RU2039401C1 - Cassegrainian axial-symmetry antenna - Google Patents

Cassegrainian axial-symmetry antenna Download PDF

Info

Publication number
RU2039401C1
RU2039401C1 SU5054042A RU2039401C1 RU 2039401 C1 RU2039401 C1 RU 2039401C1 SU 5054042 A SU5054042 A SU 5054042A RU 2039401 C1 RU2039401 C1 RU 2039401C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antenna
distance
mirror
wave
grooves
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Абрамович Ерухимович
Original Assignee
Юрий Абрамович Ерухимович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Абрамович Ерухимович filed Critical Юрий Абрамович Ерухимович
Priority to SU5054042 priority Critical patent/RU2039401C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2039401C1 publication Critical patent/RU2039401C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

FIELD: antenna equipment. SUBSTANCE: antenna feed in the form of horn and impedance cylindrical extension piece with quarter-wavelength grooves in inner surface allow axial-symmetry pattern with steep declivities and stable position of phase center to be formed. Its position does not depend on distance to points of reflection of beams from auxiliary reflector within fixed intervals of distance between aperture plane of antenna feed and center of auxiliary reflector. If this distance is less than length of wave then auxiliary reflector has parabolic shape and if it is bigger than two lengths of wave than auxiliary reflector has elliptical or hyperbolic shape. Description of invention specifies various variants of make of horn part and impedance extension piece (with ring or spiral grooves). EFFECT: enhanced efficiency of Cassegrainian axial-symmetry antenna with mixed focal plane, improved cross-polarization discrimination with minimization of antenna feed. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемо-передающей антенны в системах связи СВЧ-диапазона. The invention relates to antenna technology and can be used as a transceiver antenna in microwave communication systems.

В последние годы широкое распространение получили ДЗА со смещенной фокальной осью. In recent years, DZA with a shifted focal axis have become widespread.

В антеннах этого типа, например, АДЭ [A1] и АДП [A2] возможно существенно уменьшить диаметр вспомогательного зеркала (до 2-3 длин волн λ ) при сохранении высоких значений основных электрических параметров. Однако, коэффициент использования поверхности излучающего раскрыва (КИП) в этих ДЗА оказывается значительно ниже, чем это следует по данным теории (примерно на 20% ниже). Причины несоответствия расчетных и экспериментальных значений КИП между собой в литературе не исследованы. Особых нареканий со стороны практики это не вызывает, так как стандартное значение КИП антенн АДЭ и АДП равно 0,85, что само по себе является достаточно высокой величиной. Тем не менее рост требований к параметрам антенн заставляет искать пути их улучшения. In antennas of this type, for example, ADE [A1] and ADP [A2], it is possible to significantly reduce the diameter of the auxiliary mirror (to 2-3 wavelengths λ) while maintaining high values of the main electrical parameters. However, the coefficient of utilization of the surface of the radiating aperture (CIP) in these DZA is much lower than it follows according to the theory (approximately 20% lower). The reasons for the discrepancy between the calculated and experimental values of the instrumentation are not studied in the literature. This does not cause any particular complaints from practice, since the standard value of the instrumentation of antennas ADE and ADP is 0.85, which in itself is a fairly high value. Nevertheless, an increase in the requirements for antenna parameters makes us look for ways to improve them.

Изобретение направлено на повышение КИП ДЗА со смещенной фокальной осью при сохранении минимальных габаритов облучающей системы. The invention is aimed at increasing the instrumentation with a displaced focal axis while maintaining the minimum dimensions of the irradiating system.

Как показал анализ теоретических и экспериментальных данных, основным путем улучшения КИП антенн со смещенной фокальной осью представляется создание первичного излучателя со следующей совокупностью характеристик:
а) осесимметричной формой диаграммы направленности (ДН);
б) широкоугольностью этой формы с 200,5 ≃ 30-40оС;
в) стабильным и совпадающим для обеих основных поляризаций поля положением фазового центра;
г) сохранением указанных выше характеристик на расстояниях, соответствующих положению точек отражения на вспомогательном зеркале относительно центра раскрыва рупора.
As shown by the analysis of theoretical and experimental data, the main way to improve the instrumentation of antennas with a shifted focal axis is to create a primary emitter with the following set of characteristics:
a) axisymmetric shape of the radiation pattern (DN);
b) the wide-angle of this form with 20 0.5 ≃ 30-40 о С;
c) the position of the phase center is stable and coincides for both main polarizations of the field;
d) preservation of the above characteristics at distances corresponding to the position of the reflection points on the auxiliary mirror relative to the center of the mouth of the mouthpiece.

