Рупорные антенны с круговой поляризацией поля

Для получения круговой (или близкой к ней) поляризации излучаемого рупором поля применяются фазирующие секции, устанавливаемые в волноводе, питающем рупор. В фазирующей секции происходят разложение вектора линейно поляризованного электромагнитного поля на две взаимно перпендикулярные составляющие, лежащие в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, и обеспечение между ними на выходе секции сдвига фаз в 90°.

Существуют различные фазирующие секции. В качестве фазирующей секции можно, например, использовать отрезок волновода с квадратным поперечным сечением, возбуждаемый прямоугольным волноводом с волной H₁₀. Возбуждающий волновод соединяется с фазирующей секцией плавным пирамидальным переходом. Поперечные сечения возбуждающего волновода и фазирующей секции повернуты относительно друг друга на 45° (рис. 6).

В результате вектор поля в фазирующей секции будет иметь составляющие Е_х и Е_у, параллельные взаимно перпендикулярным стенкам. Таким образом, поле в секции можно рассматривать как суперпозицию волн H₁₀ и H₀₁.

Для создания необходимого сдвига фаз между составляющими Е_х и Е_у в фазирующую секцию (1) устанавливают тонкую диэлектрическую пластинку (2), причем так, чтобы большой размер ее поперечного сечения был параллелен либо составляющей Е_х, либо Е_у. Такая пластинка влияет в основном на фазовую скорость той волны, линии вектора которой параллельны поверхности пластины. Толщина пластинки выбирается достаточно малой по сравнению с рабочей длиной волны. Тем самым она не оказывает заметного влияния на фазовую скорость волны, вектор которой перпендикулярен поверхности пластины.

Рисунок 6. Расположение сечений возбуждающего волновода и

фазирующей секции

 

При квадратном раскрыве пирамидального рупора ширина главного лепестка ДН в двух взаимно перпендикулярных плоскостях получается неодинаковой из-за различных амплитудных распределений возбуждающего поля в Е- и H-плоскостях. В Н- плоскости ДН (по нулям) примерно в 1,5 раза шире, чем в E-плоскости. Между тем в ряде случаев желательно иметь одинаковые ДН в обеих плоскостях. Это особенно важно при круговой поляризации излучаемого поля. Один из способов получения одинаковых ДН состоит в том, что в квадратном раскрыве устанавливаются металлические ребра высотой на расстоянии друг от друга (рис. 7).

Рисунок 7. Пояснения к способу получения одинаковых ДН

Если вектор поляризован вдоль оси х, то такая волна не может распространяться между пластинами, параллельными оси х, из-за того, что размер Для нее размер раскрыва как бы уменьшается и становится равным Если то размер апертуры , параллельной оси х, в 1,5 раза будет меньше размера параллельного оси у. Так как на составляющую Е_у данные ребра не воздействуют, то ДН для обеих поляризаций поля в плоскости x0z будут примерно одинаковы. Аналогичным образом (с помощью ребер, прикрепленных к другим стенкам рупора) можно выровнять ДН в плоскости y0z.

Можно реализовать свойства фазирующей секции и без размещения диэлектрической пластины. Для этого вместо волноводной секции квадратного сечения следует взять волновод, несколько отличающийся от квадратного сечения. Сдвиг фаз в 90° обеспечивается соотношением размеров поперечного сечения а, b и длины l такого волновода за счет различия коэффициентов фазы.

 

2. Зеркальные параболические антенны

 

Зеркальная осесимметричная параболическая антенна состоит из отражающей поверхности, выполненной в виде параболоида вращения, и небольшой слабонаправленной антенны-облучателя, установленный в фокусе параболоида и облучающей внутреннюю поверхность последнего. На базе такой классической зеркальной антенны разработаны различные модификации, многообразие которых приводит к целесообразности сгруппировать их, т.е. провести классификацию по основным отличительным признакам. Так, по числу отражающих зеркал различают одно- и многозеркальные антенны. Последние, как правило, содержат два зеркала. Часто эту группу называют двухзеркальными антеннами.

