УСТРОЙСТВА СВЧ И АНТЕННЫ / 6

В	апертурном		методе		расчета		считается, что	излучающей
поверхностью		зеркальной		антенны	является		только	поверхность		ег
раскрыва.	В	этом	случае	поверхность		раскрыва		считают	синфазн

возбуждённой, а диаграмма направленности параболического зеркала с круглым раскрывом будет определяться выражением (6.25)

			1 + cos(q )			R0 2p 2p
	F (q,j) =				×	ò	òES (r¢,j¢) ×eikr×sin(q )×cos(j-j¢) × r¢× dr¢× dj¢ ,
			2
						0	0
где	F (q,j) =	1 + cos(q )				-	диаграмма	направленности	элементарной
	1		2
	площадки (элемент Гюйгенса).
Из	этого соотношения следует, что							диаграмма	направленности

зеркальной антенны определяется амплитудным распределением касательной

составляющей	возбуждающего поля	ES в раскрыве зеркала и формой
зеркала.
При расчёте амплитудного распределения касательной составляющей
возбуждающего	поля ES полагают, что	зеркало находится в дальней зоне

облучателя, так как обычно расстояние от фокуса до поверхности зеркала составляет десятки длин волн. В этом случае амплитуда напряжённости поля,

создаваемого облучателем в любой точке поверхности зеркала, определяется соотношением

ES (r¢,j¢) = 1 + cos(y ) × Fобл (y ,j) , 2

где F - фокусное расстояние зеркала,

Fобл (y ,j) - диаграмма направленности облучателя,

2R0 - диаметр зеркала.

213

Зная

диаграмму

направленности облучателя и

параметры

зеркала

(диаметр зеркала и его фокусное расстояние), можно определить диаграмму

направленности всей зеркальной антенны.

Второй

(токовый) метод

определения

направленных

свойств

параболической

антенны

базируется

на

известном

распределен

поверхностных токов на внутренней поверхности зеркала. Полагая, что

поверхностные токи существуют только на внутренней поверхности зеркала,

можно определить вектор плотности тока в данной

точке

зеркала п

известной формуле

= [

],

1n

j

H

где

единичный вектор внешней нормали к данной точке

1n -

поверхности зеркала,

- вектор напряжённости магнитного поля, создаваемого

H

облучателем в данной точке.

На

рисунке 6.53

представлено

спроецированное

на

плоскостьx0y

распределение поверхностного тока параболоида с отношением

R0

= 1.5

при

F

использовании

в

качестве

облучателя

изотропного

излучателя

вертикальной поляризацией.

Как

видно

из

этого

рисунка, поверхностный

ток

содержит

вертикальную

составляющую

jx ,

которая

создает

вертикально

поляризованное

поле

излучения. Горизонтальная

составляющая

поверхностного

тока

jy

создает

поле

излучения

с

горизонтальной

поляризацией.

Кроме

того, в

поверхностном

токе

на

параболоиде

присутствует и третья составляющая jz . также создающая горизонтальную поляризацию. Появление двух горизонтальных компонент, отсутствовавших в исходном поле, обусловлено кривизной поверхности зеркала, по которой течёт ток.

214

Рисунок 6.53 -			распределение тока проводимости на поверхности
зеркала		при	использовании в качестве облучателя изотропног
излучателя с вертикальной поляризацией
Как видно из рисунка 6.53, составляющие							jx имеют во всех квадрантах
одинаковое направление. Поля, излучаемые этими составляющими на всех
элементах поверхности в направлении осиz , суммируются, поэтому эта
поляризация		поля		является		основной. Составляющие		плотности
поверхностного		тока	jy и	jz	в	различных	квадрантах имеют взаимно
противоположные направления и не создают излучения в направлении оси z .
Однако эти составляющие могут создавать поле в других направлениях.
Составляющие			jy	и jz	почти не сказываются на форме главного
лепестка	и	ближайших			к	нему	боковых	лепестков	диа
					215