ДЗА с таким первичным излучателем в наиболее полной мере реализует предсказываемые расчетным путем характеристики. DZA with such a primary emitter to the fullest extent implements the characteristics predicted by calculation.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой является антенна типа АДЭ с первичным излучателем в виде открытого конца круглого волновода. Открытый конец круглого волновода, как известно, излучает практически сферическую волну с положением ФЦ, совпадающим с центром его раскрыва. При отношении его диаметра к длине волны около 0,8 ДН излученного поля примерно осесимметричны. Напомним, что расстояние дальней зоны в этом случае начинается с величины 1,3λ Недостатками прототипа являются относительно узкий рабочий диапазон, в котором сохраняется осевая симметрия поля; слишком большая широкоугольность ДН, вследствие чего повышается Ку и дифракционные эффекты на малом зеркале. Кроме этого, первичный излучатель не может создать неоднородный плоский волновой фронт для облучения малого зеркала с диаметром около 2,5-3λ, при котором антенна АДЭ еще сохраняет работоспособность.The closest in technical essence to the proposed one is an ADE antenna with a primary emitter in the form of the open end of a circular waveguide. The open end of a circular waveguide, as is known, emits an almost spherical wave with the position of the FC coinciding with the center of its aperture. With a ratio of its diameter to the wavelength of about 0.8 days, the radiated field is approximately axisymmetric. Recall that the distance of the far zone in this case begins with a value of 1.3λ. The disadvantages of the prototype are the relatively narrow working range in which the axial symmetry of the field is preserved; the wide-angle of the MD is too large, as a result of which K y and diffraction effects on a small mirror increase. In addition, the primary emitter cannot create an inhomogeneous flat wavefront for irradiating a small mirror with a diameter of about 2.5-3λ, at which the ADE antenna still remains operational.

Целью изобретения является повышение КИП ДЗА со смещенной фокальной осью и улучшение других электрических характеристик, например, развязки по кросс-поляризации при минимизации габаритов облучающей системы. The aim of the invention is to increase the instrumentation DZA with a shifted focal axis and improve other electrical characteristics, for example, decoupling for cross-polarization while minimizing the dimensions of the irradiating system.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве первичного излучателя ДЗА со смещенной фокальной осью используется устройство, состоящее из собственно рупорной части и электрически соединенной с ней и соосной насадкой импедансного типа с четвертьволновыми канавками на внутренней поверхности насадки, причем насадка выполнена в виде отрезка металлического цилиндра (полого), с диаметром излучающего раскрыва, равным 2λ, где λ- средняя длина волны рабочего диапазона, а общее число канавок, прорезанных на внутренней поверхности цилиндра взято не менее восьми. Канавки могут быть как концентрическими, так и спиральными. This goal is achieved in that a device consisting of the horn itself and electrically connected to it and an impedance-type coaxial nozzle with quarter-wave grooves on the inner surface of the nozzle is used as the primary emitter of a DZA with a shifted focal axis, and the nozzle is made in the form of a piece of a metal cylinder ( shallow), with a radiating aperture diameter equal to 2λ, where λ is the average wavelength of the working range, and the total number of grooves cut on the inner surface of the cylinder in yato at least eight. The grooves can be either concentric or spiral.

Предлагаемый первичный излучатель создает широкоугольную ДН с крутыми скатами и положением ФЦ, не зависящим от расстояния до точек малого зеркала, что позволяет максимально приблизить ход лучей в антенне к теоретически предсказываемому законами геометрической оптики (ГО). В этом случае теоретические и экспериментальные данные, такие как взаимное расположение элементов антенны и значения электрических характеристик оказываются максимально близкими между собой. При этом установлено, что на расстояниях l < λ от плоскости излучающего раскрыва первичного излучателя поле излучения является практически неоднородной плоской волной, поскольку именно такая волна возбуждается в насадке. При этом вспомогательное зеркало должно иметь параболическую образующую, а габариты облучающей системы оказываются минимально возможными (для устройств, формирующих плоскую волну в объеме цилиндра с диаметром 2,5-3λ). На расстояниях, превышающих 2λ, поле первичного излучателя представляет собой расходящуюся сферическую волну с точечным ФЦ. Для таких расстояний вспомогательное зеркало должно иметь эллиптический или гиперболический профиль, чтобы сформировать в раскрыве плоскую волну. The proposed primary emitter creates a wide-angle beam with steep slopes and a position of the FC that does not depend on the distance to the points of a small mirror, which makes it possible to approximate the path of the rays in the antenna theoretically predicted by the laws of geometric optics (GO). In this case, the theoretical and experimental data, such as the relative positions of the antenna elements and the values of the electrical characteristics, are as close as possible to each other. It was found that at distances l <λ from the plane of the radiating aperture of the primary emitter, the radiation field is an almost inhomogeneous plane wave, since it is such a wave that is excited in the nozzle. In this case, the auxiliary mirror should have a parabolic generatrix, and the dimensions of the irradiating system are minimally possible (for devices forming a plane wave in the cylinder volume with a diameter of 2.5-3λ). At distances exceeding 2λ, the field of the primary emitter is a diverging spherical wave with a point-like phase transition. For such distances, the auxiliary mirror must have an elliptical or hyperbolic profile in order to form a plane wave in the aperture.

