Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Типы параболической антенны

В области телекоммуникаций и радиолокации , A Кассегрена антенна является параболической антенной , в которой антенна подачи установлена на или позади поверхность вогнутого основного параболического отражателя блюда и направлена на меньшем выпуклый вторичного отражатель , суспендированном в передней части первичного отражателя. Луч радиоволн из источника освещает вторичный отражатель, который отражает его обратно в основную тарелку отражателя, которая снова отражает его вперед, чтобы сформировать желаемый луч . Конструкция Кассегрена широко используется в параболических антеннах, особенно в больших антеннах, таких как антенны наземных спутниковых станций ,радиотелескопы и спутники связи .

Геометрия [ править ]

Первичный отражатель представляет собой параболоид , а форма выпуклого вторичного отражателя - гиперболоид . Геометрическое условие излучения коллимированного плоского волнового луча состоит в том, что фидерная антенна расположена в дальнем фокусе гиперболоида, в то время как фокус первичного отражателя совпадает с ближним фокусом гиперболоида. [1] Обычно вторичный отражатель и питающая антенна расположены на центральной оси антенны. Однако в конфигурациях Кассегрена со смещением отражатель первичной тарелки является асимметричным, а его фокус и вторичный отражатель расположены с одной стороны тарелки, так что вторичный отражатель не перекрывает частично луч.

Преимущества [ править ]

Эта конструкция является альтернативой наиболее распространенной конструкции параболической антенны, называемой «передним фидом» или «основным фокусом», в котором сама фидерная антенна устанавливается подвешенной перед тарелкой в ​​фокусе, направленной назад к тарелке. Кассегрен представляет собой более сложную конструкцию, но в некоторых приложениях он имеет преимущества перед фронтальной подачей, что может оправдать его повышенную сложность:

  • Подающие антенны и связанные с ними волноводы и " входная " электроника могут быть расположены на антенне или позади нее, а не подвешены впереди, где они блокируют часть выходящего луча. [1] [2] Таким образом, эта конструкция используется для антенн с громоздкими или сложными лучами [1], таких как наземные антенны спутниковой связи , радиотелескопы и антенны на некоторых спутниках связи .
  • Еще одно преимущество, важное в спутниковых наземных антеннах, заключается в том, что поскольку фидерная антенна направлена ​​вперед, а не назад, к тарелке, как в антенне с передним питанием, боковые лепестки побочного действия, вызванные частями луча, которые не попадают во вторичный отражатель, направлены вверх. к холодному небу, а не вниз к теплой земле. [2] В приемных антеннах это снижает уровень шума земли , что приводит к снижению шумовой температуры антенны .
  • Формирование двойного отражателя: Наличие второй отражающей поверхности на пути прохождения сигнала дает дополнительные возможности для настройки диаграммы направленности для достижения максимальной производительности. Например, коэффициент усиления обычных параболических антенн уменьшается, потому что излучение фидерной антенны падает к внешним частям антенны, что приводит к более низкому «освещению» этих частей. При «формировании двойного отражателя» форма вторичного отражателя изменяется, чтобы направить большую мощность сигнала на внешние области антенны, что приводит к более равномерному освещению первичного отражателя и максимальному усилению. Однако это приводит к вторичной обмотке, которая больше не является точно гиперболической (хотя она все еще очень близка), поэтому свойство постоянной фазы теряется. Однако эту фазовую ошибку можно компенсировать, слегка изменив форму главного зеркала.Результатом является более высокое усиление или соотношение усиление / перетекание за счет поверхностей, которые сложнее изготовить и протестировать.[3] [4] Также могут быть синтезированы другие образцы освещения тарелки, такие как рисунки с высокой конусностью на краю тарелки для боковых лепестков со сверхнизким перетеканием, а также рисунки с центральным «отверстием» для уменьшения затенения корма.
  • Другой причиной использования конструкции Кассегрена является увеличение фокусного расстояния антенны, уменьшение боковых лепестков, а также другие преимущества. [2] [5] Параболические отражатели, используемые в параболических антеннах, имеют большую кривизну и короткое фокусное расстояние ; координационный центр расположен вблизи устья тарелки, чтобы уменьшить длину опора , необходимый для хранения структуры подачи или вторичного отражателя. Светосила(число f, отношение фокусного расстояния к диаметру тарелки) типичных параболических антенн составляет 0,25–0,8, по сравнению с 3–8 для параболических зеркал, используемых в оптических системах, таких как телескопы. В антенне с передним питанием «более плоская» параболическая тарелка с большим фокусным расстоянием потребовала бы непрактично сложной опорной конструкции, чтобы удерживать фидер по отношению к тарелке. Однако недостатком этого малого соотношения фокусировки является то, что антенна чувствительна к небольшим отклонениям от точки фокусировки: угловая ширина, по которой она может эффективно фокусироваться, мала. Современные параболические антенны в радиотелескопах и спутниках связи часто используют массивы источников сигнала, сгруппированных вокруг фокальной точки, для создания определенной диаграммы направленности. Для этого требуются хорошие характеристики внеосевой фокусировки с большим фокусным расстоянием,и поскольку выпуклый вторичный отражатель антенны Кассегрена значительно увеличивает ее, в этих антеннах обычно используется конструкция Кассегрена.
  • Более длинное фокусное расстояние также улучшает различение кроссполяризации внеосевых источников [2], что важно для спутниковых антенн, которые используют два режима ортогональной поляризации для передачи отдельных каналов информации.
Лучевая волноводная антенна, тип конструкции Кассегрена, демонстрирующая сложный путь прохождения сигнала.

