1. Облучатель должен излучать радиоволну со сферическим фронтом (с допускаемым отклонением ± т~). Несферичиость 16

волны облучателя нарушает синфазиость поля в раскрыве, что ведет к расширению основного лепестка характеристики направленности и возрастанию амплитуды боковых.

Рис. 7-56. Типы облучателей параболических антеии.

а - полуволновый облучатель с вибраторным рефлектором:. 7 -четвертьволновый симметрирующий стакан; б - полуволновый облучатель с дискообразным рефлектором; в - полуволновый облучатель при волноводном питании; г - двухще-лёвой облучатель при волноводном питании; д - распределение электрического поля в двух-щелевом облучателе.

2. Облучатель должен обеспечить необходимое амплитудное распределение поля в плоскости раскрыва. Желательно при этом получить спадание интенсивности излучения (по мощности) от оси антенны к ее краям на 90%, что обеспечивает оптимальные параметры основного и боковых лепестков характеристики направленности. При этом удается получить уровень боковых лепестков ие более 1 % (по мощности). Если задаться 107о-ной потерей мощности, переливаемой за края зеркала, то соотношения между фокусным расстоянием f, радиусом зеркала Ro и углом между осью зеркала и направлением из фокуса иа край зеркала ф] могут быть получены по формуле

(7-86)

Зная характеристику направленности облучателя, легко определить угол обеспечивающий спадание мощности на 907о, и затем по формуле (7-86) найти значение/ (при данном Jo) или значение Ro (приданном f).

На рис. 7-56 приведены распространеи-иые виды облучателей. На дециметровых волнах в качестве фидеров применяются коаксиальные кабели и в качестве облуча-

телей- полуволновые вибраторы с вибраторными или дискообразными рефлекторами (рис. 7-56, а и б). Симметрирование осуществляется с помощью четвертьволнового стакана, основание которого соединяется с металлической поверхностью жесткого коаксиального кабеля, проложенного вдоль оси параболической антенны. На сантиметровых волнах фидером является волновод, который возбуждает вибраторные облучатели (рис. 7-56, е), щелевые антенны (рис. 7-56, г) или рупорные антенны (см. ниже).

В параболических антеннах возможно осуществлять качание (управление) луча (основного лепестка характеристики направленности) путем смещения из фокуса облучателя. При этом луч отклоняется в сторону, противоположную стороне отклонения облучателя. Однако при больших углах смещения из фокуса облучателя, т. е. при больших углах рачания луча, появляются существенные искажения характеристики направленности: расширяется основной лепесток и растет амплитуда боковых лепестков. Эти искажения проявляются тем сильнее, чем глубже зеркало (короче фокусное расстояние).

Перископические антенны представляют собой многозеркальиые аитениы (обычно двухзеркальные), использующие эффект отражения падающих радиоволн от плоских металлических зеркал (рис. 7-57). Применяются в качестве антенн на радиорелейных линиях связи. Перископические антенны позволяют резко уменьшить потери энергии.

Рис. 7-57. Схема перископической антенны.

а - случай двукратного #)тражения; б - случай однократного отражения; J - рупорный облучатель; 2 - параболическое или плоское зеркало; 3 плоское зеркало.

которые возникают в радиочастотных кабелях при канализации энергии от наземных передатчиков (приемников) к расположенной на высокой мачте (башне) антенне радиорелейной линии.

Первый вариант перископической антенны (рис. 7-57, а) практически не содержит фидерных линий, и энергия передатчика

Рис. 7-58. Рупорные антенны.

а - секториальный рупор; б - пирамидальный рупор; в - конический рупор.

излучается рупорной или другой антенной непосредственно от передатчика в сторону зеркала, расположенного у подножия мачты под углом 45° к горизонту. Нижнее зеркало отражает падающие волны в вертикальном направлении на второе (плоское) зеркало, установленное на вершине мачты под углом 45° к горизонту. Волны, отраженные вторым зеркалом, направляются в сторону корреспондирующего участка линии связи.

Во втором варианте (рис. 7-57, б) энергия передатчика с помощью короткого фидера подводится к параболической антенне у подножия мачты и направляется к плоскому зеркалу на вершине мачты. Коэффициент передачи энергии в перископически.х антеннах составляет при высоте мачт до 50-100 ж порядка 507о. что значительно превышает коэффициент передачи энергии по волноводам и тем более по коаксиальным кабелям.

Перископическая антенна может дать больший коэффициент усиления, чем одиночная параболическая антенна, перенесеи-чая снизу иа вершину мачты, если геометрическая площадь верхнего плоского зеркала в 2,5 раза больше плошади раскрьша параболической антенны, причем эффек- тивность перископической антенны возра-

стает с увеличением к. п. д. нижней антенны [Л. 19].

Рупорные антенны представляют собой устройство в виде волновода и присоединенного к нему рупора той или иной формы (рис. 7-58). Наиболее часто применяются пирамидальные рупорные антенны при возбуждении питающего волновода волной типа ТЕю. В качестве фидера часто применяется коаксиальный кабель, внутренняя жила которого вводится в волновод на глубину около /з ширины узкой стенки волновода и служит в качестве штыревого несимметричного вибратора. На сантиметровых волнах возбуждение осуществляется с помощью щелевых вибраторов. Для настройки антенны задняя стенка волновода делается подвижной.