По взаимной ориентации зеркал и облучателей антенны могут быть симметричными и осенесимметричными. В симметричных антеннах отражающее зеркало обладает осевой симметрией, и поле, отраженное от вершины такого зеркала, попадает в облучатель. Если не принять специальных мер, то согласование антенны будет невысоким. В осенесимметричных схемах антенн волны, отраженные от зеркала, проходят мимо облучателя. Такие схемы называют еще антеннами с вынесенным облучателем (АВО). Их отличает высокое согласование c трактом питания, но в то же время они обладают повышенным уровнем кроссполяризации, что при одновременной работе на ортогональных поляризациях является источником дополнительных помех.

По числу основных лучей, создаваемых зеркальной антенной, различают одно- и многолучевые антенны. Число лучей определяется числом облучателей. Многолучевые антенны могут создаваться как в симметричном, так и в осенесимметричном варианте.

По типу кривизны основного зеркала используются параболические и сферические отражающие зеркала, зеркала с классическим и модифицированным профилями, обеспечивающими высокий результирующий КИП в условиях компромисса между апертурными КИП и потерями за счет «перелива» энергии за края зеркала. Это так называемые оптимизированные антенны.

При фиксированном положении отражающего зеркала направление максимального излучения (приема) может быть либо фиксированные, либо антенна может работать в режиме сканирования. Особое место занимают зеркальные антенны с пониженным УБЛ.

 

2.1. Геометрические свойства и принцип действия параболической антенны

В прямоугольной системе координат (начало в вершине параболоида) параболическая поверхность (рис. 8) описывается уравнением

(4)

где – фокусное расстояние.

Рисунок 8. Пояснение к принципу действия параболической антенны

 

В сферической системе координат (начало в фокусе) эта поверхность описывается уравнением

(5)

где - расстояние от фокуса до любой точки на внутренней поверхности параболоида; - угол между направлением на данную точку и фокальной осью зеркала (полярный угол).

В случае параболоида вращения плоскость раскрыва (плоскость, проходящая через крайние точки поверхности зеркала и перпендикулярная его фокальной оси) имеет круглую форму; радиус этой плоскости называется радиусом раскрыва зеркала . Радиус раскрыва и угол раскрыва зеркала (угол между фокальной осью и прямой, проведенной из фокуса к кромке параболоида) связаны соотношением

(6)

Форма зеркала характеризуется отношением или углом раскрыва Зеркало называется длиннофокусным, если либо или короткофокусным (глубоким), если либо . Если фокус находится на пересечении плоскости раскрыва зеркала с фокальной осью, то и

Принцип действия зеркальной антенны следующий. При падении излучаемой облучателем электромагнитной волны на зеркало на последнем возникают электрические поверхностные токи (вторичные источники электромагнитного поля). Эти токи существуют не только на внутренней, обращенной к облучателю поверхности зеркала, но также из-за явления дифракции электромагнитных волн и на его внешней поверхности. Электромагнитное поле, создаваемое зеркальной антенной в любой точке окружающего пространства, есть результат сложения (интерференции) полей: вторичного, создаваемого поверхностными токами, и первичного, создаваемого облучателем.

С позиций метода геометрической оптики расходящиеся лучи, которые идут от источника (облучателя), находящегося в фокусе зеркала, после отражения от его поверхности становятся параллельными. Параллельным лучам соответствует плоский фронт волны.

Рассмотрим сечение параболоида плоскостью x0z (рис. 9). Образованная этим сечением парабола обладает тем свойством, что расстояния от ее фокуса F до любой точки, лежащей на линии MN, перпендикулярной оси параболы и параллельной ее директрисе, по ломаным путям (FP₁M₁, FP₂M₂) одинаковы.