Недостатком Кассегрена является то, что рупор (ы) подачи должен иметь более узкую ширину луча (большее усиление ), чтобы фокусировать свое излучение на меньшем вторичном отражателе, а не на более широком первичном отражателе, как в антеннах с передней подачей. Угловая ширина вторичного отражателя у рупора подачи обычно составляет 10–15 °, в отличие от 120–180 °, которое основной отражатель проходит в тарелке с фронтальной подачей. Следовательно, рупор должен быть длиннее для данной длины волны.

Лучевая волноводная антенна [ править ]

Пучок волновода антенны является типом сложной антенны Кассегрена с длинной траектории радиоволны , чтобы позволить подающие электроники быть расположен на уровне земли. Он используется в очень больших управляемых радиотелескопах и наземных спутниковых антеннах, где электроника питания слишком сложна и громоздка или требует слишком большого обслуживания и изменений для размещения на тарелке; например, использующие усилители с криогенным охлаждением. Луч поступающих радиоволн от вторичного отражателя отражается дополнительными зеркалами по длинному изгибающемуся пути через оси альтазимутального крепления , поэтому антенну можно направлять, не прерывая луч, а затем вниз через антенную мачту к зданию подачи. на уровне земли.

История [ править ]

Конструкция антенны Кассегрена была адаптирована из телескопа Кассегрена , типа телескопа-рефлектора, разработанного около 1672 года и приписываемого французскому священнику Лорану Кассегрену . Первая антенна Кассегрена была изобретена и запатентована Кокрейном и Уайтхедом в компании Elliot Bros в Борехамвуде, Англия, в 1952 году. Патент, британский патент № 700868, впоследствии был оспорен в суде, но победил. [6]

Крупный план выпуклого вторичного отражателя в большой антенне спутниковой связи в Плёмер-Боду, Франция
Антенна связи космического корабля Кассегрена в Голдстоуне, Калифорния, часть сети дальнего космоса НАСА . Преимущество конструкции кассегрена состоит в том, что тяжелую сложную структуру корма (дно) не нужно подвешивать над блюдом.
Антенна Кассегрена на космическом корабле "Вояджер"

См. Также [ править ]

  • Отражатель кассегрена
  • Телескоп Нэсмита

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Чаттерджи, Раджешвари (2006). Теория и практика антенн (2-е изд.). Нью-Дели: New Age International. п. 188. ISBN 978-81-224-0881-2.
  2. ^ a b c d Уэлч, WJ (1976). «Типы астрономических антенн» . Методы экспериментальной физики . Том 12, Часть B: Радиотелескопы . Нью-Йорк: Academic Press. С. 13–14. ISBN 0-12-475952-1. Проверено 14 января 2012 . |volume=есть дополнительный текст ( справка )
  3. ^ Галиндо, В. (1964). «Разработка двухотражательных антенн с произвольным фазовым и амплитудным распределением». Транзакции IEEE по антеннам и распространению . IEEE. 12 (4): 403–408. Bibcode : 1964ITAP ... 12..403G . DOI : 10.1109 / TAP.1964.1138236 .
  4. ^ Willams, WF (1983). «ВЧ-конструкция и прогнозируемые характеристики будущей 34-метровой антенной системы с двойным отражателем с использованием рупора XS с общей апертурой» (PDF) . Отчет о ходе работ по телекоммуникациям и сбору данных . 73 : 74–84. Bibcode : 1983TDAPR..73 ... 74W .
  5. ^ Cheng, Jingquan (2009). Принципы построения астрономических телескопов . Нью-Йорк: Спрингер. С. 359–360. ISBN 978-0-387-88790-6.
  6. ^ Лавингтон, Саймон (2011-05-19). Подвижные цели Автоматизация Эллиотта и рассвет компьютерной эры в Великобритании, 1947 - 67 (1-е изд.). Лондон: Springer Verlag London Ltd., стр. 376. ISBN. 978-1-84882-933-6.

Внешние ссылки [ править ]

  • Изделие о конструкции субрефлектора Кассегрена