Двухзеркальные антенны. Двухзеркальные осесимметричные антенны.

Классическое исполнение осесимметричных двухзеркальных антенн реализуется по:

- схеме Кассегрейна (Cassegreaine antenna);

Рис. 9. Геометрия схемы антенны Кассегрейна.

- схеме Грегори (Gregorian antenna).

Рис. 10. Геометрия схемы антенны Грегори.

Кроме двух классических типов осесимметричных двухзеркальных антенн нередко используются двухзеркальные антенны, рефлекторы которых уже не являются чистыми параболоидами и гиперболоидами. Изменение конфигурации профилей рефлектора и контррефлектора совершается с целью целенаправленного изменения амплитудно-фазового распределения в раскрыве

антенны. Обычно эти изменения необходимы для повышения усиления антенны.

Двухзеркальные неосесимметричные антенны.

К классическим схемам неосесимметричных двухзеркальных антенн следует отнести антенны, построенные по схеме Кассегрейна или по схеме Грегори. Наряду с этими схемами применяются также неосесимметричные двухзеркальные антенны с модифицированными зеркалами.

Рупорно-параболические антенны.

Рупорно-параболическая антенна – это модификация параболической антенны. Она состоит из пирамидального или конического рупора, соединенного с неосесимметрическим параболическим зеркалом. Соединение облучающего рупора с параболическим зеркалом в единую металлическую систему устраняет возможность непосредственного приема (излучения) энергии облучателем, что обеспечивает резкое ослабление приема сигналов, с направлением, противоположным основному. У рупорно-параболической антенны отсутствуют потери энергии на пути от облучателя к зеркалу, так как

рассеивающие металлические конструктивные элементы в раскрыве такой антенны отсутствуют. Энергия рассеивается лишь на элементах конструкции крышки, защищающей антенну от атмосферных осадков.

Конструктивно РПА могут быть выполнены как с пирамидальным, так

и с коническими рупорами. На рисунке 11. представлены обе схемы.

Рис. 11. РПА с пирамидальным и коническим рупорами.

3. Определение конструктивных и электрических параметров антенны.

Для определения конструктивных размеров антенны следует задаться

величиной коэффициента полезного действия (η) и коэффициента

использования поверхности (υ): η =0.85÷ 0.9, υ =0.65÷0.75.

Тогда площадь раскрыва S можно определить по формуле:

К_у примем равным 40 дБ, что соответствует усилению в 10000 раз; η=0,9; υ=0,7; λ=0,04 м. Тогда площадь S будет равна:

м²

Найдем коэффициент усиления для λ=0,02 м:

Рис.12 Рупорно-параболическая антенна

Апертурой в данной антенне является сегмент кольца с радиусами R₁ и R₂ (Рис. 12) Площадь апертуры зависит от угла α, с увеличением которого площадь апертуры возрастает, но при этом увеличивается рассогласование рупора с волноводом. Рекомендуется выбирать α 30⁰ 50⁰ .

Зададимся углом раскрыва α=30^о .

Для приблизительно одинаковых размеров раскрыва антенны в

вертикальной и горизонтальной плоскости величины R₁ , R₂ , L₁, L₂ и f должны определяться соотношениями:

Диаграмма направленности антенны зависит как от характера

распределения поля по апертуре, так и от формы самой апертуры. При точном учёте этих факторов формулы для расчёта диаграмм направленности

приобретают весьма сложный вид. Они существенно упрощаются, если

предположить, что апертура представляет собой прямоугольник с размерами a и b, а распределение поля в этом прямоугольнике идентично распределению поля в прямоугольном волноводе на волне Н₁₀, питающем данный рупор.

На Рис.1 видно, что a = ,

k-волновое число,

Диаграмма направленности в случае горизонтальной поляризации в вертикальной плоскости имеет вид:

;

А в горизонтальной плоскости имеет вид:

Рис.13. ДН в вертикальной плоскости

Рис.14. ДН в горизонтальной плоскости

Для горизонтальной поляризации раскрыв РПА будет иметь синфазное постоянное амплитудное распределение по размеру b и косинусное – по размеру a. Тогда для определения ширины ДН в вертикальной и в горизонтальной плоскостях можно воспользоваться соотношениями

2θ^o0,5Е = 51^o λ/a => 2θ^o0,5Е =1,43^o

2θ^o0,5Н = 68^o λ/b => 2θ^o0,5Н =1,91^o

Определим величину L₃:

При конструировании волноводного тракта необходимо выбирать

стандартный волновод и стандартный волноводный фланец. Размеры и

электрические параметры стандартных волноводов приведены в таблице 1, а размеры стандартных фланцев (контактных и дроссельных) в таблице 2.