Рисунок 9. Сечение параболоида плоскостью x0z

 

Установленный в точке F облучатель излучает волны, близкие к сферическим. При этом расходящиеся лучи совпадают с линиями FP₁, FP₂ и т.д. Если бы длина волны первичного источника была бесконечно мала, то лучи, падающие на внутреннюю поверхность параболоида, отражались бы от нее по законам геометрической оптики. При этом вследствие параболической формы зеркала все отраженные лучи были бы параллельны оси z и, таким образом, сферическая волна преобразовывалась бы параболоидом в плоскую волну. В действительности длина волны облучателя не бесконечно мала, и поэтому отраженные лучи идут не параллельно, а расходятся. Однако расходимостью отраженных от зеркала лучей на небольшом участке пути от зеркала до поверхности раскрыва (АВ на рис. 10, а) можно пренебречь, и эту поверхность можно считать синфазно возбужденной.

 

2.2. Приближенные методы расчета ДН зеркальной параболической антенны

Имеются два приближенных метода определения направленных свойств параболической антенны: апертурный и токовый.

Апертурный метод состоит в определении электромагнитного поля излучения по известному распределению возбуждающего поля на поверхности зеркала - на основе принципа эквивалентности. Пренебрегая влиянием ряда факторов (дифракцией электромагнитной волны на кромке зеркала, излучением токов, затекающих на необлучаемую поверхность зеркала), считают, что излучающей поверхностью зеркала является только поверхность его раскрыва.

Амплитудное распределение в раскрыве зеркала определяется ДН облучателя и формой зеркала (отношением ). При расчете амплитудного распределения полагают, что зеркало относительно облучателя находится в дальней зоне. Это допустимо, так как обычно расстояние от фокуса до поверхности зеркала составляет десятки длин волн. В этом случае относительная амплитуда напряженности поля, создаваемого облучателем в любой точке поверхности зеркала (рис. 10, а), могла быть найдена из следующих соображений. Поле облучателя, являясь обычно сферической волной, убывает обратно пропорционально пройденному расстоянию

С учетом этого амплитуда напряженности поля в произвольной точке поверхности зеркала определяется

(7)

где определяется по формуле (5); - нормированная ДН облучателя; - амплитуда напряженности поля у вершины зеркала.

После отражения от зеркала затуханием поля при его распространении до плоского раскрыва зеркала АВ пренебрегают, полагая, что это плоская волна. На данном основании принимают, что амплитуда напряженности поля в произвольной точке раскрыва В нормированном представлении

(8)

Рисунок 10. Пояснения к определению относительная амплитуда напряженности поля, создаваемого облучателем в любой точке поверхности зеркала

 

Отношение - амплитудное распределение поля в апертуре удобно изображать в виде графика и рассматривать как функцию относительного переменного радиуса раскрыва (рис. 10, б). Отметим, что представление амплитудного распределения в виде точной аналитической функции либо невозможно, либо приводит к громоздким вычислениям при расчете ДН.

В случае осесимметричной ДН облучателя хорошие результаты дает аппроксимация функции степенным рядом

(9)

При этом для практических расчетов можно ограничиться только первыми тремя членами ряда. Диаграмма направленности излучающего раскрыва (без учета направленных свойств элемента Гюйгенса) будет иметь вид

(10)

Для расчета ДН необходимо предварительно определить постоянные коэффициенты а₂ и а₄. Для этого по известной ДН облучателя строится график амплитудного распределения (см. рис. 10, б). Аппроксимирование этого амплитудного распределения функций (9) сводится к такому подбору коэффициентов а₂ иа₄ чтобы аппроксимирующая функция совпадала с функцией амплитудного распределения в двух точках, например, при и (в точке совпадение функции с функцией выполняется автоматически).

В настоящее время в инженерной практике пользуются библиотекой программ, разработанной для ПЭВМ, позволяющих вводить в расчеты реальные распределения амплитуды поля и с достаточно высокой степенью точности рассчитывать по ним направленные свойства зеркальных антенн.

Токовый метод определения направленных свойств параболической антенны базируется на известном распределении поверхностных токов на внутренней поверхности зеркала. Полагая, что эти токи существуют только на внутренней поверхности зеркала, можно вектор плотности тока в данной точке поверхности зеркала определить с учетом ориентации векторов в падающей и отраженной волнах по формуле - единичный вектор внешней нормали к данной точке поверхности зеркала; - вектор напряженности магнитного поля, создаваемого падающей волной облучателя в данной точке на поверхности зеркала.

