Плоскі антени

Для прийому телепередач з супутників також застосовуються плоскі (пленарні) антени або так звані фазовані антенні грати (Фари) і активні фазовані антенні грати (Афари). Вони складаються з безлічі резонаторів

випромінювачів, які мають найрізноманітнішу геометричну форму: прямокутну, круглу, еліптичну, квадратну і тому подібне

На мал. 5.12 показаний випромінюючий елементарний резонатор прямокутної форми. Він є прямокутною металевою пластиною 1, нанесену на діелектричну підкладку 2 і екрануючу суцільну поверхню 3. Товщина діелектричної підкладки менше 0,1 де - довжина СВЧ хвилі у вільному просторі. Випромінювач збуджується полосковой лінією 4. Ця система є резонатором з випромінюванням через краї I і II прямокутника. Відстань I між випромінюючими краями приблизно рівного де - довжина хвилі в діелектриці); розмір b визначає вхідний опір антени, що становить сотні ом.

Випромінювач прямокутної форми при резонансі має коефіцієнт посилення близько 6 дБ при відносній діелектричній проникності підкладки = 2,35 і тангенсі кута втрат tg < 10 '³.

Елементарні излучатели17 з'єднуються між собою певним чином, утворюючи так звані фазовані антенні грати. В точках з'єднання сигнали складаються у фазі і результуюча потужність сигналу в антені дорівнює сумі потужностей сигналів, прийнятих всіма випромінювачами. Основна пелюстка випромінювання направлена перпендикулярно її поверхні, тобто до площин елементарних випромінювачів. Плоскі антени можуть відрізнятися один від одного формою елементарних випромінювачів, а також способом їх збудження. Застосовуючи різноманітні форми випромінювачів (мал. 5.13) і схеми їх включення, можна створити антену, що працює в потрібному відносно широкому діапазоні частот. Зі всіх форм излучате-

Мал. 5.12. Конструкція випромінюючої елементарної структури

Мал. 5.13. Різні геометричні форми елементарних антенних випромінювачів

лей якнайкращої диапазонностью володіють випромінювачі еліптичної форми.

При необхідності мати випромінювачі з круговою поляризацією електромагнітної хвилі вибирають випромінювач у формі еліпса або квадрата. Живлення їх в цьому випадку здійснюється по осях, розташованих у випромінювачі перпендикулярно один одному з фазовим зрушенням 90°.

Велике значення для елементарних випромінювачів має матеріал діелектричної підкладки. Основними якісними показниками підкладки тут є: максимальна діелектрична проникність ( =2,35), мінімальні втрати в діелектриці (tg< ), мінімальні відхилення товщини підкладки (мінімальний розкид) і здатність зберігати її свою форму і параметри в різних кліматичних умовах експлуатації. Якнайкращі діелектричні підкладки, вживані для елементарних випромінювачів, це підкладки з фторопласту, ударного полістиролу, органічного скла.

Сполучаючи елементарні випромінювачі певним чином, отримують плоску антену - так звані антенні грати. Якщо фази всіх елементарних випромінювачів рівні, то сигнали від них підсумовуватимуться, і основна загальна пелюстка діаграми спрямованості в цьому випадку буде перпендикулярна площині антени і буде вузьким, оскільки у фазі складаються тільки сигнали, падаючі перпендикулярно площини антени. Такі антенні грати називаються фазованими (ФАР) - мал. 5.14.

Дані плоскі антени на основі пасивних елементарних випромінювачів володіють багатьма позитивними властивостями. У плоских антен відсутні первинний опромінювач і хвилеводна система для передачі прийнятих електромагнітних хвиль, немає поляризатора, немає необхідності в хвилеводах прямокутного

Мал. 5.14. Структура плоскої антени (ФАР)

перетини. Сумарна э.д.с, "зібрана" зі всіх елементарних випромінювачів, подається безпосередньо на вхід малошумливого підсилювача-конвертера, який розташований із зворотного боку площини антени, і не затінює її поверхні.

Крім того, плоскі антени (Фари) вельми технологічні, оскільки для виготовлення їх використовуються прогресивні способи: метод друкарського монтажу, напилення тонкоплівкового металу на підкладку з діелектрика. Елементарні випромінювачі плоских антен, що живлять ланцюги і інші з'єднання, виготовляються в єдиному технологічному процесі і мають хорошу відтворюваність (повторюваність). Це дозволяє зробити плоску антену вельми дешевою і хорошої якості.

Проте у таких антен разом з достоїнствами є і недоліки, які обмежують їх застосування. У них:

• високий рівень кроссполяризационных втрат, які можуть бути по самих різних причинах: із-за появи паразитного резонансу при великих неоднородностях в полосковых лініях, із-за випромінювання поверхневих хвиль і т.п.;

• вузька частотна смуга, оскільки узгодження можливо виконати в смузі частот, що не перевищує 7% від значення частоти електромагнітної хвилі, що несе.

Такі антени можуть приймати електромагнітні хвилі тільки одного виду поляризації: горизонтальною, вертикальною або кругом (з правостороннім або лівобічним обертанням вектора поляризації) і тому подібне Це визначається формованими в процесі виготовлення елементарними випромінювачами, формою, видом їх збудження і местомом підключення до них збудливої лінії. Для прийому електромагнітних хвиль кожного виду поляризації потрібна своя антена.

Все ж таки слід зазначити, що Фари вельми зручні для користувачів і по основних характеристиках, таким як діаграма спрямованості основної пелюстки, рівень бічних пелюсток, шумова температура, при невеликих розмірах (0,5 м ), порівнянні з офсетними антенами діаметром 0,6 м.

Активні фазовані антенні грати (Афари)

В даний час для індивідуального прийому застосовуються і так звані активні фазовані грати (Афари). Принцип їх роботи заснований на використанні фазовращателей, що підключаються до елементарних випромінювачів. Якщо в ланцюгах живлення елементарних випромінювачів включити фазовращатели, то, змінюючи фазу в кожному випромінювачі, можна добитися посилення випромінювання в заданому напрямі. Фазовращателі управляються мікропроцесорами за ясно заданою програмою. В результаті при зміні фази деяких елементарних випромінювачів змінюються фазові співвідношення складових в основній пелюстці діаграми спрямованості, і він повертається в заданому напрямі. Так, система з 12 фазовращателей забезпечує поворот основного променя діаграми спрямованості в кутовому секторі ±8°, а система з 24 фазовращателей - в секторі ±24°. Це дає можливість здійснювати електронне сканування, що дозволяє швидко, в долі секунди, і з високою точністю змінювати положення основної пелюстки діаграми спрямованості і перенаправляти його з одного супутника на іншій (у певному кутовому секторі) без механічного повороту антени. У цьому головна перевага Афаров перед іншими приймальними антенами СВЧ.

Мабуть, що в недалекому майбутньому громіздкі массогабаритные параболоїдні антенні системи з електромеханічним наведенням на супутники поступляться місцем Афарам з електронним наведенням. Проте, не дивлячись на свої непогані характеристики, із-за високої вартості Афари поки не знайшли широкого застосування для індивідуального прийому, але в майбутньому, ймовірно, все зміниться.