Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

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, что образующая тела вращения, формирующая поверхность вспомогательного зеркала, является огибающей семейства 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 вспомогательного 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 точки отражения до первого фокуса минус расстояние от начального до текущего локального фазового центра рупорного облучателя.

Текст

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в качестве приемной антенны в системах спутникового телевизионного вещания в диапазоне СВЧ. Известна двухзеркальная осе симметричная антенна типа АДЭ с эллиптической образующей вспомогательного зеркала [1]. Образующей поверхностью основного, зеркала является парабола со смещенной параллельно оси симметрии фокальной осью. В силу осевой симметрии фокусы парабол в каждом центральном сечении образуют в пространстве фокальное кольцо. Недостатком данной антенны является то, что существенно приблизиться к теоретическому значению коэффициента использования поверхности (КИП) и к теоретическому уровню первых боковых лепестков (УПБЛ),не удается. Они всегда оказываются меньше расчетных, поскольку при обычном выполнении антенны по геометрии -определении параболического и эллиптического профилей зеркал, исходят из точечного фазового центра рупора. Наиболее близкой по технической сущности предлагаемой антенне является антенна типа АДЭ с разными фокальными диаметрами основного и вспомогательного зеркал [2]. Она содержит основное зеркало с параболической образующей, фокальная ось которого смещена параллельно оси симметрии, и вспомогательное зеркало с эллиптической образующей, один фокус которой совмещен с фазовым центром облучателя, а второй смещен относительно оси симметрии. Острие вспомогательного зеркала и смещенные фокальные точки обоих зеркал лежат на одной прямой, а отношение фокальных диаметров вспомогательного и основного зеркал соответственно выбрано в пределах 1,03-1,07. В этой схеме удается компенсировать квадратичную расфазировку в поле излучения рупора и поднять КИП примерно на 05 ДБ, однако УПБЛ при этом не меняется. Причиной, которая препятствует достижению в данной антенне близких к расчетным значений КИП и УПБЛ является то, что геометрия зеркал не учитывает истинный закон изменения положения фазового центра рупора от расстояния до точек отражения на вспомогательном зеркале и предполагает фазовый центр точечным. В основу изобретения положена задача усовершенствовать конструкцию двухзеркальной осе симметричной антенны путем изменения профиля только вспомогательного зеркала, чтобы снизить УПБЛ при сохранении коэффициента усиления, то есть приблизиться к расчетным значениям УПБЛ .и КИП. Это позволит повысить качество телевизионных передач. Поставленная задача решается таким изменением профиля вспомогательного зеркала, при котором происходит компенсация фазовых ошибок а раскрыве антенны, связанных с "размытостью" фазового центра рупора. Учет данных ошибок происходит по отношению к идеализированной сферической волне для каждого направления на точку отражения от вспомогательного зеркала. 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 локальной кривой семейства совмещен с локальным фазовым центром соответствующе го ему луча, излученного рупором, а постоянная "2а" каждой кривой семейства определяется специальным образом, отмеченным в формуле изобретения, и для всех локальных кривых одинакова. Наличие в предложенном решении признаков, относящихся к профилю одного вспомогательного зеркала, отличает его от прототипа, в котором образующей вспомогательного зеркала является эллипс, второй фокус которого не совпадает с фокусом параболической образующей основного зеркала. Основные признаки предложенного решения: образующей кривой поверхности вспомогательного зеркала служит огибающая семейства кривых второго порядка, второй (осевой) фокус каждой кривой совмещен с положением локального фазового центра рупора для направления, соответствующего направлению и расстоянию до точки отражения на вспомогательном зеркале, а постоянная ''2а'' каждой кривой семейства определяется специальным образом, в совокупности обеспечивают снижение УПБЛ при сохранении коэффициента усиления антенны. На чертеже приведена схема предложенной антенны и ход лучей в антенне, где: 1 - рупор; 2 - вспомогательное зеркало; 3 - основное зеркало с параболической образующей; F - фокус параболической образующей, совмещенный с первым фокусом всех локальных эллипсов, огибающая которых формирует образующую вспомогательного зеркала; О1, О2, О3 - вторые (текущие) фокусы локальных эллипсов. Пунктиром показан участок произвольного локального эллипса вблизи точки отражения на малом зеркале. Изобретение иллюстрируется на примере антенны типа АДЭ для спутникового телевизионного вещания, однако оно применимо и к другим известным схемам осе симметричных двухзеркальных антенн: типа Кассегрена, Грегори и т.