Исследование двухзеркальной офсетной антенны
жүктеу/скачать 0.53 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Бахрах Л.Д., Галимов Г.К. Зеркальные сканирующие антенны. М.: Наука, 1981.
| ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХЗЕРКАЛЬНОЙ ОФСЕТНОЙ АНТЕННЫ
ТИПА ГРЕГОРИ А. Н. Кудисов1, А. В. Таганов2 1Институт инженерной физики и радиоэлектроники СФУ 660074, Красноярск, ул. Киренского, 28 E-mail: kudisoff@mail.ru 2АО НПП «Радиосвязь» 660021, г. Красноярск, ул. Декабристов, 19 E-mail: avtaganov@yandex.ru В работе представлены результаты исследования характеристик двухзеркальной офсетной антенны типа Грегори. Для расчета геометрического профиля облучающей системы антенны в среде математического моделирования «Matlab» написана программа. С целью оценки работы системы в САПР «CST Microwave Studio» создана модель антенны, получены частотные зависимости коэффициента направленного действия при различных угловых параметрах облучающей системы. В современных системах связи, радиолокации и радионавигации офсетные антенны имеют преимущество над прямофокусными, что, главным образом, связано с отсутствием затенения антенны, отсутствием затруднений при согласовании облучателя с фидерами, а также технологичностью таких конструкций [1-3]. Среди них особое место занимают антенны типа Грегори, в составе облучающей системы которых имеется дополнительное зеркало – эллиптический контррефлектор. Благодаря геометрическим свойствам эллипсоида юстировка антенн типа Грегори происходит более плавно, чем в однозеркальных антеннах [4]. Рис. 1. Исследуемая офсетная антенна: а) – схематический чертеж профиля антенны; б) – модель антенны в «CST Microwave Studio» с рассчитанной диаграммой направленности. Исследуемая в работе офсетная двухзеркальная антенна, рассчитанная в САПР СВЧ «CST Microwave Studio», представлена на рис. 1. Как показано на рис. 1 а, контррефлектор формируется путем вырезки из эллипсоида, расположенного в области фокуса параболоида, из которого сформировано главное зеркало антенны. При фиксированных параметрах зеркала, указанных на рисунке, юстировка антенны производилась путем изменения угловых параметров α, β и γ, характеризующих положение эллипсоида контррефлектора, поворот облучателя относительно фокальной оси главного зеркала, а также сектор облучения контррефлектора облучателем соответственно. Расчет диаграммы направленности антенны, который производился на частоте f0 = 6 ГГц, показал, что ширина главного лепестка составила 2θ0.5 = 2.9°, уровень боковых лепестков F1 = -16.5 дБ, а коэффициент направленного действия – D = 34.3 дБ. В качестве облучателя антенны использовалась рупорная антенна с дроссельными канавками, используемая для расширения рабочего частотного диапазона антенны. В антеннах типа Грегори особые трудности представляет расчет геометрического профиля облучающей системы. В частности, для оптимального переотражения контррефлектором излучаемой из рупора мощности приходится рассчитывать большое число параметров (рис. 1 а). Для решения этой задачи в среде «Matlab» была написана программа, позволяющая рассчитать величину эксцентриситета и фокусное расстояние эллипсоида при известных углах β и γ. На рис. 2 представлен профиль эллипсоида с указанием углов и всех переотраженных лучей согласно принципам геометрической оптики. Для простоты фокальная ось антенны на рисунке не показана, при этом главная ось эллипсоида сориентирована горизонтально.
Рис. 2. Чертеж профиля эллипсоида, из которого формируется контррефлектор. Из рис. 2 видно, после переотражения от контррефлектора и прохождения через точку фокуса F2 угол облучения зеркала растет (γ2> γ1). Это лишний раз подтверждает главное преимущество двухзеркальных антенн перед однозеркальными, которое заключается в уменьшении размеров облучающей системы, а, значит, и размеров всей антенны в целом. Как показал расчет, отношение углов γ1 и γ2 строго зависит от величины эксцентриситета эллипса, вычисление которого осуществляется с помощью программы. Для характеристик, представленных на рис. 1, соотношение γ2/γ1 = 1.5, при этом большая ось эллипса была равна 600 мм, малая – 550 мм, а величина эксцентриситета составила 0.4. Среди всех параметров облучающей системы, определяющим в формировании главного лепестка диаграммы направленности является угол облучения контррефлектора (параметр γ согласно рис. 1). В связи с этим представляет интерес частотная зависимость коэффициента усиления (КУ) антенны при различных углах облучения контррефлектора. На рис. 3 представлены графики частотной зависимости коэффициента усиления антенны при разных углах облучения вспомогательного зеркала в диапазоне частот от 4.5 ГГц до 8 ГГц. Расчетная величина угла γ составила 60°. Этот результат был получен с помощью написанной в «Matlab» программы, при этом значении антенну можно рассматривать как систему с оптимальными параметрами. Как видно, из графика, при увеличении этого угла на 10° и 20° величина коэффициента усиления антенны практически не изменилась, при этом характер изменения этого коэффициента во всем исследованном частотном диапазоне остался прежним, – с увеличением частоты КУ монотонно возрастает. Это позволяет сделать вывод о том, что отклонение угла облучения контррефлектора от расчетного для реальной конструкции антенны не вызовет заметных ухудшений ее направленных свойств. При настройке антенны отклонение угла облучения просто неизбежно в виду юстировки ее облучателя. Очевидно, такой результат можно рассматривать как положительное качество исследуемой конструкции. 
Рис. 3. Зависимость коэффициента облучения от частоты при различных углах облучения контррефлектора. Таким образом, в работе рассмотрена конструкция двузеркальной офсетной антенны типа Грегори, создана модель в среде «CST Microwave Studio», получена диаграмма направленности антенны в С-диапазоне. Проведено исследование частотной зависимости коэффициента усиления при различных углах облучения контррефлектора, показано, что увеличение этого угла в 1.3 раза по отношению к расчетному значению не ухудшает направленных свойств антенны во всем исследованном частотном диапазоне. Список литературы 1. Бахрах Л.Д., Галимов Г.К. Зеркальные сканирующие антенны. М.: Наука, 1981. 2. Калошин В.А., Фролова Е.В. Характеристики осесимметричных двухзеркальных апланатических антенн. – Антенны, 2006, №7. 3. Айзенберг Г.З. и др. Антенны УКВ. Под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч. Ч.1. М.: «Связь», 1977, 384 с. 4. Designing Classical Offset Cassegrain or Gregorian Dual-reflector Antennas from Combinations of Prescribed Geometric Parameters. IEEE Antennas & Propagation, Volume 44, № 3, June 2002 (ISSN 1045-9243), P. 114-123. жүктеу/скачать 0.53 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