Наличие в изобретении первичного излучателя с описанной геометрией (конкретными размерами и числом канавок и др.), профилем вспомогательного зеркала, различным в зависимости от расстояния до излучающего раскрыва первичного излучателя (параболическим, если это расстояние меньше λ и эллиптическим, если оно больше 2λ), отличает его от выбранного прототипа. Подобное устройство в литературе не описано. The presence in the invention of a primary emitter with the described geometry (specific dimensions and the number of grooves, etc.), the profile of the auxiliary mirror, different depending on the distance to the radiating aperture of the primary emitter (parabolic if this distance is less than λ and elliptical if it is more than 2λ), distinguishes it from the selected prototype. A similar device is not described in the literature.

Возможность создания положительного эффекта основывается на выполненном анализе результатов теоретического исследования закономерностей распространения поля в бесконечном гофрированном волноводе с четвертьволновыми канавками на стенках (анализ качественный). Получено экспериментальное подтверждение ожидаемых эффектов на нескольких вариантах первичного излучателя и в антенне типа АДЭ. Использование изобретения позволяет спроектировать ДЗА типа АДЭ, АДГ или АДП с одним и тем же первичным излучателем, имеющим минимально возможные габариты. При этом реализуются более близкие к теоретическим значения КИП и УПБЛ, чем в прототипе и аналогах. Антенна типа АДП осуществима при расстоянии между раскрывом первичного излучателя и малым зеркалом, меньшим длины волны, а антенны типа АДЭ и АДГ при расстояниях, больших двух длин волн. Поскольку каждый указанный тип антенны обладает своими положительными качествами, которые наиболее полно реализованы с помощью изобретения, то соответствующий положительный эффект должен быть соотнесен с решаемой технической задачей. The possibility of creating a positive effect is based on the analysis of the results of a theoretical study of the laws of field propagation in an endless corrugated waveguide with quarter-wave grooves on the walls (qualitative analysis). Experimental confirmation of the expected effects was obtained on several versions of the primary emitter and in an antenna of the ADE type. The use of the invention allows to design DZA type ADE, ADH or ADP with the same primary emitter having the smallest possible dimensions. In this case, closer to theoretical values of instrumentation and control devices are realized than in the prototype and analogues. Antenna of type ADP is feasible at a distance between the opening of the primary emitter and a small mirror shorter than the wavelength, and antennas of type ADE and ADH at distances greater than two wavelengths. Since each indicated type of antenna has its own positive qualities, which are most fully realized with the help of the invention, the corresponding positive effect should be correlated with the technical problem being solved.

На фиг. 1 показана конструктивная схема предлагаемой ДЗА в произвольном центральном сечении на примере известной схемы АДЭ (фиг.1а) и схема предлагаемого первичного излучателя в варианте с кольцевыми канавками на стенках насадки (фиг.1б). In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed DZA in an arbitrary central section using the example of the well-known ADE circuit (Fig. 1a) and a diagram of the proposed primary radiator in the embodiment with annular grooves on the nozzle walls (Fig. 1b).

Обозначения: D и d диаметры большого и малого зеркал соответственно; L расстояние между плоскостью излучающего раскрыва первичного излучателя и малым зеркалом (его острием) вдоль оси симметрии, r0 внутренний радиус насадки; r1 ее наружный радиус; 1 рупорная часть первичного излучателя (ПИ); 2 цилиндрическая насадка к ней длиной L, 3 малое зеркало с образующей кривой второго порядка, фокусы которой 0 и 0ф, 4 большое зеркало с параболическим профилем и фокусом в точке 0 (для симметрии половины зеркала те же обозначения, но со значком "штрих" наверху. Фокальная ось образующей параболы параллельна оси симметрии и смещена от нее в сторону на расстояние d/2).Designations: D and d are the diameters of the large and small mirrors, respectively; L is the distance between the plane of the radiating aperture of the primary emitter and the small mirror (its tip) along the axis of symmetry, r 0 is the inner radius of the nozzle; r 1 is its outer radius; 1 horn part of the primary emitter (PI); 2 a cylindrical nozzle to it of length L, 3 a small mirror with a generatrix of a second-order curve, the foci of which are 0 and 0 f , 4 a large mirror with a parabolic profile and focus at point 0 (for the symmetry of half a mirror, the same notation, but with a dash icon) The focal axis of the generatrix of the parabola is parallel to the axis of symmetry and is offset from it to the side by a distance d / 2).

На фиг.2 показана конструктивная схема предлагаемого ПИ к антенне в варианте с двухзаходной спиральной канавкой на стенке насадки. Figure 2 shows a structural diagram of the proposed PI to the antenna in the embodiment with a double-helical spiral groove on the nozzle wall.

Обозначения: 1 собственно рупорная часть; 2 цилиндрическая насадка; 3 произвольное центральное сечение насадки 2 (канавки одной ветви спирали отмечены значком "о", второй, сдвинутой по торцу насадки на 90о по отношению к первой, значком "х"; dв диаметр питающего волновода. Точки начала ветвей спирали: С первой и В второй.Designations: 1 actually horn part; 2 cylindrical nozzle; 3 arbitrary central section of the nozzle 2 (the grooves of one branch of the spiral are marked with an “o”, the second, shifted along the end of the nozzle by 90 ° with respect to the first, with an “x”; d in the diameter of the supply waveguide. Starting points of the spiral branches: From the first and In the second.

