Двухзеркальная осесимметричная антенна

 

Использование: приемные антенны для спутникового .телевизионного вещания. Сущность изобретения: в двухзеркальной . осесимметричной антенне типа АДЭ с разными фокальными диаметрами основного и вспомогательного зеркал, профиль вспомогательного зеркала выбран так, что обеспечивается компенсация фазовых ошибок, связанных с размытостью фазового центра рупорного облучателя. При этом образующая профиля вспомогательного зеркала оказывается огибающей семейства кривых второго порядка, один фокус которых совмещен с фокусом параболической образующей основного зеркала, а второй фокус каждой кривой совмещен с локальным фазовым центром соответствующего луча, причем постоянная 2а каждой кривой .определяется специальным образом и для всех кривых одинакова. 1 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 01 Q 19/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4888059/09 (22) 04. 12.90 (46) 23.03.93. Бюл. М 11 (72) Ю.А. Е рухимович, Е.А. М а мчи ц, А.А.Скрипняк и В.П.Андрусенко (73) А,А,Скрипняк (56) Авторское свидетельство СССР

f4 588863, кл. Н 01 Q 19/18, 1972, (54) ДВУХЗЕРКАЛЬНАЯ ОСЕСИММЕТРИЧНАЯ АНТЕННА (57) Использование: приемные антенны для спутникового, телевизионного вещания.

Сущность изобретения: в двухзеркальной . осесимметричной антенне типа АДЭ с разными фокальными диаметрами основного и

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в качестве приемной антенны в системах спутникового телевизионного вещания в диапазоне СВЧ.

Целью изобретения является снижение уровня первых боковых лепестков без заметных потерь в коэффициенте усиления антенны.

На чертеже приведена схема предложенной антенны и ход лучей в антенне, где

1- рупор(совпадает с прототипом); 2- вспомогательное зеркало; 3 — основное зеркало (совпадает с прототипом); F — фокус параболической образующей, совмещенный с одним фокусом всех локальных эллипсов, огибающая которых формирует образующую вспомогательного зеркала; 01, Ог, Оз— вторые (текущие) фокусы локальных эллипсов, Пунктиром показан участок произвольного локального эллипса вблизи точки отражений на малом зеркале.,« О.„, 1804673 А3 вспомогательного зеркал, профиль вспомогательного зеркала выбран так, что обеспечивается компенсация фазовых ошибок, связанных с "размытостью" фазового центра рупорного облучателя. При этом образующая профиля вспомогательного зеркала оказывается огибающей семейства кривых второго порядка, один фокус которых совмещен с фокусом параболической образующей основного зеркала, а второй фокус каждой кривой совмещен с локальным фазовым центром соответствующего луча, причем постоянная 2а каждой кривой .определяется специальным образом и дчя всех кривых одинакова, 1 ил.

Изобретение иллюстрируется на примере антенны типа АДЭ для спутникового телевизионного вещания, однако оно применимо и к другим известным схемам осесимметричных двухзеркальных антенн: типа Кассегрена, Грегори и т.д.

Предложенная двухзеркальная осесимметричная антенна состоит из основного зеркала 3 с параболическим профилем кривой, образующей отражательную поверхность, вспомогательного зеркала 2, образующая которого представляет собой огибающую локальных эллипсов, один фокус которых F совмещен с фокусом образующей параболы, а также рупорного излучателя 1, второй фокус каждого локаль ного эллипса совмещен с положением локального фазового центра рупорного излучателя (Oi, 02, Оз и т.д,), параметр каждого локального эллипса 2а = p 1 + р г выбран из условия его равенства пути 2анач от фокуса "начального" эллипса (т.О), формирующего луч, "отраженный" от точки острия

1804673 вспомогательного зеркала (точка Е), до первого фокуса F вспомогательного зеркала 2, т.е. 2а ч = OE+ EF, Таким образом, 2а равно пути от точки 0 до любого локального фазового центра, например Oz и т.д, и далее от

02 до точки отражения на вспомогательном зеркале P и от нее до второго фокуса F, т.е.

2анач = 002 + 02Р + PF.

Далее внутри основного зеркала лучи распространяются как в прототипе.

Вследствие осевой симметрии антенны такая же картина имеет место в любом другом ее центральном сечении, Для пояснения принципа и сущности работы предложенного устройства рассмотрим.вначале ситуацию, реально имеющую место в аналоге и прототипе. В обоих случаях принято, что рупор излучает идеальную сферическую волну с точечным фаэовым центром. Тогда в аналоге профилем поверхности вспомогательного зеркала 2 являетСЯ ЭллипС.

В изобретение поле рупора может быть заменено полем излучения точечного источника с диаграммой данного рупора, в раскрыве антенны после двух отражений от зеркал образуется синфазный волновой фронт.

В действительности ситуация оказывается более сложной. Рупор излучает волну, фазовые фронты которой не имеют точечного центра. Кроме того, вспомогательное зеркало располагается в ближней зоне поля рупора, что приводит к дополнительным его. искажениям.

