Антенна для командно-измерительного комплекса низколетящих искусственных спутников Земли, страница 2

Сегментно-параболическая антенна образуется путём помещения узкого параболического цилиндра между двумя параллельными металлическими пластинами. Фокус антенны лежит в плоскости её раскрыва. Облучателем антенны может быть открытый конец волновода или рупор с раскрывом в плоскости Е, равным расстоянию между пластинами(т.е. вектор Е поля облучателя перпендикулярен пластинам). ДН антенны в плоскости Е определяется ДН рупора в этой плоскости, ДН в плоскости Н рассчитывается, как и для антенны с зеркалом в виде параболоида вращения.

Рис. №1 Антенна сегментно-параболическая.

Сегментно-параболическая антенна возбуждается открытым концом волновода или рупором, излучение которого отражается от поверхности параболического цилиндра  по законам  геометрической оптики. Это означает что, параболическая поверхность преобразует цилиндрический фронт волны в плоский. Геометрические свойства параболы таковы, что лучи, направляемые из фокуса и отражаемые от параболы, становятся параллельными оси параболы, так что длина пути от фокуса до параболы и затем до линии раскрыва, проходящей через края параболы, одинакова для любого угла θ

Рис. №2 Профиль параболической антенны.

Таким образом, в раскрыве параболической антенны образуется синфазная поверхность и излучение антенны оказывается остронаправленным.

Важнейшим элементом антенны, во многом определяющим ее характеристики, является облучатель зеркальной антенны. Облучатель параболического зеркала представляет собой небольшую слабонаправленную антенну, которая должна облучить всю внутреннюю поверхность зеркала и по возможности не создавать поля, проходящего мимо него.

В дальнейшем будем рассматривать рупорный облучатель. Диапазонные свойства параболической антенны в основном зависят от облучателя, поэтому от него требуется широкая полоса пропускаемых частот, что хорошо проявляется у рупорных излучателей.

При падении электромагнитной волны, излучаемой облучателем, на металлическое зеркало на последнем возникают электрические поверхностные токи. Рассмотрим картину распределения токов, наводимых облучателем на освещенной стороне параболоида вращения.

Рис. №3 Распределение электрических поверхностных токов в параболоиде вращения.

В случае длиннофокусного зеркала (Рис. №3 а) составляющие тока J_х имеют во всех четырех квадрантах одно и тоже направление, а составляющие тока J_y от квадранта к квадранту меняют направление. У короткофокусного зеркала (Рис. №3 б) имеются узлы тока. Поэтому в некоторых частях короткофокусного рефлектора главная составляющая электрического поля J_х оказывается в противофазе относительно этой же составляющей в центральной части зеркала.

Диаграмма направленности в плоскости Н будет определяться как и для параболоида вращения.

Как видно из рис.3, поле в направлении оси z  зеркала создается только составляющими вектора J, параллельными оси х, которые во всех квадрантах имеют одинаковое направление. Поля, излучаемые всеми элементами зеркала в направлении оси z, складываются арифметически, т.е. это направление является направлением максимального излучения. Составляющие плотности поверхностного тока J_y,J_z в различных квадрантах имеют взаимно противоположные направления и не создают излучения в направлении оси z, а также в обеих главных плоскостях (плоскости xoz и yoz). Они почти не сказываются на форме главного лепестка и ближайших к нему боковых лепестков ДН, т.к. благодаря большим размерам параболических антенн их ДН обычно бывают весьма узкими. При расчете ДН параболического зеркала в главных плоскостях учитывается только составляющая J_х плотности поверхностного тока. Эта составляющая создает линейно-поляризованное поле Е_х, являющееся основным. В других плоскостях, проходящих через ось z, добавляется излучение составляющих токов J_y и J_z (E_y и E_z), вследствие этого появляется паразитная поляризация излучаемого поля. Это уменьшает коэффициент усиления антенны. Данное явление называют поперечной поляризации или кросс-поляризацией.