5.10Требования, предъявляемые к собственной диаграмме направленности первичного облучателя

Они вытекают из условия обеспечения наибольшей эффективности функционирования антенны. Первичный облучатель, как видно, — это волновод круглого сечения с дополнительным отражателем — экраном, который служит в качестве пассивной апертуры, формирующей для основного зеркала ( поверхности параболоида ) необходимое освещение и препятствует обратному излучению назад. Для получения высокой эффективности антенны размеры основного зеркала и конфигурация излучения первичного облучателя должны определенным образом соответствовать друг другу. Так как основное зеркало — это поверхность симметричного параболоида, то необходимо, чтобы основной лепесток излучения первичного облучателя был бы также симметричным и имел бы параболоид-

ный закон распределения со спадом интенсивности к краям основного зеркала на —. 15 дБ для снижения "перелива" (рис. 5.19). Это значит, что с фокуса первичного облучателя не "видны" или почти не "видны" края параболоида. Уровень боковых лепестков первичного облучателя не должен превышать — 24 дБ.

5.11Влияние положения первичного облучателя на направленность излучения антенны

Положение первичного облучателя по отношению к поверхности параболоида определяет форму и направление основного лепестка излучения антенны:

Cl смещение первичного облучателя относительно фокуса (положение фокуса остается неизменным) вдоль оси параболоида, ближе к его поверхности приводит к расширению основного лепестка в диаграмме направленности, но направление его не изменяется, а остается прежним (рис. 5.20, а);

O смещение первичного облучателя в плоскости фокуса, перпендикулярной оси параболоида (в фокальной плоскости), приводит к повороту основного лепестка в направлении, противоположном смещению (рис. 5.20, б). Это свойство антенной системы часто используется для приема со спутников, находящихся на разных позициях, без поворота антенны.

При значительном отклонении первичного облучателя от фокуса основной лепесток не только поворачивается, но и изменяется по форме — расширяется и уменьшается, а боковые лепестки увеличиваются, уменьшая тем самым коэффициент усиления антенны, что сказывается тем сильнее, чем меньше фокусное расстояние.

Из приведенных на рис. 5.21 зависимостей видно, что потери усиления растут с увеличением фокусного расстояния (при неизменном диаметре параболоида) и при смещении первичного облучателя вдоль оси относительно фокуса параболоида.

Волноводы

Волноводы, как и первичные облучатели, являются неотъемлемой частью параболоидных антенн для приема электромагнитных волн диапазона СВЧ. Передача сигналов в этом диапазоне по коаксиальным кабелям происходит со значительными потерями, поэтому вместо кабеля для этих целей используются волноводы. Волноводом может быть диэлектрический стержень, или определенным образом расположенные полосковые металлизированные линии в диэлектрике (компланарный волновод), или металлическая труба с хорошо обработанной внутренней поверхностью, представляющая канал для распространения в нем электромагнитных волн.

Металлические волноводы получили наибольшее применение. Они являются неотъемлемой частью параболоидных антенн для приема электромагнитных волн со спутников и преимущества их здесь следующие:

- в волноводе отсутствует диэлектрическое наполнение и, следовательно, нет диэлектрических потерь, которые значительны на СВЧ в коаксиальных кабелях;

- в волноводе, как и в коаксиальном кабеле, электромагнитное поле сосредоточено между проводящими поверхностями и поэтому потери на излучение отсутствуют;

- в волноводе нет внутреннего провода и потери в нем (в волноводе) на токи проводимости минимальны. Потери снижаются и за счет того, что внутренняя проводящая поверхность волновода качественно обработана. Она отполирована и покрыта хорошо проводящим металлом — серебром.