На фиг.3 представлена конструктивная схема предлагаемого ПИ к антенне в варианте с кольцевыми канавками (концентрическими) на стенках насадки 2. Обозначения те же, что и на фиг.1 и 2. В кружке "м" дана выноска, показывающая геометрию канавок, при этом t толщина металла по стенке между соседними канавками, S ширина канавок, q S+t. Эти характеристики одинаковы как для кольцевых, так и для спиральных канавок. Figure 3 presents a structural diagram of the proposed PI to the antenna in the embodiment with annular grooves (concentric) on the walls of the nozzle 2. The designations are the same as in figures 1 and 2. In the circle "m" is given a callout showing the geometry of the grooves, when this t is the thickness of the metal along the wall between adjacent grooves, S is the width of the grooves, q S + t. These characteristics are the same for both annular and spiral grooves.

На фиг. 4 показана зависимость положения ФЦ Lф одного из исследованных вариантов предложенного ПИ/с кольцевыми канавками на стенках и углом расфазированной части α2= 45о от расстояния RLф+L; на фиг.5 фазовые распределения и ДН одного из вариантов ПИ с данными: α111о, α2= 55о, канавки кольцевые; на фиг. 6 набор фазовых диаграмм того же ПИ для разных расстояний L (фиг.6а), зависимость положения его фазового центра от расстояния (фиг.6б) и сектор углов ±θo в функции L, в пределах которого фазовая ошибка по модулю меньше 10о, на фиг.7 амплитудные ДН предлагаемого ПИ в частотном диапазоне для варианта α1 11о, α2= 55о, насадка с кольцевыми канавками; на фиг.8 амплитудные и фазовые распределения в плоскости раскрыва предлагаемой антенны с данными: схема АДЭ, D 2500 мм; d 200 мм; F 575 мм; Ψo= 90о; α1 11о; α2= 45о, насадка с кольцевыми канавками, 8 штук, Lф 13 мм; L 151,5 мм. Измерения на частоте 11,2 ГГц.In FIG. 4 shows the dependence of the position of the FC L f of one of the investigated variants of the proposed PI / with ring grooves on the walls and the angle of the out-of-phase part α 2 = 45 о from the distance RL f + L; figure 5 phase distribution and the bottom of one of the options PI with data: α 1 11 about , α 2 = 55 about , ring grooves; in FIG. 6 is a set of phase diagrams of the same PI for different distances L (Fig.6a), the dependence of the position of its phase center on the distance (Fig.6b) and the angle sector ± θ o in function L, within which the phase error modulo is less than 10 o , in Fig.7 amplitude MD of the proposed PI in the frequency range for option α 1 11 about , α 2 = 55 about , nozzle with annular grooves; on Fig amplitude and phase distribution in the aperture plane of the proposed antenna with data: ADE circuit, D 2500 mm; d 200 mm; F 575 mm; Ψ o = 90 o ; α 1 11 about ; α 2 = 45 about , nozzle with annular grooves, 8 pieces, L f 13 mm; L 151.5 mm. Measurements at a frequency of 11.2 GHz.

Двухзеркальная антенна обладает осевой симметрией и содержит основное (большое) зеркало 4 со смещенной фокальной осью от параболической образующей, согласованное с ним по профилю вспомогательное (малое) зеркало 3 с образующей кривой второго порядка с фокусами в точках 0 и 0ф и первичный излучатель 1-2, содержащий в свою очередь собственно рупорную часть 1 и импедансную насадку 2 с прорезанными на ее внутренней поверхности четвертьволновыми канавками. Диаметр внутренней поверхности 2го, совпадает с выходным диаметром конической части рупора 1 в сечении а-а'. Кроме того, этот диаметр равен двум длинам волн для средней расчетной частоты диапазона волн. Насадка 2 может быть выполнена со спиральными канавками на стенках (фиг.2), либо с кольцевыми канавками (фиг. 3). Внешний диаметр насадки 2r1 взят несколько больше 2,5λс учетом требуемой из конструктивных соображений толщины металла. Ширина каждой канавки S≅

