Технічні прийоми і рішення
Технічні прийоми і решеніяОсесімметрічная антена При використанні довгофокусних рефлекторів, оптимального опромінення їх поверхні вдається досягти, застосовуючи рупорні опромінювачі. При цьому необхідно пам'ятати, що рупори, що володіють великим власним кутом розкриву, мають більш вузькі діаграми спрямованості, а у рупорів з малим власним кутом розкриву діаграма спрямованості ширше.
При використанні короткофокусних рефлекторів, оптимального їх опромінення вдається досягти, застосовуючи облучатели у вигляді рупорів, у яких власний кут розкриття дуже малий або дорівнює нулю. Рупором, у якого кут розкриття дорівнює нулю, може служити відкритий кінець хвилеводу.
В якості такої антени зручно використовувати осесиметричних параболічний рефлектор, обладнавши його круглим хвилеводом з дюралюмінієвих трубок. Для діапазонів 11 і 12 ГГц конвертер (змішувач, гетеродин і навіть МШУ) можна виконати у вигляді модулів з коротких відрізків стандартних прямокутних хвилеводів, широко застосовуваних у радіолокаційних та інших СВЧ пристроях трёхсантіметрового діапазону. При цьому для підключення такого конвертора до круглого хвилеводу антени необхідний модульний перехідник [4] (рис.14), що має плавний перехід від круглого хвилеводу до прямокутного. Передачі супутникового телебачення ведуться як з горизонтальною, так і з вертикальною поляризацією радіохвиль. Тому прийом з тієї чи іншої поляризацією забезпечується поворотом модуля-перехідника і всього конвертера на кінці круглого хвилеводу, виведеного за задню поверхню параболічного рефлектора.
В даний час знайшли широке поширення конструкції, в яких компактний конвертер розташований безпосередньо у фокусі параболічного рефлектора. Однак при розташуванні конвертера, що складається з декількох окремих модулів, за рефлектором зручніше налаштовувати ці модулі і експериментувати, чи не затінюючи некомпактних модульним конвертером, рукою або частиною свого тіла робочої поверхні параболічного рефлектора. У такій конструкції втрати енергії прийнятого сигналу на короткому відрізку круглого хвилеводу малі і ними можна знехтувати.
Як в широко поширених конструкціях, де конвертер розташований у фокусі параболічного рефлектора, так і в конструкції з хвилеводом між опромінювачем і конвертером, необхідно домагатися максимального узгодження випромінювача з рефлектором і хвилеводом, а останнього з входом конвертера, домагаючись наявності, в основному, режиму біжучої хвилі в цьому ланцюзі. З цією метою широке застосування в параболічних антенах знаходять рупорні опромінювачі, добре узгоджуються як із самим параболічних рефлектором, так і з хвилеводом або входом конвертера. Однак такі облучатели застосовні лише з довгофокусними рефлекторами і через значне віддалення опромінювача від рефлектора конструкція антени виявляється досить громіздкою.
Набагато більш компактно виходить антена з короткофокусним рефлектором, в якому опромінювач наближений до поверхні рефлектора, але в цьому випадку замість рупорних з вузькою діаграмою спрямованості доводиться застосовувати облучатели у вигляді відкритого кінця хвилеводу з широкою діаграмою спрямованості. Однак він гірше, ніж рупор, узгоджується з параболічним рефлектором, а в ланцюзі хвилевід-конвертер неминуче неузгодженість і, як наслідок цього, поява там відображень і стоячих хвиль.
Застосування опромінювача на основі круглого хвилеводу дає можливість забезпечити збір з рефлектора енергії радіохвиль будь поляризації. Однак через неідеального узгодження круглого хвилеводу (круглого опромінювача) з входом конвертера, побудованого на основі відрізків прямокутного хвилеводу, також неминуча поява додаткових відображень і стоячих хвиль.
Для зменшення втрат енергії прийнятого сигналу у вхідних ланцюгах модульного конвертера доводиться застосовувати погоджують пристрій у вигляді модуля-трансформатора опорів [3] (рис.14), що представляє собою відрізок круглого хвилеводу із змінною довгою. Змінюючи довжину цього модуля, можна досягти кращого узгодження на вході конвертера, орієнтуючись на найменші втрати корисного сигналу в цьому ланцюзі.
Наведемо опис трьох конструкцій осесиметричних антен з параболічним рефлекторами, що мають різні фокусні відстані (довгофокусним, із середнім фокусною відстанню і короткофокусним). Перші дві антени виконані з облучателями у вигляді відкритого кінця круглого хвилеводу, а третя - за схемою Кассегрена з рупорним облучателем. Довгофокусна осесиметрична антена Найбільш простий з цих трьох можна назвати параболічну осесиметричних антену (рис.14) з відносно довгофокусним (F = 0,28 м) рефлектором діаметром 0,67 м. Кут розкриття рефлектора 2y дорівнює 118 0. Діаметр круглого хвилеводу і опромінювача в вигляді його відкритого кінця розрахований і обраний таким, щоб діаграма опромінювача добре вписувалася в кут розкриття рефлектора з метою отримання максимально можливого коефіцієнта використання поверхні рефлектора (близько 0,6). Коефіцієнт посилення такої антени - близько 35 дбвт, а ширина діаграми спрямованості - 2,5 0.
