Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств

Подождите немного. Документ загружается.

фазового центра берут точку, лежащую непосредственно

за первым вибратором. При этом расфазировка поля

в раскрыве антенны в обеих плоскостях, как правило,

не превышает допустимых значений. Облучатель, пока-

занный на рис. 11-52, предназначен для волны длиной

3,2 см и зеркал с углом раскрыва порядка 150°.

Вибраторные облучатели, возбуждаемые волноводом,

имеют довольно простую конструкцию, что позволяет

Рис.

11-52. Волноводно-вибраторный облу-

чатель (Х=3,2 см).

достаточно просто осуществлять многовибраторные си-

стемы.

ДН в Я-плоскости системы из двух вибраторов шире,

чем в ^-плоскости. Применение четырехвибраторного

облучателя позволяет сузить ДН в Я-плоскости и путем

подбора расстояния между вибраторами добиться при-

ближения формы ДН в Я-плоскости к форме ДН в ^-пло-

скости. Возможность изменения ширины ДН в Я-плоско-

сти в многовибраторных облучателях позволяет эффек-

тивно использовать их в антеннах с веерной ДН, когда

требуется ДН для облучателя с различной шириной в

Е и Я-плоскостях.

Волноводно-рупорные облучатели. Волноводно-рупор-

ные облучатели нашли широкое применение в качестве

облучателей зеркальных антенн. Это объясняется про-

стотой их конструкции, легкостью получения ДН нужной

ширины в обеих плоскостях и большой диапазонноегью.

Несколько усложняет использование таких облучателей

то обстоятельство, что необходимо осуществить поворот

волновода на 180'°, чтобы максимум излучения облучате-

ля был направлен в центр зеркала. Питающий волновод

может иметь весьма разнообразные формы (рис. 11-53).

Однако вариант, изображенный на рис.

-53,а, не удо-

бен конструктивно и может вызвать большие искажения

ДН ангенны, так как волновод находится в области

с максимальной интенсивностью поля. Возбуждаемые

621

на поверхности волновода высокочастотные токи создают

свое поле излучения, которое интерферирует с полем

антенны. Искажения ДН могут быть весьма значитель-

ными и даже вызвать глубокий провал в максимуме

основного лепестка.

Более удобно волновод располагать перпендикулярно

оси зеркала (рис. 11-53,6), причем так, чтобы широкая

»;

В)

Рис

11-53.

Варианты питания рупорного

облучателя

стенка волновода лежала в плоскости, проходящей через

ось зеркала. Этот вариант имеет тот недостаток, что

поле в раскрыве оказывается несимметричным. В ре-

зультате ДН антенны несколько искажается и отклоняет-

ся от оси зеркала. Для сохранения симметрии поля

в раскрыве используют способ, показанный на

рис.

ll-53,s. По верхнему волноводу энергия к облучате-

лю не подводится, и он служит для увеличения прочно-

сти крепления облучателя и для сохранения симметрич-

ности поля в раскрыве антенны.

Простейшим облучателем рассматриваемого типа

является открытый конец прямоугольного волновода

с ©олной Я,о, обычно используемый в фидерном тракте.

Однако для параболоида вращения, создающего иголь-

чатую ДН, такой облучатель мало пригоден, так как его

ДН имеет различную ширину в Е- и Я-плоскостях. От-

крытый конец стандартного прямоугольного волновода

имеет ширину ДН на уровне 10% около 180° в £-плоско-

сти и 120° в Я-плоскости. Экспериментальные ДН откры-

тых концов волноводов приведены в гл. 10 (рис. 10-1,

10-2).

Такой облучатель может найти применение в антен-.

нах, создающих веерную ДН.

