3.2.2 Загальні зауваження
Особливості розрахунку дводзеркальних антен розглянуті в багатьох підручниках і посібниках. Особливу увагу рекомендується звернути на вибір опромінювача.
Діаметр малого дзеркала необхідно вибирати в межах 1/4...1/5 діаметра великого дзеркала.
Застосовність формули Б.А.Введенського для розрахунку радіотрас можлива за умови
де
-
приведена висота антени, визначена по
формулі, м:
Амплітуда напруженості електричного поля в даному випадку повинна визначатися по формулі Б.А.Введенського:
Відстань прямої видимості, км:
Графічний матеріал роботи повинен показати без деталізацій загальний вид розробленої антенної конструкції, установленої на спеціальній щоглі.
Основним різновидом дзеркальних антен, використовуваних у наземних станціях космічного і радіорелейного зв'язку, радіоастрономії, є дводзеркальні антени. Такі антени складаються з трьох основних елементів: основного (великого) дзеркала, допоміжного (малого) дзеркала, опромінювача. В основу роботи таких антен були покладені принципи конструювання оптичних телескопів: схема Кассегрена і схема Грегорі.
Принцип дії дводзеркальних антен складається в перетворенні сферичного хвильового фронту електромагнітної хвилі, випромінюваної опромінювачем, у плоский хвильовий фронт у розкриві антени в результаті послідовного перевідображення від допоміжного й основного дзеркал, що мають відповідні профілі. Сферична хвиля опромінювача, що поміщається в точку фокуса малого дзеркала, у результаті перевідображення від цього дзеркала перетвориться знову в сферичну хвилю, але з фазовим центром, що збігається з фокусом основного .дзеркала.
Вид геометрії двох класичних схем Кассегрена і Грегорі показаний на рис.12.
Оскільки
мале дзеркало в системі Кассегрена
розташовується перед фокусом великого
дзеркала
, вона називається префокальною.
Аналогічно, система Грегорі одержала
назву зафокальної.
Спрощується схема і конструкція фідерного тракту.
Зменшується осьовий (подовжній) розмір конструкції антени.
3) Різко скорочується довжина фідера живлення. При установці прийомного пристрою на тіньовій стороні дзеркала, поблизу його вершини, можна істотно поліпшити електричні характеристики всього прийомного каналу.
4) Поліпшуються електричні характеристики усього антенно-фідерного пристрою. За рахунок появи другого дзеркала створюються умови більш точної реалізації необхідного амплітудно-фазового розподілу поля в апертурі основного дзеркала, підвищується коефіцієнт використання поверхні апертури.
За рахунок поліпшення конструктивних характеристик, зазначених у пп.1-3, підвищується ККД такту, знижується його шумова температура,
зменшується "переливання" енергії за краї основного дзеркала, знижуються крос-поляризаційні компоненти.
Рисунок 12 – Дводзеркальна антена Касегрена (а) і Грегорі (б)
Основний недолік дводзеркальних антен - неминуча наявність затінення допоміжним дзеркалом центральної частини апертури основного дзеркала з усіма небажаними наслідками ефекту затінення
На практиці найбільше поширення отримали дводзеркальні антени, виконані за схемою французького фізика-астронома Кассегрена (надалі - антени Кассегрена). Схема побудови системи була запропонована Н.Кассегреном у 1672 р. при розробці оптичного телескопа. Основне дзеркало являє собою параболоїд обертання з фокусом , а допоміжне дзеркало - гіперболоїд обертання. Гіперболоїд сфокусен параболоїду в точці . Права гілка гіперболи визначає геометрію малого дзеркала. Другий фокус (фокус першої гілки) гіперболоїда О лежить поблизу вершини параболоїда. У цю точку поміщають фазовий центр опромінювача.
У зв'язку з цим точку називають мнимим фокусом системи, а точку 0 - дійсним фокусом (рис. 12,а, 13,а).
Рисунок 13 – Геомерія антени Касегрена
Схема, запропонована шотландським астрономом Джеймсом Грегорі в 1663 р., містить основне дзеркало у виді параболоїда обертання, а допоміжне - у виді еліпсоїда, конфокального параболоїда в крапці (12,6).
В антенах Кассегрена промені, що падають на одну половину допоміжного дзеркала, відбиваються на прилягаючу (суміжну) половину основного дзеркала. В антені Грегорі має місце інверсія (обертання) відбитого поля: промені, що падають на одну половину допоміжного дзеркала, потім попадають на протилежну половину основного дзеркала.