Figure 00000001
, расстояние по металлу между соседними канавками t≅
Figure 00000002
, причем общее число канавок взято не менее восьми. Спиральная канавка является двухзаходной с точками начала каждой ветви С и В (фиг.2), сдвинутыми между собой на 90о по торцу раскрыва. Шаг спиралей (через каждые 360о) взят равным 2q 0,5λ Для построения рупорной части 1 может быть использован как синфазный, так и расфазированный рупор. Фокус 0 малого зеркала 3 совмещен с фокусом большого зеркала 4 (точка 0), а его второй (осевой) фокус 0ф совмещен с фазовым центром первичного излучателя.A two-mirror antenna has axial symmetry and contains a primary (large) mirror 4 with a shifted focal axis from the parabolic generatrix, an auxiliary (small) mirror 3 with a second-order curve generatrix with foci at points 0 and 0 f and a primary emitter 1- 2, which in turn contains the horn part 1 and the impedance nozzle 2 with quarter-wave grooves cut on its inner surface. The diameter of the inner surface 2r about , coincides with the output diameter of the conical part of the horn 1 in the section aa ' . In addition, this diameter is equal to two wavelengths for the average design frequency of the wavelength range. The nozzle 2 can be made with spiral grooves on the walls (figure 2), or with annular grooves (figure 3). The outer diameter of the nozzle 2r 1 is taken slightly more than 2.5λ, taking into account the required thickness of the metal from structural considerations. Width of each groove S≅
Figure 00000001
, the metal distance between adjacent grooves t≅
Figure 00000002
, and the total number of grooves taken at least eight. The spiral groove is two-way with the start points of each branch C and B (figure 2), shifted between themselves by 90 about the end of the aperture. Step helices (every 360 °) is taken equal to 2q 0,5λ For construction of part 1 of the horn can be used as the in-phase and misphased mouthpiece. Focus 0 of the small mirror 3 is aligned with the focus of the large mirror 4 (point 0), and its second (axial) focus 0 f is aligned with the phase center of the primary emitter.

Двухзеркальная антенна (вариант) отличается эллиптической или гиперболической формой кривой, образующей профиль малого зеркала 3, (АДЭ или АДГ соответственно). При этом расстояние L между плоскостью раскрыва Q первичного излучателя и центром малого зеркала 3 взято больше 2λ. A two-mirror antenna (option) is characterized by an elliptical or hyperbolic curve shape forming the profile of a small mirror 3, (ADE or ADH, respectively). Moreover, the distance L between the aperture plane Q of the primary emitter and the center of the small mirror 3 is taken more than 2λ.

Двухзеркальная антенна (вариант) отличается параболической формой кривой, образующей профиль малого зеркала 3, конфокальной образующей параболе большого зеркала 4, но со встречным направлением фокальной оси. Это ДЗА типа АДП τ<λ
Для пояснения работы устройства отметим, что в плоскости раскрыва Q первичного излучателя (фиг.2 и 3) возникает практически осесимметричное плоское поле со спадающим к краям распределением (Т). Такое поле излучает сложную волну.
A two-mirror antenna (option) differs in a parabolic shape of the curve forming the profile of the small mirror 3, confocal forming the parabola of the large mirror 4, but with the opposite direction of the focal axis. This DZA type ADP τ <λ
To explain the operation of the device, we note that in the aperture plane Q of the primary emitter (FIGS. 2 and 3), an almost axisymmetric plane field arises with a distribution (T) decreasing towards the edges. Such a field emits a complex wave.

Известно, что в поле излучения синфазного конечного раскрыва можно выделить две области пространства, характеризуемые относительным расстоянием

Figure 00000003
в долях так называемого "расстояния Релея" Ro=
Figure 00000004
, в пределах каждой из которых структура этого поля различна. В области 0 < R < 0,5Roизлученная волна-неоднородная плоская; в области R > Ro излученная волна-неоднородная сферическая. Так как излучающий раскрыв ПИ 2ro 2λ, то для него Ro 2λ. Как видно из фиг.2, фазовый центр излученного поля для расстояний R < λ сильно углубляется внутрь раскрыва (Lф > 4λ), т.е. в указанной области пространства распространяется плоская волна. В интервале расстояний 1,5λ -2λ волна нерегулярная не плоская и не сферическая. Но для расстояний R > 2λ -2,5 λ формируется регулярная сферическая волна. Кривые получены для ПИ с dв 23 мм, α1=11о, α2= 45о, канавки кольцевые, f 10 ГГц (f частота).It is known that in the radiation field of a common-phase final aperture, two regions of space characterized by relative distance can be distinguished
Figure 00000003
in shares of the so-called "Rayleigh distance" R o =
Figure 00000004
, within each of which the structure of this field is different. In the region 0 <R <0.5R o, the emitted wave is inhomogeneous plane; in the region R> R o the emitted wave is inhomogeneous spherical. Since the radiating opening PI 2r o 2λ, then for him R o 2λ. As can be seen from figure 2, the phase center of the radiated field for distances R <λ greatly deepens into the aperture (L f > 4λ), i.e. a plane wave propagates in the indicated region of space. In the range of distances 1.5λ -2λ, the wave is irregular, not planar or spherical. But for distances R> 2λ -2.5 λ, a regular spherical wave is formed. The curves were obtained for PIs with d at 23 mm, α 1 = 11 о , α 2 = 45 о , ring grooves, f 10 GHz (f frequency).

