Введение

Антенной называется радиотехническое устройство, предназначенное для излучения или приема электромагнитных волн. Антенна является одним из важнейших элементов любой радиотехнической системы, связанной с излучением или приемом радиоволн. К таким системам относят: системы радиосвязи, радиовещания, телевидения, радиоуправления, радиорелейной связи, радиолокации, радиоастрономии, радионавигации и др. В конструктивном отношении антенна представляет собой провода, металлические поверхности, диэлектрики, магнитодиэлектрики.

Зеркальные антенны являются наиболее распространенным типом направленных антенн в сантиметровом, дециметровом и, отчасти в метровом диапазонах волн. Широкое использование зеркальных антенн объясняется простотой конструкции, возможностью получения почти любого применяемого на практике диаграммы направленности, высоким коэффициентом полезного действия, малой шумовой температурой, хорошими диапазонными свойствами и т.д. В радиолокационных применениях зеркальные антенны позволяют легко получить равносигнальную зону, допускают одновременное формирование суммарных и разностных диаграмм направленности общим зеркалом. Некоторые типы зеркальных антенн могут обеспечивать достаточно быстрое качание луча в значительном секторе углов. Зеркальные антенны являются также наиболее распространенным типом антенн в космической связи и радиоастрономии.

Классическими представителями зеркальных антенн являются параболические антенны, которые могут выполняться в виде параболоида вращения, параболического цилиндра или параболического цилиндра, ограниченного параллельными проводящими плоскостями.

Параболическая антенна работает по принципу оптической системы. Для получения параллельного пучка лучей в фокус зеркала помещается источник излучения, который посылает на зеркало сферическую волну, возбуждающую на его поверхности систему токов, излучающих затем почти плоскую волну в пространство. Если бы зеркало было бесконечного размера и излучатель был точечный, то антенной излучалась бы идеально плоская волна. В этом случае диаграмма направленности зеркала представляла бы игольчатый луч. Однако для реальных антенн, имеющих конечные размеры и неточечный источник излучения вследствие явления дифракции и нарушения закона постоянства фазы поля в раскрыве из-за конечных размеров реальных облучателей, диаграмма направленности состоит из основного и ряда боковых лепестков.

Чтобы найти поле излучения параболической антенны, необходимо определить векторы электрического и магнитного полей Е и Н, удовлетворяющие уравнениям Максвелла во всем неограниченном пространстве. Точное решение задачи, т.е. получение общих решений уравнений Максвелла, представляет собой большие затруднения. Приближенное решение задачи можно получить двумя способами. По первому способу, впервые примененному Узковым А. И, к исследованию параболических зеркал, первоначально вычисляют токи и заряды, наведенные электромагнитным полем облучателя на поверхности зеркала. При определении закона распределения тока по поверхности зеркала можно использовать характеристику облучателя в свободном пространстве и пренебречь реакцией отраженного поля от зеркала на облучатель, если размеры зеркала и его фокусное расстояние значительно больше длины волны (5 - 10 ?). Зная токи и заряды на поверхности зеркала, можно вычислить поле излучения путем решения уравнений электродинамики (уравнений Максвелла). По второму способу, примененному Б.А. Введенским и Е.И. Майзельсом, первоначально методами геометрической оптики, т.е. на основе представлений о падающем луче и луче, отраженном по закону равенства угла падения углу отражения, вычисляется поле в раскрыве зеркала. Затем, применив метод волновой оптики, базирующийся на принципе Гюйгенса, математическим выражением которого является формула Кирхгофа, вычисляют поле излучения по полученному полю в раскрыве зеркала. При этом явление дифракции на краях зеркала и векторный характер электромагнитного поля излучения не учитывают.