Двухзеркальная антенна с поворотом поляризации

 

Схема незатененной двухзеркальной антенны приведена на рисунке 3.1. Малое зеркало представляет собой решетку из горизонтальных (если облучатель излучает поле с горизонтальной поляризацией) проводов или пластин, расстояние между которыми намного меньше длины волны (λ/8...λ/10). Такое зеркало отражает поле с горизонтальной поляризацией и практически прозрачно для волны с вертикальной поляризацией, и называется трансрефлектором.

 

Рисунок 3.1. Схема незатемненной двухзеркальной антенны

Трансрефлектор - это поляризованное полупрозрачное зеркало, которое отражает плоскополяризованные волны с одним направлением поляризации и пропускает такие же волны с ортогональным направлением поляризации.

Если такое малое зеркало  использовать в антенне, поверхность  большого зеркала в которой обеспечивает поворот плоскости поляризации на 90^о, то малое зеркало не будет помехой для вертикально поляризованной волны, отраженной большим зеркалом. Таким образом, в двухзеркальных антеннах остается только затенение облучателем, поэтому целесообразно использовать небольшой облучатель при малом зеркале значительных размеров. Использование трансрефлектора позволяет значительно уменьшить осевой размер антенны, что особенно важно для длиннофокусных систем.

Конструктивно трансрефлектор выполняется  в виде тонких проводов, запрессованых в диэлектрическую пластину. Если расстояние между проводами намного меньше длины волны, то такая структура является хорошим отражателем волны, поляризация которой параллельна проводам, и прозрачна для волны с поляризацией, перпендикулярной к ним. Расстояние между проводами нежелательно выбирать очень маленьким, так как из-за конечной толщины проводов в этом случае будет возрастать отражение волны, для которой зеркало прозрачно. Величину мощности, которая проходит сквозь зеркало, можно рассчитать пользуясь формулами и графиками для перфорированных и решетчатых зеркал.

С целью уменьшения мощности, проходящей сквозь трансрефлектор, используют многослойные структуры (рисунок 3.2). Для того, чтобы волна, отраженная от первой решетки, совпадала по фазе с волной, отраженной от второй решетки, расстояние между ними должно быть кратным нечетному числу четвертей длины волны в среде, заполняющей пространство между решетками.

 

 

Рисунок 3.2. Структура трансрефлектора

Использование трансрефлектора позволяет  совместить в одной конструкции  две антенны, которые работают в разных радиоканалах. Так, например, если вспомогательное зеркало изготовить из горизонтальных проводов и разместить в точке F₁ облучатель, излучающий волну с горизонтальной поляризацией (рисунок 3.3), а в точке F₂ - второй облучатель, излучающий вертикально поляризованное поле, то получим две независимые антенны. Одна из них будет работать по двухзеркальной схеме (с первым облучателем), а вторая - по однозеркальной (со вторым облучателем). Для уменьшения взаимного влияния эти антенны обычно работают в разных диапазонах волн (например, одна - в сантиметровом, а вторая - в дециметровом диапазоне)

 

Рисунок 3.3. Использование трансрефлектора.

Весьма интересным является вариант  антенны с поворотом поляризации, приведенный на рисунке 3.4а, где 1 - луч волны с вертикальной поляризацией; 2 – луч волны с горизонтальной поляризацией; 3 - поверхность, пропускающая волну с вертикальной поляризацией (система горизонтальных проводов). Такая антенна является двухзеркальной для волны длиной λ₁ и однозеркальной для волны длиной λ₂. Если λ₂ выбрана такой, чтобы большое зеркало не поворачивало поляризацию этой волны (т.е. расстояние между пластинами твистрефлектора такое, что пропускает обе составляющие вектора E волны длиной λ₂), то антенна будет работать с одной поляризацией для обеих волн. В этом случае затенения раскрыва малым зеркалом не будет ни для волны длиной λ₁ ни для волны длиной λ₂ .

 

 

Рисунок 3.4. Варианты двухзеркальных  антенн

 с поворотом поляризации

Еще одной интересной двухзеркальной антенной с большим параболическим зеркалом является антенна с плоским вспомогательным зеркалом больших размеров, представленная на рисунке 3.4 б, где 1 - горизонтальная поляризация; 2 - вертикальная поляризация; 3 - поверхность, пропускающая волну с вертикальной поляризацией; 4 - поверхность, отражающая волну с поворотом плоскости поляризации на 90^о. Параболическое зеркало прозрачно для волн одной поляризации (на рисунке 3.3 - вертикальной) и отражает волны с поляризацией, перпендикулярной первой.

Поверхность плоского зеркала представляет собой плоский твист рефлектор. Это обеспечивает прохождение отраженной от плоского зеркала волны сквозь параболическое. Такой вариант позволяет легко осуществить неискаженное сканирование ДН антенны в широком секторе углов путем поворота плоского зеркала. При этом угол поворота ДН будет вдвое больше угла поворота плоского зеркала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Двухзеркальные антенны с поворотом плоскости поляризации на большом зеркале лишены известного недостатка, присущего двухзеркальным антеннам осевой симметрии, - экранировки части площади раскрыва поверхностью малого зеркала. В связи с этим диаметр малого зеркала ограничен и может составлять не более 25 % от диаметра большого зеркала.

Двухзеркальные антенны получили широкое применение в радиотехнических системах различного назначения: многоканальных моноимпульсных радиолокационных станциях (бортовых и наземных), радиотелескопах, системах радиорелейной, спутниковой и космической связи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. И.П. Заикин, А.В. Тоцкий, С.К. Абрамов. «Проектирование антенных устройств радиорелейных»

линий связи 2006

2. Фролов О.П. Вальд В.П.. «Зеркальные антенны для земных станций спутников связи» 2008.
3. Хансен Р. «Сканирующие антенные системы СВЧ» 1966
4. Кочержевский Г. Н. Антенно-фидерные устройства: Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1981.
5. Ямпольский В.Г., Фролов О.П. «Оптимизация антенних систем

линий связи.» – М.: Связь, 1991.