Описанный характер поля излучения ПИ сохраняется неизменным качественно при различных выполнениях рупорной части 1 (близкой к синфазному или расфазированному рупору) и при насадке с концентрическими или спиральными канавками. В зависимости от характера канавок наблюдаются различия в положении фазового центра Lф излученного поля, степени его симметрии и крутизне скатов ДН. Насадка со спиральной канавкой формирует большую крутизну скатов ДЧ, чем с кольцевыми при лучшем согласовании волноводного входа. Последнее объясняется тем, что в доль оси симметрии 0-0' противолежащие точки спирали сдвинуты между собой на q0,25λ поэтому отраженные от них волны в сторону рупорной части 1 проходят этот путь дважды, т.е. имеют разность фаз, равную 180о. Следовательно при спиральной канавке в сторону рупора 1 отраженной волны диаметрально противолежащие поверхностные поля на стенках насадки взаимно компенсируются. Отсутствие поверхностной отраженной волны вдоль стенок насадки со спиральной канавкой способствует уменьшению уровня паразитных излученных полей, поэтому крутизна скатов ДН такой насадки выше, чем у насадки с кольцевыми канавками.The described character of the radiation field of the PI remains unchanged qualitatively with different designs of the horn part 1 (close to in-phase or out-of-phase horn) and with a nozzle with concentric or spiral grooves. Depending on the nature of the grooves, differences are observed in the position of the phase center L f of the emitted field, the degree of its symmetry, and the steepness of the slopes of the MD. The nozzle with a spiral groove forms a greater steepness of the slopes of the PM than with the annular ones with better matching of the waveguide input. The latter is explained by the fact that opposite the points of symmetry 0-0 'the opposite points of the spiral are shifted to each other by q0.25λ; therefore, the waves reflected from them in the direction of the horn part 1 travel this path twice, i.e. have a phase difference of 180 about . Therefore, with a spiral groove in the direction of the horn 1 of the reflected wave, the diametrically opposite surface fields on the walls of the nozzle are mutually compensated. The absence of a surface reflected wave along the walls of the nozzle with a spiral groove helps to reduce the level of spurious emitted fields, therefore, the slope of the ramps of such a nozzle is higher than that of a nozzle with annular grooves.

На фиг. 5 приведены фазовые распределения в поле рупора с dв 19 мм, α1= 11о, α2= 55о при насадке с кольцевыми канавками на частоте f 11,2 ГГц в функции параметра 1 и в зависимости от угла θo поворота зонда вокруг ФЦ поля остается практически неизменным для всех установленных расстояний, а ДН (верхние рисунки) одинаковы для обоих поляризаций и имеют достаточно крутые скаты.In FIG. Figure 5 shows the phase distributions in the horn field with d at 19 mm, α 1 = 11 о , α 2 = 55 о for a nozzle with ring grooves at a frequency f of 11.2 GHz as a function of parameter 1 and depending on the angle of rotation of the probe around θ o The FC of the field remains practically unchanged for all the established distances, and the DNs (upper figures) are the same for both polarizations and have rather steep slopes.

На фиг.6 приведены обобщенные результаты измерений для этого ПИ. На фиг. 6а приведен набор фазовых распределений для Е и Н плоскостей в функции расстояний 50≅L≅1000 мм; на фиг.6б зависимость положения ФЦ Lфот расстояния L и на фиг.6в сектор углов (-θ)o-(+θ)o в пределах которого отклонение фазы волны от сферической по модулю не превышает 10одля Е и Н плоскостей поля одновременно. Расчетная длина волны λ= 26,2 мм, расстояние релея Ro 53,6 мм. Исследовалось поле в интервале расстояний L > 0,5Ro. Как видно из фиг.6б, при L > Ro излученное поле весьма быстро становится сферическим, как это и следует из теории.Figure 6 shows the generalized measurement results for this PI. In FIG. 6a shows a set of phase distributions for E and H planes as a function of distances 50≅L≅1000 mm; on figb dependence of the position of the FC L f on the distance L and on figv sector of the angles (-θ) o - (+ θ) o within which the deviation of the phase of the wave from the spherical modulo does not exceed 10 about for E and H field planes at the same time. The calculated wavelength λ = 26.2 mm, the distance of the relay R o 53.6 mm The field was studied in the range of distances L> 0.5R o . As can be seen from fig.6b, when L> R o the radiated field very quickly becomes spherical, as follows from theory.

Было проверено сохранение характеристик в частотном диапазоне (фиг.7). Измерения подтверждают стабильность формы ДН в частотном диапазоне при сохранении неизменным положения ФЦ. It was checked the preservation of the characteristics in the frequency range (Fig.7). Measurements confirm the stability of the shape of the pattern in the frequency range while maintaining the position of the FC.

Так как профили зеркал 3 и 4 согласованы между собой с целью формирования в раскрыве антенны синфазного волнового фронта, то на основе симметричного распределения в раскрыве Q ПИ, в раскрыве антенны Р формируется плоская волна с симметричным распределением. Since the profiles of mirrors 3 and 4 are consistent with each other in order to form a common-mode wavefront in the aperture of the antenna, a plane wave with a symmetrical distribution is formed in the aperture of the antenna P based on the symmetric distribution in the aperture Q of the PI.