На рис. 11 изображено распределение поверхностного тока, спроектированное на плоскость х0у. Облучателем является элементарный электрический вибратор (ось вибратора параллельна оси х) с контррефлекгором, обеспечивающим однонаправленное излучение в сторону зеркала. Зная закон распределения тока на поверхности зеркала, можно рассчитать его ДН. Для этого необходимо проинтегрировать по всей поверхности зеркала выражение для напряженности поля, которое создает элемент поверхности зеркала, рассматриваемый как элементарный электрический вибратор.

Рисунок 11. Распределение поверхностного тока, спроектированное на плоскость х0у

 

Как видно из рис. 11, поле в направлении оси z зеркала создается только составляющими вектора , параллельными оси х, которые во всех квадрантах имеют одинаковые направления. Поля Е_х, излучаемые ими в направлении оси z, складываются синфазно, т.е. это направление является направлением максимального излучени я.

Составляющие плотности поверхностного тока в различных квадрантах имеют взаимно противоположные направления; поля Е_у, обусловленные ими в направлении оси z, попарно противофазны, следовательно, не создают излучения в главном направлении. В других (боковых) направлениях из-за появляющейся разности хода между полями от составляющих тока возникает поле с поляризацией, перпендикулярной по отношению к основной составляющей Е_х.

Составляющие также не создают излучения вдоль оси z (вибратор вдоль своей оси не излучает). Составляющие и не создают излучения в обеих главных плоскостях (плоскости x0z и y0z). Поляризация излучаемого поля в главных плоскостях является линейной (Е_х). В других плоскостях, проходящих через ось z, имеет место также излучение за счет составляющих и , вследствие чего появляется поперечная (относительно основной) поляризация поля. Поперечная поляризация (кроссполяризация) является паразитной; она несколько уменьшает КНД антенны. Уровень кроссполяризации тем ниже, чем меньше отношение т.е. чем более длиннофокусным является зеркало. Таким образом, токовый метод позволяет учесть поляризационные эффекты в зеркальной антенне.

Методика расчета ДН зеркальной антенны токовым методом состоит в интегрированииии по всей поверхности зеркала выражения для напряженности поля, создаваемого элементом этой поверхности. При этом составляющая плотности тока определяет поле излучения основной поляризации, составляющие и - поле излучения перекрестной поляризации.

Расчет ДН зеркальной антенны, основанный на приближенном определении токов на ее рабочей поверхности, обеспечивает достаточно точные результаты в пределах главного лепестка и прилегающих к нему одного - трех боковых лепестков.

Оба метода (апертурный и токовый) тем более точны, чем больше относительные размеры зеркала и его радиус кривизны (т.е. чем меньше отношение

 

9.3. Коэффициенты усиления и направленного действия параболической антенны

Как известно, коэффициент усиления G антенны связан с ее коэффициентами направленного действия D и полезного действия простым соотношением

Коэффициент полезного действия зеркальной антенны учитывает тепловые потери энергии в облучателе, элементах крепления облучателя, краске, покрывающей внутреннюю поверхность зеркала. Обычно принимают . Поэтому рассмотрим подробно определение КНД.

Коэффициент направленного действия зеркальной антенны можно рассчитать по известной формуле, заменив в ней апертурный КИП (v_а) множителем (результирующий, или полный, КИП), учитывающим уменьшение КНД из-за действия ряда факторов: переливания части излученной облучателем энергии через края зеркала, вызывающего увеличение УБЛ ДН зеркальной антенны в задних квадрантах (дальние боковые лепестки); ошибки в фазовом распределении на раскрыве; затенения части поверхности раскрыва облучателем и элементами его крепления; кроссполяризации излучаемого поля и др. Таким образом

где - площадь раскрыва; Здесь v _а - апертурный КИП раскрыва зеркала; v ₁ - множитель, определяемый переливанием части энергии через края зеркала; v ₂ - множитель, определяемый затенением; v₃ - множитель, определяемый фазовыми ошибками; v ₄ - множитель, учитывающий явление кроссполяризации; v ₅ - множитель, учитывающий дифракцию поля на кромке зеркала.