Волноводы бывают круглого, квадратного, эллиптического, прямоугольного сечений и так называемые компланарные

Наибольшее распространение получили волноводы круглых и прямоугольных сечений. Применение модифицированных волноводов круглого сечения в качестве первичных облучателей позволяет принимать электромагнитные волны всех видов поляризаций. При необходимости принимать волны линейных поляризаций одновременно к концу круглого волновода присоединяют переходник, в котором круглое сечение плавно (для хорошего согласования) переходит в прямоугольное, что дает возможность принимать электромагнитные волны линейных поляризаций с минимальными потерями. В случае неудовлетворительного согласования (плохо выполненного перехода), неизбежно появляются отраженные и стоячие волны, приводящие к значительным потерям и дополнительным помехам.

Первое и важное требование к прямоугольному волноводу: распространяющаяся в нем электромагнитная волна не должна видоизменять свою форму.

В прямоугольном волноводе может распространяться электромагнитная волна той линейной поляризации, у которой вектор напряженности электрического поля Е расположен параллельно его меньшей стороне, т.е. в нем могут распространяться электромагнитные волны горизонтальной или вертикальной поляризации в зависимости от их пространственной ориентации по отношению к волноводу.

Прямоугольный волновод по этой причине обладает, как говорится, поляризационной избирательностью.

Прямоугольный волновод может выполнять роль фильтра, ограничивать прохождение электромагнитных волн, лежащих за пределами режима распространения "основной волны".

Электромагнитные волны распространяются в волноводе скачкообразно, групповым падением/отражением от внутренних поверхностей волновода. Чем меньше размеры широкой плоскости волновода по отношению к длине волны, тем меньше отражений и меньше потерь, так как при каждом падении/отражении электромагнитная волна ослабевает.

С уменьшением длины волны количество возможных падений/отражений увеличивается и когда размер широкой плоскости волновода окажется соизмеримым с половиной длины волны (а = U2, где а — внутренний размер широкой плоскости волновода), в волноводе будут создаваться условия появления стоячих волн, которые не смогут достичь выхода волновода.

С другой стороны, когда длина электромагнитной волны приближается к размеру широкой плоскости волновода (=а), в нем могут появляться волны высшего порядка Н02и т.п., что крайне нежелательно, так нарушается условие: распространяющаяся в прямоугольном волноводе электромагнитная волна не должна изменять свою конфигурацию.

Поэтому находят компромиссное решение: для создания в волноводе режима распространения "основной" волны, известной по специальной литературе как режим Но,, широкую плоскость волновода делают больше половины длины волны, но меньше длины волны ,( осн;> а > осн/2). На практике размер широкой плоскости соответствует приблизительно трем четвертям длины волны (а = 3/4 осн„), что для электромагнитных волн диапазона частот 10,7...12,5 ГГц составляет около 2 см. Электромагнитные волны, лежащие за пределами данного частотного диапазона, на выход волновода не попадают или попадают пренебрежительно малого уровня и это обеспечивает их фильтрацию.

Из волноводов прямоугольного сечения для приема электромагнитных волн со спутников во внешнем блоке применяются преимущественно волноводы типа R100 со сторонами 22,86х10,16 мм и R120 со сторонами 19,05x9,525 мм . Волновод R100 более распространен, однако с R120 получается лучшее согласование и меньшие потери по краям частотного диапазона 10,7...12,5 ГГц (= 2,4...2,7 см). Очевидно, что оба они обеспечивают для электромагнитных волн диапазона частот 10,7...12,5 ГГц режим "основной волны" (Н01).

В системах спутникового телевизионного вещания почти всегда требуется переход с волновода на полосковую линию, что необходимо для подачи напряжения на вход малошумящего усилителя- конвертера

Поэтому распространяющуюся по волноводу электромагнитную волну (ее энергию) необходимо преобразовать в электрическое напряжение (ток).

Для этих целей используется электрический или магнитный вибратор: зонд или петля определенной длины (рис. 5.22). Чаще всего по конструктивным соображениям применяется зонд, который вставляется внутрь волновода в широкой плоскости (в узел напряженности электрического поля Е). Наведенная в нем э.д.с. подается по полосковому переходу на вход малошумящего усилителя- конвертера.