Отклонения фаэ для различных значений расстояний до точки наблюдения и различных углов становятся весьма значительными. По фазовой диаграмме можно определить положение локальных фазовых центров для каждого луча, располо>кенных на оси антенны в силу ее осевой симметрии. Следовательно, каждый луч можно считать исходящим иэ своего локаль° ного фазового центра. Волновой фронт излученного локальным фазовым центром поля оказывается синфазным на окружности с радиусом!ф + tR и с центром в точке данного фазового центра (1ф — расстояние от локального фазового центра Оп, п-1,2..„а IR

- О,P). Т.к, реально все лучи исходят не из точечного центра О, после отражения от поверхностей зеркал в раскрыве антенны образуется несинфаэное поле. Вблизи центра апертуры фазовый фронт искажается сильнее, чем на периферии(для схемы Кассегрена, как несложно убедиться, положение оказывается обратным). Чем большеразнос локальных фазовых центров между собой, тем большие значения имеют фазовые ошибки в рэ скрыве антенны. Анализ показывает, что при существующем для реальйых рупоров большом разносе фазовых центров поле в центре апертуры антенны может стать даже противофазным основному полю, а это означает, что в антенне возникает допо>fíèòåëьное затенение с диаметром теневого пятна de = 4Ftg + d, 2

10 При этом в случае противофаэности, затененный раскрыв действует почти с вдвое большей интенсивностью.

Указанным обстоятельством, по-видимому, и объясняется повышенный уровень

15 первых боковых лепестков и меньшее, чем теоретически предсказанное, значение КИП в антеннах АДЭ, а также в других двухзеркальных схемах. На этот механизм ухудшения параметров двухзеркальных антенн до

20 сих пор внимания не обращалось, В предложенной антенне вредное воздействие неточечного фазового центра рупора скомпенсировано соответствующим построением профиля малого зеркала, 25 Как известно, поле в раскрыве остронаправленной антенны должно быть синфазным и иметь амплитудное распределение, обеспечивающее макси= мальный КИП при заданном уровне первых

30 боковых лепестков. Синфазность поля в. раскрыве предложенной антенны обеспечивается условием р 1 +p 2 + (1фнач - Ip) + 2F =

const, что обеспечивается соответствующим построением профиля вспомогатель35 ного зеркала. Амплитудное распределение и раскрыве, обеспечивающее максимум

КИП при заданном уровне первых боковых лепестков выбирается по известной и описанной методике путем перебора законов

40 распределений амплитуд поля в раскрыве при различных значениях угла облучения рупором вспомогательного зеркала. Такой подход вполне достаточен и для предло>кенной антенны, т.к. расчеты показывают, что

45 оптимизированный профиль вспомогательного зеркала отстоит от исходного для антенны АДЭ эллиптического профиля на расстояние порядка или меньше, чем

Л А, 8 ... —, что не может существенно повлиять на характер амплитудного распределения в раскрыве антенны.

Таким образом, благодаря измененной геометрии предложенной антенны в ее рас55 крыве можно сформировать оптимальные фазовое и амплитудное распределения с точки зрения разумного компромисса между УПБЛ и КИП.

Экспериментальная проверка подтвердила наличие ожидаемых эффектов.

1804673

Для получения устойчивого выигрыша по КИП следует применять рупора с высокой степенью осевой симметрии по плоскостям поля по фазовым распределениям, например, рупора с четверть-волновыми канавками на стенках.

Техническая эффективность предлагаемой двухзеркальной осесимметричной антенны определена путем сравнения ее диаграммы направленности с диаграммой направленности прототипа. Получен выигрыш по уровню первых боковых лепестков до 6 ДБ, без потерь в коэффициенте усиления, что и было целью проектирования данной антенны. Конструкция устройства обладает необходимой простотой и технологичностью.

Формула изобретения

Двухзеркальная осесимметричная антенна, содержащая основное параболическое зеркало, вспомогательное зеркало в виде тела вращения с образующей кривой второго порядка, первый фокус которой совмещен с фокусом параболической образующей основного параболического зеркала, а второй фокус — с фазовым центром рупорного облучателя, отличающаяся тем, 5 что, с целью снижения уровня первых боковых лепестков при сохранении коэффициента усиления, образующая тела вращения, формирующая поверхность вспомогательного зеркала, является огибающей семейст10 ва кривых второго порядка, второй фокус каждой из которых совмещен с локальным фазовым центром рупорного облучателя, лежащим на его оси и соответствующим точке отражения на поверхности вспомогательно15 го.зеркала, при этом постоянная "2а" каждой кривой второго порядка равна сумме расстояний от соответствующего локального фазового центра до -точки отражения на поверхности вспомогательного зеркала и от

20 точки отражения до первого фокуса минус расстояние от начального до текущего локального фазового центра рупорного облучателя.

1804673

Составитель А.Скрипняк

Техред М.Моргентал Корректор С.Юско

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1080 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва,Ж-35, Раушская наб., 4/5