Проектирование антенны для организации связи в Ка диапазоне частот на линии «Спутник-Земля» (Разработка структурной схемы антенно-фидерного устройства), страница 3

На рисунке 2.12,а показан типичный представитель данного класса излучателей – тонкий цилиндрический вибратор диаметром 2a<<λ, где λ – длина волны, подводимой волны. На рисунке 2.12,б изображен печатный вибраторный излучатель, где 1 – плнчи вибратора; 2 – симметрирующая петля; 3 – диэлектрик. Печатный вибраторный излучатель обладающий наряду с вышеперечисленными достоинствами, высокой технологичностью, компактностью, конструктивной жесткостью.

Все выше перечисленное определяет перспективность для применения печатных излучателей в составе ФАР. Поэтому в разрабатываемой ФАР будет практически выгодно принять за основу печатный излучатель, изображенный на рисунке 2.13. Который представляет из себя обыкновенный слабонаправленный изотропный излучатель с ДН в виде кардиоиды, в плоскости вектора Е. Излучатель представляет собой диск 1, расположенный над металлическим экраном 2 на диэлектрической подложке 3 с симметрирующей петлей 4.

Размещение излучателей в решетке может быть достаточно разнообразным, но наиболее распространены эквидистантные АР, в которых все излучатели размещены  с постоянным шагом по каждой координате плоского раскрыва или в отдельных ее частях – модулях решетки (рисунок 2.14). Так как для формирования пространственной ДН потребуется восемь восьмилучевых линейных подрешеток, то общее число излучателей будет:

                                                 ,

где N-число лучей (каналов).

Расстояние между излучателями можно рассчитать используя условие:

                                       ,                                     (2.5)

где λ-длина волны соответствующая средней частоте рабочего диапазона частот

     (18,8÷19,3ГГц);

            θ_max - максимальный угол отклонения луча.

Согласно (2.5) выберем расстояние между излучателями в решетке d=1см. Тогда линейные размеры раскрыва, то есть его длина и ширина, будут рассчитаны по формуле:

                                                            

Таким образом площадь раскрыва будет:

                                                       

Зная примерные габариты раскрыва ФАР можно выбрать тип соединительных линий по затуханию сигнала в ней. Из требований прочности, виброустойчивости, подвержению большим перегрузкам и ускорениям к СЛ, целесообразно выбирать СЛ либо волноводного либо полоскового типа. Данные СЛ обладают различными значениями погонного затухания поэтому при анализе каждого из них будем опираться именно на этот параметр, но не упуская такие, как масс-габаритные и экономические.

С учетом условием существования в прямоугольном волноводе при заданном λ (λ=1,57см) бегущей волны, размеры волновода выбираются (рисунок 1.10) из условия:

                                                                                                 (2.6)

Выберем а=1см и b=0,4см. Технологический процесс производства волноводов таких размеров достаточно сложен и дорог. Затухание в прямоугольном волноводе выражается формулой:

                                         ,                             (2.7)

где σ - проводимость металла (для меди σ = );

       λ - длина волны соответствующая средней частоте рабочего диапазона частот.

Производство полосковых линий менее затратное и более технологично по сравнению с волноводами. Размеры симметричной ПЛ (рисунок 1.14) выбираются из соображений отсутствия в ней волн высших типов, предотвращения возможности излучения электромагнитной энергии в окружающее пространство, при этом руководствуются следующими соотношениями:

где ,

где λ₀ - длина волны в линии;

      ε – диэлектрическая проницаемость (для поликора ε = 9,6).

В соответствии с условием выберем следующие размеры W = 4,5 мм, b = 2 мм,               t = 0,2 мм. Зная размеры линии можно рассчитать затухание, которое она вносит:

Из приведенных расчетов видно, что затухание в ПЛ больше на порядок, чем в волноводе.

Рассматривая вышесказанное можно сделать вывод, что целесообразней будет применение волноводных СЛ. Хотя производство волноводных ЛС дороже чем, полосковых, но энергетический выигрыш явно очевиден. Применение полосковых соединителей потребует подачи сигнала большей мощности, что связанно с большим потреблением энергии, а следовательно и применение более энергоемких аккумуляторов и солнечных батарей большей мощности. Что связанно с достаточным вложение средств и отразится на конечной стоимости КС.

Так как в разрабатываемой системе будут вместе взаимодействовать печатный излучатель и волновод, то возникает вопрос об электрическом согласованном соединении этих двух элементов. Одним из вариантов, является широкополосное согласование (рисунок 2.15), где 1 – излучатель, 2 – коаксиальный переход, 3 – отрезок волновода, широкополосный переход. Данный узел можно предложить, как универсальный, то есть изготавливать его, как единую деталь, что удешевит и упростит сборку ФАР.