Облучатель параболической антенны

 

Использование: в качестве облучателя в телевизионных зеркальных антеннах спутниковой связи. Сущность изобретения: облучатель состоит из круглого питающего волновода, заканчивающегося рупором. На внутренней поверхности рупора со стороны излучающей апертуры ступенчато выполнены три круглые концентрические канавки, а остальная часть рупора представляет собой усеченный конус с углом при вершине в 40^o. Даны соотношения для определения геометрических размеров облучателя, рупора и канавок. 3 ил.

Изобретение относится к антенной технике сантиметрового диапазона волн и может быть использовано в качестве облучателя в телевизионных зеркальных антеннах спутниковой связи.

Известен (Совмещенный облучатель, СССР, кл. Н ОI Q 13/00, авт. св. N 1134979), содержащий возбудитель первого частотного диапазона, выполненный в виде отрезка прямоугольного волновода, рупор, возбудитель второго частотного диапазона, состоящий из отрезка волновода, внутри которого один напротив другого установлены два вертикальных зонда, поляризатор, согласующий волноводный переход и блок разделения частот, в состав которого входят первый и второй полосовые фильтры и первый делитель мощности, причем каждый из двух вертикальных зондов подключен к соответствующему входу первого делителя мощности через полосовой фильтр, отличающийся тем, что с целью расширения функциональных возможностей путем приемопередачи сигналов с горизонтальной поляризацией в третьем частотном диапазоне и улучшения согласования, возбудитель второго частотного диапазона выполнен в виде отрезка квадратного волновода, внутри которого установлены дополнительно один напротив другого два горизонтальных зонда, причем два вертикальных зонда расположены на расстоянии 3λ₂B, а два горизонтальных зонда на расстоянии от плоскости сочленения отрезка квадратного волновода и согласующего волноводного перехода, где λ₂B длина волны в волноводе второго частотного диапазона λ₃B длина волны в волноводе третьего частотного диапазона, а в блок разделения частот введены третий и четвертый полосовые фильтры и второй делитель мощности.

Недостки: большие продольный и поперечный размеры; сложность согласования (используется согласующий волноводный переход); большая масса.

Известна также (Составная рупорная антенна с волноводным возбуждением, CША, кл. H 01 Q 13/00, N 4700195). Антенна содержит секцию волновода, в одной поверхности которого выполнены отверстия для связи внутренней полости волновода с внешней областью. Рупорный элемент содержит углубленную полость для размещения секции волновода и две расширяющихся части, отходящих от полости и открытых во внешнюю область. Внутренние поверхности расширяющихся частей рупорного элемента выполнены из электропроводного материала и электрически соединены с волноводом. Рядом с углубленной полостью рупорного элемента расположена область деформации, содержащая диэлектрик. Теплоизоляционная внешняя стенка отходит от расширяющихся частей рупорного элемента, охватывая область деформации.

Недостатки: относительная узкополостность из-за наличия отверстий связи; потери в диэлектрике; большая масса.

Известен еще (Рупорный или волноводный излучатель для облучения параболического отражателя, ФРГ, кл. H 01 Q 13/00, N 1766436). Излучатель имеет кольцевой рефлектор, расположенный перпендикулярно раскрыву излучателя и смещенный относительно раскрыва назад. Излучатель отличается тем, что рефлектор 22 со стороны раскрыва 14 изолирован по высокой частоте от внешней поверхности излучателя введением между рефлектором 22 и внешней поверхностью излучателя четвертьволнового короткозамкнутого запирающего стакана.

Недостатки: большие поперечные размеры, и следовательно большое затенение, создаваемое облучателем; высокие боковые лепестки.

Известен (Первичный излучатель для небольших СВЧ-антенн, Болгария, "Радио, телевидение, электроника" N 3, 1990, с. 16, 17, 18.

Первичный излучатель содержит питающий волновод с гофрированной частью, на внутренней поверхности которой выполнены круглые концентрические канавки.

Недостатки: узкая полоса рабочих частот; относительное изменение ширины диаграммы направленности в рабочей полости частот; технологически сложен в изготовлении.

Прототипом данного изобретения является рупорный излучатель (заявка ФРГ N 3144319, кл. Н 01 Q 13/02, 1983).

Рупорный излучатель по заявке ФРГ N 3144319 содержит отрезок круглого питающего волновода, заканчивающийся рупором, на внутренней поверхности которого со стороны излучающей апертуры выполнены круглые концентрические канавки, соосные волноводу.

Недостаток большое количество канавок (фиг.2), необходимое для реализации заданного распределения электромагнитного поля в раскрыве, отсюда относительно более узкая полоса частот, увеличенные размеры и как следствие - увеличение затенения зеркала при его использовании в качестве облучателя.

Кроме того, коническое завершение каждой стенки канавки внутри рупора, усложняет изготовление, снижает технологичность.

Цель изобретения расширение полосы рабочих частот; повышение стабильности формы и ширины диаграммы направленности в рабочей полосе частот, улучшение технологичности облучателя.

