ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА С ОБЩЕЙ АПЕРТУРОЙ С УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ ОБЛУЧАТЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК H01Q5/00 H01Q19/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к антенне, более конкретно, к антенне с общей апертурой с высокоэффективным облучателем, и к способу ее конструирования.

Предшествующий уровень техники

Антенны с общей апертурой являются широко известными. Например, патент США №5214438 описывает датчик миллиметровых волн и инфракрасного диапазона с общей приемной апертурой. Раньше ложные обнаружения цели снижали экономичность и эффективность головок самонаведения с одним датчиком. Погодные условия и время суток могут неблагоприятно влиять на способность датчика обнаруживать цель. Использование энергии миллиметровых волн (ММВ) эффективно при неблагоприятных погодных условиях. Однако разрешающая способность не настолько высока, как обеспечиваемая оптическими системами, работающими в инфракрасном (ИК) диапазоне. В оптической системе на разрешающую способность отрицательно влияет дождь, туман или влажность. Эти условия могут уменьшать эффективность таких чувствительных элементов в оптическом спектральном диапазоне. Обнаружение цели может быть существенно улучшено за счет объединения сигналов миллиметровых волн и инфракрасных оптических сигналов, существенно уменьшая влияние климатических условий. ИК-диапазон и ММВ также восприимчивы к известным мерам противодействия различных видов и, следовательно, система с объединенной апертурой меньше восприимчива к любому одному типу противодействия.

Несмотря на вышеупомянутые преимущества, связанные с такими антеннами с общей апертурой, заявителями было обнаружено, что в традиционных конструкциях существуют различные проблемы. Например, конструкция зеркальной антенны с основным фокусом может иметь чрезвычайно большую величину центрального затенения (значительно большую, чем это было бы в случае обычного облучателя), создаваемого другой частью полной системы. В такой ситуации конструктору антенны остается максимизировать рабочие характеристики зеркальной антенны при наличии этого затенения.

В качестве более конкретного примера, ИК датчик в антенне с общей апертурой может совместно использовать ту же самую поверхность основного зеркала, что и радиочастотная (РЧ) (микроволновая или миллиметровых волн) зеркальная антенна. В такой ситуации конфигурация зеркала часто диктуется более строгими требованиями ИК системы. Это обычно имеет отрицательное влияние на рабочие характеристики РЧ системы. То есть то, что выгодно для ИК системы, обычно не является выгодным для РЧ системы.

Ввиду вышеупомянутых недостатков, связанных с традиционными конструкциями, существует потребность в антенне с общей апертурой, которая может обеспечить эффективную работу каждой из систем. Например, существует потребность в зеркальной антенне с общей апертурой, которая может быть оптимизирована для ИК системы, а также эффективно конфигурирована для РЧ системы. Кроме того, существует потребность в способе конструирования такой антенны.

Сущность изобретения

Предложены зеркальная антенна с общей апертурой и облучатель для использования в системах датчиков с общей апертурой. В возможном варианте осуществления изобретения облучатель содержит решетку отдельных элементов. Элементы решетки конфигурированы так, чтобы увеличить общую эффективность зеркальной антенны путем выравнивания облучения апертуры и исключения облучения в центральной затененной части поверхности зеркальной антенны. Более конкретно, элементы решетки тщательно конфигурированы с учетом шага и возбуждения, например, так, что решетка облучает только незатененную часть основного зеркала. Кроме того, диаграмма направленности решетки оптимизировна так, что не затененная часть зеркальной антенны облучается почти равномерно.

В соответствии с одним аспектом изобретения, заявлена зеркальная антенна с общей апертурой. Антенна содержит основное зеркало, имеющее по существу параболическую отражающую поверхность и линию визирования, проходящую из вершины основного зеркала через фокальную точку основного зеркала. Кроме того, антенна содержит облучатель, расположенный в фокальной точке, для облучения основного зеркала радиочастотной (РЧ) энергией и/или приема от основного зеркала РЧ энергии заранее определенной РЧ длины волны, для передачи/приема РЧ энергии; и по меньшей мере одно из вспомогательного зеркала и чувствительного элемента, расположенных в фокальной точке, для отражения или приема энергии заранее определенной длины волны, отличной от заранее определенной РЧ длины волны. Затенение основного зеркала из-за вспомогательного зеркала или чувствительного элемента вдоль линии визирования равно или больше, чем затенение основного зеркала из-за облучателя. Для противодействия такому затенению, облучатель конфигурирован так, чтобы направлять большую часть РЧ энергии из облучателя в области основного зеркала, которые не затенены вспомогательным зеркалом или чувствительным элементом.

