Антенны

В настоящее время нашли широкое распространение конструкции, в которых компактный конвертер расположен непосредственно в фокусе параболического рефлектора. Однако при расположении конвертера, состоящего из нескольких отдельных модулей, за рефлектором удобнее настраивать эти модули и экспериментировать, не затеняя некомпактным модульным конвертером, рукой или частью своего тела рабочей поверхности параболического рефлектора. В такой конструкции потери энергии принятого сигнала на коротком отрезке круглого волновода малы и ими можно пренебречь.

Как в широко распространенных конструкциях, где конвертер расположен в фокусе параболического рефлектора, так и в конструкции с волноводом между облучателем и конвертером необходимо добиваться максимального согласования облучателя с рефлектором и волноводом, а последнего – с входом конвертера, добиваясь наличия в основном режима бегущей волны в этой цепи. С этой целью широкое применение в параболических антеннах находят рупорные облучатели, хорошо согласующиеся как с самим параболическим рефлектором, так и с волноводом или входом конвертера. Однако такие облучатели применимы лишь с длиннофокусными рефлекторами, и из-за значительного удаления облучателя от рефлектора конструкция антенны оказывается довольно громоздкой.

Гораздо более компактной получается антенна с короткофокусным рефлектором, в котором облучатель приближен к поверхности рефлектора, но в этом случае вместо рупорных с узкой диаграммой направленности приходится применять облучатели в виде открытого конца волновода с широкой диаграммой направленности. Однако он хуже, чем рупор, согласуется с параболическим рефлектором, а в цепи волновод – конвертер неизбежно рассогласование и, как следствие этого, появление там отражений и стоячих волн.

Применение облучателя на основе круглого волновода дает возможность обеспечить сбор с рефлектора энергии радиоволн любой поляризации. Однако из-за неидеального согласования круглого волновода (круглого облучателя) с входом конвертера, построенного на основе отрезков прямоугольного волновода, также неизбежно появление дополнительных отражений и стоячих волн.

Для уменьшения потерь энергии принятого сигнала во входных цепях модульного конвертера приходится применять согласующие устройство в виде модуля-трансформатора сопротивлений (рис. 38), представляющего собой отрезок круглого волновода с изменяемой длиной. Изменяя длину этого модуля, можно достичь лучшего согласования на входе конвертера, ориентируясь на наименьшие потери полезного сигнала в этой цепи.

Приведем описание трех конструкций осесимметричных антенн с параболическим рефлекторами, имеющими различные фокусные расстояния (с длиннофокусным, со среднефокусным расстоянием и с короткофокусным). Первые две антенны выполнены с облучателями в виде открытого конца круглого волновода, а третья – по схеме Кассегрена с рупорным облучателем.

Длиннофокусная осесимметричная антенна

. Наиболее простой из этих трех можно назвать параболическую осесимметричную антенну (рис. 38) с относительно длиннофокусным (F = 0,28 м) рефлектором диаметром 0,67 м. Угол раскрыва рефлектора 2ψ0 равен 118°. Диаметр круглого волновода и облучателя в виде его открытого конца рассчитан и выбран таким, чтобы диаграмма облучателя хорошо вписывалась в угол раскрыва рефлектора с целью получения максимально возможного коэффициента использования поверхности рефлектора (около 0,6). Коэффициент усиления такой антенны – около 35 дБВт, а ширина диаграммы направленности – 2,5°. Заметим, что дБВт (децибел-ватт) – единица измерения, характеризующая затухание (усиление) антенны, выраженное в децибелах, рассчитанное относительно 1 Вт мощности.

Точно такие же волновод и облучатель можно применить для рефлекторов большего диаметра с большим фокусным расстоянием, но имеющих тот же угол раскрыва. При этом коэффициент использования поверхности останется прежним, а за счет увеличения площади рефлектора усиление антенны возрастет и ширина диаграммы направленности уменьшится. Коэффициент усиления по мощности для антенны с рефлектором большего диаметра можно подсчитать по формуле G = 4πSэф/λ2.

Среднефокусная осесимметричная антенна

. В среднефокусной параболической осесимметричной антенне применен рефлектор от радиорелейной станции трехсантиметрового диапазона диаметром 1 м, со средним фокусным расстоянием 30 см. Большой угол раскрыва этого рефлектора (2ψ0 = 150) потребовал более тщательного расчета диаметра круглого волновода, открытый конец которого служит облучателем. По приблизительным оценкам коэффициент использования поверхности рефлектора этой антенны – около 0,6; коэффициент усиления – около 39 дБВт. Волновод и облучатель такой конструкции можно применить и для рефлекторов большего диаметра, но с таким же углом раскрыва. Коэффициент усиления по мощности и ширину диаграммы направленности антенны с рефлектором большего (или меньшего) диаметра можно приблизительно оценить по приведенным выше соотношениям.

Короткофокусная осесимметричная антенна . В короткофокусной антенне может быть применен короткофокусный параболический рефлектор, у которого глубина соизмерима с фокусным расстоянием, а угол раскрыва 2ψ0 может достигать 180° и более. Применение таких рефлекторов возможно лишь при условии наиболее полного использования их поверхности (коэффициент использования поверхности – в пределах 0,6–0,7). Это, в свою очередь, диктует необходимость создания облучателей с углом диаграммы направленности, равным углу раскрыва примененного короткофокусного параболического рефлектора. Так как конструирование таких облучателей вызывает целый ряд непреодолимых трудностей, то приходится применять вспомогательное зеркало, то есть строить двухзеркальную антенну по схеме Кассегрена (рис. 39).

Рис. 39