направленности, так как благодаря большим							размерам		параболических
антенн их диаграммы направленности обычно бывают очень узкими. Эти
составляющие		приводят	к	увеличению		лишь	сравнительно			отдалённых
боковых	лепестков.		При	расчёте		диаграммы				направленност
параболического зеркала в главных плоскостях обычно учитывается только
основная	составляющая jx			плотности		поверхностного				. токаЭта
составляющая создаёт линейно поляризованное полеЕх, являющееся
основным. Поляризации полей, создаваемых составляющими jy и jz , (Еу и
Еz), считаются		паразитными (поперечная				поляризация				или	-кросс
поляризация). Это уменьшает коэффициент усиления антенны, .к. часть
мощности	облучателя		расходуется		на	создание		поля		с	паразит
поляризацией.
Оба	рассмотренных			метода		анализа		направленных			сво
параболической антенны тем более точны, чем							больше		относительные
размеры зеркала и чем больше его радиус кривизны.

6.18 Конструкции и характеристики зеркальных антенн

Зеркальные антенны применяются в тех случаях, когда необходимо получить узкую диаграмму направленности. Фотографии и характеристики некоторых типов зеркальных антенн приведены ниже.

На рисунке 6.54 приведены фотографии зеркальных антенн для непосредственного приема телевизионных программ со спутника.

216

Рисунок 6.54 - Фотографии зеркальных антенн для непосредственного приема телевизионных программ со спутника

Параметры таких зеркальных антенн зависят от их размеров:

-диапазон частот - 10,95-12,75 ГГц,

-диаметр зеркала - 600 … 2500 мм,

-ширина диаграммы направленности – 2.80 …0.70 ,

-коэффициент усиления - 35,9 … 47,6 дБ.

На рисунке 6.55 приведена фотография зеркальной антенны радиотелескопа, установленного в Пуэрто-Рико, в 15 км от города Аресибо.

217

Рисунок 6.55 - Зеркальная антенна радиотелескопа, установленного в Пуэрто-Рико, г. Аресибо

В настоящее время это крупнейшая в мире зеркальная антенна. Она

используется для	исследований в области радиоастроном, физики
атмосферы и радиолокационных наблюдений объектов Солнечной системы.
Зеркальная	антенна радиотелескопа расположена в естественной
карстовой воронке и покрыта38 778 перфорированными алюминиевыми
пластинами (размером примерно 1×2 м), уложенными на сетку из стальных
тросов. Облучатель	антенны подвижный, подвешен на 18 тросах к трём
башням.

Эта зеркальная антенна имеет следующие параметры:

-рабочий диапазон радиочастот - от 50 МГц до 10 ГГц,

-фокусное расстояние - 132.5 м,

-форма зеркала рефлектора - сферическая поверхность,

218

-диаметр зеркала - 304.8 м,

-глубина зеркала рефлектора - 50.9 м,

-площадь зеркала - 73 000 м²,

-ширина диаграммы направленности - 6 угловых минут.

На рисунке6.56 показана антенна радиотелескопа -70,РТ

расположенная в Крыму вблизи г. Евпатория.

Рисунок 6.56 - Зеркальная	антенна	радиотелескопа -70,РТ
расположенная в Крыму вблизи г. Евпатория

219

Параметры антенны:

-диапазон рабочих длин волн - до 8 мм.

-тип антенны: двухзеркальная - по системе Грегори

-диаметр основного зеркала - 70м;

-диаметр вспомогательного зеркала - 7м;

-высота антенны - 86,36 метра;

-вес подвижной части: ~ 5000 тонн

-эффективная площадь поверхности антенны:

-в режиме передачи - 2600 м²;

-в режиме приёма - 2500 м²;

-антенная система - полноповоротная;

-по углу места - от 0 до 90 град;

-по азимуту - 270 град;

-ширина диаграммы направленности - от 2 до 18 угловых минут в зависимости от диапазона частот;

-точность наведения - до 10 угловых секунд.

220