Лучевая волноводная антенна

Схема антенны с лучевым волноводом от NASA, показывающая путь сигнала (красный)

Лучевая волноводная антенна — это особый тип антенного зеркала , в котором волноводы используются для передачи радиолуча между большой поворотной антенной и оборудованием для приема или передачи , например, усилителями мощности ВЧ .

34-метровая антенна с лучевым волноводом на площадке Комплекса дальней космической связи НАСА за пределами Мадрида, Испания, входящего в Сеть дальней космической связи НАСА .

Принцип действия

Схема антенны с лучевым волноводом

Антенны с лучевым волноводом используются в больших радиотелескопах и станциях спутниковой связи в качестве альтернативы наиболее распространенной конструкции параболической антенны, обычной параболической антенне с «передним питанием». В переднем питании, питатель антенны , небольшая антенна , которая передает или принимает радиоволны, отраженные тарелкой, подвешена в фокусе , перед тарелкой. Однако такое расположение вызывает ряд практических трудностей. В высокопроизводительных системах сложная электроника передатчика и приемника должна быть расположена в питающей антенне. Это питающее оборудование обычно требует высокого обслуживания; некоторые примеры - водяное охлаждение для передатчиков и криогенное охлаждение для чувствительных приемников. При использовании больших тарелок в этих системах фокус находится высоко над землей, и для обслуживания требуются краны или леса, а также работа на открытом воздухе с чувствительным оборудованием высоко над землей. Кроме того, сами питатели должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать такие внешние условия, как дождь и большие перепады температур, и работать при наклоне под любым углом.

Антенна с волноводом пучка решает эти проблемы, размещая антенну подачи в «доме подачи» у основания антенны, а не перед тарелкой. Радиоволны, собранные тарелкой, фокусируются в луч и отражаются металлическими поверхностями по пути через опорную конструкцию к неподвижной антенне подачи у основания. Путь сложен, поскольку луч должен проходить через обе оси альтазимутального крепления антенны, поэтому поворот антенны не нарушает луч.

История

Пример одной из практических трудностей, которые привели к внедрению антенн с лучевым волноводом. Здесь необходим грузовик типа «автоподъемник» , чтобы позволить рабочим перегрузить жидкий гелий в предварительный усилитель, установленный в главном фокусе радиотелескопа. ^[1]

Лучевые волноводы, которые распространяют микроволновый луч с помощью ряда отражателей , были предложены еще в 1964 году. ^[2] К 1968 году появились предложения по обработке части пути сигнала в наводимых антеннах с помощью этих методов. ^[3] К 1970 году был предложен полностью лучевой волноводный подход для антенн спутниковой связи. ^[4] Сначала считалось, что сложный путь сигнала с его множественными отражающими поверхностями приведет к неприемлемым потерям сигнала ^[5], но дальнейший анализ показал, что волноводную систему можно построить с очень низкими потерями.

Первой полномасштабной антенной с лучевым волноводом была 64-метровая антенна в Центре дальнего космоса Усуда , Япония, построенная в 1984 году Японским агентством аэрокосмических исследований . ^[6] После того, как Лаборатория реактивного движения (JPL) испытала эту антенну и нашла ее лучше, чем их обычные 64-метровые антенны, ^[7] они также перешли на этот метод строительства для всех последующих антенн своей Сети дальнего космоса (DSN).

Ссылки

1. Глава 3 « Системы с низким уровнем шума в сети дальней космической связи»
2. Degenford, JE; Sirkis, MD & Steier, WH (1964). «Волновод отражающего луча». Труды IEEE по теории и технике микроволн . 12 (4). IEEE: 445–453. Bibcode : 1964ITMTT..12..445D. doi : 10.1109/TMTT.1964.1125845. ISSN  0018-9480.
3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН И СИСТЕМНЫЕ СООБРАЖЕНИЯ Архивировано 8 октября 2012 г. в отчете Wayback Machine Aerospace TR-0200(4230-46)-1, LA Hoffman, Electronics Research Lab, октябрь 1968 г., стр. 69.
4. Kitsuregawa, T. & Mizusawa, M. (1970). «Проектирование первичных излучателей лучевого волновода антенн Кассегрена для спутниковой связи». Antennas and Propagation Society International Symposium, 1970. Vol. 8. IEEE. pp. 400–406. doi :10.1109/APS.1970.1150868.
5. Layland, JW & Rauch, LL (1995). "Эволюция технологий в сети дальнего космоса: история программы передовых систем" (PDF) . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Лаборатория реактивного движения, Калифорнийский технологический институт. стр. 5. Архивировано из оригинала (PDF) 2011-06-14 . Получено 2011-03-22 .
6. Хаяси, Т.; Нисимура, Т.; Такано, Т.; Бецудан, СИ и Кошизака, С. (1994). «Японская станция дальнего космоса с антенной диаметром 64 м, питаемой через волноводы пучка, и ее применение в миссии». Труды IEEE . 82 (5). IEEE: 646–657. Bibcode : 1994IEEEP..82..646H. doi : 10.1109/5.284732. ISSN  0018-9219.
7. Нефф, Д. Использование мазера бегущей волны 2,3 ГГц на антенне Usuda 64-метрового диапазона (PDF) . Отчет о ходе работ TDA 42 (технический отчет). Том 89. JPL. С. 34–40.