Другие системы антенн
 





Другие системы антенн


Сохраните себе на страницу:





Итак, для антенн прежде всего важна разрешающая способность. Поскольку постройка больших по площади антенн, т. е. самый прямой путь достижения этой цели, очень сложное и дорогое дело, то возникает вопрос, нельзя ли как-то уменьшить площадь антенны, сохранив ее размеры. В самом деле, большие размеры антенны принципиально необходимы для достижения хорошей разрешающей способности при данной длине волны, но площадь, в сущности, важна лишь для увеличения чувствительности антенны. Поэтому если можно сделать антенну, имеющую при данном размере меньшую площадь, то мы, потеряв в чувствительности, с чем еще можно мириться, выиграем зато в простоте и стоимости при той же разрешающей способности.

Прежде всего напрашивается следующее простое решение. Вырежем из синфазной антенны большой площади одну полосу, длиной во весь размер антенны, но шириной всего в один полуволновой диполь. Будет ли такая полоса работать как самостоятельная антенна и как она будет собирать излучение в фокус? Вспоминая аналогию между синфазной антенной и линзой, нетрудно ответить на эти вопросы. Полоса, вырезанная из линзы, эквивалентна так называемой цилиндрической линзе. Такая система собирает излучение не в точку — фокус, а в линию, находящуюся на месте бывшего фокуса, с длиной, равной длине цилиндрической линзы. В рассматриваемой полосе синфазной антенны излучение также должно собираться в «линейном фокусе». Такая антенна имеет несимметричную диаграмму направленности.

В этом случае антенна имеет «ножевую» диаграмму направленности в отличие от рассмотренного ранее случая «карандашной диаграммы». Неудобство «ножевой» диаграммы заключается в том, что принимая излучение от источника с угловым диаметром порядка фа, антенна в этом случае одновременно собирает и мешающее излучение со всего сечения «ножа».

Правда, если источник интенсивный, то это не так уже важно. Зато теперь, как и в случае «карандашной» диаграммы, можно с точностью до фа определить положение источника радиоволн и его структуру — по крайней мере, вдоль одной координаты.

Самое существенное заключается в том, что изготовление такой антенны значительно проще. И дело здесь не только в том, что не нужно делать большую поверхность, заполненную динолями. Важно и то, что такую полосу гораздо легче ориентировать, направляя в ту или иную точку неба, чем огромную и тяжелую квадратную антенну.

Ту же операцию можно проделать и с параболическим рефлектором. Получится параболическая полоска, также с «ножевой» диаграммой направленности, вполне аналогичной рассмотренной выше, но теперь под а нужно понимать длину хорды параболической полосы, а под b — ее ширину. Эту полосу можно поставить длинным ребром на поверхность Земли и, поворачивая и наклоняя ее, направлять в разные части неба. Чтобы облегчить перемещение этой все еще достаточно массивной полосы, лучше разбить ее на отдельные элементы и поворачивать как по вертикальной, так и по горизонтальной оси каждый элемент самостоятельно, но при этом согласовывать их движения так, чтобы все время они образовывали параболическую полосу.

Такую систему радиотелескопа, называемую антенной переменного профиля, предложили С. Э. Хайкин и H. Л. Кайдановский, и под их руководством подобная антенна была построена в 1956 г. в Пулковской обсерватории. Отраженные лучи здесь идут вдоль поверхности Земли. Поэтому при приеме радиовещания от источников, расположенных в разных точках неба, приходится как бы по-разному «вырезать» эту полосу из параболического рефлектора. Отсюда и следует название — антенна переменного профиля. Контур полосы при этом оказывается не параболой, а эллипсом.

В отличие от полосы синфазной антенны, которая имеет общий свойственный таким антеннам недостаток — ограниченный диапазон частот, преимущественно метровый, антенна переменного профиля, сделанная из хорошо выверенных щитов, может работать с равным успехом также и на сантиметровых или дециметровых волнах. Подобная антенна позволяет на сантиметровых волнах получить разрешающую способность порядка дуговых секунд при относительно простом устройстве. В другой системе, предложенной Крауссом (США) в 1955 г., полоса, вырезанная из параболического рефлектора, установлена неподвижно, а излучение на нее направляется поворачивающимся плоским зеркалом.

Все же большая длина «лезвия ножа» вызывает некоторые неудобства. Оказывается, однако, что можно, сохраняя простоту антенны в виде полосы, получить высокую разрешающую способность и в поперечном направлении, т. е. превратить «нож» в «карандаш». Изготовим еще одну полосу и поместим ее перпендикулярно первой. Она также даст «ножевую» диаграмму, но теперь ее «лезвие» будет перпендикулярно первому. Если подсоединить обе антенны к одному приемнику так, чтобы токи от каждой из них приходили бы в одной фазе, то общая диаграмма направленности обоих антенн будет иметь вид креста, причем из точки пересечения обеих диаграмм будет приходить ток удвоенной амплитуды. А если подсоединить обе полосы к приемнику так, чтобы токи от них приходили в противофазе (отставание одного из них на половину длины волны), то место пересечения диаграмм направленности обеих полос давало бы нулевой ток.

Теперь можно поступить так. Присоединим одну полосу к приемнику постоянным кабелем, а вторую будем переключать с определенным периодом на кабели различной длины, подобранные так, чтобы через один из них ток от второй полосы попадал в приемник в фазе с первой полосой, а через другой кабель — в противофазе. Тогда при наблюдениях получим следующую картину. Если источник внеземного радиоизлучения попадает в диаграмму направленности только одной полосы, то при таком переключении ничего не будет меняться. Но если источник радиоизлучения оказывается в поле зрения обеих полос, т. е. попадает в место пересечения этих диаграмм, то при переключении на фазу и противофазу токи от источника будут то появляться, то исчезать с частотой переключения. Теперь диаграмма направленности области пересечения полос представляет собой как бы квадратный карандаш со стороной фа = к/а, где а — длина каждой из полос.

В результате такая антенна сможет выделить источники с угловым размером, примерно равным фа, т. е. имеет хорошую разрешающую способность по всем направлениям.

Автор: С. А. Каплан

Название книги: Элементарная радиоастрономия

Город: Москва

Год: 1966





Рефераты, шпаргалки доклады, контрольные, книги и прочие учебные материалы
 

Сайт полезен тем, кто учится!