В соответствии с другим аспектом изобретения, заявлен способ конструирования такой антенны. Способ включает этапы выбора начальной оценки для решетки облучателя, составляющей облучатель, на основании затенения основного зеркала вспомогательным зеркалом или чувствительным элементом и по меньшей мере одного параметра из числа элементов решетки, шага элементов решетки, амплитуды возбуждения элементов решетки, диаметра основного зеркала и фокального расстояния основного зеркала; оценки рабочей характеристики решетки облучателя на основании начальной оценки; вычисления коэффициента качества, показывающего РЧ эффективность антенны на основании оцененной рабочей характеристики; и оптимизации РЧ эффективности путем изменения начальной оценки и повторной оценки рабочей характеристики и коэффициента качества.

Для выполнения вышеупомянутых и связанных с ними результатов изобретение содержит признаки, детально описанные ниже и указанные в формуле изобретения. Последующее описание и чертежи поясняют приведенные для примера варианты осуществления изобретения. Однако эти варианты осуществления показывают лишь некоторые из различных путей использования принципов изобретения. Другие задачи, преимущества и новые признаки изобретения поясняются в последующем подробном описании, иллюстрируемом чертежами.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вид в перспективе зеркальной антенны с общей апертурой в соответствии с приведенным для примера вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 - схематичный вид сбоку антенны фиг.1;

фиг.3 - вид спереди решетки облучателя, выполненной в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4А - оцененная диаграмма направленности в плоскости Е для решетки облучателя по фиг.3;

фиг.4В - оцененная диаграмма направленности в плоскости Е для антенны, содержащей решетку облучателя по фиг.3;

фиг.5 - вид спереди решетки облучателя, выполненного в соответствии со сравнительным примером;

фиг.6А - оцененная диаграмма направленности в плоскости Е для решетки облучателя по фиг.5 и

фиг.6В - оцененная диаграмма направленности в плоскости Е для антенны, содержащей решетку облучателя по фиг.5.

Описание предпочтительного варианта осуществления

Настоящее изобретение описано со ссылками на чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых элементов на всех чертежах.

На фиг.1 и фиг.2 представлена зеркальная антенна 10 с общей апертурой, выполненная в соответствии с настоящим изобретением. Антенна 10 содержит основное зеркало 12, имеющее поверхность 14, которая является отражающей как для микроволновой РЧ энергии/РЧ энергии миллиметровых волн, так и инфракрасной (ИК) энергии. В приведенном для примера варианте осуществления основное зеркало 12 имеет круглую апертуру с диаметром D, как изображено на фиг.1. Основное зеркало является параболическим или почти параболическим в поперечном сечении с фокальной точкой FP, расположенной на фокальном расстоянии F от вершины 16 основного зеркала 12. Как изображено на фиг.2, линия визирования 18 антенны 10 проходит из вершины 16 основного зеркала 12 через фокальную точку FP и, следовательно, при использовании направлена на цель, представляющую интерес.

Антенна 10 дополнительно содержит РЧ облучатель 20, расположенный в фокальной точке FP основного зеркала 12. РЧ облучатель 20 расположен так, что при передаче РЧ сигнала РЧ облучатель 20 облучает основное зеркало 12 РЧ энергией так, что РЧ энергия отражается основным зеркалом 12 вдоль линии визирования 18 к цели (не изображена). При приеме РЧ сигнала РЧ облучатель принимает РЧ энергию, отраженную по направлению к нему основным зеркалом 12.

В соответствии с возможным вариантом осуществления настоящего изобретения, вспомогательное ИК зеркало 22 расположено приблизительно в фокальной точке FP между основным зеркалом 12 и РЧ облучателем 20. Как описано в патенте США №5214438, например, такое вспомогательное ИК зеркало 22 может быть изготовлено из дихроичного элемента, который отражает ИК энергию, но в то же время передает РЧ энергию. Вспомогательное ИК зеркало 22 отражает ИК энергию, принимаемую от основного зеркала 12, в ИК чувствительный элемент 24, расположенный в вершине 16 основного зеркала 12. В то же время вспомогательное ИК зеркало 24 позволяет РЧ энергии проходить через него между РЧ чувствительным элементом 20 и основным зеркалом 12. Третий чувствительный элемент 26, такой как лазерная радиолокационная система, устанавливается перед РЧ облучателем 20, как изображено на фиг.2. Третий чувствительный элемент 26 при необходимости может иметь относительно большой диаметр по сравнению с РЧ облучателем 20 и дополнительным ИК зеркалом 24. Одна или более подпорок 28 служат для поддержки вспомогательного ИК зеркала 22, РЧ облучателя 20 и/или третьего чувствительного элемента 26.