Поставленная цель достигается тем, что в облучателе параболической антенны, содержащем круглый питающий волновод, заканчивающийся рупором, на внутренней поверхности которого со стороны излучающей апертуры ступенчато выполнены круглые концентрические канавки, соосные этому волноводу, при этом ступенчато выполнены три круглые концентрические канавки на одной части внутренней поверхности рупора, а другая часть внутренней поверхности рупора выполнена в форме усеченного конуса с углом при вершине равном 2α = 40°, при этом глубины первой, второй и третьей ступенек соответственно равны: глубины первой, второй и третьей канавок соответственно равны: внешний и внутренний диаметры первой канавки соответственно равны: внешний и внутренний диаметры второй канавки соответственно равны: внешний и внутренний диаметр третьей канавки соответственно равны:

диаметр раскрыва рупора D = (2,236÷2,342)λ_ср,
диаметры широкой и узкой части горловины усеченного конуса соответственно равны:

а высоты рупора и облучателя соответственно равны:

где λ_ср - средняя длина волны рабочего диапазона
На фиг. 1 изображен облучатель параболической антенны с кольцевыми концентрическими канавками и однородным гладким коническим участком, соединенный с круглым питающим волноводом; на фиг.2 и фиг.3 графические диаграммы направленности для Е и Н различных частот рабочих диапазонов.

Облучатель параболической антенны содержит: круглый питающий волновод 1, рупор 2, кольцевые концентрические канавки 3, 4, 5, конусную часть 6.

Облучатель параболической антенны работает следующим образом.

В круглом питающем волноводе 1 распространяется основной тип электромагнитной волны Н₁₁. Из круглого волновода энергия волны поступает на начальный участок конической части 6 внутри рупора 2. Распространяясь в направлении апертуры, электромагнитная волна Н₁₁ трансформируется в квазирупорную. Далее происходит взаимодействие трансформированной волны с кольцевыми концентрическими канавками 3, 4, 5, которые влияют и на сопротивление излучения, и на распределение электромагнитного поля в излучающей апертуре рупора. Электрические размеры и волновое сопротивление кольцевых концентрических канавок выбраны таким образом, что обеспечивают формирование необходимого стабильного в широком диапазоне частот амплитудно-фазового распределения в излучающей апертуре рупора и хорошее согласование с окружающим пространством. Сформированное в раскрыве излучающей апертуры рупора амплитудно-фазовое распределение формирует в дальней зоне диаграмму направленности облучателя. Диаграмма направленности облучателя представляет собой широкую диаграмму (фиг. 2), спадающую к краям. Такая диаграмма позволяет облучить зеркало антенны оптимальным образом и получить необходимое амплитудно-фазовое распределение непосредственно на самом зеркале, которое в свою очередь позволяет получить требуемую узкую диаграмму направленности в дальней зоне от зеркала. Экспериментально получены стабильные диаграммы направленности облучателя параболической антенны в полосе частот 10,9 12,75 ГГц с уровнем боковых лепестков меньше -20 дБ. Для сравнения полоса рабочих частот прототипа составляет лишь 10,9 11.7 ГГц. Предлагаемый облучатель отличается также простой геометрической формой, он более технологичен в изготовлении.

Формула изобретения

Облучатель параболической антенны, содержащий круглый питающий волновод, заканчивающийся рупором, на внутренней поверхности которого со стороны излучающей апертуры ступенчато выполнены круглые концентрические канавки, соосные с этим волноводом, отличающийся тем, что на одной части внутренней поверхности рупора со стороны излучающей апертуры ступенчатого выполнены три круглые концентрические канавки, а другая часть, примыкающая к круглому питающему волноводу, выполнена в форме усеченного конуса с углом при вершине 2α = 40°, при этом глубины первой, второй и третьей ступенек соответственно равны
h_C1= (0,264-0,280)λ_ср,
h_C2= (0,537-0,552)λ_ср,
h_C3= (0,809-0,824)λ_ср,
глубины первой, второй и третьей канавок соответственно равны
h_K1= (0,233-0,234)λ_ср,
h_K2= 0,233λ_ср,
h_K3= (0,233-0,234)λ_ср,
внешний и внутренний диаметры первой канавки соответственно равны
d₁= (2,085-2,101)λ_ср,
d₂= (1,894-1,910)λ_ср,
внешний и внутренний диаметры второй канавки соответственно равны
d₃= (1,817-1,832)λ_ср,
d₄= (1,626-1,642)λ_ср,
внешний и внутренний диаметры третьей канавки соответственно равны
d₅= (1,548-1,564)λ_ср,
d₆= (1,361-1,377)λ_ср,
диаметр раскрыва рупора D = (2,236-2,342)λ_ср, диаметры широкой и узкой части усеченного конуса соответственно равны
d₇= (1,291-1,307)λ_ср,
d₈= (0,735-0,747)λ_ср,
а высоты рупора и облучателя соответственно равны
H_p= (1,509-1,525)λ_ср,
H_обл= (2,249-2,264)λ_ср,
где λ_ср средняя длина волны рабочего диапазона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3