для конического Гр~ 0,067 - ,

где Bp -размер раскрыва пирамидального рупора в пл. £; dp-диаметр раскрыва конического рупора.

ff 10 20 30 W град

Рис. 2.13. Согласование пирамидального рупора (а=0,7?., Ь-0.3?. - кривая /) и конического рупора (d = 0,85?. - кривая Р)

Рис. 2.14. Рупорные облучатели

Хорошие параметры обеспечивают разработанные в последнее время специальные типы рупорных антенн. Из них следует отметить многомодовые рупоры (рнс. 2.14о), в раскрыве которых распределение поля определяется несколькими типами волн, рупоры с четвертьволновыми канавками (рис. 2.146) и рупоры с изломом (рис. 2.14в), обеспечивающие осесимметричность диаграммы прн низком уровне боковых лепестков [3]. На рис. 2.15 приведены диаграммы направленности в пл. £ обычного конического рупора и конического рупора с изломом, предназначенных для облучения зеркала с углом раствора 2iJ)o=32°

-5 -10 -15 -20

-25 -30

10 20 30 Ш 50 еограЗ

Рис. 2.15. Диаграмма направленности в пл. Е конического рупора (кривая /) и конического рупора с изломом (кривая 2)

Рис. 2.16, Схема РПА

{направление на край зеркала отмечено на рисунке пунктиром). Из рисунка видно что рупор с изломом обеспечивает более равномерное возбуждение зеркала при значительно меньших потерях энергии на утечку. Рупорные облучатели с изломом и четвертьволновыми канавками широко используются в отечественных радиорелейных антеннах типа АДЭ (см. § 2.5) и перископических (см. § 2.6).

Рупорно-параболичесная антенна

2.3. РУПОРНО-ПАРАБОЛИЧЕСКАЯ АНТЕННА

Рупорно-параболические антенны (РПА) широко распространены на РРЛ как в нашей стране, так и за рубежом. Эти антенны обладают высоким коэффициентом использования поверхности, широкополосным согласованием и, что особенно важно, низким уровнем боковых лепестков. В РПА наиболее просто может быть осуществлено совмещение диапазонов. Стоимость РПА выше стоимости осесимметричных параболических антенн с таким же усилением. Это объясняется увеличенными габаритными размерами РПА в вертикальной плоскости н сложностью изготовления неосесимметричных зеркал.

Рупорно-параболическая антенна представляет собой параболическое зеркало с вынесенным рупорным облучателем, объединенными в единую конструкцию. Известны РПА с пирамидальным, коническим и многогранным рупорами. На РРЛ применяются только антенны с пирамидальным питающим рупором (рис. 2.16).

Обычно углы раствора питающего рупора 1у\ и 2у2 выбираются в пределах 30-50°, а площадь раскрыва 5р составляет 5-15 м. Широко используемые на РРЛ СССР РПА-2П и модернизированная РПА-2П-2 имеют следующие геометрические размеры: yi=y2=17,5°; 2а=273 см; В = 270 см; р, = 317 см; Р2=590 см; /=216 см.

sin Vf

Площадь раскрыва РПА 5р = 16/Ч?2--•

cosyj

Для РПА-2П и РПА-2П-2 5р = 7,54 м.

Конструктивно рупорно-параболическая антенна представляет собой сочетание выполненной с высокой точностью отражающей поверхности в форме несимметричной вырезки из параболоида вращения, пирамидального рупора, объединенного в единую металлоконструкци;о с зеркалом, и питающего рупорного перехода с плавной образующей, обеспечивающего соединение антенны с полноводным трактом. Для защиты от пыли и атмосферных осадков раскрыв антенны закрыт плоской крышкой из пенопласта. Антенна снабжается механизмами регулировки по азимуту и углу места н фиксации в выбранном положении.