В соответствии с другим вариантом осуществления, антенна 10 может содержать только одно из вспомогательного ИК зеркала 22/ИК чувствительного элемента 24 и третьего чувствительного элемента 26, что также входит в объем изобретения. В любом случае РЧ облучатель 20, вспомогательное ИК зеркало 24 и/или третий чувствительный элемент 26 представляют общее затенение 30 относительно РЧ энергии, имеющее максимальный диаметр b относительно основного зеркала 12. Как изображено на фиг.2, затенение 30 служит для создания затененной области 32 на поверхности основного зеркала 12. Такая затененная область 32 изображена как отображаемая при максимальном диаметре b затенения 30 на основное зеркало 12 вдоль электрической оси 18. Подпорки 28 также служат для наложения затенения на основное зеркало 12. Незатененные области 24 основного зеркала 12 окружают затененную область 32.

Понятно, что антенна 10, описанная выше со ссылками на фиг.1 и фиг.2, будет не оптимальной с РЧ точки зрения. На самом деле несколько аспектов конструкции (обусловленные ИК чувствительным элементом/дополнительным ИК зеркалом 22 и/или третьим чувствительным элементом 26) могут существенно ухудшить рабочие характеристики РЧ системы. Во-первых, параболическая форма основного зеркала 12 может быть не обязательно оптимальной для наиболее эффективной РЧ производительности. Основные зеркала специальной формы для использования в системах Кассегрена могут быть использованы для того, чтобы существенно увеличить усиление РЧ антенны. Однако тот факт, что ИК система использует вспомогательное зеркало, с высокой вероятностью воспрепятствует использованию РЧ системы Кассегрена. Во-вторых, использование вспомогательного ИК зеркала 22 между РЧ облучателем 20 и основным зеркалом 12 может вызывать фазовую ошибку в РЧ волне. Эта фазовая ошибка может привести к ухудшению рабочих характеристик РЧ антенны. В-третьих, местоположение ИК чувствительного элемента 24 и относительно большой диаметр третьего чувствительного элемента 26 обуславливают чрезвычайно большую величину центрального затенения 30 для РЧ системы. Энергия из РЧ облучателя 20, падающая в центральную область основного зеркала 12, по существу, тратится напрасно, так как она затеняется и/или рассеивается ИК чувствительным элементом 24/вспомогательным зеркалом 22 и/или третьим чувствительным элементом 26. Это затенение будет ухудшать РЧ усиление и увеличивать уровни боковых лепестков. Такие проблемы усложняются еще больше, если требуется, чтобы РЧ система была моноимпульсной, как в приведенном для примера варианте осуществления. Для этого в общей сложности для РЧ системы требуются четыре набора облучателей.

Для того чтобы проиллюстрировать степень затенения, вызванного ИК чувствительным элементом 24/вспомогательным зеркалом 22 и/или третьим чувствительным элементом 26, в возможном варианте может использоваться основное зеркало 12 с диаметром D (фиг.1), равным 8λ, где λ - длина волны желательной РЧ рабочей частоты. Фокусное расстояние F (фиг.2) примерно равно 3λ, и диаметр затенения b (фиг.2) примерно равен 3λ. Следовательно, большая часть 32 центральной области основного зеркала 12 затенена (например, диаметром порядка от 30% до 40% от диаметра D основного зеркала 12).

Настоящее изобретение преодолевает многие из таких ограничений посредством специально конфигурированного РЧ облучателя 20. В приведенном для примера варианте осуществления РЧ облучатель 20 состоит из решетки элементов облучателя. Например, фиг.3 иллюстрирует моноимпульсный РЧ облучатель 20, имеющий решетку 38 элементов 40 облучателя. При тщательном проектировании элементов 40 решетки некоторые и/или все из вышеупомянутых ограничений могут быть сняты.

