Відбивач компактного полігона

Предлагаемое изобретение относится к области антенной техники в частности, к конструированию отражателей СВЧколлиматоров, и может быть использовано в компактных антенных испытательных полигонах. Известен отражатель компактного полигона (КП), края которого выполнены в виде треугольных зубцов, имеющих разную форму и размеры [1]. Однако в данном устройстве для формирования однородного поля в рабочей области КП оптимальная форма и размеры зубцов в отражателе подбираются экспериментальными методами. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является отражатель КП, представляющий собой прямоугольный параболический отражатель, края которого выполнены в виде равносторонних зубцов треугольной формы, имеющих равные основания и высоты [2]. При этом в известном отражателе КП однородность поля в сечении отраженного пучка недостаточна для испытания антенн больших размеров. Это обусловлено тем, что форма зубцов известного отражателя приводит к попаданию в рабочую область КП не только боковых лепестков диаграммы направленности (ДН) дифрагированного на кромках зубцов излучения, но и части главного лепестка ДН. В основу изобретения поставлена задача создать такой отражатель компактного полигона, в котором новое выполнение конструкции зубцов отражателя позволило бы обеспечить более равномерным амплитудное распределение в сечении отраженного от отражателя КП пучка и за счет этого улучшить однородность поля в рабочей области компактного полигона. Указанная задача решается тем, что в отражателе компактного полигона, представляющем собой прямоугольную вырезку из поверхности вращения второго порядка, края которой выполнены в виде зубцов треугольной формы, с равными основаниями и высотой, согласно предлагаемому изобретению, расстояние между вершинами зубцов на каждой из сторон отражателя равно где P - размер основания зубца; N - количество зубцов на соответствующей стороне отражателя, а крайние зубцы имеют у основания прямой угол, одна из сторон которого является продолжением стороны отражателя, перпендикулярной основанию зубца. Сопоставительный анализ с прототипом показывает отличие заявляемого отражателя КП в том, что расстояние между вершинами зубцов превышает основание зубца P на величину где N - количество зубцов на стороне отражателя, а крайние зубцы на каждой из сторон отражателя выполнены прямоугольными, при этом одна из сторон прямого угла крайнего зубца является продолжением стороны отражателя, перпендикулярной основанию зубца. Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид прямоугольного отражателя с зубчатыми краями; на фиг.2 - ориентация поля дифрагированного излучения относительно зубцов отражателя в сечении пучка: а) для случая, когда расстояние между вершинами зубцов равно основанию зубца; б) для случая, когда расстояние между вершинами зубцов равно Заявляемый отражатель компактного полигона, представляет собой прямоугольную вырезку АВСД из поверхности вращения второго порядка, например, параболоида вращения с краями, выполненными в виде треугольных зубцов, имеющих равные основания P и высоту h. Расстояние между вер шинами зубцов равно где P - размер основания зубца, N количество зубцов на соответствующей стороне отражателя, а крайние зубцы имеют у основания прямой угол, одна из сторон которого является продолжением стороны отражателя, перпендикулярной основанию зубца. Например, для стороны ВС в зубце с порядковым номером 1 прямым является угол a. Его образуют основание зубца и отрезок ВВ', являющийся продолжением стороны АВ отражателя. По мере возрастания порядкового номера зубца меняется положение вершин зубцов относительно их основания, а следовательно, и наклон кромок зубцов. В результате последний на стороне ВС зубец с порядковым номером N также будет прямоугольным, но прямым углом у него будет угол b. Его образует основание зубца и отрезок СС', являющийся продолжением стороны СД отражателя. Количество зубцов N выбирается из тех соображений, что основание зубца должно составлять (0,3 - 0,5)h. Высота зубца h выбирается равной (5 - 10)l, где l - длина волны излучения (2). Заявляемый отражатель КП формирует отраженное излучение в виде коллимированного пучка с плоским фронтом волны. Однако в сечении этого пучка существуют флуктуации поля, наибольший вклад в которые вносит дифракция на кромках зубцов отражателя, что