д. Предложенная двухзеркальная осе симметричная антенна состоит из основного зеркала 3 с параболическим профилем кривой, образующей отражательную поверхность, вспомогательного зеркала 2, образующая которого представляет собой огибающую локальных эллипсов, первый фокус которых F совмещен с фокусом образующей параболы, а также рупорного облучателя 1, второй фокус каждого локального эллипса совмещен с положением локального фазового центра рупорного облучателя О1, О2, О 3, постоянный параметр каждого локального эллипса 2а, как известно, равен 2а = r 1 + r 2 , где r 1 и r 2 - текущие радиус -векторы точек эллипса (см. чертеж), выбран из условия его равенства пути 2анач от фокуса "начального" эллипса (точка О), формирующего луч, "отраженный" от" точки острия вспомогательного зеркала (точка Е), до первого фокуса F вспомогательного зеркала 2, т.е. 2анач = ОЕ + EF. Таким образом, 2а равно пути от точки О до любого локального фазового центра, например О2 и т.д. и далее от О2 до точки отражения на вспомогательном зеркале Р и от нее до второго фокуса F, т.е. 2анач = ОО2 + О 2Р + PF. Вследствие осевой симметрии антенны такая же картина имеет место в любом другом ее центральном сечении. 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 фаз 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. расположенных на оси антенны в силу ее осевой симметрии. Следовательно, каждый луч можно считать исходящим из своего локального фазового центра. Волновой фронт излученного локальным фазовым центром поля оказывается синфазным на окружности с радиусом Iф + IR и с центром в точке данного фазового центра; где 1ф - расстояние от раскрыва рупора до локального фазового центра Оn, n = 1,2, а IR = ОnР. Т.к. реально все лучи исходят не из точечного центра О, то после отражения от поверхностей зеркал в раскрыве антенны образуется несинфазное поле. Вблизи центра апертуры фазовый фронт искажается сильнее, чем на периферии (для схемы Кассегрена положение оказывается обратным). Чем больше разнос локальных фазовых центров между собой, тем большие значения имеют фазовые ошибки в раскрыве антенны. Анализ показывает, что при существующем для реальных рупоров большом разносе фазовых центров поле в центре апертуры может стать даже противофазным основному полю, А это означает, что в антенне возникает дополнительное затенение. При этом в случае противофазности затененный раскрыв действует почти С вдвое большей интенсивностью. Указанным обстоятельством, по-видимому, и объясняется повышенный уровень 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 сих пор внимания не обращалось. В предложенной антенне вредное воздействие неточечного фазового центра рупора скомпенсировано соответствующим ) построением профиля малого зеркала. Как известно, поле в раскрыве остронаправленной антенны должно быть синфазным и иметь амплитудное распределение, обеспечивающее максимальный КИП при заданном уровне первых боковых лепестков. Синфазность поля в раскрыве предложенной антенны обеспечивается условием r 1 + r 2 + (Іфнач - 1ф) + 2F const. ЧТО обеспечивается соответствующим построением профиля вспомогательного зеркала. Амплитудное распределение в раскрыве, обеспечивающее максимум КИП при заданном уровне первых боковых лепестков, выбирается по известной и описанной методике путем перебора законов распределений амплитуд поля в раскрыве при различных значениях угла облучения рупором вспомогательного зеркала. Такой подход вполне достаточен и для предложенной антенны, т.к. расчеты показывают, что оптимизированный профиль вспомогательного зеркала отстоит от исходного для антенны АДЭ эллиптического профиля на расстояние l l порядка или меньше, чем ... , что не может существенно повлиять на характер амплитудного 8 10 распределения в раскрыве антенны. Таким образом, благодаря измененной геометрии предложенной антенны в ее раскрыве, можно сформировать оптимальное фазовое и амплитудное распределения с точки зрения разумного компромисса между УПБЛ и КИП. Экспериментальная проверка подтвердила повышение качества телевизионных передач. Для получения устойчивого выигрыша по КИП следует применять рупоры с высокой степенью осевой симметрии по плоскостях поля по фазовым распределениям, . например, рупоры с четвертьволновыми канавками на стенках.

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Double-reflector symmetric-axial mirror

Автори англійською

Erukhymovych Yurii Abramovych, Malechits Yevhen Andriiovych, Skrypniak Oleksandr Oleksandrovych, Andrusenko Volodymyr Petrovych

Назва патенту російською

Двухзеркальная симметрично-осевая антенна

Автори російською

Эрухимович Юрий Абрамович, Малечиц Евгений Андреевич, Скрипняк Александр Александрович, Андрусенко Владимир Петрович

МПК / Мітки

МПК: H01Q 19/10

Мітки: антена, дводзеркальна, симетрично-осьова

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/3-286-dvodzerkalna-simetrichno-osova-antena.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Дводзеркальна симетрично-осьова антена</a>

Подібні патенти