КОРРЕКТИРУЮЩИЙ РЕФЛЕКТОР ЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННЫ

Заявленое техническое решение относится к радиотехнике и может быть использовано для изготовления высокоточных рефлекторов зеркальных антенн или отражающих панелей крупногабаритного радиотелескопа, для расширения рабочего диапазона частот зеркальных антенн большого размера, а так же для адаптации уже существующих зеркал к работе в более высокочастотном диапазоне.
Из предшествующего уровня техники известен способ изготовления рефлектора антенн, заключающимся в размещении заготовки над матрицей, имеющей криволинейную поверхность, образовании герметичной камеры, одной из стенок которой является заготовка, подаче в герметичную камеру текучей среды под давлением до формообразования заготовки, сбрасывании давления и удалении готового рефлектора, в качестве другой стенки герметичной камеры используют прижимной элемент, имеющий отверстие для подачи текучей среды и фасонный бурт, прижимной элемент размещают над заготовкой и прижимают к ней до образования на ней ответного фасонного бурта. RU 2034378 C1, H01Q 15/16, 30.04.1995.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в расширении рабочего диапазона частот зеркальных антенн большого размера.
Данная задача достигается за счет применения вторичного корректирующего рефлектора, выполненного из ламинированной сетки с металлическими нитями. Отражательные свойства подобной структуре придают тонкие металлические нити, образующие регулярную микросетку. Расстояние между соседними нитями должно быть много меньше длины волны. С целью придания структуре прочности микросетка ламинирована слоем диэлектрика. Ламинирующий слой, кроме того, позволяет избежать окисления материала нитей под влиянием погодных условий.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является расширение рабочего диапазона частот зеркальных антенн большого размера. Кроме того, заявленное техническое решение позволит адаптировать уже существующие зеркала к работе в более высокочастотном диапазоне, повысить точность рефлектора и снизить трудоемкость в изготовлении зеркальных антенн большого размера в коротковолновой части сантиметрового диапазона, а также в миллиметровом диапазоне.
Преимущества предложенного корректирующего рефлектора заключаются в следующем:
- Применение сетки из тонких металлических упругих нитей для корректирующего рефлектора позволяет достичь значительно более точного исполнения профиля отражающей поверхности относительно заданной математической формы по сравнению с цельнометаллическими листами при наличии у этих листов пластических деформаций, обусловленных технологией их изготовления.
- Ламинирование металлических нитей сетки не допускает изменения электродинамических свойств поверхности под влиянием окисления.
- Корректирующий рефлектор при этом может устанавливаться непосредственно на исходный металлический рефлектор с целью адаптации уже существующих зеркал к работе в более высокочастотном диапазоне.
Корректирующий рефлектор зеркальной антенны поясняется фиг.1, на которой изображено техническое решение по коррекции неровного первичного рефлектора. На чертеже схематично представлен продольный диаметральный разрез первичного неровного рефлектора антенны и вторичного корректирующего рефлектора.
r
i
i
Структура корректирующего рефлектора, расположенного над первичным рефлектором показана на фиг.2 и представляет собой слой немагнитного диэлектрика шириной δ с относительной диэлектрической проницаемостью ε. Внутри ровно посередине слоя располагается плоская сетка из металлических нитей. Диаметр нитей сетки считается много меньшим расстояния между нитями. Металл нитей имеет проводимость σ и магнитную проницаемость μ. Угол падения плоской волны θ.
Также выполняется условие: Δ≥δ (между диэлектрическим слоем и металлической плоскостью может существовать воздушный зазор). Неровности первичного рефлектора могут быть моделированы детерминированной либо случайной функцией поверхностных координат зеркала, приводящей к изменению ширины воздушного зазора при переходе от одной точки рефлектора к другой.
С целью расчета свойств корректирующего рефлектора зеркальной антенны была аналитически решена задача об отражении плоской волны от структуры, показанной на фиг.2. В основе аналитического метода анализа лежит применение усредненных граничных условий Конторовича для сетчатой поверхности. При этом изучены зависимости отражательной способности системы в целом от ширины воздушного зазора между исходным и корректирующим рефлектором зеркальной антенны. Установлено, что при должном выборе параметров системы, фаза отраженной рефлектором волны практически не зависит от ширины зазора, если он меняется от точки к точке в интервале шириной порядка половины длины волны, что означает сохранение высокого коэффициента направленного действия (КНД) антенны.
В отсутствие корректирующего рефлектора зеркальной антенны неоднородности подобного масштаба на поверхности исходного рефлектора приводят к заметному снижению КНД более чем на 50% из-за больших фазовых ошибок.
Расширение рабочего диапазона частот зеркальных антенн большого размера достигается за счет того, что над первичным рефлектором зеркальной антенны располагают вторичный корректирующий рефлектор зеркальной антенны, который состоит из ламинированной сетки с упругими металлическими нитями, образующими регулярную микросетку, причем расстояние между соседними нитями много меньше длины волны рабочего диапазона частот зеркальной антенны, причем микросетка ламинирована слоем диэлектрика.
Полутолщина ламинирующего слоя корректирующего рефлектора зеркальной антенны, должна быть по меньшей мере, в несколько раз больше расстояния между нитями сетки.
Возможным примером оборудования зеркальных антенн корректирующим рефлектором и работы корректирующего рефлектора может служить случай, когда рефлекторы зеркальных антенн или радиотелескопов, с диаметром рефлектора от нескольких метров и более, чей частотный диапазон ограничен сантиметровыми волнами, для адаптации к работе в более высокочастотной области спектра, покрывают вторичным рефлектором, выполненным из сетки с металлическими нитями, ламинированной слоем диэлектрика. Отражательные свойства подобной структуре придают тонкие металлические нити, образующие регулярную микросетку. Расстояние между соседними нитями должно быть много меньше длины волны.
Таким образом, будет достигнуто улучшение направленных свойств и расширение рабочего частотного диапазона зеркальной антенны оборудованной корректирующим рефлектором, вследствие нивелирования отличия профиля рефлектора антенны от идеального, вызванного как из-за случайных искажений рефлектора антенны, связанных с качеством изготовления поверхности рефлектора и его последующей обработки, так и из-за детерминированных искажений рефлектора вследствие испытываемых рефлектором механических напряжений различных нагрузок (гравитационных, ветровых и т.д.).