Множитель v₁, называемый коэффициентом перехвата, - есть отношение мощности, излученной облучателем и перехватываемой зеркалом, к полной мощности, излученной облучателем, при этом потери в зеркале не учитываются. Следовательно, при осесимметричной ДН облучателя можно определить .

Если при заданной форме зеркала = const) расширять ДН облучателя (кривая 1 на рис. 12), то амплитудное распределение в раскрыве зеркала становится более равномерным (v_а растет). Однако вместе с тем увеличивается доля энергии, проходящей мимо зеркала (уменьшается v₁). При сужении ДН облучателя наоборот: уменьшается v_а и увеличивается v₁.

Рисунок 12. Пояснения к значениям КНД зеркальной антенны

 

Два противоположно действующих на результирующие КИП и КНД фактора при постоянной величине или угла раскрыва зеркала γ₀ и изменяемой ширине ДН облучателя определяют условие оптимального КНД. Условие оптимального облучения примерно обеспечивается при

где - напряженность на краю зеркала. При этом v_av₁ = 0,7...0,8.

С точки зрения получения максимального КНД при заданных размерах зеркала идеальной является ДН облучателя, изображенная на рис. 12 (кривая 2). Она должна быть осесимметричной и имеет два максимума в направлениях на края зеркала. Амплитудное распределение раскрыва зеркала в данном случае получается близким к равномерному (с учетом разных расстояний от фокуса зеркала до его вершины и краев), т.е. v_a = 1 переливание энергии за края зеркала отсутствует (ДН имеет бесконечную крутизну ската), таким образом, v₁ = 1. Для обеспечения высокого v_рез ДН облучателя должна иметь форму, по возможности приближающуюся к идеальной (например, кривая 3 на рис. 12). Близкие к ней ДН можно получить с помощью расфазированных рупоров и их модификаций. Кроме того, надо исключить или уменьшить влияние других факторов, снижающих результирующий КИП антенны (устранить затенение раскрыва облуча­телем, снизить кроссполяризацию).

Реализация высоких значений v_рез, а, следовательно, КНД антенн не является единственно важной задачей в практическом приложении. В антенных системах ряда радиослужб предъявляются высокие требования к УБЛ. Например, в системах спутниковой связи, использующих геостационарную орбиту, от уровня первых боковых лепестков, примыкающих к главному, во многом зависят помехозащищенность и электромагнитная совместимость, поэтому он должен быть ниже главного минимум на 25...30 дБ. Возможность снижения УБЛ связана с обеспечением определенного амплитудного распределения поля (или токов) по элементам антенны.

 

9.4. Влияние точности выполнения зеркальной антенны на ее направленные свойства

Неточности, неизбежные при создании конструкции антенны (например, при выполнении поверхности зеркала, установке облучателя), вызывают отклонение распределения поля на излучающей поверхности от расчетного и соответствующие искажения ДН.

Ошибки в распределении поля по раскрыву могут быть систематическими и случайными. К систематическим ошибкам относятся такие, которые можно предусмотреть при полном и точном расчете антенны. Причинами этих ошибок могут быть смещение облучателя из фокуса, затенение раскрыва зеркала облучателем и элементами его крепления и др. Случайные ошибки обусловлены незакономерными и обычно небольшими отклонениями параметров антенны от их расчетных значений. Причинами таких ошибок являются недостаточная точность обработки поверхности зеркала, случайные деформации поверхности антенны вследствие изменения температуры или ветровых нагрузок.

Систематические ошибки одинаковы в различных экземплярах антенны данной конструкции (при одинаковом методе изготовления). Их можно учесть заранее. Случайные ошибки могут быть различными в отдельных экземплярах антенн, несмотря на одинаковую конструкцию и методы изготовления. Заранее эти ошибки учесть невозможно, и влияние их можно оценить только статистическими методами, позволяющими находить средние (для данного семейства антенн) характеристики направленности или среднее значение некоторых параметров (например, КНД).