приводит к неравномерности амплитудного распределения отраженного пучка за счет того, что поле, формируемое отражателем, представляет собой суперпозицию поля с плоским фронтом волны и полей, дифрагированных на каждой кромке зубца. Поле, дифрагированное на кромке зубца в рабочей области коллиматора в сечении представляет собой полосу, ширина которой l определяется шириной диаграммы направленности дифрагированного на кромке излучения. Если на стороне отражателя есть N зубцов, то в рабочей области КП на поле с равномерным распределением амплитуды накладываются две системы полос из N полос каждая, представляющие собой дифракционные поля от кромок всех з убцов. В сечении пучка системы полос расположены под углом друг к другу, который определяется углом у вершины зубца. Аналогичный вклад в формирование поля вносит каждая из сторон отражателя. Степень попадания дифракционного поля от каждой кромки зубца в рабочую область КП определяется наклоном кромки зубца. Чем больше наклон кромки, тем большая часть ДН дифрагированного на кромке излучения попадает в рабочую область КП, а следовательно, тем большое флуктуации поля вызывает такое излучение в рабочей области компактного полигона. Рассмотрим в сечении часть рабочей области КП, расположение в ней диаграмм направленности дифрагированного на кромках излучения, для прототипа (фиг.2а) и предлагаемого изобретения (фиг.2б). В прототипе (фиг.2а) параллельные кромки зубцов формируют в рабочей области дифракционные поля, ДН которых в рабочей области накладываются одна на одну параллельно друг другу. В этом случае наибольший вклад в искажение поля вносят ДН, образующиеся на кромках крайних зубцов (на фиг. они отмечены (x)), так как в этом случае в рабочую область КП попадают не только боковые лепестки ДН дифрагированного на этих кромках излучения, но и ее главный лепесток, максимум которого показан на фигура х штрих-п унктирной линией. В заявляемом техническом решении уменьшается влияние крайних зубцов на сторонах отражателя на формирование поля в рабочей области компактного полигона. Для этого кромки самых крайних зубцов составляют прямой угол с основанием зубца и являются продолжением стороны отражателя, перпендикулярной основанию зубца. В этом случае ДН дифрагированного излучения практически не попадает в рабочую область КП, так как она перпендикулярна кромке. Для того, чтобы уменьшить попадание в рабочую область КП дифрагированного на кромках зубцов излучения, близким к крайним, эти зубцы выполнены таким образом, что наклон кромок изменяется постепенно. Это происходит за счет того, что расстояние между вершинами зубцов равно В этом случае угловое положение кромок двух соседних зубцов отличается на угол (на фиг.1 рассматриваемые кромки (x)). Постепенное изменение наклона кромок приводит к тому, что для крайних зубцов, которые в случае прототипа вносят наибольший вклад в искажение поля, в случае заявляемого отражателя наклон кромок этих зубцов небольшой (отсчет угла происходит От положения кромки, которая является стороной прямого угла). Угловое положение диаграмм направленности дифрагированного на этих кромках излучения изменяется незначительно относительно положения диаграммы направленности, которая образуется на кромках крайних зубцов (фиг.2б). В рабочую область КП в этом случае могут попадать только боковые лепестки ДН, что приводит к меньшим флуктуациям поля, в сравнении с прототипом, особенно на периферии сечения пучка в рабочей области КП. Таким образом, в случае заявляемого технического решения амплитудное распределение в сечении отраженного от отражателя КП пучка становится более равномерным за счет того, что при постепенном изменении наклона кромок зубцов дифракционные поля, возникающие на крайних зубцах более эффективно выводятся за пределы рабочей области КП. Таким образом однородность поля в ней улучшается, особенно на периферии, что позволяет проводить испытания и измерения антенн больших размеров при прежних габаритах коллиматора. Рассмотрим необходимость математической зависимости, введенной в формулу изобретения. Для простоты рассуждений представим, что отражатель компактного полигона плоский, и он по нормали к поверхности облучается потоком излучения с плоским фронтом волны. При этом на кромках зубцов отражателя КП происходит дифракция. При рассмотрении дифракции на кромках зубцов, каждую кромку можно представить