logon.JPG

Сканирующая антенна для атмосферного профилометра на 56 ГГц c полушириной диаграммы направленности 1° в двух ортогональных плоскостях

 

Внеосевой параболический рефлектор для сканирующей антенны атмосферного профилометра  рассчитан с помощью собственной техники лучевого трассирования, методов геометрической оптики,  апертурного метода и метода физической оптики.

 

Результат лучевого трассирования   предложенной  модели рефлектора:

 

view

 

Для расчета характеристик отражателя  диаграмма направленности  первичного облучателя взята в виде:

 

 

уровень облучения на краю  по полю (–10 дБ ). Cчитаем, что излучение первичного облучателя линейно поляризовано в горизонтальной плоскости, а его диаграмма направленности осесимметрична.



Dfeedpat

 

Расчетная диаграмма направленности в основной поляризации в виде 3D:

 

copol3d

Ее сечение вертикальной плоскостью θy = 0:


copolH

 

Оно же в линейном масштабе, отмечен уровень ½

copolHlin

 

В вертикальной плоскости HPBW = 1.16°.

 

Сечение диаграммы горизонтальной плоскостью θx = 0:

 

copolE

 

Оно же в линейном масштабе:


copolElin

 

В горизонтальной плоскости HPBW = 1.21°.

 

Диаграмма  направленности в кросс-поляризации:

crosspol3d

В вертикальной плоскости симметрии θy = 0 ее значение —  нуль.

 

Сечение горизонтальной плоскостью θx = 0:


crosspolE

 

 

Если изменить  наклон оси рупора, сделав его равным 86.3°, ширина диаграммы в вертикальной и горизонтальной плоскостях будет 1.15 и 1.16 соответственно, но вырастет уровень кросс-поляризации.

 

В вертикальной плоскости:


copolH

В горизонтальной плоскости:
copolE

 

Кросс-поляризация в горизонтальной плоскости:

crosspolE

 

 

Оптимизируя размеры отражателя для угла наклона  рупора 74° получим:

 

Сечение диаграммы вертикальной плоскостью θy = 0:


copolH

 

В вертикальной плоскости HPBW = 1.01°.

 

Сечение диаграммы горизонтальной плоскостью θx = 0:

 

copolE

 

В горизонтальной плоскости HPBW = 1.05°.

 

Сечение диаграммы в кросс-поляризации горизонтальной плоскостью θx = 0:


crosspolE

 

При увеличении угла между горизонтальной плоскостью и осью рупора до 86.3° ширина диаграммы составит 0.99° и 1.00° в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

 

Поле на апертуре в вертикальной и горизонтальной плоскостях,  а также распределение амплитуды поля в раскрыве представлено ниже:

 

поле на апертуре верт

 

 

 

поле на апертуре гор
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


поле на апертуре

 

 

Для уменьшения размеров сканирующей антенны   при сохранении или допустимом  снижении качественных характеристик сделана вырезка из фигуры  вращения, ограниченная  горизонтальной и вертикальной  цилиндрическими поверхностями.

Вид сверху:

вид%20сверху

 

Вид спереди:

вид%20спереди

 

Вид зеркала сверху при усечении  цилиндром с осью,  совпадающей с осью рупора.

cil

 

 

Распределение амплитуды поля усеченного рефлектора в плоскости апертуры:

поле%20на%20апертуре

 

Ниже приведены cечения распределения амплитуды поля в плоскости апертуры вертикальной и горизонтальной плоскостями симметрии исходной круговой апертуры (отмечены светлыми линиями на предыдущем рисунке). Каждый из графиков нормирован на собственный максимум.



поле%20на%20апертуре%20верт

 

поле%20на%20апертуре%20гор

 

Диаграмма направленности усеченного рефлектора в основной поляризации:

copol3d

Ее сечение вертикальной плоскостью θy = 0:


copolH

 

Оно же в линейном масштабе, отмечен уровень ½

copolHlin

 

В вертикальной плоскости HPBW = 1.06°(1.04  на 56.6 ГГц)

Сечение диаграммы горизонтальной плоскостью θx = 0:

copolE

 

Оно же в линейном масштабе:


copolElin

 

В горизонтальной плоскости HPBW = 1.02° (1.0 на 56.6 ГГц).

Диаграмма направленности в кросс-поляризации:

crosspol3d

В вертикальной плоскости симметрии θy = 0 ее значение — чистый нуль.

Сечение горизонтальной плоскостью θx = 0:


crosspolE

 

 

В усеченном  варианте наблюдается незначительный рост уровня боковых лепестков в горизонтальной  плоскости (-26 дБ), уровня кросс-поляризации(-14 дБ). Рост уровня облучения на верхнем краю с -10 дБ до -8 дБ не ведет к заметному уменьшению эффективности - это видно по сохранению уровня боковых лепестков в вертикальной плоскости на уровне -23 дБ что близко к исходному. В целом усеченный  вариант удовлетворяет требованиям ТЗ .

 

Рассчитанный профиль зеркала в вертикальной плоскости с окончательными размерами представлен ниже:

 

 

 

Ниже приведена конструкция  зеркала (вид спереди и сбоку):