Устройство по п.2 работает следующим образом. Первичный излучатель 1-2 в пространственную область L > 2λ излучает сферическую волну, преобразуемую малым зеркалом 3 в тороидальную с фокальным кольцом 0-0'(фиг.1). Эта волна облучает тороидальное большое зеркало 4 из его фокального кольца. Зеркало 4 формирует в плоскости Р раскрыва ДЗА синфазный волновой фронт. Амплитудное распределение в раскрыве является симметричным и спадающим к краям. Такому распределению соответствует высокий КИП и низкий УПБЛ. Так как диаметр излучающего раскрыва Q первичного излучателя равен 2λ то диаметр d малого зеркала 3 может быть взят, начиная со значения 2,5λ. Это обеспечивает при необходимости минимизацию габаритов облучающей системы.The device according to claim 2 works as follows. The primary emitter 1-2 in the spatial region L> 2λ emits a spherical wave, transformed by a small mirror 3 into a toroidal one with a focal ring 0-0 ' (Fig. 1). This wave irradiates a toroidal large mirror 4 from its focal ring. Mirror 4 forms a common-mode wave front in the plane P of the aperture of the DZA. The amplitude distribution in the aperture is symmetrical and decreasing towards the edges. Such a distribution corresponds to a high instrumentation and low UPL. Since the diameter of the radiating aperture Q of the primary emitter is 2λ, the diameter d of the small mirror 3 can be taken starting from a value of 2.5λ. This ensures, if necessary, minimizing the dimensions of the irradiating system.

Устройство по п. 2 было проверено экспериментально. Измерено распределение поля в раскрыве Р ДЗА (фиг.8) с ПИ, характеристики которого показаны на фиг.4. Измерения выполнены в функции угла Q облучения большого зеркала 4 из фокуса 0. При настройке было обнаружено, что расстояние L точно совпало с его расчетным значением 151,5mm по ГО, что для обычных рупорных излучателей не наблюдается. Там величина смещения составляет обычно около половины длины рабочей волны. Расфазировка в раскрыве меньше 10о по модулю, т.е. фазовые ошибки несущественны. Амплитудное распределение слабо осциллирующее без сильных провалов в интервале углов θ 0-40о, как это наблюдается при рупорном излучателе. По измеренным распределениям были рассчитаны основные характеристики, а именно, получено: КИП 0,85 и УПБЛ -2 дБ, что практически совпадает с геометрооптическими данными.The device according to claim 2 was verified experimentally. Measured the distribution of the field in the aperture P DZA (Fig.8) with PI, the characteristics of which are shown in Fig.4. The measurements were performed as a function of the irradiation angle Q of the large mirror 4 from focus 0. When tuning, it was found that the distance L exactly coincided with its calculated value of 151.5 mm in GO, which is not observed for ordinary horn emitters. There, the amount of displacement is usually about half the length of the working wave. The misphasing in the aperture is less than 10 about in absolute value, i.e. phase errors are not significant. The amplitude distribution of weakly oscillating without strong dips in the angular range of θ 0-40, as is the case with the horn radiator. Based on the measured distributions, the main characteristics were calculated, namely, obtained: instrumentation of 0.85 and UPBL -2 dB, which almost coincides with the geometrical-optical data.

Устройство по п.3, которое представляет собой антенну типа АДП, работает следующем образом. The device according to claim 3, which is an ADP type antenna, operates as follows.

Первичный излучатель 1-2 в области расстояний L < λ излучает плоскую волну (фиг. 4). Малое зеркало 3 с параболической образующей создает тороидальную отраженную волну с кольцевым фокусом 0-0'. Дальнейшая трансформация этого поля в синфазный волновой фронт в раскрыве ДЗА происходит аналогично описанному ранее с теми же положительными свойствами.The primary emitter 1-2 in the range of distances L <λ emits a plane wave (Fig. 4). A small mirror 3 with a parabolic generatrix creates a toroidal reflected wave with an annular focus of 0-0 ' . Further transformation of this field into a common-mode wave front in the aperture of the DZA occurs similarly to that described previously with the same positive properties.

Техническая эффективность предлагаемой двухзеркальной антенны определена путем сравнения с прототипом и аналогами на основе прямых экспериментальных исследований и путем математического эксперимента. В результате подтверждена возможность получения ожидаемых положительных эффектов. The technical efficiency of the proposed two-mirror antenna is determined by comparison with the prototype and analogues based on direct experimental studies and by means of a mathematical experiment. As a result, the possibility of obtaining the expected positive effects was confirmed.

На основе описанного технического решения могут быть сконструированы ДЗА типа АДЭ, АДГ и АДП с высокими значениями КИП и низким УПБЛ при минимально возможных габаритах облучающей системы. Такие антенны оказываются более эффективными, чем известные. Based on the technical solution described, DZAs of the ADE, ADH and ADP types can be designed with high instrumentation values and low UPL with the smallest possible dimensions of the irradiating system. Such antennas are more effective than the known ones.

Предлагаемая конструкция обладает простотой и технологичностью. Например, насадку 2 первичного излучателя технологически проще изготовить со спиральными канавками на внутренней поверхности цилиндра, чем конический рупорный излучатель с кольцевыми или спиральными канавками на его рабочей поверхности. The proposed design is simple and adaptable. For example, the nozzle 2 of the primary emitter is technologically easier to manufacture with spiral grooves on the inner surface of the cylinder than a conical horn radiator with ring or spiral grooves on its working surface.