в виде линейного источника излучения. Как известно, пространственная диаграмма направленности (ДН) линейного излучателя с поперечным излучением представляет собой тело вращения - тор. Ось тора совпадает с осью линейного излучателя. Так как в нашем случае линейный излучатель (кромка зубца) не находится в свободном пространстве, то его ДН будет представлять собой искаженный тор с максимумом, направленным по нормали к плоскости зубца. Аналогичные рассуждения можно провести и для заявляемого отражателя КП, который облучается источником сферической волны, расположенным в фокусе отражателя КП. В этом случае ось тора параллельна проекции кромки зубца на плоскость, параллельную плоскому фронту волны, а максимум пространственной ДН направлен по нормали к проекции плоскости зубца на плоскость, параллельную плоскому фронту волны. Ширина ДН от кромки зубца будет превышать ширину ДН коллимированного отражателем пучка, так как размеры отражателя превышают размеры кромок зубцов. Проекция ДН кромки зубца по уровню 3дБ на плоскость, перпендикулярную коллимированному пучку представляет собой полосу с шириной определяемой угловой шириной ДН кромки зубца. Ориентация этой полосы определяется углами наклона кромок зубцов относительно основания зубца, a или b соответственно. Как видно из фиг.2, если угол a (или b) равен 90°, то полоса расположена перпендикулярно кромке, являющейся стороной этого угла, не пересекает рабочую область КП, а следовательно, не искажает поле, которое создает в рабочей области КП коллимированный пучок от отражателя. Таким образом, наиболее предпочтительными, в смысле внесения минимальных искажений поля, значениями углов как a, так и b является величина, равная 90° или близкая к ней. Однако, угол b у з убцов с порядковым номером, близким к 1 (а также и угол a у зубцов с порядковыми номерами, близким к N) может быть значительно меньше 90°, но ДН от кромок таких зубцов, являющихся сторонами таких углов попадает в периферийную область рабочей области КП и искажает поле незначительно, так как рабочая область КП занимает центральную часть сечения пучка (площадь рабочей области КП незначительно превышает половину площади сечения пучка). В средней части стороны отражателя углы a и b близки друг к другу, но существенно отличаются от 90°, и как видно из фиг.2, ДН от кромок этих зубцов также попадает на периферию рабочей области КП. Если стороны отражателя окаймлены зубцами, у которых a = b, как это имеет место в прототипе, то ДН от кромок, являющихся стороной угла a (b), параллельны друг другу, и ДН от кромок, параллельных ВВ', у зубцов с порядковым номером, близким к 1 (а также кромок, параллельных СС', у зубцов с порядковым номером, близким к N) будут попадать в центральную часть рабочей области КП, а следовательно, будут вносить значительные искажения поля в рабочей области КП. В заявляемом техническом решении эти искажений устраняются за счет того, что зубец с номером 1 выполнен прямоугольным (a = 90°). Угол a равномерно уменьшается по мере приближения к центру стороны отражателя. Это происходит за счет того, что расстояние между вершинами соседних зубцов превышает величину длины основания зубца P на величину (в прототипе расстояние между вершинами зубцов равно P). Величина добавки выбирается из тех соображений, что вершина зубца от номера 1 до номера N должна переместиться на величину длины основания зубца P, а так как промежутков между вершинами зубцов на стороне отражателя N-1, то для равномерного смещения вершины эта добавка будет Следовательно, расстояние между вершинами соседних зубцов будет равен Экспериментальная проверка заявляемого технического решения проводилась на макете КП с отражателем, изготовленным из алюминия, и имеющим размеры (3 ´ 2,5)м без учета зубцов. На краях этого отражателя были выполнены зубцы, имеющие высоту 37,5мм и основание, равное 18,8мм. Центр рабочей области КП находился на расстоянии 5м от отражателя. Максимальное отклонение амплитудного распределения поля в рабочей области КП от равномерного при использовании зубцов согласно прототипа составило 0,7дБ, а при использовании зубцов по предлагаемому те хническому решению составило 0,4дБ, что свидетельствует об улучшении однородности поля в рабочей области КП. Таким образом, по сравнению с прототипом однородность поля в рабочей области компактного полигона увеличивается в 1,75 раз.