Правильная оценка влияния случайных ошибок на направленные свойства антенны позволяют установить допуски на необходимую точность изготовления антенны. Это особенно важно при проектировании больших зеркальных антенн для космической радиосвязи и радиоастрономии, так как от величины допусков существенно зависит стоимость антенны.

При анализе влияния случайных ошибок на направленные свойства антенны полагают, что ошибка в фазе или амплитуде тока на одном участке антенны не зависит от аналогичных ошибок на соседних участках, если расстояние до этих участков превышает некоторую определенную величину С, называемую интервалом корреляции.Такие участки называют некоррелированными.

Некоррелированные участки зеркала, где имеются ошибки в выполнении поверхности, ведут к увеличению мощности излучения, заключенной в боковых лепестках, и уменьшению КНД антенны в главном направлении. Уменьшение КНД параболической антенны из-за влияния случайных фазовых ошибок можно определить по формуле

(13)

где D - КНД зеркала с учетом ошибок; D ₀ - КНД при отсутствии ошибок; - средний квадрат фазовой ошибки.

При величину можно рассчитать по формуле

(14)

При других значениях С расчет ведется по более сложным формулам. Зависимость уменьшения КНД антенны от среднеквадратической ошибки формы зеркала при различных интервалах корреляции С показана на рис. 13. Важно отметить, что увеличение УБЛ наступает гораздо раньше, чем появляется существенное уменьшение КНД.

Статистический анализ влияния случайных ошибок на направленные свойства зеркальной антенны позволяет сделать следующие выводы.

1) Случайные ошибки в распределении возбуждающего поля в раскрыве антенны увеличивают УБЛ и уменьшают КНД.

2) Уровень боковых лепестков параболической антенны пропорционален среднеквадратической фазовой ошибке и квадрату интервала корреляции С, измеренного в длинах волн.

Рисунок 13. Зависимость КНД антенны от среднеквадратической ошибки формы зеркала при различных С

 

3) Участки зеркала, на которых реальная поверхность отклоняется от расчетной, должны быть небольшими, т.е. при одном и том же допуске на точность обработки поверхности зеркало с меньшим интервалом корреляции (более шероховатая поверхность) обеспечит более низкий УБЛ.

4) При повышении частоты увеличиваются как фазовые ошибки вида так и интервал корреляции, выраженный в длинах волн. Поэтому КНД антенны с неизменной площадью раскрыва увеличивается не пропорционально квадрату частоты, а медленнее. При данной точности выполнения поверхности зеркала в данном интервале корреляции существует предельный КНД, который нельзя превзойти уменьшением λ или увеличением диаметра зеркала.

5) Характер ДН в области боковых лепестков определяется в большей степени точностью изготовления антенны, а не способом ее облучения.

 

2.5. Влияние отражений от зеркала на входное сопротивление антенны (реакция зеркала на облучатель)

Часть отраженных от зеркала лучей, на пути которых находится облучатель, перехватывается последним (реакция зеркала). По отношению к отраженным от зеркала волнам облучатель ведет себя как приемная антенна. В основном на облучатель воздействуют волны, отраженные вблизи вершины зеркала. Очевидно, что чем больше КНД облучателя, тем большую мощность он перехватывает. Перехваченная мощность создает в линии питания волну, идущую от облучателя к генератору, аналогичную по действию обычной отраженной волне, возникающей в линии вследствие ее рассогласования с нагрузкой. Появление в тракте отраженной от зеркала волны ухудшает согласование антенны, так как эквивалентно изменению входного сопротивления антенны.

Отраженную волну можно скомпенсировать с помощью какого- либо согласующего устройства, устанавливаемого у вершины зеркала, либо в питающей линии вблизи облучателя. Однако действие такого устройства будет эффективным только на фиксированной частоте, поскольку с изменением частоты (из-за изменения разности хода лучей) вновь появится отраженная волна.

Если антенна излучает поле вращающейся поляризации, то реакция зеркала на облучатель будет практически отсутствовать. Дело в том, что при отражении от зеркала излучаемой облучателем волны направление вращения плоскости поляризации изменяется на обратное, вследствие чего она не принимается облучателем. Это антенна с поляризационной развязкой.

