АНТЕННА КАССЕГРЕНА
CASSEGRAIN ANTENNA

Предлагаемое изобретение относится к области антенной техники.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения может быть выбрана зеркальная антенна, состоящая из облучателя, главного и вспомогательных зеркальных отражателей электромагнитной энергии (зеркал), собранных по схеме телескопа Кассегрена - антенна Кассегрена, описанная в опубликованном 23.11.2010 патенте US 7839349. Известная из US 7839349 антенна по одному из вариантов исполнения (US 7839349, фиг. 8) состоит из большого и малого параболических зеркал (рефлектора и суб-рефлектора) с единой осью вращения, причем малое параболическое зеркало (суб-рефлектор) является гиперболической отражательной поверхностью по отношению к большому параболическому зеркалу (рефлектору). Между рефлектором и суб-рефлектором расположено дополнительное устройство, обеспечивающее сдвиг фаз при переизлучении. Недостатком ближайшего аналога является недостаточно высокая надежность работы. В свою очередь на преодоление данного недостатка, то есть на создание высоконадежного антенного устройства направлено предлагаемое изобретение.
Предложенная антенна Кассегрена состоит из большого и малого параболических зеркал (рефлекторов) с единой осью вращения, причем малое параболическое зеркало (рефлектор) является гиперболической отражательной поверхностью по отношению к большому параболическому зеркалу (рефлектору). В отличие от аналога упомянутая гиперболическая отражательная поверхность представляет собой антенную решетку, в микрополосковый диполь (платы-излучатели) которой включены варакторы - варикапы.
Предложенное изобретение поясняется чертежами.
Фиг. 1, 2 - схемы предложенной антенны;
Фиг. 3, 4 - лицевая (фиг. 3) и оборотная (фиг. 4) стороны платы-излучателя;
Фиг. 5 - соединение варакторов с платой-излучателем;
Фиг. 6 - схема включения варакторов в отражательную поверхность.
Предложенное изобретение представляет собой двухзеркальную антенну Кассегрена - гибрид антенны Кассегрена со вспомогательным гиперболическим антенным рефлектором (ВГРФ), представляющим собой гиперболическую отражательную антенную решетку (фиг. 1, 2). Вспомогательный антенный рефлектор является гиперболическим относительно вершины параболического рефлектора (ПРФ), в которой расположен излучатель антенны. Также антенна включает фильтр-диплексер, совмещенный с волноводом и излучателем параболического рефлектора, малошумящий усилитель, усилитель мощности, блок управления и резервированный источник питания. Таким образом, в предложенной двухзеркальной антенне используются две отражающие поверхности: основная - большое параболическое зеркало (параболический рефлектор) и вспомогательная - малое зеркало (вспомогательный гиперболический рефлектор) в виде гиперболоида. Один из фокусов вспомогательного гиперболического рефлектора совпадает с фокусом параболического рефлектора. Параболический рефлектор состоит из металлической поверхности (напыление серебра на медной подложке), выполненной в виде параболоида вращения и облучателя. Особенностью данной двухзеркальной антенны является то, что вспомогательной отражающей поверхностью является малое зеркало (вспомогательный гиперболический рефлектор) в виде гиперболоида, состоящее из n-го количества плат-излучателей, в состав которых входят варакторы (фиг. 3÷6), позволяющие управлять фазой отражаемого сигнала. Для устранения затенения раскрыва малым зеркалом и элементами его крепления вспомогательный гиперболический рефлектор устанавливается на крышку из радиопрозрачного материала. Данный конструктивный элемент, наряду с корпусом антенны, выполняет также защитную функцию внутренних элементов.
Габариты параболического рефлектора влияют на усиление всей системы. Вспомогательный гиперболический рефлектор осуществляет управление лучом, с помощью расположенных на нем излучателей, выбираемых в зависимости от рабочего диапазона, чем больше излучателей, тем точнее выставляется луч. Вспомогательный гиперболический рефлектор переотражает падающую на него сферическую волну облучателя на параболический рефлектор. При этом вследствие геометрических свойств гиперболы сферическая волна, отражаемая вспомогательным гиперболическим рефлектором, исходит из первого фокуса, совмещаемого с фокусом большого зеркала. Сферическая волна трансформируется большим зеркалом в плоскую, параболическое зеркало излучает так, будто в его фокусе находится мнимый облучатель, создающий сферическую волну (второй фокус малого зеркала совмещается с фазовым центром облучателя).
Принцип управления фазой отражаемого сигнала основан на том, что в микрополосковый диполь антенны (из состава излучателей вспомогательного гиперболического рефлектора) вводятся варакторы: электрически управляемые диоды - варикапы. При изменении емкости меняется электрическая длина диполя, вследствие чего меняется фаза отражаемой волны. Устанавливая с помощью управляющих напряжений в каждом варакторе свою фазу (в контрольной точке платы-излучателя напряжение контролирует фазовый сдвиг), полученную по расчету антенной решетки, можно сформировать луч в нужном направлении. Также может быть предположено использование в составе микрополоскового диполя антенны варакторов: электрически управляемых конденсаторов - варикондов.
В отличие от зеркальных антенн антенна предложенной конструкции обладает всеми достоинствами многоэлементной АФАР. При изменении фазового распределение поля в раскрыве параболического рефлектора возможно как изменение углов основного лепестка диаграммы направленности, так и формирование ее локальных минимумов в направлении на источник преднамеренных помех. В отличие от выбранного аналога предложенная антенна обладает более простой конструкцией и большей надежностью. Повышенная надежность предложенной двухзеркальной антенны объясняется тем, что вспомогательный гиперболический рефлектор состоит из n-го количества плат-излучателей и при выходе из строя половины плат-излучателей остронаправленный луч не разрушается, т.к. каждый элемент отвечает за свой пучок волны.
Практическая отработка показала следующие преимущества антенны предложенной конструкции:
- равномерное распределение возбуждения по раскрыву;
- коэффициент использования площади составляет 0,6÷0,8;
-5
-6
- время сканирования - от 10 до 10 в зависимости от конструктивного исполнения;
- надежность большая, чем у зеркальной параболической антенны, при возможности замены составных частей независимо от всей системы;
- сочетание достоинств АФАР и зеркальной параболической антенны.