Во-первых, решетка 38, в соответствии с настоящим изобретением, конфигурируется так, чтобы облучать, по существу, только не затененную часть или части 34 основного зеркала 12 (см. фиг.2). Таким образом, РЧ энергия не тратится напрасно в затененной части 32 основного зеркала 12. Как объясняется более подробно ниже, это выполняется с помощью РЧ облучателя 20 с диаграммой направленности облучателя, которая имеет "провал" в своей середине.

Во-вторых, решетка 38 предпочтительно конфигурируется так, чтобы выравнивать облучение РЧ энергии на основном зеркале 12. При проектировании зеркальной антенны обычно имеется компромисс между эффективностью облучения и потерями энергии облучателя, не перехватываемой зеркалом антенны. Сглаживание излучения может потребовать больше энергии, не перехватываемой зеркалом антенны, перетекающей через край основного зеркала. Для стандартного облучателя зеркальной антенны (такого как, рупор) максимальное усиление или кпд получается приблизительно при облучении края основного зеркала - 11 дБ (относительно облучения центра основного зеркала). Это приводит к низкой эффективности апертуры и к не перехватываемой зеркалом антенны энергии облучателя, приблизительно равной 10%. Этот сценарий может быть улучшен при использовании системы Кассегрена, использующей вспомогательное зеркало. Формы вспомогательного и основного зеркала могут быть настроены так, что спад поля к краям раскрыва, по существу, составляет 0 дБ при очень малой энергии облучателя, не перехватываемой зеркалом антенны. Так как антенна Кассегрена не возможна для вышеупомянутой системы с общей апертурой, этот эффективный способ возбуждения основного зеркала невозможен. Однако при использовании решетки 38 в качестве облучателя 20 в соответствии с настоящим изобретением облучение основного зеркала 12 может быть выровнено, таким образом оптимизируя эффективность апертуры. Может быть обеспечено такое излучение облучателя 20 в виде решетки, которое быстро спадает на краю основного зеркала 12, уменьшая потери энергии облучателя, не перехватываемой зеркалом антенны. В-третьих, фазирование между элементами 40 решетки может изменяться для коррекции любых фазовых ошибок, вызванных полупрозрачным вспомогательным ИК зеркалом 22.

Пример:

Изобретателями была сконструирована и испытана антенна 10, соответствующая принципам настоящего изобретения. Антенна 10 была спроектирована для работы на частоте 35 ГГц миллиметрового диапазона длин волн.

Было выбрано параболическое основное зеркало 12, имеющее диаметр D=2,7" (" обозначает дюймы) и фокусное расстояние F=1,09". Эти параметры обусловлены требованиями ИК чувствительного элемента. Соответствующее центральное затенение третьего чувствительного элемнта 26 представляло максимальное затенение 30 с диаметром b=1". Следовательно, размер РЧ облучателя 20 был ограничен этим диаметром 1". На желаемой частоте 35 ГГц миллиметрового диапазона длин волн при вышеупомянутых размерах было определено, что микрополосковая излучательная антенная решетка 38 является оптимальной для облучателя 20, как представлено на фиг.3. Излучательная антенная решетка 38 была сформирована на подложке 42, изготовленной из материала RT Duroid™ 6002, с использованием традиционных способов изготовления. Использование RT Duroid™ 6002 в качестве подложки 42 для решетки 38 микрополосковых излучателей (который имеет диэлектрическую постоянную 2,94) потребовало выполнения квадратных микрополосковых излучательных элементов 40, размерами приблизительно 0,09" по краю, что позволило использовать решетку 4×4 (всего 16) излучательных элементов 40 в пределах области облучателя диаметром 1".

Возбуждение и шаг каждого микрополоскового излучательного элемента 40 в 16-ти элементной решетке 38 были оптимизированы для максимальной эффективности зеркальной антенны с использованием физической оптики, как описано более подробно ниже. Результирующий оптимизированный шаг решетки и требуемые входные напряжения для каждого излучателя изображены на фиг.3 и представлены следующей матрицей 4×4 с соответствующей амплитудой и фазой для каждого элемента 40:

