Двухзеркальная антенна Советский патент 1981 года по МПК H01Q15/00 

(54) ДВУХЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в линиях связи на СВЧ. Известны двухзеркальные антенны получившие название АДЭ-антенны, с эллиптической образующей вспомогательного зеркала. Образукяцей поверх ностью основного зеркала является парабола со смещенной параллельно о симметрии фокальной осью. В силу ос вой симметрии фокусы парабол в каж дом центральном сечении образуют в пространстве фокальное кольцо. Такие антенны обладают по сравнению с двухзеркальными антеннами иного типа, например Кассегрена или Грегори, лучшими параметр №. В частности, они имеют больший .КИП (коэффициент использования поверхности), в них практически отсутствует реакция облучателя на переотра женное зеркалами поле и т.п. Наиболее близким аналогом изобретения, т.е. его прототипом, следует считать двухзерксшьную антенну содержащую большое зеркало с параболической образующей, фокальная ось которого смещена параллельно ос симметрии, и малое зеркало с эллипт ческой образующей, один фокус которой совмещен с фазовым центром излучателя, а второй сме1ден относительно оси симметрии. Однако и эта антенна имеет , 65. Целью изобретения является увеличение кипа двухзеркальной антенны со смещенной фокальной осью. Эта цель достигается тем, что острие малого, т.е. вспомогательного зеркала и смещенные фокальные точки обоих з еркал располагаются на одной прямой, а фокальный диаметр малого зеркала (Dg) выбирается на 3-7% больше фокального диаметра большого зерксша ( Dh ) г т.е. отношение фокальных диаметров 1)з1Влежит в пределах 1,03-1,07. На фиг.1 приведена конструктивная схема антенны; на фиг.2 показан ход лучей в антенне при различных положениях облучающей системы. Антенна состоит из основного зеркала 1, имеющего параболическую образукнцую 2 с фокусом в точке О, фокусным расстоянием F и фокальной осью ВО, парашлельной оси симметрии антенны. Фокусы О образуют фокальное кольцо диаметром D|. Вспомогательное зеркало 3 имеет эллипти-. ческую образующую 4 с фокусами в точкак А и О , которые соответствуют фазовому центру А облучателя и фоксшьному кольцу диаметра Dg малого зеркала, причем ). Облучатель антенны имеет возможность перемещения вдоль оси симметрии.

Рупорный облучатель излучает сферическую волну с фазовым центром в точке А. Эта волна отражается от поверхности 4, проходит через второй фокус QJ и преобразуется в тороидально-сферическую волну с фокальным кольцом диаметра 33 g .Эта волна падает на зеркало 2 и направляется краскрыву. Так как смещение центров ОО невелико, несинфазностью этой волны в раскрывё можно пренебречь и считать ее синфазной. Распределение амплитуды по раскрыву при этом меняется значительно и таким образом, что вблизи фокальных линий она снижается, к периферии возрастает в зависимости от разности фокальных диаметров разность,в частности, можно выбрать такой, что КИП максимально приблизится к единице. Для того, чтобы проследить характер изменения распределения амплитуд в раскрывах антенн на фиг.2 лучи в АДЭ обозначены тонкими прерывистыми линиями со стрелками, а в предложенной антенне - тонкими сплошными линиями. Рассматриваются лучи, выходящие от источника А под одним и тем же углом, т.е. несущие в диаграмме направленности излучателя одну и ту же плотность энергии. Лучи, исходящие от источника под одним и Тем же углом, пронумерованы одинаково, при этом, в отличие от лучей в антенне/лучи в прототипе имеют знак штрих.

Как видно из фиг.2а, в предложенной антенне лучи смещаются на периферию по сравнению с соответствующими лучами в прототипе. Это смщение неравномерно: оно максимально вблизи фокальных линий , меньше в середине зеркала и отсутствует вблизи его краев.; При этом относительная плотность энергии в плоскости раскрыва , возрастает в направлении от центра раскрыва к его краям, характер возрастания определяется величиной разности фокальных диаметров Dg-Dj,.

При смещении облучателя как единого целого вдоль оси симметрии ; характер распределения поля в раскрыве меняется, причем в больших пределах и несколько по иному закону, чем при нейтральном положении когда точки О, О и край зеркала находятся на одной линии. Эта особенность работы антенны иллюстируется на фиг.26 и в. На фиг.26 показ случай, когда облучатель смещен влево от нейтрального положения. Прслеживая ход лучей в антенне

и положение проекций точек отражения на плоскость раскрыва относительно тех же лучей в прототипе, замечаем, что в этом случае относительная плотность энергии на периферии раскрыва уменьшается, где-то вблизи середины остается без изменения, а вблизи центрального круга - возрастает.

Если же облучатель смещается вправо от нейтрального положения (фиг.2в)|

то плотность энергии вдоль раскрыва возрастает так же, как и для нейтрального положения - в направлении от центра раскрыва к его краям, но только более интенсивно.

5 Таким образом, перемещение облучателя как единого целого вдоль оси симметрии дает фактически дополнительную степень свободы для коррекции распределения в плоскости

Q раскрыва антенны. Для каждой частоты в рабочем диапазоне антенны может быть найдено свое оптимальное положение облучателя, при котором КИП оказывается максимальным.

Как показал эксперимент, при отношении 0,015 величина КИП в предложенной антенне возросла до значений 0,,02. Эта величина превышает максимально достигнутые значения КИП, полученные на специально выполненных высокоточных моделях антенн с оптимально измененными профилями зеркал, рассчитанными на значение апертурного . Эксперимент показал также, что полезно осуществить некоторое малое (порядка 0,01 диаметра вспмогательного зеркала) смещение в сторону от оси симметрии и первого фокуса эллиптической образующей так как реально у облучателя существует не точечный фазовый центр а несколько размытое фокальное пятно.

Формула изобретения

Двухзеркальная антенна, содержащая большое зеркало с параболической образующей, фокальная ось которого смещена параллельно оси симметрии,и малое зеркало с эллиптической образующей, один фокус

которой совмещен с фазовым центром

излучателя, а второй смещен относительно оси симметрии, отличающаяся тем, что, с целью увеличения коэффициента использования поверхности антенны, острие малого зеркала и смещенные фокальные точки обоих зеркал лежат на одной прямой, а отношение фокальных диаметров мсшого и большого зеркал, соответственно, выбрано.в пределах 1,03-1,07.