Основы радиолокации

Тороидальная антенна

Тороидальная антенна имеет своей основой геометрию поверхности вращения параболы, подобно параболической антенне. Рефлекторы обеих этих антенн представляют собой вырезки из соответствующих поверхностей вращения. В случае обычной параболической антенны парабола вращается вокруг своей оси симметрии (Рисунок 1, слева). Такое вращение параболы формирует круговой параболоид вращения. В параболических антеннах ось симметрии параболы обычно является и линией визирования антенны (при условии расположения облучателя в фокусе параболы).

В случае тороидальной антенны ось вращения перпендикулярна оси симметрии параболы. Расстояние между осью вращения и поверхностью вращения должно быть больше, чем фокусное расстояние параболы (Рисунок 1, справа). Тороидальная антенна имеет не одну фокальную точку, а целую группу фокальных линий, которые лежат на дуге перед рефлектором.

В сравнении с параболической антенной у тороидальной антенны больше аберрационные потери, поскольку первичная антенна (например, рупорный облучатель) не находится в точке фокуса, а лежит на фокальной линии. В режиме приема часть энергии, собранной и переотраженной рефлектором, будет проходить мимо первичной антенны (облучателя). Кроме этого, первичная антенна может облучать только ограниченную часть рефлектора. Таким образом, апертура тороидальной антенны всегда существенно меньше, чем в параболической антенне таких же размеров.

Для уменьшения аберрационных потерь в конструкцию антенны может добавляться вторичный рефлектор по аналогии с конструкцией антенны Кассегрена. При помощи такого вторичного рефлектора можно компенсировать разности фаз поля на границах освещенной области на поверхности основного рефлектора.

Рисунок 2. AN/FPS-50, DR3: параболически-тороидальная антенна с облучателем органного типа на базе ВВС США Clear. © 2000-2016 GlobalSecurity.org

Рисунок 2. AN/FPS-50, DR3: параболически-тороидальная антенна с облучателем органного типа на базе ВВС США Clear. © 2000-2016 GlobalSecurity.org

Тороидальные антенны используются для получения нескольких лучей одновременно при использовании одного большого стационарного рефлектора. Эта концепция применяется, например, в радиолокаторе OTH-B, поскольку отражатели его антенны (имеющие крайне низкие резонансные частоты) слишком велики для реализации механического вращения. Рефлектор параболически-тороидальной антенны радиолокатора AN/FPS-50 был размером примерно с футбольное поле. Для питания такой антенны использовался, так называемый, облучатель органного типа (в англоязычной литературе Organ-Pipe Scanner). Такой облучатель поочередно подключает отдельные излучатели, расположенные в разных точках тракта распространения волны, как на передачу, так и на прием. Таким образом, несмотря на то, что рефлектор неподвижен, луч антенны перемещается за счет выбора точки облучения рефлектора.