Рупорно-параболическая антенна

Облучатели  для высокочастотного диапазона также имеют свои особенности:

- питающим  фидером для облучателей является  волновод;

- непосредственно  излучающими элементами являются  или открытые концы волноводов, или раскрывы рупоров.

В качестве примеров можно привести следующие:

1) Облучатель  в виде открытого конца круглого  волновода. К его достоинствам  относятся пригодность его характеристик  излучения для однозеркальных  антенн, простота изготовления и  низкая стоимость.

2) Облучатель  в виде открытого конца круглого  волновода с гофрированной внешней  поверхностью, по сравнению с  предыдущим имеет лучшую форму  диаграммы излучения.

3) Облучатель  в виде открытого конца круглого  волновода с гофрированным фланцем.

4) Облучатель  в виде открытого конца круглого  волновода с дроссельными фланцами.

5) Облучатель  в виде открытого конца гофрированного  круглого волновода.

6) Облучатель  в виде круглого волновода,  плавно сопряженного с внешним  фланцем.

7) Облучатель  в виде широкоугольного гофрированного  рупора.

8) Облучатель  в виде гофрированного рупора  с линзами в раскрыве.

9) Облучатель  в виде рупорной антенны с  изломом образующей.

10) Облучатель  в виде рупорной антенны с  диэлектрическими вставками.

11) Облучатель  в виде рупорной антенны с  радиопоглощающими вставками.

 

 

Однозеркальные неосесимметричные антенны.

      

           Следует сразу отметить, что провести четкую классификацию однозеркальных неосесимметричных антенн достаточно затруднительно. Это в основном обусловлено практически неограниченным числом вариантов их исполнения. Действительно, любое иное исполнение рефлектора, отличающееся от осесимметричного, уже само по себе является новым вариантом однозеркальной неосесимметричной антенны. Тем не менее, можно предложить следующее подразделение рассматриваемых антенн на два типа:

- антенны типа офсет;

- иное исполнение неосесимметричных однозеркальных антенн.

Критерием данного дифференцирования является следующий признак, который, исходя из  лучевой трактовки  процесса  излучения  и  переизлучения, 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11

 

выглядит следующим образом:

проходит  или нет мимо облучателя отраженная от рефлектора антенны плоская волна.

Типичная  схема неосесимметричных антенн, для которых отраженная от рефлектора волна проходит мимо облучателя, показана на рисунке.

 

 

Рис. 7. Неосесимметричная антенна и ход лучей в ней.

               Далее приведен сравнительный  анализ по некоторым критериям  осесимметричных антенн и антенн  типа офсет:

1) Диаграмма направленности. По этому критерию антенны типа офсет имеют

неоспоримое преимущество перед осесимметричными антеннами. Это обусловлено двумя  различными обстоятельствами. Во-первых, при разумном конструировании антенны  типа офсет удается полностью  вывести из полей действия, как  сферической волны облучателя, так  и плоской переотраженной от

рефлектора волны все конструктивные элементы антенны. Такую проблему для

для  осесимметричных   антенн  решить  не  удается.   В  зонах  действия  полей излучения и переотражения находятся следующие элементы антенны: облучатель, элементы конструкции по удержанию облучателя, питающий волноводный фидер и др. Присутствие указанных элементов в раскрыве антенны оказывает негативное двоякое действие:

- рассеянные  на данных объектах поля создают  дополнительный фон в результирующей  диаграмме излучения антенны,  увеличивая уровень излучения  по боковым направлениям;

- из-за эффекта  затенения повышается уровень  бокового излучения антенны.

Во-вторых, при  разумном конструировании антенны  выбором контура 

рефлектора  можно сформировать практически  любое эквивалентное амплитудное  распределение и тем самым  контролировать излучение антенны  в

области, где доминантно так называемое апертурное излучение.

2) Усиление антенны. По этому критерию сравниваемые схемы антенн примерно равны между собой.

3) Влияние снежных осадков. Если для антенн типа офсет в качестве отражателя выбрана верхняя часть параболоидного зеркала, то эта антенна также имеет очевидные преимущества перед осесимметричной антенной.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

 

   4) Сложность изготовления. Следует различать два основных варианта изготовления антенн:

- со сравнительно  малым размером апертуры;

- с большим  размером апертуры.

Для антенн со сравнительно малой апертурой, когда  рефлектор конструктивно выполнен или кА единое целое, или в виде сборки 2-4 составных частей, сложность производства, а, следовательно, и цена обеих сравниваемых типов антенн примерно одинаковы.

С увеличением  размера раскрыва преимущество осесимметричной  схемы антенны по сравниваемому  критерию становится очевидным.

5) Сложность сборки и настройки. По этому критерию очевидное преимущество имеет осесимметричная схема антенны.

6) Защитное действие антенны. Если сравнивать осесимметричную схему антенны и схему типа офсет, то нельзя однозначно определить преимущества одной из схем по данному критерию. Если же сравнивать осесимметричную схему антенны и нессиметричную схему, не относящуюся к схеме офсет, то здесь также можно практически однозначно определить преимущества последней схемы по данному критерию.

7) Форма ДН. По этому критерию неосесимметричные антенны имеют неоспоримое преимущество перед осесимметричными. Если последние  имеют практически осесимметричную ДН, то неосесимметричные антенны позволяют получить различное отношение ширин ДН в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В частности, это весьма полезное свойство неосесимметричных антенн может быть использовано на пролетах РРЛ, где очень сильна вертикальная рефракция. В этой ситуации целесообразно применить антенну с апертурой, вытянутой в горизонтальной плоскости. Вертикальный размер раскрыва выбирается из условия, чтобы ширина ДН в вертикальной плоскости не превышает дисперсию вертикальной девиации угла прихода сигнала, а горизонтальный размер – из условия реализации необходимой площади раскрыва, при которой выполняется требование по усилению антенны.

              Подводя итоги сравнительного  анализа, можно сделать следующий  вывод: для малоразмерных антенн неосесимметричная схема имеет предпочтение практически по всем рассмотренным аспектам, тогда как антенны больших размеров предпочтительно выполнять по осесимметричной схеме.

              В зависимости от схемы исполнения  неосесимметричной антенны, точнее от конфигурации рефлектора, могут быть применены различные облучатели, в том числе и облучатели, используемые для осесимметричных однозеркальных антенн. Ниже приведены примеры трех видов облучателей, которые специально предназначены для неосесимметричных антенн.

1) Облучатель в виде рупорной  антенны с изломом образующей  и с косым срезомИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

13

.

2) Облучатель  в виде гофрированной рупорной  антенны эллиптической конфигурации.

3) Облучатель  в виде неосесимметричной рупорной антенны с диэлектрическим вкладышем.

        Отдельно нужно отметить неосесимметричные антенны с повышенной помехозащищенностью. В качестве примера можно рассмотреть  неосесимметричную зеркальную антенну с выходом питающего волновода вертикально вниз.

 

Рис.8.Схема неосесимметричной однозеркальной антенны с выходом питающего волновода вертикально вниз.

Схема антенны  приведена на рисунке. Антенна состоит  из:

- неосесимметричного рефлектора, проекция которого представляет собой

квазикруг;

- облучателя  в виде рупорной антенны с  изломом, поворотом оси и косым  срезом;

- защитного экрана, установленного  под нижней кромкой рефлектора.

       В такой технической реализации  величина защитного действия  значительно превышает величину  усиления антенны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

14

 

 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-фазовИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

15

 

ого 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.   

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

16

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.

 

 

2. 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.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

17

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 .