-.38-.56-.56-.38-.571.001.00-.57-.571.001.00-.57-.38-.56-.56-.38

Заметим, что внешние 12 микрополосковых излучательных элементов 40 вокруг края решетки 38 должны возбуждаться с фазовым сдвигом 180 градусов относительно центральных четырех микрополосковых излучательных элементов 40. Также соответствующие квадранты, образованные линиями 46 на фиг.3, выделяют соответствующие группы, которые совместно возбуждаются для моноимпульсного режима работы. С помощью регулировки величины мощности, разделенной между микрополосковыми излучательными элементами 40, и разности длины линии в микрополосковых линиях, возбуждающих микрополосковые излучательные элементы 40, было получено распределение апертуры решетки, как определено на фиг.3. Слой микрополосковой арифметической схемы был использован для формирования суммарной и разностной диаграмм направленности для моноимпульсного слежения. Детали формирования микрополосковой излучательной решетки и обеспечения соответствующих амплитуды и разности фаз хорошо известны в данной области техники и подробно не будут обсуждаться в настоящем описании.

Прогнозируемая суммарная диаграмма направленности сигнала этой оптимизированной решетки 38 изображена на фиг.4А для плоскости Е. Заметим, что диаграмма направленности решетки 38 оптимизирована так, что большая часть энергии облучателя из РЧ облучателя 20 направлена в незатененные области 34 основного зеркала 12. На самом деле каждая из незатененных областей 34 проявляет максимумы 50, которые превышают любой максимум или максимумы в затененной области 32. Центральная область 32 основного зеркала 12, затенение которой соответствует диаметру b, сильно ослаблена. На самом деле, очень мало энергии РЧ облучателя теряется из-за утечки за внешний край основного зеркала 12 или бесполезно расходуется в центральной затененной области 32. Также следует отметить, что функция излучения в незатененных областях 34 параболического зеркала 12 является почти равномерной (при угле около 40 градусов). Специалистам в данной области техники понятно, что при использовании большего числа элементов 40 решетки, эта функция излучения может быть выравнена в большей степени.

При оптимизации напряжение возбуждения микрополосковых излучательных элементов 40 принималось комплексным, но оптимизация выдавала действительные значения возбуждения. Предполагалось, что этот результат явился следствием того, что поверхность решетки совпадает с фокальной плоскостью параболоида, как изображено на фиг.2.

Прогнозируемая диаграмма направленности в плокости Н для облучателя 20 была, по существу, подобна конфигурации в плоскости Е. Кроме того, измеренные диаграммы направленности в плоскости Е и Н для облучателя 20 близко соответствовали прогнозируемым значениям.

На фиг.4В показана прогнозируемая суммарная диаграмма направленности сигнала в плоскости Е зеркальной антенны 10 диаметра 2,7", при возбуждении облучателем 20 оптимизированной решетки по фиг.3. Заметим, что максимальное усиление равно 25,5 дБi (относительно изотропного излучателя), что соответствует эффективности 56% относительно области основного зеркала 12 диаметра 2,7". И вновь, измеренные диаграммы в плоскости Е и Н для антенны 10 близко совпадали с прогнозируемыми результатами.

Сравнительный пример:

По сравнению с прогнозируемой рабочей характеристикой вышеупомянутого предложенного изобретения можно рассмотреть рабочую характеристику традиционной моноимпульсной системы возбуждения. Фиг.5 изображает решетку из 4-х излучателей, имеющую четыре элемента 40, которая использовалась в прошлом для возбуждения зеркальной антенны. Эта решетка была оптимизирована для максимального усиления при возбуждении зеркала 12 с общей апертурой диаметра 2,7", как описано выше. Каждый излучательный элемент 40 возбуждается напряжениями одинаковой амплитуды и фазы. Суммарная диаграмма направленности в плоскости Е этой решетки изображена на фиг.6А. Из фиг.6А видно, что значительная часть энергии облучателя теряется напрасно в затененной центральной области 32 зеркальной антенны. Это затенение имеет отрицательное влияние на усиление и диаграмму направленности зеркальной антенны, как изображено на фиг.6В. Из этой диаграммы направленности видно, что прогнозируемое максимальное усиление зеркальной антенны равно 23,8 дБi, что соответствует эффективности 41% относительно всей области основного зеркала 12. Из этих результатов можно видеть, что использование этого изобретения увеличивает эффективность зеркальной антенны приблизительно на 20%.

В соответствии с предпочтительным способом согласно настоящему изобретению, РЧ облучатель 20 сконструирован и оптимизирован в соответствии со следующей процедурой. В приведенном для примера варианта осуществления проектирование и оптимизация решетки 38 облучателя, составляющего РЧ облучатель 20, выполнены с использованием компьютерной программы или кода анализа физической оптики, принимая во внимание влияние затененной области 32 основного зеркала 12. Такой анализ физической оптики обсужден подробно в книге W. V. Т / Rusch, P. D. Potter, Analysis of Reflector Antennas, Academic Press, New York, 1970, полное раскрытие которой включено в настоящее описание посредством ссылки.

