Выбор и анализ возможного варианта построения антенны земной станции спутниковой связи, страница 4

Рисунок 1.4 – Типы антенн:

а) система  Кассегрена; б) система Грегори

Переход от однозеркальной схемы к двухзеркальной дает антенной системе в целом следующие преимущества:

- резко уменьшается длина фидерных линий;

- резко улучшается конструктивное решение по размещению радиотехнического комплекса земного оборудования;

- более гибкие возможности в применении первичного облучателя антенны;

- более широкие возможности в конструировании амплитудно-фазовых распределений в апертуре антенны;

- боковое излучение антенны, обусловленное переливом первичного источника за края контррефлектора, обращено в «холодную» часть небосвода;

- возможность реализовать низкий уровень   перелива энергии за края основного рефлектора антенны.

Вместе с тем двухзеркальным схемам антенн свойственны следующие недостатки:

- высокая степень затенения излучающего раскрыва, особенно для антенн с малым электрическим размером раскрыва;

- высокий уровень боковых лепестков  по угловым направлениям, примыкающим к направлению главного излучения;   

- значительно более серьезные трудности в конструировании квази частотно независимых облучателей антенны по сравнению с однозеркальной схемой;

- большие физические размеры облучателя;

- высокая стоимость.

Рассматриваемые схемы антенн реализуют свои возможности, вытекающие из геометрооптических представлений, только в том случае, когда последние могут быть использованы.

С этой точки зрения слабым местом в оптической схеме является контррефлектор, а точнее тот случай, когда электрический размер контррефлектора мал (отношение d/λ мало). В этой ситуации поле, отраженное от контррефлектора, уже не будет описываться в рамках геометрической оптики, причем отличие структуры отраженного поля от его геометрически-оптического представления тем сильнее, чем меньше отношение d/λ.

В данном варианте большая часть энергии результирующего переотраженного от контррефлектора поля обусловлена дифракционными эффектами на краях контррефлектора. Эта часть энергии не может быть в дальнейшем целенаправленно использована и дает негативный эффект в виде повышенного уровня бокового излучения антенны в целом из-за «перелива» энергии за края основного зеркала. Эти неприятности в значительной мере нивелируются при увеличении отношения d/λ. Однако, здесь вступает в силу другой

негативный фактор, а именно - увеличение размера аксиального затенения.

Выход из создавшегося положения возможен только в том случае, когда одновременно выполняются два условия: отношение D/d и отношение d/λ сравнительно велики. Этот вариант и определил основную область применения двухзеркальных схем, а именно — антенны с большим размером (в электрическом смысле) апертуры (антенны с большим усилением).

На рисунке 1.5 приведены две неосесимметричные схемы двухзеркальных антенн:

- антенны офсет типа Кассегрена (рисунок 1.5 а)

- антенны офсет типа Грегори (рисунок 1.5 б).

Первые фокусы поверхностей вращения совмещены с фокусом  параболоида вращения, а фазовый центр рупорного облучателя совмещен со вторыми фокусами гиперболоида и эллипсоида. 

Рисунок 1.5 - Неосесимметричные схемы двухзеркальных антенн:

а) антенны офсет типа Кассегрена; б) антенны офсет типа Грегори

Наличие двух отражающих поверхностей резко увеличивает возможности по конструированию антенн с улучшенными параметрами излучения. В частности, для антенн ЗССС (особенно – большеразмерных и, весьма дорогостоящих) стоит вопрос о повышении эффективности использования излучающей поверхности антенны, т.е. КИПа. Реализуемая величина КИПа для обычных схем Кассегрена или Грегори не превышает 0,6...0,65.

Для решения этой проблемы были предложены и получили обширнейшую апробацию так называемые двухзеркальные антенны с модифицированными поверхностями зеркал.