Точно такі ж хвилевід і опромінювач можна застосувати для рефлекторів більшого діаметра з великою фокусною відстанню, але мають той же кут розкриття. При цьому коефіцієнт використання поверхні залишиться колишнім, а за рахунок збільшення площі рефлектора посилення антени зросте і ширина діаграми спрямованості зменшиться. Коефіцієнт посилення по потужності для антени з рефлектором більшого діаметра можна підрахувати за наведеною вище формулою. Ширину діаграми спрямованості (j, в градусах) можна приблизно оцінити, користуючись співвідношенням: j = 69l / D.Среднефокусная осесиметрична антена У другій параболічної осесиметричної антени застосований рефлектор від радіорелейної станції трёхсантіметрового діапазону діаметром 1 м, із середнім фокусною відстанню 30см. Великий кут розкриття цього рефлектора (2y = 150 0) зажадав більш ретельного розрахунку діаметра круглого хвилеводу, відкритий кінець якого служить облучателем. За приблизними оцінками коефіцієнт використання поверхні рефлектора цієї антени - близько 0,6; коефіцієнт посилення - близько 39 дбвт. Хвилевід і опромінювач такої конструкції можна застосувати і для рефлекторів більшого діаметру, але з таким же кутом розкриву. Коефіцієнт посилення по потужності і ширину діаграми спрямованості антени можна з рефлектором більшого (або меншого) діаметру можна приблизно оцінити за наведеними вище співвідношенням. Короткофокусная осесиметрична антена У третій антени (рис.16) може бути застосований короткофокусної параболічний рефлектор, у якого глибина порівнянна з фокусною відстанню, а кут розкриття 2y може досягати 180 0 і більше. Застосування таких рефлекторів можливо лише за умови найбільш повного використання їх поверхні (коефіцієнт використання поверхні - в межах 0,6 ... 0,7). Це, в свою чергу, диктує необхідність створення облучателей з кутом діаграми спрямованості, рівним куту розкриття застосованого короткофокусного параболічного рефлектора. Так як конструювання таких облучателей викликає цілий ряд непереборних труднощів, то доводиться застосовувати допоміжне дзеркало, тобто будувати двухзеркальной антену за схемою Кассегрена. Допоміжне дзеркало (контррефлектора) являє собою симетрично усічений гіперболоїд обертання, один фокус О1 якого повинен збігатися з фокусом F параболічного рефлектора. У другому фокусі О2 другий уявної гілки гиперболоида розташовують опромінювач, в якості якого використана рупорна антена круглого перетину з не настільки великим власним кутом діаграми спрямованості. Він розрахований таким, щоб опромінювалася лише поверхню гіперболічного контррефлектора.
Якщо в двухзеркальной антени, широко використовувалася в радіолокаційних системах на частотах 4 ГГц, застосований параболічний рефлектор діаметром 1,5 м з глибиною і фокусною відстанню 0,38 м і кутом розкриття 180 0. то коефіцієнт посилення антени на частоті 11 ГГц виявиться рівним не менше 43 дбвт при ширині діаграми спрямованості 1,2 0 і коефіцієнт використання поверхні основного рефлектора близько 0,6. Неосесиметричних антена У параболічних неосесиметричних антенах винесений опромінювач і конвертер знаходяться в стороні від падаючого на рефлектор потоку потужності сигналу і не створюють затемнення (рис.15).
Однак істотного виграшу в посиленні у цих антен не виходить, так як їх ефективна площа буде менше через неперпендикулярності потрапляння на поверхню розкриваючи рефлектора променів приходить сигналу. До того ж через неосесиметричних розташування погіршується узгодження випромінювача з рефлектором. Тому відображення і стоячі хвилі між рефлектором і конвертером збільшуються. Єдиним помітним гідністю неосесиметричних антен з винесеним опромінювачем (Ofset Antenne) слід визнати майже вертикальне до поверхні Землі розташування рефлектора, що дозволяє зменшити падіння на нього атмосферних опадів (дощу, снігу, граду і ін.). Це дуже важливо в північних широтах, де такі опади випадають частіше, ніж в південних. Двухзеркальная антена Повністю зібрати енергію прийнятого сигналу з поверхні короткофокусного параболічного рефлектора з великим кутом розкриву одним облучателем не вдається. Це можна забезпечити, застосувавши додаткове гіперболічне дзеркало (контррефлектора). У такій двухзеркальной антени (рис.16) власне опромінювач збирає енергію з гіперболічного рефлектора. Незважаючи на те, що контррефлектора створює значне затемнення для падаючих на рефлектор променів сигналу, коефіцієнт використання поверхні рефлектора за рахунок ефективного збору з нього енергії виявляється досить високим (0,6 ... 0,7). З контррефлектора енергія збирається рупорним облучателем з відносно малим кутом розкриття. Крім того, такий двоетапний збір енергії призводить до більш плавного, а отже, і більш повного узгодження випромінювача з основним рефлектором. Це, здавалося б, повинно істотно зменшити стоячі хвилі. Однак відбиті від входу конвертера хвилі, що потрапляють на центральну частину контррефлектора, не йдуть у вільний простір, через що рівень стоячих хвиль збільшується.
