Антенны с диаграммами специальной формы

К этому типу относятся антенны с косекансными, сектор­ными и другими типами диаграмм направленности.

Требуемая форма диаграмм у подобных антенн полу­чается за счет создания в их раскрыве определенных распре­делений амплитуд и фаз поля, отличающихся от таковых у антенн с игольчатыми и веерными диаграммами.

На рис. 82 схематически представлена антенная система, обладающая несимметричной диаграммой направленности косекансного типа. Антенна состоит из параболического зеркала а и линейного облучателя б, образованного из четы­рех рупорных антенн, размешенных в фокальной плоскости таким образом, что рупор 1 находится в фокусе параболы, а все последующие рупоры вынесены из фокуса в поперечном направлении.

Каждый из рупоров облучателя может рассматриваться как точечный источник, формирующий с помощью парабо­лоида свою собственную остронаправленную диаграмму.

Величина главного лепестка диаграммы каждого рупора зависит от интенсивности возбуждения облучателя, а наклон лепестка по отношению к оси зеркала пропорционален вы­носу рупора из фокуса.

Суммарная диаграмма направленности в данной антенны является результатом наложения индивидуальных диа­грамм г каждого из рупоров друг на друга. Эти индивиду­альные диаграммы на рис. 82 показаны пунктиром.

Для получения косекансной диаграммы в антенне, пока­занной на рис. 82, интенсивность возбуждения рупоров сде­лана убывающей в направлении от рупора I к рупору IV.

Процесс формирования диаграммы специальной формы может рассматриваться как процесс расфокусировки антен­ной системы. При расфокусировке уже не все лучи, выходя­щие из раскрыва антенны, будут параллельны.

Если для рассмотрения антенны построить кривые рас­пределения фаз и амплитуд в ее раскрыве, то можно убе­диться в том, что поверхность равной фазы (фронт волны) сильно искривлена.

Напрашивается вопрос, а нельзя ли получить требуемое распределение амплитуд и фаз в раскрыве антенны за счет изменения формы зеркала? Оказывается, можно.

Так как распространение энергии всегда происходит в направлении, перпендикулярном фронту волны, то интенсивность излучения в данном направлении будет зависеть как от радиуса кривизны участка фазового фронта, перпендику­лярного этому направлению, так и от интенсивности поля в его пределах.

Это дает возможность по заданной диаграмме направ­ленности найти требуемое распределение амплитуд и фаз в антенне, а затем уже решить задачу выбора формы зеркала.

На практике для этих целей применяют комбинации па­раболических зеркал с зеркалами, имеющими специальную форму. Два подобных зеркала, дающих несимметрично рас­тянутую диаграмму направленности, представлены на рис. 83.

Здесь участок I зеркала является параболической поверх­ностью, дающей после отражения параллельный пучок лу­чей 3, а участку 2 придана такая форма, которая обусловли­вает получение расходящегося пучка лучей 4. Совместное действие излучений от обеих частей зеркал (наложение па­раллельного пучка лучей на расходящийся) и дает диа­грамму требуемой формы.

Следует заметить, что антеннам с видоизмененной фор­мой зеркала часто отдают предпочтение по сравнению с ан­теннами, одна из которых показана на рис. 82, так как по­следние не позволяют удовлетворительно формировать широкоугольные диаграммы.

Объясняется это тем, что при тех больших смещениях точечных источников из фокуса (см. рис. 82), которые требу­ются для получения широкоугольных диаграмм, диаграмма направленности расширяется не только в плоскости смеще­ния, но и в перпендикулярной ей плоскости. Это приводит к весьма заметному уменьшению коэффициента усиления антенны, а главное, к уменьшению разрешающей способно­сти радиолокационных станций.

Антенны же со специально подобранной формой зеркала позволяют формировать специальную диаграмму направленности в одной плоскости, практически не влияя на диа­грамму в другой плоскости.

В данном разделе мы не рассматривали вопроса создан;:я секторных диаграмм направленности, так как способы их по­лучения не отличаются от рассмотренных выше, за исключе­нием лишь того обстоятельства, что секторные диаграммы, з противоположность косекансным, являются симметричными.

На рис. 84 приведена фотография антенны с зеркалом специальной формы, обеспечивающей получение диаграммы направленности косекансного типа. Верхняя часть этого зеркала представляет собой участок параболоида вращения, а нижняя подобрана специально. В качестве облучателя данного зеркала применена антенна, показанная на рис. 45.