Антенна Кассегрена - Cassegrain antenna
В телекоммуникации и радар, а Антенна Кассегрена это параболическая антенна в которой фидерная антенна устанавливается на или за поверхностью вогнутой основной параболический отражатель блюдо и нацелен на меньшее выпуклый вторичный отражатель подвешен перед первичным отражателем. Луч радиоволн от 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 спутниковые наземные станции, радиотелескопы, и спутники связи.
Геометрия
Первичный отражатель - это параболоид, а форма выпуклого вторичного отражателя - гиперболоид. Геометрическим условием излучения коллимированного плоского волнового пучка является то, что фидерная антенна расположен в дальнем фокус гиперболоида, а фокус первичного отражателя совпадает с ближним фокусом гиперболоида.[1] Обычно вторичный отражатель и фидерная антенна расположены на центральной оси антенны. Однако в офсетный кассегрен В некоторых конфигурациях 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
Эта конструкция является альтернативой наиболее распространенной конструкции параболической антенны, называемой «передний фидер» или «главный фокус», в которой фидерная антенна сам по себе подвешен перед тарелкой в фокусе, направлен назад к тарелке. Кассегрен представляет собой более сложную конструкцию, но в некоторых приложениях он имеет преимущества перед фронтальной подачей, которые могут оправдать его повышенную сложность:
- Подающие антенны и связанные с ними волноводы и "внешний интерфейс «Электроника может быть расположена на тарелке или позади нее, а не подвешена впереди, где они блокируют часть выходящего луча.[1][2] Поэтому такая конструкция используется для антенн с громоздкими или сложными фидерами,[1] Такие как спутниковая связь наземные антенны, радиотелескопы, и антенны на некоторых спутники связи.
- Еще одно преимущество, важное для наземных спутниковых антенн, заключается в том, что поскольку фидерная антенна направлена вперед, а не назад, к тарелке, как в антенне с фронтальным питанием, побочный эффект боковые лепестки 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 прием шум земли, в результате чего антенна находится ниже шумовая температура.
- 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 снижается, потому что излучение питающей антенны падает к внешним частям антенны, что приводит к более низкой «освещенности» этих частей. При «формировании двойного отражателя» форма вторичного отражателя изменяется, чтобы направить больше мощности сигнала на внешние области антенны, что приводит к более равномерному освещению первичного отражателя для максимального увеличения усиления. Однако это приводит к вторичной обмотке, которая больше не является точно гиперболической (хотя она все еще очень близка), поэтому свойство постоянной фазы теряется. Эту фазовую ошибку, однако, можно компенсировать, слегка изменив форму главного зеркала. Результатом является более высокое усиление или отношение усиления / перелива за счет поверхностей, которые сложнее изготовить и протестировать.[3][4] Также можно синтезировать другие схемы освещения антенны, например узоры с высокой конусностью на краю тарелки для сверхнизкого перетекания. боковые лепестки, и рисунки с центральным «отверстием» для уменьшения затенения корма.
- Еще одна причина использования дизайна Кассегрена - увеличить фокусное расстояние антенны, чтобы уменьшить боковые лепестки, среди других преимуществ.[2][5] Параболические отражатели, используемые в параболических антеннах, имеют большую кривизну и короткие фокусное расстояние; то координационный центр расположен рядом с горловиной тарелки, чтобы уменьшить длину опор, необходимых для удержания структуры подачи или вторичного отражателя. В фокусное отношение (число f, отношение фокусного расстояния к диаметру антенны) типичных параболических антенн составляет 0,25–0,8, по сравнению с 3–8 для параболических зеркал, используемых в оптических системах, таких как телескопы. В передней кормили антенну, «плоскими» параболические антенны с большим фокусным расстоянием, потребуют непрактично сложную структуру поддержки, чтобы держать подачу жесткой 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, связанные с большим фокусным отношением, и, поскольку выпуклый вторичный отражатель антенны Кассегрена значительно увеличивает его, в этих антеннах обычно используется конструкция Кассегрена.
- Более длинное фокусное расстояние также улучшает различение кроссполяризации внеосевых подач,[2] важно в спутниковых антеннах, которые используют два ортогональных поляризация режимы передачи отдельных каналов информации.
Недостатком кассегрена является то, что рожки подачи должны иметь более узкую ширина луча (выше прирост ), чтобы сфокусировать свое излучение на меньшем вторичном отражателе, а не на более широком первичном отражателе, как в тарелках с передней подачей. Угловая ширина вторичного отражателя на рупоре 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
А лучевая волноводная антенна представляет собой сложную антенну Кассегрена с длинным радиоволновым трактом, позволяющим размещать электронику питания 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 падающих радиоволн от вторичного отражателя отражается дополнительными зеркалами по длинному витому пути через оси отражателя. альтазимутальное крепление, так что антенну можно направить, не прерывая луч, а затем вниз через антенную вышку к зданию подачи на уровне земли.
История
Конструкция антенны Кассегрена была адаптирована из Телескоп Кассегрена, тип отражающий телескоп разработан около 1672 г. и приписан французскому священнику Лоран Кассегрен. 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]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ а б c Чаттерджи, Раджешвари (2006). Теория и практика антенн (2-е изд.). Нью-Дели: New Age International. п. 188. ISBN 978-81-224-0881-2.
- ^ а б c d Уэлч, W.J. (1976). «Типы астрономических антенн». Методы экспериментальной физики. Том 12, часть B: Радиотелескопы. Нью-Йорк: Academic Press. С. 13–14. ISBN 0-12-475952-1. Получено 2012-01-14.
- ^ Галиндо, В. (1964). «Проектирование двухотражательных антенн с произвольным фазовым и амплитудным распределением». Транзакции IEEE по антеннам и распространению. IEEE. 12 (4): 403–408. Дои:10.1109 / TAP.1964.1138236.
- ^ Уильямс, WF (1983). «ВЧ-конструкция и прогнозируемые характеристики будущей 34-метровой антенной системы с двойным отражателем, использующей рупор XS с общей апертурой» (PDF). Отчет о ходе работ по телекоммуникациям и сбору данных. 73: 74–84.
- ^ Ченг, Цзинцюань (2009). Принципы построения астрономических телескопов. Нью-Йорк: Спрингер. С. 359–360. ISBN 978-0-387-88790-6.
- ^ Лавингтон, Саймон (2011-05-19). Движущиеся цели Elliott-Automation и рассвет компьютерной эры в Великобритании, 1947 - 67 гг. (1-е изд.). Лондон: Springer Verlag London Ltd., стр. 376. ISBN 978-1-84882-933-6.