Использование открытого конца круглого волновода

с волной И и предпочтительней. В этом случае ДН

622

в обеих плоскостях почти одинаковы, что позволяет по-

лучить игольчатую ДН антенны (рис. 10-34). Облучатель

имеет небольшие боковые лепестки по сравнению с ДН

открытого конца прямоуюльного волновода. Кроме того,

при использовании в качестве облучателя открытого кон-

ца круглого волновода с волной Яц уменьшается пара-

зитная (перекрестная) поляризация, имеющая место при

облучении зеркала другими типами облучателей. Это

объясняется тем, что волна Н

имеет паразитную поля-

ризацию противоположного направления по сравнению

с паразитной поляризацией, возникающей при облучении

зеркала. Для обычно требуемой ширины ДН облучателя

зеркальной системы диаметр круглого волновода следует

брать порядка 0,8 Я. Однако при этом оказывается воз-

можным существование волны типа Еоь и поэтому для

обычных углов раскрыва зеркальных антенн следует

применить плавный переход от круглого волновода

с волной Яц к коническому рупору. Так как круглые

волноводы по целому ряду причин не используются в ка-

честве фидерных линий, то переход от прямоугольного

волновода к круглому выполняется в непосредственной

близости от рупора.

При необходимости иметь ДН более узкую, чем ДН

открытого конца волновода, применяют рупорные антен-

ны.

Так, например, применение £-секториального рупо-

ра, у которого размер раскрыва в ^-плоскости больше

соответствующего размера волновода, позволяет полу-

чить ДН с равной шириной в Е- и Я- плоскостях на

уровне 10% по мощности. Соотношение сторон такого

рупора примерно 1,4, причем из-за косинусоидального

распределения амплитуды поля размер раскрыва в Я-

илоскости больше, чем в ^-плоскости.

Рупорные излучатели позволяют сравнительно просто

получать нужную ширину ДН в каждой из плоскостей.

Это объясняется тем, что ширина ДН рупора с прямо-

угольным раскрывом в Е(Н)-плоскости зависит от раз-

мера раскрыва в этой же плоскости и практически не

зависит от размера раскрыва в Я (Е) -плоскости, что и

позволяет рассчитывать рупорный облучатель по задан-

ной ширине его ДН в Е- и Я-плоскостях на необходимом

уровне (обычно на уровне 10% по мощности). Для этого

следует воспользоваться выражениями для ДН Е- и

Я-секториальных рупоров.

Задаваясь величиной поля на краю зеркала, можно

найти соответствующий размер рупора. Однако решение

623

получаемых при этом уравнений обычно требует доста-

точно большого времени, и поэтому удобнее воспользо-

ваться экспериментальными данными.

На рис. Ш-55—11-67 приведены экспериментальные

ДН пирамидальных рупоров, возбуждаемых прямоуголь-

ным волноводом с волной #ю,

которые были специально раз-

работаны для применения

их

качестве облучателей зеркаль-

ных антенн '. Геометрия пира-

мидального рупора дана на

рис.

11-54. Ряд рупоров имеет

ДН с равной шириной в Е- и

#-плоскостях и различаются

угловым размером ДН на

уровне 10% по мощности.

Такие облучатели предназна-

чены для зеркал в виде пара-

болоидов вращения с иголь-

чатой ДН. Облучатели с ДН,

имеющими различную ширину

в Е-, Я-плоскостях, могут най-

ти применение в зеркалах с

веерными ДП. На рис. 11-69—

11-75 приведены эксперимен-

тальные ДН коробчатых ру-

поров (рис. 11-68), а на рис.

11-77—11-79—конических рупоров (рис. 11-76), которые

также разрабатывались для применения их в качестве

облучателей зеркал.

Все размеры рупоров даны на рисунках в миллимет-

рах, а ДН получены для длины волны

= 3,2 см. Для

других длин волн приведенные ДН останутся практи-

чески такими же, если размеры рупора будут изменены

в соответствии с изменением длины волны (размеры ру-

пора, выраженные в длинах волн, должны быть сохра-

нены).

Следует отметить, что далеко не всегда рупор имеет

фазовый центр (см. параметры, приведенные на

рис.

11-55—11-75). Это особенно справедливо для рупо-

ров с ДН, ширина которых в разных плоскостях различ-

на. Применение таких рупоров в качестве облучателей

приводит к появлению фазовых ошибок в раскрыве и,

Рис.