Длина перехода L выбирается в пределах (3..10)*λ. Выберем L=5λ=5*0.04м=0,2 м.

Длина волновода берется в пределах (2..5)*λ. Выберем L=2λ=3*0,04м=0,12м.

Найдем размеры питающего волновода. Выбор размеров поперечного сечения прямоугольного волновода a и b производится из условия распространения в волноводе только основного типа волны H₁₀:

; 0,02<a<0,04

Из таблицы 1 выбираем стандартный волновод МЭК-84. К волноводу, из таблицы 2, подберем фланец стальной, плоский, приварной ГОСТ 12820-80

Таблица 1.Стандарты для прямоугольных волноводов

Тип волновода	Диапазон частот для основного типа волн, ГГц	Диапазон основного типа волн, см	Внутренние размеры, мм		Толщина стенок, мм
			ширина	высота
мэк-3	0,32-0,49	93,7-61,2	584,2	292,10	-
МЭК-4	0,35-0,53	85,7-56,6	533,4	266,70	-
МЭК-5	0,41-0,62	73,2-48,4	457,2	228,60	-
мэк-6	0,49-0,75	61,2-40,0	381,0	190,50	-
МЭК-8	0,64-0,98	46,9-30,6	292,1	146,05	-
МЭК-9	0,76-1,15	39,5-26,1	247,65	123,82	-
МЭК-12	0,96-1,46	31,2-20,5	195,58	97,79	-
МЭК-14	1,14-1,73	26,3-17,3	165,10	82,55	2,030
МЭК-18	1,45-2,20	20,7-13,6	129,54	65,77	2,030
МЭК-22	1,72-2,61	17,4-11,5	109,22	54,61	2,030
МЭК-26	2,17-3,30	13,8-9,09	86,36	43,18	2,030
МЭК-32	2,60-3,95	11,5-7,59	72,14	34,04	2,030
МЭК-40	3,22-4,90	9,32-6,12	58,17	29,083	1,625
МЭК-48	3,94-5,99	7,61-5,01	47,55	22,149	1,625
МЭК-58	4,64-7,05	6,46-4,25	40,39	20,193	1,625
МЭК-70	5,38-8,17	5,58-3,67	34,85	15,799	1,625
МЭК-84	6,57-9,99	4,57-3,00	28,499	12,624	1,625
МЭК-100	8,20-12,5	3,66-2,40	22,86	10,160	1,270
МЭК-120	9,84-15,0	3,05-2,00	19,05	9,525	1,270
МЭК-140	11,9-18,0	2,52-1,67	15,799	7,899	1,015
МЭК-180	14,5-22,0	2,07-1,36	12,954	6,477	1,015
МЭК-220	17,6-26,7	1,77-1,12	10,668	4,318	1,015
МЭК-260	21,7-33,0	1,38-0,90	8,636	4,318	1,015
МЭК-320	26,4-40,0	1,14-0,75	7,112	3,556	1,015
МЭК-400	32,9-50,1	0,91-0,60	5,690	2,845	1,015
МЭК-500	39,2-59,6	0,76-0,50	4,775	2,388	1,015
МЭК-620	49,8-75,8	0,60-0,40	3,759	1,880	1,015
МЭК-740	60,5-91,8	0,50-0,33	3,099	1,549	1,015
МЭК-900	83,8-112	0,36-0,27	2,540	1,270	1,015
МЭК-1200	92,2-140	0,325-0,214	2,332	1,016	1,015
МЭК-1400	114-173	0,263-0,173	1,651	0,826	-
МЭК-1800	145-220	0,21-0,136	1,295	0,648	-
МЭК-2200	172-261	0,174-0,115	1,092	0,846	-

Таблица 2.