Выбор и анализ возможного варианта построения антенны земной станции спутниковой связи, страница 9

В  подавляющем  большинстве  случаев  в  качестве  облучателей ДЗА используются рупорные антенны и их модификации, так как они наиболее  просты  конструктивно,  хорошо  согласуются  с  питающим волноводом, просто позволяют осуществить одновременную работу на  двух  линейных  или  вращающихся  поляризациях,  имеют  четко выраженное  положение  фазового  центра,  позволяют  пропускать сигналы большой мощности, обладают широким рабочим диапазоном и т.п.

Наибольшее распространение получили ДЗА с пирамидальными и коническими рупорными облучателями. Так как в  ЗССС наиболее часто используется круговая поляризация, то для дальнейших расчётов выберем конический рупор, в виду более высокой эффективности. Для улучшения характеристик рупора будем использовать гофрированный рупор (рисунок 2.4.2), так как он имеют лучшие характеристики по полю кроссполяризации по сравнению с гладкими рупорами той же геометрии.

Рисунок 2.4.2  - Гофрированный рупор

Они обладают малой утечкой энергии вне области главного лепестка, стабильным и одинаковым положением фазового центра во всех плоскостях поля.

Принцип действия такого рупора может быть пояснен следующим образом. Стенки рупора с достаточно густо прорезанными на них четвертьволновыми канавками имеют весьма большой импеданс для продольных  поверхностных  токов  проводимости. Величина этих токов резко ослабляется по сравнению с продольными токами проводимости на стенках гладкого рупора той же геометрии. Резкое ослабление поверхностных продольных токов вызывает соответствующее ослабление не только тангенциального, но и нормального полей у стенок рупора. 

Действительно, электрическому полю, нормальному стенкам, соответствуют электрические токи смещения, нормальные стенкам. Эти токи в силу закона непрерывности полного тока переходят у стенок в продольные поверхностные токи проводимости, а значит, ослабление продольного  электрического  тока  неизбежно  вызывает  пропорциональное ослабление нормального стенкам тока смещения. Последнее, в свою очередь, имеет следствием ослабление вблизи стенок нормальной составляющей Е_n электрического поля в раскрыве рупора. При этом распределение амплитуд Е_n в раскрыве в плоскости Е оказывается спадающим по направлению от центра раскрыва к его краям. Такой же характер, как известно, имеет распределение амплитуд поля волны Н₁₁ в плоскости Н в рупоре. При близких законах спадания амплитуд полей в плоскостях Е и Н близкими окажутся и ДН рупора в этих плоскостях.

Задачей синтеза ДН с помощью рупоров с гофрированными стенками и является определение глубины d и шага канавок s, ведущих к такому же закону распределения амплитуд поля в плоскости Е, как и закон  распределения  в  плоскости  Н.

В зависимости от длины рупорной части, на которой прорезаны канавки, от угла раскрыва рупора, глубины и ширины канавок поля в плоскостях Е и Н могут быть уравнены  на различных уровнях и в различном по ширине диапазоне волн. Расчеты показывают, что оптимальными являются условия , , где– длина волны на средней частоте рабочего диапазона. Количество канавок должно быть равно или больше 5…6. Шаг канавок нужно брать в пределах s = (0.25…0.4) , где  – длина волны на верхней частоте рабочего диапазона.

2.5 Разработка фидера

Основные требования к антенно-волноводному тракту:

- электрическое соединения входа антенны с выходом передатчика

- электрическое соединение выхода антенны с входом приемника

- нормируемое качество работы приемных устройств при подаче мощности передатчика, т.е. развязку 85÷100дБ на частотах передачи;

- нормируемое качество работы антенной системы на линейных и круговых поляризациях;

- регулировку углового положения плоскости поляризации в режиме линейной поляризации;

- выполнение указанных требований при изменении углового положения антенны.