Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Поскольку электрическая прочность и частотные свойства зеркальной антенны в основном ограничиваются облучателем, эти параметры облучатечя должны соответствовать аналогичным параметрам всей зеркальной антенны. Наиболее распространенными типами облучателей зеркальных антенн являются вибраторые, щелевые или волноводио-рупориые облучатели. Рассмотрим их конструктивные особенности.
Вибраторныс ойаучякчкаи. Вибраторные облучатели состоят из активного резо. нансного полуволнового вибратора и контррефлектора в виде металлического диска нли пассивного вибратора. Питание вибраторных излучателей осуществляется от коаксиального фидсра или волновода. Вибраторы, питаемые коаксиальным фидером, применяются в качестве облучателей в дециметровом диапазоне и в длинноволноаой части сантиметрового диапазона воли, волноводное питание вибраторов используется в более коротковолновом (Л = 3 — 5 см) диапазоне волн. На рнс. 16.11 показаны наиболее распространенные конструкции вибраториых излучателей с питанием от коаксиального фидера с волновым сопротивлением )Г = 50 Ом .
В конструкциях на рис. 16.11,а,б используют дисковый отражатель, в конструкции рис. 16.11,в — пассивный вибратор. Для симметричного возбуждения симметричного вибратора от несимметричной коаксиальной линии используются сиыметрируюпщс устройства в виде четвертьволнового стакана (на ис 16 11 а е) или симметрируюшей ис. 16Д1. Вибраториые обяучатеян с шпаялем от кааксиаяьяого «абеэя щели (рис. 16.11,6).
Крестиком на рнс. 16.11 показано положение фазового центра обйучателя, который расположен между вибратором и рефлектором. Диаграмма направленности вибратора с контррефлектором приближенно может врыть рассчитана как произведение диаграммы одиночного вибратора Д(С ) на множнуель решетки: Р ~„(Р) Д(уг)5(п(ябсозуг), (16.27) рде через Ь обозначено расстояние от вибратора до контррефлектора. 1)а рнс 16.12 показаны конструкции вибрвторных облучателей с питанием от пряоугольного волновода.
Вибраторы крепятся на тонкой металлической пластине, кото- перпендикулярна направлению электрического поля и поэтому не возбуждается им. "й(дина вибраторов и расстояние между ними подбирают таким образом, чтобы послейуюшнй (по направлению от зеркзла) вибратор являлся рефлектором по отношению к (6редылушему. Этим обеспечивается формирование однонаправленного излучения ))ибраторов на зеркало. В четырехвнбраторном излучателе возможно получение более йнмметричной относительно оси зеркала диаграммы направленности. Вибраторные об~йучатези имеют довольно широкую диаграмму направленности. Оптимальный угол Раскрыла зеркала 2 уг лля таких облучателей составляет около 140-160' Рнс.
!6.12 Внбраториые облучатели слизанном от прямоугольного воввевола Достоинством вибраторных облучателей является незначительное затенение, создаваемое системой питания этих облучателей. Недостатком вибраторных облучателей является их узкополосность, связанная с резонансными свойствами вибраторов, а также относительно высокий уровень излучения в направлениях, противоположных направлениям на юркало.
Шетгсвме облучатели. В сантвметровом диапюоне волн широко используется двухшелевой облучатель, конструкция которого показана на рнс 16.!3. двухшелевой Рнс. 16.1Д Щекевек облучатель 263 Рис. 16.14. Ссгментнолараболическна облучатель облучатель представляет собой прямоугольный волновод, который заканчивается прямоУгольным )мзонатоРом с двУмЯ симметРично Расположенными полУаолноаыми щелямн а его широкой стенке. Расстояние с) между шелямн выбирают разным приблизн. тельно Ы 2 . Расстояние от щелей до боковых стенок резонатора аыбнрают нз условия хорошего согласования с питающим аолноаодом. Для этих же щелей используется су.
жение волновода по узкой стенке. Для настройки облучателя в сборе используют винт л широкой стенке резонатора. Даухщелеаой облучатель получается компактным н мало затеняет зеркало. Его диаграмма направленности близка к осесимметричной н в пераом прнблнженнн может быть аппрокснмнрояана функцией созщ а плоскости Н н соз(аг) з)п ()г! 2)) в плоскости Е. Недостатком дяухщелевого облучателя являются ограниченна на относительно небольшую пропускаемую мощность, связанную с малой электрической прочностью щелей, н узкополосность облучателя, вызванная узкопслосностью шалевых излучателей. Волнаеодно-Рулорлые облучателя представляют собой либо открытый конец волновода, либо небольшой рупор, питаемый аолноводом.
Используются волноаоды групоры) как прямоугольного, так н круглого сечения. Последние более предпочтительны, так как нх диаграмма направленности более снмметрнчна относительно оси яолновода. Зато прямоугольные рупорные облучатели позволяют получать разную ширину диаграммы направленности в перпендикулярных плосностях, поэтому облучатели более предпочтительны для зеркальных антенн с продолговатым раскрывом. В рупорных облучателях нмеются довольно значительные вазможности лля регулирования как шириньь так н формы диаграммы облучателя в пределах угла раскрыла зеркала. Для этого.
помимо подбора римеров рупора, используются нмпедансные структуры, выполненные в анде набора кольцевых канавок на внутренних стенках рупора. Подбирая параметры этих канавок, можно получить более равномерное облучение зеркала при сохранении малого уровня мощности облучателя, проходящего мимо зеркала. Для расширения диаграммы рупорного облучателя используются также диэлектрические линзы, помещаемые в его раскрыае.
