Облучатели параболоидов вращения, страница 3

Двухзеркальная антенна Грегори.

У антенны Грегори применяются основное зеркало пара­бо лической и малое зеркало (зафокальное) эллиптической формы (рис. 17). Сферическая волна облучателя, помещенного в фо­кусе F₁ малого зеркала, после отражения от последнего преобра­зуется в сферическую волну с центром в точке F₂, в которой сов­мещены второй фокус эллипса и фокус параболы. Сферическая волна после малого зеркала падает на большое зеркало, после чего она преобразуется в плоскую волну. На рис. 17 показано построение эквивалентной однозеркальной антенны.

Антенна со смещенной фокальной осью.

Основное зеркало антенны (см. рис. 15) представляет собой поверхность, образованную сращением полупараболы вок­руг прямой АА, параллельной фокальной оси и смещенной отно­сительно нее на расстояние а, а малое зеркало является фигурой вращения вокруг этой же прямой сегмента эллипса, один из фо­кусов которого F₂ совмещен с фокусом параболы, а другой f_i — с фазовым центром облучателя. Смещение оси параболы от оси вращения отражено в названии антенны. Сегмент эллипса обра­щен вогнутостью в сторону основного зеркала, крайние точки сег­мента расположены одна на фокальной оси параболы, другая — на оси вращения. Фокальные оси сегментов малого зеркала F₁F₂ и F₁F'₂ образуют между собой угол α.

У такой антенны отсутствуют лучи, возвращающиеся после от­ражения от зеркал обратно к облучателю. Поэтому в приближе­нии геометрической оптики можно считать, что в антенне вида 15 отсутствует влияние отраженной волны на облучатель. Схе­мы же Кассегрена и Грегори без специальных мер отличаются весьма значительным влиянием на облучатель волны, отраженной от малого зеркала. У антенны со смещенной фокальной осью лучи облучателя, близкие к оси антенны, после отражения от малого зеркала направляются на периферию большого зеркала, а лучи, попадающие на участки, близкие к краю малого зеркала, направ­ляются к центральной части раскрыва антенны. Поскольку мак­симум диаграммы направленности облучателя ориентирован, как правило, вдоль оси антенны и уровень поля убывает с отклоне­нием от оси, то это ведет к усилению поля в периферийных обла­стях и ослаблению его в центральных областях раскрыва боль­шого зеркала, т. е. к выравниванию амплитудного распределения по раскрыву большого зеркала и к увеличению коэффициента использования площади. В антенне со смещенной осью можно близко расположить облучатель к малому зеркалу. Это позволяет использовать в качестве облучателя неоптимальный («расфазированный») рупор с большой величиной максимальной фазовой ошибки с целью получения диаграммы направленности вида рис. 10.6 для ψ_макс = 2π, характеризующийся крутыми скатами на края главного лепестка. Крутые скаты способствуют уменьшению утеч­ки энергии за края малого зеркала. Для получения осесимметричной диаграммы направленности  рекомендуется применять в каче­стве облучателя конический рупор.

Двухзеркальная сферическая антенна.

На рис. 18 а  показана схема двухзеркальной сфериче­ской антенны. Её предпочтительнее делать по системе Грегори (с зафокальным малым зеркалом).

Рис. 18

Большое зеркало можно сделать размером в полусферу. Одна­ко использовать ее целиком нельзя. Сферические зеркала пред­назначаются для качания луча в широком секторе. Если исполь­зовать раскрыв всей полусферы, то зеркало пришлось бы делать больше полусферы, чего нельзя, так как раскрыв будет экрани­роваться периферийными частями сферической поверхности.

Можно почти полностью использовать замкнутую сферическую поверхность в качестве зеркала в варианте спирально-сфериче­ской антенны, показанной на рис. 18 б. Она представляет собой надувную сферу, поверхность которой покрыта проводящими по­лосками, расположенными под углом 45° к вертикальным мери­дианам. Геометрия проводящих полос такова, что на противопо­ложной стороне сферы полоски (.показаны пунктиром) оказыва­ются под углом 45° к вертикальным меридианам и направлены в обратную сторону, т. е. под углом 90° к полоскам данной сторо­ны. Внутри сферы на расстоянии половины радиуса от освещенной стороны находится питаемый волноводом 2 рупорный облу­чатель 3, излучающий поле с электрическим вектором параллель­ным полоскам. Питание подастся от передатчика 1. Волна отра­жается от освещенной стороны сферы, а через противоположную сторону проходит, так как там полоски перпендикулярны элек­трическому вектору.

О достоинствах двухзеркальных антенн.

Однозеркальные антенны с зеркалами в виде фигуры вра­щения :при требовании обеспечения синфазного поля в разрыве для получения игольчатой формы диаграммы направленности крайне ограничены в возможности оптимизации их параметров. У них регулироваться могут только два фактора: форма поверх­ности зеркала и диаграмма направленности облучателя. Требова­ние получения .синфазного поля ,в раскрыве от точечного излуча­теля в какой-то мере предопределяет форму поверхности зеркала. Регулировка диаграммы направленности облучателя затруднена из-за малых его электрических размеров, и вместе с этим затруд­нена регулировка амплитудного распределения в раскрыве. Что сравнительно легко осуществимо, так это получение одинаковых диаграмм направленности в Е- и Н- оскостях. Правда, в послед­нее время достигнуты некоторые успехи и в разработке облучате­лей с нужной формой диаграммы направленности.

У двухзеркальных антенн появляется новый фактор — можно регулировать форму поверхности малого зеркала. Подбором его формы и формы большого зеркала можно изменять и фазовое, и амплитудное распределения в раскрыве и оптимизировать их.

При двухзеркальных антеннах можно максимально уменьшить длину полноводного тракта, располагая облучатель вблизи вер­шины большого зеркала.

Двухзеркальная антенна имеет очень слабое заднее излучение и очень слабое ближнее поле. По этим признакам двухзеркаль­ные антенны сравнимы с рупорными и рупорно-параболическими антеннами.