Claims (2)

1. ДВУХЗЕРКАЛЬНАЯ ОСЕСИММЕТРИЧНАЯ АНТЕННА, содержащая основное параболическое зеркало со смещенной фокальной осью, вспомогательное зеркало, профиль которого, образованный вращением кривой второго порядка, согласован с профилем основного зеркала, и облучатель, выполненный в виде рупора и присоединенный соосно к его раскрыву насадкой, на внутренней поверхности которой выполнены четвертьволновые канавки, отличающаяся тем, что насадка выполнена в виде отрезка металлического цилиндра, внутренний диаметр которого 2r0 равен диаметру раскрыва рупора и 2ro= 2λср, где λср средняя длина волны рабочего диапазона, а его внешний диаметр 2r1= 2,5λср, при этом ширина каждой канавки s ≅ λср/6 , расстояние между соседними канавками вдоль поверхности d ≅ λср/12 , а общее число канавок не менее восьми.1. A two-mirror axisymmetric antenna containing a main parabolic mirror with a displaced focal axis, an auxiliary mirror whose profile, formed by the rotation of a second-order curve, is aligned with the profile of the main mirror, and an irradiator made in the form of a horn and connected coaxially to its opening with a nozzle on the inside a quarter-wave formed surface of the groove, characterized in that the nozzle is designed as a segment of a metal cylinder having an inner diameter equal to the diameter 2r 0 Coloring a horn and 2r o = 2λ cf. where λ cf. average length of the working wave range, and its outer diameter 2r 1 = 2,5λ cf., wherein the width of each groove cf. s ≅ λ / 6, the distance between adjacent grooves along the surface d ≅ λ sr / 12, and the total number of grooves is at least eight. 2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что вспомогательное зеркало является эллиптическим или гиперболическим, при этом расстояние между плоскостью раскрыва облучателя и центром вспомогательного зеркала больше 2λср
3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что вспомогательное зеркало является параболическим, при этом расстояние между плоскостью раскрыва облучателя и центром вспомогательного зеркала меньше λср
2. The antenna according to claim 1, characterized in that the auxiliary mirror is elliptical or hyperbolic, while the distance between the aperture plane of the irradiator and the center of the auxiliary mirror is more than 2λ cf
3. The antenna according to claim 1, characterized in that the auxiliary mirror is parabolic, while the distance between the aperture plane of the irradiator and the center of the auxiliary mirror is less than λ cf
SU5054042 1992-05-20 1992-05-20 Cassegrainian axial-symmetry antenna RU2039401C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5054042 RU2039401C1 (en) 1992-05-20 1992-05-20 Cassegrainian axial-symmetry antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5054042 RU2039401C1 (en) 1992-05-20 1992-05-20 Cassegrainian axial-symmetry antenna

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2039401C1 true RU2039401C1 (en) 1995-07-09

Family

ID=21609202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5054042 RU2039401C1 (en) 1992-05-20 1992-05-20 Cassegrainian axial-symmetry antenna

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2039401C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2474934C1 (en) * 2011-11-23 2013-02-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны РФ Double-reflector antenna

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1262612, кл. H 01G 15/00, 1984. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2474934C1 (en) * 2011-11-23 2013-02-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны РФ Double-reflector antenna

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5679820B2 (en) Subreflector of double reflector antenna
KR101607420B1 (en) Subreflector of a dual-reflector antenna
JP2545737B2 (en) Gaussian beam type antenna device
Rumsey Horn antennas with uniform power patterns around their axes
US4626863A (en) Low side lobe Gregorian antenna
EP0136818A1 (en) Dual mode feed horn or horn antenna for two or more frequency bands
JPH0586682B2 (en)
US10476166B2 (en) Dual-reflector microwave antenna
JP2004015408A (en) Slot array antenna
EP0005487A1 (en) Parabolic reflector antenna with optimal radiative characteristics
US5115482A (en) Optical apparatus for conversion of whispering-gallery modes into a free space gaussian like beam
RU2039401C1 (en) Cassegrainian axial-symmetry antenna
US3530480A (en) Cassegrain antenna having dielectric supporting structure for subreflector
US5182569A (en) Antenna having a circularly symmetrical reflector
EP0268635B1 (en) Reflector antenna with a self-supported feed
Fry et al. aerails for centimetre wave lengths
USH584H (en) Dielectric omni-directional antennas
US2881431A (en) Ring source omnidirectional antenna
US2750588A (en) Wave guide terminating device
Reutov et al. Focuser-based hybrid antennas for one-dimensional beam steering
US4774520A (en) Primary microwave source for a conical scanning antenna and an antenna containing it
RU2012962C1 (en) Horn radiator
US11791562B2 (en) Ring focus antenna system with an ultra-wide bandwidth
US3543276A (en) Broadband circularly polarized fanshaped beam antenna
JPS60186102A (en) Reflecting antenna with buried feedphone