Рупорные облучатели конструктивно просты, обладают хорошими днапазонными свойствами, пропускают значительяые мощности и поэтому наиболее широко используются в зеркальных антеннах. Их основным недостатком является сраяннтельно большое затенение раскрыла зеркала как самим рупором, так и поддерживающей его системой крепления н питающим волноаодом.
Рассмотренные выше типы облучателей используются в зерквгьных антеннэх с зеркалом в виде парабслонда вращения. для зеркальных антенн в виде параболических цилиндров требуются линейные облучатели с длиной, равной длине образующей зсркапа. В качестве линейных облучателей могут использоваться яолноводно-щелевые и внбраторные решетки юлучателей, а также секториальные рупоры. Довольно часто в качестве линейною облучателя используется сегментно-параболический облучатель (рис.
16.14), прелставяяюшнй собой дяе параллельные меташическне гиастнны, расположенные на расстоянии, равном размеру одной нз стенок аолновода. С одной стороны пластины образуютплоский раскрыв, с другой стороны между пластинами расположен отражатель параболического профиля. В фокусе парз- болы, находящемся в плоском раскрыве, расположен открытый конел прямоугольного волновода После отражения от параболического профиля в раскрыве облучателя фор.
мируется синфазиое поле. 16.4. Харнктервствки направленности зеркальных антенн Ег(М')=Аум (р) — „ 1 Р (16.28) Здесь А — некоторая константа; л = 1 для зеркальной антенны с параболоидом вращения и и = 0,5 лля параболического нилиндра. Подставляя в выражение (16.28) соотношение лля р(р) из (16.26) получаем Рис. 16.15. К определению (16,29) амплнтулного расврелезеин» в раскрыве зеркала Е (,) А ~!+соя!г) Координата у точки М' н угол уг связаны между собой соотношением у у(1->созуг) (16.30) Р 2г' Из уравнения (16.30) лля каждого значения у определяется угол мл.
Подставляя !К„в (16.29), получаем окончательное выражение для амплитудного распределения в раскрыве зеркальной антенньс (16 3!) Для зеркы в виде параболоида вращения соотношение (16.31) справедливо при л = 1 для любой плоскости, проходящей через ось параболоида, при этом вместо координаты у в (16.31) надо подставить расстояние г от точки М' до оси параболоида. Для нараболического нилинлра амплитудное распределение в его раскрыве Е, можно представить в виде произведения. Диаграмма кпнраялелпестп зеркалькей антенны.
Зеркальные антенны относятся к классу апертурных антенн с плоским синфазным излучающим раскрывом. Поэтому диаграмму направленности зеркальной антенны можно рассчитать методами, представленными в гл. 15. Дяя этого необходимо знать распределение поля в раскрыве зеркала. В приближении геометрической оптики амплитуда элеКтрического поля Еа(М) в произвольной кочке М, лежащей в плоскости хОу на раскрыве зерюшьной антенны (рис. 16 15) пропорциональна диаПммме направленности облучателя и обратно пропордиональна величине р' ( р — расстояние от фокуса до точки М): Ет (х, у) = Ет (х) Ет (у), (16.32) гле Е, (у) находится из (16.31) при л = 0,5, а Ет (х) совпадает с амплитудным распределением вдоль линейного облучатели.
Основная поляризация пола в раскрыве зеркальной антенны совпадает с поляризацией облучателя. Появляющаяся в раскрыве зеркальной югтенны паразитная (кроссполяризационная) составляющая, как правило, невелика, поэтому 'в рамках метода геометрической оптики не учитывается. Найденное по формулам (16.31), (!6.32) амплшудное распределение аппроксимнруется затем одной из подходящих функций для прямоугольного раскрыва (табл. 15,1) или функцией (!5.26) для круглого раскрыва, и в соответствии с данными табл.
15.1 илн по формуле (15.29) рассчитывается множитель направленности зеркальной антенны. Диаграмма направленности элементарной плотцадки определяется соотношением (15 Л 5). Если приведенный в п.15.2 набор аппроксимирующих функций оказывается непригодным, то расчет диаграммы направленности можно провести непосредственно по формуле (15.16) или (15.17) с дальнейшим применением аналитических или численных методов вычисления интегралов.
Заметим, что наряду с апертурным методом используется и так называемый маковый метод расчета ловя зеркальных антенн. В соответствии с этим методом по магнитному полю облучателя Н,г, используя соотношение Л' = -2 [па х 1! ~.] (16.33) где нь — вектор единичной нормали к поверхности зеркювк находят плотносп, поверхно- стного тока Л', наводимого на зеркале, а затем по этому току находят поле излучения. Токовый метод более точен, однако его применение связано с громоздкими вычислениями и, кроме того, он тоже не обеспечивает абсолютной точности, поскольку соотношение (1653) само является приближенным и справедливо для зеркал большого электрического размера.
В пределах главного лепестка диаграммы направленности н первых боковых оба метода дают приблизительно одинаковые результаты. Козффиииешн уе гения зеркальной онтенны и езо зееигимоеть ош ее геоммирических размеров. Основнымн геометрическими параметрами зеркальной антенны с зеркалом в виде параболоида вращения явлпотся фокусное расстояние у", диаметр зеркала 2 Еа, Угол РаскРыва зеРкала 29гь и глУбина зеРкала Ь (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
