5.9Первичные облучатели

Сама по себе поверхность параболоида, т.е. поверхность зеркала не характеризует еще антенну в целом. Рассматривать такие параметры антенны как коэффициент усиления, коэффициент шума и т.п. без учета характеристик первичных облучателей не имеет смысла. Первичные облучатели имеют важнейшее значение для параболоидных антенн диапазона СВЧ. От их конструкции и размещения относительно основного зеркала зависят коэффициент использования площади раскрыва антенны, ее усиление, ширина диаграммы направленности, разделение электромагнитных волн по видам поляризаций и т.п. Поэтому, они должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- для получения максимального усиления антенны важно обеспечить по всей площади ее раскрыва синфазность излучения электромагнитных волн, для чего необходимо фазовый центр излучения первичного облучателя точно совмещать с фокусом основного зеркала;

- для уменьшения уровня боковых лепестков в диаграмме направленности (побочных каналов приема) первичный облучатель должен освещать поверхность основного зеркала с уменьшающейся интенсивностью от центра к краям, не допуская большого "перелива" за края и обратного излучения "назад". Так как форма основного зеркала — параболоид, то интенсивность освещения первичным облучателем должна иметь параболоидную зависимость с максимумом в центре;

- если уровень боковых лепестков не имеет существенного значения, то облучатель может создавать равномерное по амплитуде электромагнитное поле в раскрыве антенны;

- первичный облучатель и его крепление должны по возможности меньше закрывать поверхность основного зеркала во избежание искажений основного лепестка в диаграмме направленности и появления боковых лепестков. Для этого первичные облучатели для прямофокусных антенн изготавливаются минимальных размеров;

- первичный облучатель должен быть хорошо закреплен, чтобы под воздействием ветра не допускать механических перемещений и вибраций.

Первичные облучатели это небольшие субантенны. Они принимают электромагнитные волны, сфокусированные основным зеркалом в соответствии с собственной диаграммой излучения, и направляют их в волноводно-полосковый переход. Так как при распространении электромагнитных волн линейных поляризацией от спутника до приемной антенны плоскость их поляризации может повернуться и не совпасть с плоскостью поляризации, на которую сориентирован первичный облучатель, то необходимо, чтобы первичный облучатель мог принимать электромагнитные волны как линейных, так и круговых поляризаций. Поэтому первичный облучатель по конструкции — это модифицированный волновод круглого сечения. Необходимо отметить, что волновод, открытый на конце, может самостоятельно передавать и принимать электромагнитные волны. Однако волновод в качестве антенны не пригоден, так как у него открытая поверхность излучения мала, усиление небольшое и выход не согласуется с открытым пространством. Из-за этого коэффициент стоячих волн слишком велик. Чтобы увеличить поверхность излучения и согласовать ее с открытым пространством, волновод делают расширяющимся на конце, и получается рупорная антенна. Хорошая рупорная антенна должна быть достаточно длинной, без неоднородностей, поскольку любые неоднородности приводят к отражениям распространяющейся в ней электромагнитной волны. Переход от волновода к рупору как раз и является такой неоднородностью. Чтобы максимально использовать раскрыв рупора, электромагнитное поле в любой точке раскрыва должно быть синфазным, т.е. его изменения должны происходить одновременно. Но электромагнитная волна вдоль края рупора проходит более длинный путь, чем волна по центру и она запаздывает относительно волны, проходящей по центру. Это приводит к несинфазности и к снижению интенсивности излучения по краям раскрыва, что является нужным и полезным в данном случае. Поэтому рупоры, используемые в качестве первичных облучателей для параболоидных антенн, по длине небольших размеров. Применение рупора в качестве первичного облучателя дает значительные преимущества перед точечным облучателем, — подбирая размеры раскрыва рупора можно получить требуемую диаграмму направленности для освещения поверхности параболоида. Рупор хорошо согласует волновод с поверхностью параболоида. Наконец, рупорный облучатель в большей мере, чем волноводный, устраняет обратное излучение — излучение "назад".

Размещают рупор так, чтобы фазовый центр его излучения совпадал с фокусом параболоида, что позволяет достичь максимальной эффективности использования поверхности антенны и, следовательно, получить высокий коэффициент усиления. Модифицированные рупоры, используемые в качестве облучателей в параболоидных антеннах, могут иметь разнообразные формы. Два варианта конструкций первичных облучателей типа "ребристый фланец", применяемых на практике для осесимметричных антенн, показаны ниже.

Система канавок на пассивном облучателе (рис. 5.18, а) служит для ограничения появляющихся поверхностных токов и тем самым препятствует излучению назад. На облучателе (рис. 5.18, б) система канавок заменена одной эквивалентной канавкой, что значительно упрощает его изготовление.

Подвижный отражатель, показанный на рис. 5.18, а, позволяет изменять диаграмму направленности осесимметричной антенны при перемещении к свободному концу сужать, а при удалении от него расширять.

Рупоры для офсетных антенн представляют собой усеченный конус с углом раскрыва около 45', или с гладкой внутренней поверхностью, или с четвертьволновыми канавками на ней. Длина конуса равна приблизительно 50 мм, диаметр раскрыва 50...80 мм. Они сложнее по конструкции и большего размера, чем рупоры для прямофокусных антенн и лучше согласуются с окружающим пространством.