С 1977 года промышленностью начат серийный выпуск модернизированной рупорпо-параболической антенны РПА-2П-2, в конструкцию которой внесены существенные улучшения. Сюда относятся: более совершенная конструкция

О 5 10в°

Рис. 2.17. Гарантированная огибающая бокового излучения РПА-2П-2 по основной поляризации в Горизонтальной плоскости (пл. Е - сплошная линия, пл. Я - пунктир) в диапазонах 4 и 6 ГГц

-5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -10 -15 -50 -55 -SO -55 -70 di

15 . 20

25 30

. 35 W

15 50 55 во В5 70 75 80 85180

каркаса, обеспечивающая высокую точность изготовления и малую деформа-тивность поверхности отражающего зеркала; вследствие усовершенствования технологического процесса сборки антенны значительно улучшена влагозащи-

щенность внутреннего объема; введено устройство, обеспечивающее выравнивание внутреннего и внешнего давлений; улучшена система юстировки антенны путем введения промежуточной рамы с угло-местноп осью и т. п.

В антенну РПА-2П-2 для улучшения помехозащищенности введены специальные экраны - верхний дифракционный и съемный боковой расфазирующий; с целью фиксации фазового центра изменена форма параболического рупорного перехода; в защитной крышке применен прочный пенопласт ПС-1, что позволило отказаться от ребер жесткости. Формулы для расчета направленных свойств РПА приведены в [4], [5].

6,0 ГГц

Рис. 2.18. Зависимость КНД РПА от частоты

Рис. 2.19. Экраны РПА-2П-2

На рис. 2.17 приведена кривая гарантированных уровней бокового излучения РПА-2П-2. В заднем полупространстве в частности гарантируется уровень не выше -70 дБ. Учитывая, что на практике сигнал с заднего направления обычно имеет ортогональную поляризацию, что обеспечивает дополнительное улучшение защитного действия, можно считать, что на РРЛ с РПА прирост шумов из-за приема сзади практически отсутствует.

Коэффициент усиления рупор-ро-параболической антенны может быть определен по формуле (2.1). Для рупорно-параболической антенны при условии высокой точности выполнения ее рабочих поверхностей можно считать, что kmca -

=0,6Н-0,7. На рис. 2.18 приведен график зависимости КНД антенн РПА-2П и РПА-2П-2 от частоты. Точками отмечены экспериментальные данные

Рупорно-параболическая антенна обладает высоким согласо-

Рис. 2.20. К вопросу о влиянии бокового экрана

190 в.гра

Гиг. 2.21. К вопросу о влиянии заднего экрана

Параболические антенны

ваннем, коэффициент отражения не превосходит 1~1,57о- В связи с высоким естественным согласованием и отсутствием каких-либо элементов настройки ру-норно-параболическая антенна может быть с успехом использована в РРЛ с совмещением диапазонов.

Для улучшения направленных свойств в секторах 6 ==90° н 6-180° в антенну РПА-2П-2 включены верхний дифракционный (рис. 2.19о) и боковой рас-фазирующие экраны (рис. 2. 96). На рис. 2.20 и 2.21 приведены эксперимен-

Рис 2 22. Антенны РП.\-2П

Рис. 2.23. Антенна РПА-2П-2

тальные диаграммы направленности в горизонтальной плоскости антенны без экранов (РП.-\ 2П, сплошная линия) и антенны с экранами (РПА-2П-2, пунктир) в Диапазоне 4 ГГц. Из рисунков видно, что наличие экранов заметно улучшает направленные свойства антенны. В вертикальной плоскости направленные свойства РПА значительно хуже (см., например, [1]).

На рис. 2.22 н 2.23 приведен внешний вид антенн РПА-2П и РПА-2П-2 соответственно.