Сначала антенна 10 моделируется, как изображено на фиг.2. Основное зеркало 12 диаметром D и с фокусным расстоянием F затеняется конструкцией диаметром b. Как замечено ранее, такой диаметр b может быть обусловлен влиянием РЧ облучателя 20, дополнительного ИК зеркала 22 и/или третьего чувствительного элемента 26, в зависимости от того, какой из них является самым большим. С целью оптимизации в приведенном для примера варианте осуществления допускается, что энергия, падающая на область затенения 30 (от основного зеркала 12), поглощается. Предполагается, что решетчатый облучатель 20 установлен на нижней стороне затенения 30 на расстоянии F от вершины 16 основного зеркала.

Выбирается конкретная конструкция облучателя. Для этой конкретной конструкции, описанной в настоящем описании, микрополосковые излучательные элементы 40 использованы в качестве элементов решетки облучателя. Однако понятно, что другие элементы облучателя также могут быть использованы для формирования решетки. Например, РЧ облучатель 20 может быть составлен из решетки рупоров облучателя, щелевой решетки, линзовой решетки и т. д. Настоящее изобретение включает в свой объем любые такие типы решеток.

Процесс оптимизации начинается с выбора исходной оценки для конфигурации решетки РЧ облучателя (например, число элементов решетки, шаг элементов и/или амплитуда возбуждения элемента), при заранее определенном диаметре D основного зеркала, фокусного расстояния F и диаметра b затенения. Затем вычисляется коэффициент качества (с использованием вышеупомянутой программы физической оптики), который минимизируется, когда эффективность зеркальной антенны является максимальной. Затем используется подпрограмма оптимизации симплекс-методом, которая оптимизирует шаг элементов решетки и возбуждение при минимизации коэффициента качества. (Смотри, например, книгу G. Dahlquist, Numerical Methods, Prentice-Hall, New Jersey, 1972, раскрытие которой включено в настоящее описание посредством ссылки). Заметим, что амплитуда возбуждения элементов решетки при этой оптимизации является комплексной - величина и фаза каждого элемента оптимизированы.

Могут быть использованы другие способы, не выходя за рамки изобретения.

Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает антенну с общей апертурой и способ изготовления такой антенны, который максимизирует эффективность антенны. Изобретение использует специально конфигурированную антенную решетку в качестве облучателя в основном фокусе. При тщательном конфигурировании элементов решетки (шаг и возбуждение), решетка облучает только незатененную часть основного зеркала. Кроме того, диаграмма направленности решетки оптимизирована так, что незатененная часть зеркальной антенны облучается почти равномерно.

Хотя изобретение изображено и описано для определенных предпочтительных вариантов осуществления, должно быть понятно, что эквиваленты и модификации будут очевидны для специалистов в данной области техники на основе изложенного выше описания. Настоящее изобретение включает все такие эквиваленты и модификации и ограничено только объемом формулы изобретения.