Удачным способом устранения реакции зеркала на облучатель в широкой полосе частот является применение невзаимных устройств, например ферритовых вентилей и циркуляторов. Они устанавливаются в волноводном тракте перед облучателем и, внося сравнительно малые потери для прямой волны, на 20...25 дБ ослабляют отраженную волну.

Наиболее радикальный способ уменьшения реакции зеркала состоит в выносе облучателя из поля отраженных от зеркала лучей. Для этого облучатель устанавливают в фокусе зеркала (разворачивают) так, чтобы направление его максимального излучения составило некоторый угол с фокальной осью зеркала. При этом облучается только часть зеркала, расположенная выше его оси, и отраженные от нее лучи проходят мимо облучателя. Не облучаемая часть зеркала удаляется (осенесимметричная антенна).

2.6. Управление ДН параболической антенны

Если фазовый центр облучателя сместить из фокуса в направлении, перпендикулярном оси зеркала (рис. 14, а), то поверхность раскрыва зеркала перестанет быть синфазной. Лучи 1 и 1’, 2 и 2’отраженные от поверхности зеркала, достигают поверхности раскрыва не одновременно.

Рисунок 14. Управление ДН параболической антенны

Можно показать, что при небольшом смещении облучателя и достаточно длиннофокусном зеркале фазовое распределение поверхности раскрыва близко к линейному. Поэтому вынос облучателя из фокуса в направлении, перпендикулярном оси зеркала, приводит к повороту ДН в сторону, противоположную смещению облучателя. Угол поворота ДН (рис. 14, б) при малых смещениях облучателя примерно равен углу смещения облучателя , определяемому по формуле = Синфазный фронт волны в раскрыве зеркала поворачивается на угол . С увеличением кроме линейного изменения фазы появляются заметные фазовые ошибки более высоких порядков, из которых наибольшую роль играют кубические. Знаки кубического и линейного фазового распределения противоположны (рис. 14,а). В этом случае ДН поворачивается на угол, меньший, чем главный лепесток становится несимметричным относительно своего максимума и УБЛ со стороны, противоположной смещению ДН, возрастает.

Смещение облучателя из фокуса используется в антеннах систем спутниковой связи и в радиолокации для сопровождения цели (ИСЗ, самолет). Во избежание значительных искажений ДН из-за появления кубической фазовой ошибки угол поворота должен быть невелик и обычно не может превышать нескольких значений ширины главного лепестка ДН (по половинной мощности).

При смещении облучателя из фокуса вдоль оси зеркала на поверхности раскрыва возникают фазовые искажения, симметричные относительно вершины зеркала, что расширяет главный лепесток и увеличивает УБЛ ДН. При больших смещениях излучение в главном направлении уменьшается и главный лепесток раздваивается. Чтобы фазовая ошибка из-за смещения облучателей не превышала допустимого значения , должно выполняться следующее условие

 

Двухзеркальные антенны

 

Рассмотренные зеркальные параболические антенны по сравнению с другими типами антенн обладают хорошими электрическими характеристиками, технологичны в изготовлении и имеют сравнительно простую конструкцию. Наряду с этими достоинствами они обладают недостатками, которые в ряде случаев не позволяют удовлетворить комплексу требований, предъявляемых к современным антеннам. Такими недостатками являются большая длина тракта от антенны до приемопередающей аппаратуры и его размещение в поле излучения антенны; сложность обеспечения амплитудного распределения поля в раскрыве, близкого к равномерному, с сохранением высокого значения результирующего КИП (v _рез); неприемлемые в ряде случаев продольные габаритные размеры антенны и др. Поэтому наряду с однозеркальными схемами антенн были разработаны так называемые двухзеркалъные антенны, в которых перечисленные недостатки проявляются в меньшей степени либо полностью устраняются.

Среди многообразия типов двухзеркальных антенн есть две классические: это двухзеркальные антенны Кассегрена (рис. 15, а) и Грегори (б).