|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
| Полярные радиоотражения | |
 | |
Описание
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Антенны по схеме Грегори.
В 70х годах ХХ века в области космической и радиорелейной связи, радиоастрономии и других широкое распространение получили двухзеркальные антенны, которые довольно широко используются и по сей день. Основными достоинствами осесимметричных двухзеркальных антенн по сравнению с однозеркальными являются:
1. Улучшение электрических характеристик, в частности повышение коэффициента использования поверхности антенны, так как наличие второго зеркала облегчает оптимизацию распределения амплитуд по поверхности основного зеркала.
2. Конструктивные удобства, в частности упрощение подводки системы фидерного питания к излучателю.
3. Уменьшение длины волноводных трактов между приемопередающим устройством и облучателем, например, путем размещения приемного устройства вблизи вершины основного зеркала.
Принцип действия двухзеркальных антенн заключается в преобразовании сферического волнового фронта электромагнитной волны, излучаемой источником, в плоский волновой фронт в раскрыве антенны в результате последовательного переотражения от двух зеркал: вспомогательного и основного с соответствующими профилями.
В классических схемах Кассегрена и Грегори используется следующее геометрооптическое свойство отражения сферической волны от поверхностей второго порядка: сферическая волна, излучаемая источником с фазовым центром, совпадающим с одним из фокусов произвольной поверхности второго порядка, в результате переотражения от нее преобразуется снова в сферическую волну, но с фазовым центром, совпадающим с другим фокусом.
Принцип работы двухзеркальных осесимметричных антенн, построенных по классической схеме Грегори, поясним на основе законов геометрической оптики. Для удобства рассмотрим работу антенн на передачу.
Схема Грегори предложена в 1663 г. для построения оптических телеcкопов. Основное зеркало в антенне, как и в схеме Кассегрена, является симметрично усеченным параболоидом. Вспомогательное зеркало – симметрично усеченный эллипсоид вращения, конфокальный параболоиду в точке Oi с фокальной осью, совпадающей с фокальной осью 00 параболоида. Второй фокус эллипсоида О лежит на оси параболоида и обычно располагается вблизи вершины параболического зеркала. С этим фокусом совмещается фазовый центр источника.
Как известно сумма расстояний от фокусов эллипсоида до произвольной точки на его поверхности постоянна и равна расстоянию между вершинами эллипсоида 2а. Разность расстояний между вершинами эллипса 2а и его фокусами 2С равна удвоенному фокусному расстоянию эллипса f = OТ Кроме того, эллипс характеризуется эксцентриситетом е, величина которого всегда меньше единицы.
В соответствии с сформулированным выше свойством отражения от поверхностей второго порядка волна, созданная источником, после отражения от поверхности вспомогательного зеркала снова оказывается сферической с действительным фазовым центром, совпадающим с точкой О1 Следовательно, дальнейший ход лучей в антенне такой же, как и в обычной однозеркальной схеме с параболическим зеркалом. Все лучи в схеме Грегори приходят к плоскости Q1, параллельной плоскости раскрыва, с постоянной равной фазой, соответствующей длине оптического пути.
Отметим, что при одинаковом угловом растворе параболоидов осевой размер антенны Грегори больше осевого размера антенны Кассегрена.
Удаление второго фокуса О эллипса в бесконечность ведет к образованию частного случая схемы, когда вспомогательное зеркало представляет собой вырезку из конфокального основному зеркалу параболоида 2 с совпадающей фокальной осью. Облучение вспомогательного зеркала производится источником плоской волны, например малой рупорно-параболической антенной.
Как видно из рисунка, если угол раствора параболической составляющей превышает 90 градусов, то отраженный от одной половины малого зеркала луч на пути к большому встретит вторую половину малого зеркала, т. е. будет им затенен. Поэтому в антенне Грегори угол раствора параболической составляющей может быть взят лишь меньше 90°. В соответствии с этим реализуемыми по по схеме Грегори являются только длиннофокусные антенны.
В антенне Грегори имеет место инверсия (обращение) отраженного поля лучи, падающие на одну половину вспомогательного зеркала, отражаются на противолежащую половину основного.
На практике наиболее распространены антенны Кассегрена как из-за их меньшего осевого размера, так и благодаря возможности реализации короткофокусных систем, имеющих в ряде случаев определенные преимущества по электрическим характеристикам перед длиннофокусными системами.
Иногда в одной антенне осуществляется совмещение двух схем: однозеркальной и двухзеркальной. Такая антенна в коротковолновой части СВЧ диапазона работает по схеме Грегори с облучателем, расположенным вблизи вершины параболоида, а в длинноволновой – по однозеркальной схеме, причем вспомогательное зеркало используется как часть рупорного излучателя, фидерная линия к которому подводится через плоскость раскрыва антенны.
Тем не менее ряд областей спутниковой связи не может обойтись без антенн построенных по схеме Грегори. Примером использования схемы Грегори в антенностроении может стать Мобильная антенная система Ku – диапазона разработанная Научно производственным объединением прикладной механики (НПО ПМ) имени академика Решетнева.
Антенна предназначена для работы в составе мобильной наземной станции спутниковой связи и обеспечивает прием и передачу СВЧ сигналов с геостационарного спутника, в диапазоне 11-14 ГГц с линейной поляризацией сигнала.
Данная антенна типа Грегори выполнена в виде несимметричной вырезки цилиндром диаметром 1500 мм из параболоида с фокусом 1000 мм, с осью цилиндра параллельной фокальной оси параболоида и смещенной от фокальной оси параболоида на 850 мм. состоит из :
- складного сетчатого рефлектора зонтичной конструкции с металлическим радиоотражающим сетеполотном;
- облучающей системы с использованием контррефлектора;
- механизма раскрытия рефлектора;
- опорно-поворотного устройства для нацеливания антенны по углу места и азимуту;
- транспортировочного контейнера.
Рабочая поверхность рефлектора образована вырезкой из параболоида вращения с апертурой основного зеркала диаметром 1.5 м.
Количество спиц рефлектора подобрано с таким расчетом, чтобы обеспечить точную отражающую поверхность и как следствие обеспечить минимальные боковые лепестки излучения и наилучшее подавление перекрестных поляризационных искажений.
Радиоотражающее сетеполотно повышенной прочности и устойчивости к складыванию, обладает высокими радиотехническими свойствами. Коэффициент радиоотражения сетеполотна при рабочем усилии натяжения не менее 97%. Изготовлено сетеполотно из металлической проволоки с гальваническим никелем. Плетение сетеполотна обеспечивает отсутствие самораспускания при обрыве отдельных нитей.
Облучающая система состоит из облучателя, фильтров, элементов волноводного тракта и опорной системы, позволяющей неоперативно подстраивать поляризацию в пределах ±95 градусов.
Механизм раскрытия рефлектора, исполнительным устройством которого является пара винт-гайка, прост в эксплуатации и долговечен.
Опорно-поворотное устройство позволяет нацеливать антенну в пределах ±30 градусов по азимуту и от 5 до 45 градусов по углу места.
К достоинствам такой мобильной антенны можно отнести, малый вес – 35кг., компактность в сложенном состоянии, минимальное время установки на месте и раскрытия 3-5мин., что позволяет легко справляться с обслуживанием антенны одному человеку.
Литература
Физическая энциклопедия / Гл. ред. А.М. Прохоров. Ред. Кол. Д.М. Алексеев, А.М. Балдин, А.М. Бонч-Бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. – М.: Большая Российская энциклопедия. Т.4., 1990, 704 с., ил.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
