Зеркальные антенны

пишем

а интегрирование по r' дает

Из этого выражения нетрудно получить нормированную харак­теристику направленности з

еркала в меридиональной плоскости учитывая, что

В результате

Далее, нетрудно найти угловую ширину главного максимума излучения по нулям. Первый корень уравнения J1 (x) = 0 равен В11 = 3,832.

Полагая sin υ0 ≈ υ0, имеем

Полученные формулы оказываются бо­лее достоверными для длиннофокусных зер­кал, облучаемых обычно равномернее, чем короткофокусные.

Учет действительных характеристик на­правленности реальных облучателей требует уже весьма громоздких математических действий, которые не приводятся. Остановимся лишь на некоторых результатах, обычно ис­пользуемых при расчете зеркальных антенн.

Подробнее других изучено параболическое зеркало, облучаемое элементарным электрическим вибратором, снабженным плоским контррефлектором (рис.8). Характеристика направленности в меридиональной плоскости при этом выражается формулой

Где

Знак плюс берется в том случае, когда меридиональная плоскость проходит через облучающий вибратор (плоскость Е), а минус — в случае перпендикулярной вибратору меридиональной плоскости (плоскость Н).

Кнд антенны в которой коэффициент использования раскрыва x равен:

График функции х(R/f) показыва­ет, что найвыгоднейшим при данном типе облучателя является отношение радиуса зеркала к фокусному расстоянию:

при котором

Существование оптимума объясняется следующим образом: при удалении облучателя кнд антенны должен был бы возрастать в результате повышения равномерности облучения, однако при этом уменьшается угол, под которым видно зеркало (рис.8а), так что увеличивается доля энергии, уходящей за его край, что снижает кнд.

Рис.8

Короткофокусное зеркало (рис.8б) облучается почти без потерь, но неравномерно. Можно убедиться, что максимальный коэффициент использования соответствует состоянию, при котором амплитуда поля дипольного облучателя на краю зеркала составляет около 1/3 максимальной.

На рис.9а, б показано распределение тока в зеркале при дипольном облучателе. Ток, наводимый на короткофокусном зерка­ле (рис.9б), собирается у двух полюсов, расположение которых нетрудно определить из рис.9в: они лежат на пересечениях оси облучателя с поверхностью параболоида.

Рис. 9

В результате существова­ния полюсов часть зеркала несет противофазный ток, уменьшающий излучение в осевом направлении. Как говорят, зеркало имеет при этом «вредные зоны». Однако и в тех случаях, когда вредных зон нет, нельзя игнорировать специфического искривления линий тока в результате неоднородности поля облучателя.

4. Применение параболических зеркал в антенной технике

Соединение параболического зеркала с облучателем называют зеркальной или параболической антенной. Последнее название более точно, так как находят применение и непараболические зеркала, порождающие иные зеркальные антенны. Разработано много раз­личных типов точечных облучателей для зеркал в виде параболои­да вращения; некоторые из них будут рассмотрены.

Облучатель в виде элементарного электрического вибратора с плоским отражателем — «дипольно-рефлекторный» — может быть реализован в конструкции, показанной на рис.10а. Диполь питается коаксиальной линией, проходящей по оси симметрии за зеркало, и присоединен к ней при помощи стакана, обеспечивающе­го симметричное питание. Одна половина вибратора соединена с внешним проводником линии, а другая — с построенным как его продолжение металлическим четвертьволновым цилиндром, к кото­рому подходит внутренний проводник линии. Диаметр дискового контррефлектора обычно составляет около 0,8l. Фазовый центр облучателя находится приблизительно в плоскости контррефлек­тора.

Конструктивно более прост облучатель в виде небольшого пирамидального рупора (рис. 10б). Размеры раскрыва рупора выби­раются с тем расчетом, чтобы угловая ширина главного лепестка диаграммы направленности была приблизительно одной и той же в Е- и Н-плоскостях. Можно отметить, что волновод, питающий рупор, несколько искажает доле излучения зеркала, «заменяя» про­странство. В то же время при облучении рупором мала кросс-поля­ризация, так как поле облучения более однородно.

В отличие от рассмотренного «волноводно-рупорного» облуча­теля «волноводно-вибраторный» (рис. 10в) и «волноводно-щелевой» (рис.10г) облучатели питаются волноводами, не затеняющи­ми пространство.

Вибраторы, возбуждаемые излучением волновода (рис.10в), укрепляются на металлической пластинке, которая, будучи перпендикулярной вектору Е, не возмущает поля. При раз­мерах системы, указанных на рисунке (при этом первый вибратор несколько короче, а второй - несколько длиннее полуволны), обеспечивается однонаправленное излучение на зеркало. Фазовый центр лежит между вибраторами.

Рис.10

На практике действие неравномерности облуче­ния зеркала либо утечки энергии облучателя за его края бывает значительнее, чем это учтено в приближенном расчете, результаты которого приводились. К тому же нужно принимать во внимание фазовые отклонения, вызываемые неточностью изготовления зеркал. Поэтому обычно не удается достигнуть указанного выше максимального значения x=0,83. При допустимых фазовых отклонениях коэффициент использования может составлять

 Скачать реферат