11-54. Геометрия пира-

мидального рупора»

— фазовый центр рупора

в Я-плоскости,

—фазовый

центр рупора в £-плоскости.

ДН чаимсгвованы у В М Гришиной.

624

—

" —

—

<>•

—

\ [

1 '

5°С

>/'н

I'h

9°Н

"„а.

ов\

J.7

о,ь

0 1

- ' *

Dp =^

£,

= J \f/f

i„ = iJMM

— к MM

a =

мм

0 = W^f/f

—

6/ 5S 48 i.l J/ c'l In в 0

32 40, 48 bb 01

tpad

Рис.

11-55 Диаграммы направленности пирамидального ру-

пора.

—

у.

/А

ь.

,5'f

5°И

°л

0,6

0,5

0,4

0,3

•^

= 7? MM

L =ff5wjf

= /fl ЧМ

l, =21мм

а -23мм

о = Юмм

I V «0 ill Л) К И И ^Р 10 UI1 зд ||]

"•on ?

'0a'

Рис.

11-56. Диа1раммы направленности пирамидаль-

ного рупора.

625

1—

•f^

°л

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

a, =

70MM

=S0MM

l =70MM

a -23 мм

V = 10MM

'^агг'

srrr

14 16 48 40 32 24 16 8 0 в 16 24 32 40 48 56 60

град

#ia<?

Рис 11-57. Диаграммы направленности пирамидального ру-

пора.

so w 40 зо го ю п v го зо to so ео 70

град град

Рис 11-58. Диаграммы направленности пирамидаль-

ного рупора

626

-•—•"

4 3S°E

W°H

B1°H

0,1

0,5

0.1

0.3

0.2

0.1

=60 мм

b„ 13MM

=120чм

l„ =tlMM

i, - NMM

a =23 мм

6 - Юмм

SO 50 40 30 20

грай

10 20 30 40 ЬО 60 W

град

Рис.

11-59. Диаграммы направленности пирами

далыюго рупора.

макс

'С'

1 •

34°F.

37°Н

60°С

64° н

о,\

0,8 '

0,7

0,6

0,5

0,1

0,3

0,2

0,1

У\

=58 мм

Ьр

=11ММ

L = 50мм

1» =22,5мм

=22,5мм

а =23мм

ti - Юмм

.JL

60 50 ад 30 20 'О

Я7 .30 10 50

Рис.

11-60. Диаграммы направленности пирами-

дального рупора.

627

m so чо зо го ю о ю го м да ьо so ia i

гр<и>

гра

Рис

11-61.

Диаграммы направленности пирамидального

рупора.

й-

£-

-Л

ir\

—5',

»Х

0,8

0,7

0,6

°,5

0,4

0,3

0,2'

0,1

V *н

№

- -

Up = Я At И

ММ

б = Юмм

«JP

70 «Я 50 «0 J0 г» Ю 0 Ю 20 30 «0 W «0 70

грай

Рис 11 62 Диаграммы напратепности пирамидаль-

ного рупора.

628

i2o

w no so w го &

град

го

чо во so /во ео

град

Рис 11-63 Диаграммы направлеипосги пира

мидального рупора

ко

1чо ио юо во so да го о го w so

град

100 120 140 ЮО

град

Рис П-64 Диаграммы иапраплениосги пирамидального ру-

пора

629

ко SO SO 40 20 о

гоад

НО ЬО SO ЮО 120

град

Рис.

11-65 Диаграммы направленности пи-

рамидальною рупора

<р .—

45°Н

60° С

"Н

120" £

0,9 л

оЛ

0,б\

0,1

0,4

•о,з

0,2

0,1

s \

=37ММ

-23мм

L =35 ММ

1 -23ММ

ь - Юм м

с\.

140 120 ЮО 80 60 4 J 20 0 .0 40 SO 80 ЮО 120

'рад

гццЭ

Рис 11-66. Диаграммы направленности пирами-

дального рупора

630