Изобретение относится к антеннам с общей апертурой с высокоэффективным облучателем и к способам конструирования таких антенн. Технический результат заключается в максимизировании эффективности антенны. Сущность изобретения состоит в том, что элементы решетки облучателя конфигурированы так, чтобы увеличить общую эффективность зеркальной антенны путем выравнивания облучения апертуры, а также исключения облучения в центральной затененной части поверхности зеркальной антенны. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Зеркальная антенна с общей апертурой, содержащая основное зеркало (12), имеющее, по существу, параболическую отражающую поверхность (14) и линию визирования (18), проходящую из вершины (16) основного зеркала через фокальную точку (FP) основного зеркала (12); облучатель (20), расположенный, по существу, в фокальной точке (FP), для облучения основного зеркала (12) РЧ энергией и/или приема от основного зеркала (12) РЧ энергии заранее определенной РЧ длины волны, для передачи и приема РЧ энергии; по меньшей мере, одно вспомогательное зеркало (22) и чувствительный элемент (26), расположенные, по существу, в фокальной точке (FP), для отражения или приема энергии заранее определенной длины волны, отличной от заранее определенной РЧ длины волны, при этом затенение (32) основного зеркала (12), обусловленное вспомогательным зеркалом (22) или чувствительным элементом (26), вдоль линии визирования (18) равно или больше, чем затенение основного зеркала (12), обусловленное облучателем, причем облучатель (20) выполнен с возможностью направления большей части РЧ энергии от облучателя (20) в области (34) основного зеркала (12), которые не затенены вспомогательным зеркалом (22) или чувствительным элементом (26).2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что диаграмма направленности излучения в плоскости Е облучателя (20) имеет максимумы (50) в областях (34) основного зеркала (12), которые не затенены вспомогательным зеркалом (22) или чувствительным элементом (26).3. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что максимумы (50) в областях (34), не затененных вспомогательным зеркалом (22) или чувствительным элементом (26), превышают любые максимумы в областях (32), затененных вспомогательным зеркалом (22) или чувствительным элементом (26).4. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что облучатель (20) содержит решетку (38) отдельных излучательных элементов (40) облучателя.5. Антенна по п.4, отличающаяся тем, что элементы (40) облучателя содержат элементы, которые возбуждаются в противофазе с другими элементами, включенными среди элементов облучателя.6. Антенна по п.4, отличающаяся тем, что облучатель (20) содержит микрополосковую излучательную решетку (38), имеющую множество отдельных излучательных элементов (40).7. Антенна по п.6, отличающаяся тем, что микрополосковая излучательная решетка (38) содержит, по меньшей мере, шестнадцать отдельных излучательных элементов (40).8. Антенна по п.4, отличающаяся тем, что отдельные элементы (40) облучателя упорядочены в геометрической решетке.9. Антенна по п.8, отличающаяся тем, что геометрическая решетка, по существу, является квадратной.10. Антенна по п.8, отличающаяся тем, что отдельные элементы (40) облучателя вдоль внешнего периметра геометрической решетки возбуждаются противоположно по фазе относительно отдельных элементов (40) облучателя внутри периметра геометрической решетки.11. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что заранее определенная РЧ длина волны находится в микроволновом или миллиметровом диапазонах волн и антенна содержит вспомогательное зеркало (22) в фокальной точке (FP) для отражения энергии в инфракрасном диапазоне.12. Антенна по п.11, отличающаяся тем, что антенна дополнительно содержит чувствительный элемент (26) в фокальной точке (FP) для приема энергии на другой заранее определенной длине волны.13. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что основное зеркало (12) имеет диаметр D, а затенение (32) основного зеркала (12), обусловленное вспомогательным зеркалом или чувствительным элементом, имеет диаметр порядка 3D/8 или больше.14. Антенна по п.14, отличающаяся тем, что антенна имеет фокусное расстояние приблизительно 3D/8.15. Антенна по п.13, отличающаяся тем, что D находится в диапазоне от двух дюймов до трех дюймов.16. Антенна по п.13, отличающаяся тем, что облучатель (20) содержит микрополосковую излучательную решетку (38), имеющую множество отдельных излучательных элементов (40).17. Способ конструирования зеркальной антенны (10) с общей апертурой по любому из предшествующих пунктов, включающих в себя этапы, на которых выбирают предварительную конфигурацию решетки облучателя по заданному диаметру D основного зеркала, фокусному расстоянию F и диаметру b затенения, причем конфигурация решетки облучателя включает в себя некоторое число элементов решетки, некоторый шаг элементов решетки и некоторое амплитудное возбуждение элементов решетки, оценивают эксплуатационные показатели предварительно выбранной конфигурации решетки облучателей путем вычисления коэффициента качества, показывающего РЧ эффективность антенны, и оптимизируют коэффициент качества для максимальной РЧ эффективности для получения оптимальной конфигурации решетки облучателя.18. Способ по п.17, отличающийся тем, что этап выбора включает в себя приближенное оценивание некоторого шага элементов решетки и некоторого амплитудного возбуждения элементов решетки для заданного числа элементов решетки, определяемого требованиями к размерам, при этом этап оптимизации включает в себя оптимизацию шага, амплитудного возбуждения и фазы элементов решетки для заданного числа элементов решетки.19. Способ по п.18, отличающийся тем, что требования к размерам определяются диаметром d затенения.20. Способ по п.17, отличающийся тем, что этап оценивания эксплуатационных показателей предварительно выбранной конфигурации решетки облучателя основан на предположении, что затенение основного зеркала приводит к тому, что падающая энергия поглощается.