www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи радіолокації

Антена із зміщеним опромінювачем (офсетна антена)

Рисунок 1. Офсетна антена – частина параболоїду

Рисунок 1. Офсетна антена – частина параболоїду

Антена із зміщеним опромінювачем (офсетна антена)

Одним з недоліків дзеркальних антен з опромінювачами є створення опромінювачем тіні, затінення ним дзеркала у випадку, коли він знаходиться на шляху променю антени. В режимі прийому область тіні являє собою певну пляму на поверхні дзеркала безпосередньо перед опромінювачем. В режимі випромінювання опромінювач разом з елементами його кріплення створює перешкоду для променів, що виходять від рефлектора параболічної антени.

Для вирішення цієї проблеми опромінювач може бути зміщений з фокусу. Таку антену називають антеною із зміщеним опромінювачем або офсетною антеною. В офсетній антені опромінювач знаходиться в стороні від шляху розповсюдження хвиль так, що спотворення діаграми направленості антени не відбувається. Опромінювач направлений уверх відносно оси параболоїда, при цьому нижня частина параболоїда вилучається з конструкції антени (Рисунок 1). В результаті отримуємо параболоїд менших розмірів із збільшеною фокусною відстанню. Отже, опромінювач розміщується на більшій відстані від рефлектора, і тому повинен мати більш високу направленість для того, щоби уникнути втрат за рахунок проходження променів поза рефлектором. Тому для такої конструкції потрібен опромінювач великих розмірів і, як правило, вона складніша й дорожча у виготовленні.

фокус
контур
кромки
проекція
апертури

Рисунок 2. Геометрія офсетної параболічної дзеркальної антени
 

фокус
контур
кромки
проекція
апертури

Рисунок 2. Геометрія офсетної параболічної дзеркальної антени

У комерційних антенах із зміщеним опромінювачем, таких як супутникові дзеркальні антени, вирізка з параболоїду обертання не кругла, а овальна. Кромка рефлектора ефективної офсетної антени має проходити через точки однакової густини потужності випромінення опромінювача – вона може бути овальною або навіть яйцеподібною з урахуванням ексцентриситету опромінювача. Це можливо продемонструвати, провівши експеримент з ліхтариком. Якщо промінь ліхтарика направлено перпендикулярно поверхні екрану, то форма освітленої частини кругла. Якщо ж ліхтарик освітлює екран під певним кутом, то форма освітленої частини має яйцеподібну форму. Тому, наприклад, комерційна антенна для приймання супутникового телебачення має ширину 1,25 м та висоту 1,35 м. В проекції ця фігура набуває круглої форми ефективної апертури (Рисунок 2).

Рисунок 3. Офсетна антена з рефлектором у вигляді «апельсинової кожури»

Рисунок 3. Офсетна антена з рефлектором у вигляді «апельсинової кожури»

Така кругла апертура небажана особливо для двокоординатних радіолокаторів. Для таких радіолокаторів кутовий розмір променю антени в азимутальній площині має бути якомога меншим, тоді як у кутомісній площині цей розмір повинен мати задане значення, як правило, в інтервалі від 15 до 30 градусів. Отже, параболічна антена при зміщеному опромінювачі – це не просто прямокутна вирізка з параболоїду (як, наприклад, в антенах, формуючих віяловий промінь), але має більш округлу форму. Метою такої конструкції є найбільш ефективне використання поверхні відбивача з якомога меншою площею. Оскільки відстань між опромінювачем і різними ділянками поверхні рефлектора для офсетної антени не є однаковою, то й густина випромінення на кромці рефлектора, сформованого опромінювачем із симетричною діаграмою направленості, буде різною. Чим далі ділянка поверхні рефлектора від опромінювача, тим менша густина випромінення на ній. З цієї причини деякі ділянки, зо знаходяться на зовнішній (відносно опромінювача) частині рефлектора, роблять менший внесок у формування діаграми направленості антени. Тому ділянки, які роблять зовсім невеликий (відповідно до заданого при розробці антени критерію) внесок, можуть бути видалені. В результаті отримуємо форму рефлектора, яка нагадує частину апельсинової кожури. Тому таку антену часто називають «антеною апельсинової кожури» (у англомовній літературі – Orange-Peel Antenna).

Більшість радіолокаторів з параболічними антенами використовують принцип зміщеного опромінювача. Ця структура має ще одну перевагу, що полягає у тому, що висока потужність передавача не відбивається прямо на опромінювач. В антенах із симетричним розташуванням опромінювача потужність, що відбивається рефлектором, частково повертається на опромінювач, що спричиняє погіршення коефіцієнту стоячої хвилі в лінії живлення антени. Таким чином, навантаження вихідного каскаду передавача буде нижчим у разі використання антени із суміщеним опромінювачем.