны. Конструктивно зеркальные антенны выполняют в виде металлических или металлизированных поверхностей различной формы. Для снижения массы зеркал и уменьшения давления ветра (парусности) на их поверхность зеркала нередко изготавливают не из сплошного материала, а из сетки проводов или параллельных пластин, а также из перфорированных металлических листов. Применяют зеркальные антенны следующих типов: параболические антенны, Кассегрена антенны, рупорно-параболические антенны, сферические антенны, перископические антенны, зеркальные апланатические антенны и другие.
Список использованной литературы
1. Бахрах Л. Д., и Вавилова И. В. Сферические двухзеркальные антенны. «Радиотехника и электроника», - 1961, - № 7.
2. Никольский В.В. Антенны,- М.: «Связь»,- 1966, с.367
3. Домбровский И.А. Антенны,- М.: Связьиздат, 1957
Похожие работы
... зеркала равен, таким образом, , а на периферии зеркала может быть менее жёстким. [2] Допуск в центральной части зеркала ; допуск для большего угла раскрыва ; допуск для меньшего угла раскрыва . 4.5 Описание конструкции Полученная зеркальная антенна состоит из следующих частей (см. приложение): 1) рефлектор (зеркало), представляющий собой усечённый параболоид вращения, и выполненный из т
... её параметры: размеры, глубина фокус, коэффициент усиления зависят от длины волны, поэтому близкие к полученным характеристикам она будет иметь в окрестности данной длины волны. 4. принцип действия зеркальной антенны Электромагнитная волна, излученная облучателем, достигнув проводящей поверхности зеркала, возбуждает на ней токи, которые создают вторичное поле, обычно называемое полем ...
... поля. В данном случае распределение напряженности возбуждающего поля в основном определяется диаграммой направленности облучателя в соответствующей плоскости. Выражение для нормированной диаграммы направленности зеркальной параболической антенны при этом имеет вид: , где -цилиндрические функции Бесселя первого и второго порядка; - коэффициент, показывающий во сколько раз амплитуда возбуждающего ...
... с неравномерным распределением напряжённости возбуждающего поля. В данном случае распределение напряжённости возбуждающего поля в основном определяется ДН облучателя в соответствующей плоскости. Выражение для нормированной ДН зеркальной параболической антенны при этом имеет вид: , где J1, J2 – цилиндрические функции Бесселя первого и второго порядка. - Коэффициент, показывающий во ...
0 комментариев