2.4. ПАРАБОЛИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ

Однозеркальная осесимметричная параболическая антенна (рис. 2.24) состоит из металлического отражателя QQ - параболоида вращения и облучателя О, фазовый центр которого совмещен с фокусом параболоида F. Уравнение параболоида в полярной системе координат (р, ф) определяется равенством p=/cos\l)/2, где f=0\F - фокусное расстояние параболоида. Угол раствора зеркала 2фо (см. рис. 2.24) и отношение Rolf, где Ло -радиус раскрыва. связаны соотношениями

Rolf .„Чо R*

Sin \),

Если угол раствора зеркала 2о<.п, параболическая антенна называется длиннофокусной, в противном случае - короткофокусной.

Площадь поверхности зеркала 5раб при заданной площади раскрыва nR-o увеличивается с ростом угла раствора:

l+cosw2 + costo/2

V6-"«o 3cos,,,/2cos4w4 •

Двухзеркальная антенна Кассегрена, щнроко распространенная на РРЛ (рис. 2.25), состоит из парабо.1Ического отражателя QQ, малого гнперболиче-ческого зеркала (субрефлектора) SS, один из фокусов которого совмещен с

Рис. 2.24. Схема одно- лЧ

веркальной параболп- Ы Рис. 2.25. Схема abjx-

«ескоб антенны зеркальной антенны

фокусом параболоида F, и облучателя, фазовый центр которого совмещен со вторым фокусом гиперболоида О. Поле облучателя после отражении от субрефлектора и основного зеркала трансформируетси в плоскую волну в раскрыве антенны.

Геометрия антенны определяется углом раствора 2фо, фокусным расстоянием параболоида и эксцентриситетом гиперболоида е. В подавляющем большинстве случаев в качестве облучателей параболических антенн РРЛ применяются антенны с полноводным питанием. Только в диапазоне дециметровых волн иногда используются вибраторные облучатели.

На рис. 2.26 изображены схемы наиболее часто применяемых облучателей-открытый конец волновода с фланцем (рис. 2.26а), пирамидальный ру-

Рис. 2.26. Схемы рупорных облучателей

пор (рис. 2.266), расфазированный конический рупор с плавным переходом (рис. 2.26е), конический многомодовый рупор (рис. 2.26г), рупор с импедансной структурой (рис. 2.26(9), рупор с изломом образующей (рис. 2.2бе). Конструкция и основные параметры облучателей описаны в [1].

Коэффициент направленного действия (или усиления) параболических одно-зеркальных и двухзеркальных антенн может быть определен по формуле (2.1).

Параболичесине антенны

Коэффициент использования Л,сп определяется характером распределения поля в раскрыве антенны, утечкой энергии облучателя за края зеркала, затенением раскрыва, точностью выполнения поверхности зеркала н т. п. Для большинства типов параболических антенн, применяемых на РРЛ, исв=50%.

Осесимметричные параболические антенны сравнительно просты в изготовлении и недороги. Основным недостатком этих антенн является плохое естественное согласование, определяемое отражением части энергии облучателя от вспомогательного нли основного зеркала назад в облучатель и фидерный тракт. Коэффициент отражения, определяемый этой причиной, для однозеркальных

антенн Г =~ Ообл, а двухзеркальных Г= --- - Ообл, где Оовл -ко-

4л/ 8л / е

эффициент усиления облучателя.

На рнс. 2.27 приведена зависимость коэффициента отражения Г для одно-зеркальной параболической антенны от ее угла раствора и КНД. Из рисунка видно, что естественное согласование параболических антенн невысокое, особен-

3D W 150 WO град

Рис. 2.27. Зависимость коэффициента отражения от параметров антенны (ф„ и D)

Рис. 2.28. Элемент настрой-ки в виде круглого диска

но в счучае неглубоких антенн с небольшим усилением. Для улучшения согла сования в антенну включаются элементы настройки, обычно BB~Kpyr™ диска в центральной части антенны (рис 2.28). Диаметр диска d«l,15v/T, а его расстояние от зеркала t= - + -~ п, л=0,1, 2

2-12

Рис. 2.29. Однозеркальиая антенна фирмы .Resnrom* mPRi-а~ стандартная: С - с улучшенными параметрами *