Поляризация радиоволн, излучаемых обычным рупором, является линейной и определяется расположением возбуждающего вибратора. Рупор позволяет увеличить направленное действие волновода [Л. 25], обеспечивая плавное изменение условий распространения радиоволи от волновода к свободному пространству.

При даииом угле расширения (ро (рис. 7-58, а) направленное действие получается тем большим, чем больше длина рупора /, причем предельный угол фоманс определяется по формуле

. Фо арЯ (7-87)

где Ср-размер рупора в направлении, перпендикулярном линиям электрического поля Е. Ширина характеристики направлеииости рупорной антенны в плоскости вектора Н вычисляется по формуле

н

(7-88)

ZD 25 30

г 2,5 i/ а 5, & 7 £ .9 W.

15 20 25 30

Рис. 7-59. Кривые зависимости коэффициента направленного действия от относительных размеров

рупорной антенны.

о -антенна имеет раскрыв в плоскости Я; 6 - антенна имеет раскрыв в плоскости Е.

где bp- размер рупора в направлении вектора электрического поля.

Ширина характеристики направленности в плоскости Е, совпадающей с ориентировкой вектора электрического поля,

= 60 , (7-89)

где Ср - размер рупора в направлении, вектора магнитного поля.

У рупорной антенны к. и. д. (для ориентировочных расчетов) равен:

С = -7 рЬр- (7-90)

На рис. 7-59 приведены графики для определения удельных значений к. и. д. сек-ториальиой рупорной антенны в зависимости от относительных размеров рупора (Ср/Я, 6р/Я, /?м/Я, Rm - расстояние от вершины угла, образующего раскрыв рупора, до плоскости раскрыва).

Несмотря на широкополосность, простоту конструкции и высокий к. п. д., рупорные антенны применяются только тогда, когда не требуется высокого направленного действия. Получение узких характеристик направленности (меньше 8-10°) с помощью рупорных антени затруднительно (рупор становится очень длинным и громоздким).

Пример. Найдем параметры рупорной секторнальной антенны с заданными p = =30 cm и Ьр=3 cm на волне Я=10 см.

Решение. Угол (романс определяем по формуле (7-87):

Фомакс 4-30.10

sin

- = 0,325;

4-302-f 102

фо.-цакс = 38°.

По известным углу <ро и размеру Ср определяем размер Rm рупора:

р 30

2 sin

фомакс

2-0,325

46 см.

Линзовые антенны представляют собой устройство, состоящее из электрической линзы и облучателя, помещенного в ее фокусе. В линзовых антеннах происходят явления, аналогичные явлениям в оптических линзах и проявляющиеся в том, что перехватываемый лиизой пучок параллельных лучей собирается в ее фокусе, а расходящийся пучок лучей от размещенного в фокусе источника излучения преобразуется на выходе линзы в параллельный пучок лучей.

Линзовые антенны разделяются на замедляющие, в которых фазовая скорость распространяющейся волны меньше ее скорости всвободном пространстве, и ускоряющие, в которых фазовая скорость волны больше скорости в свободном пространстве.

Замедляющие линзовые .антенны выполняются из высокочастотного диэлектрика, например полистирола (рис.

7-60, а), или искусственного диэлектрика, изготовляемого из металлических дисков, шариков и пр, расположенных в пространстве по профилю лиизы (рис. 7-60,6).

Металлические элементы в искусственном диэлектрике прикрепляются к листам полистирола и пенополистирола, имеющего малые потери энергии и вес.

Фокус

Рис. 7-60. Линзовые антенны.

а - замедляющая линза из высокочастотного диэлектрика: / - облучатель; - линза: б - ва-медляющая линза из искусственного диэлектрика: / - металлические листы; 2 - профиль линзы; 3 - листы из полистирола; в - ускоряющая металлопластнича-тая линза.

Так как относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика больше единицы, то фазовая скорость радиоволи, проходящих через линзу, уменьшается по сравнению со скоростью в воздухе. При этом Болиа, идущая от облучателя в аправле-нии луча ] (рис. 7-60, а), проходит с замедлением по линзе больший путь, чем волна в направлении лучей 2 и 3. Зато лучи 2 V. 3 затрачивают большее время иа пути до линзы. Таким образом, наряду с преломлением радиоволн иа границе воздух - диэлектрик на входе линзьг, изменяющим направление хода лучей, происходит выравнивание фаз. Подбором профиля линзы можно добиться на ее выходе параллельности лучей и одинаковости фаз, т. е. добиться превращения, например, сферического фронта волны облучателя в близкий к плоскому фроит волны Б раскрыве антенны, что обеспечивает высокую ее направленность.

Ускоряющие линзовые аитеи-н ы выполняются в виде набора параллельных металлических пластин при оптимальном расстоянии между ними 0,58-0,62Я или секций прямоугольных волноводов, оси которых параллельны оси антенны. Ан; тенны первого типа, так называемые металлопластинчатые линзы, широко при-