Облучатель зеркальной антенны

 

Изобретение относится к антеннам и может быть использовано в качестве облучателя зеркальных антенн. Цель изобретения - обеспечение изменения рабочей поляризации поля с круговой произвольного направления вращения на любую из двух линейных и обратно и расширение возможностей антенны путем двойного использования частоты - достигается конструкцией поляризационного селектора в виде соединенных волноводных тройников из квадратных волноводов. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к антенной технике и может быт использовано в качестве облучателя зеркальных антенн станций спутниковой связи.

Известны различные конструкции волноводных, рупорных и волноводно рупорных облучателей зеркальных антенн, обеспечивающих выполнение заданных требований по форме амплитудной диаграммы направленности, фазовым характеристикам, виду поляризации (линейная или круговая), уровню кроссполяризации и т. д. Недостатком одних известных устройств (см.например пат.США N 4021814, кл. Н 01 Q 13/02, 1977, пат. США N 4686537,кл. Н 04 В 1987) является отсутствие возможности оперативного управления поляризацией поля облучателя, а в других (см. например пат. Японии N 62-286837, кл. Н 01 Q 3/00, 1987), где такая возможность имеется, она связана с заменой отдельных элементов облучателя и его последующей настройкой.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранный в качестве прототипа облучатель зеркальной антенны, содержащий последовательно соединенные расфази- рованный рупор с изломом из синфазной и расфазированной секции с квадратными раскрывами, волноводную секцию из квадратного сечения, поляризационный селектор.

Расфазированный рупор с изломом возбуждается квадратной волноводной секцией, подсоединенной к общему плечу поляризационного селектора, к двум поляризационно развязанным входам которого подключены тракты приема и передачи. Облучатель обеспечивает приемо-передающий режим работы зеркальной антенны на двух линейных ортогональных поляризациях поля.

Недостатком известного устройства является следующее. Во-первых, разделение или объединение волн с разной поляризацией (линейной вертикальной и горизонтальной) в облучателе осуществляется поляризационным селектором, конструктивно представляющим волноводный тройник, выполненный из отрезков квадратного волновода. Волноводы тройника соединяются через щель. Конструктивные особенности поляризационного селектора, а также жесткое соединение элементов облучателя (поляризационного селектора, волноводной секции) не позволяют управлять полем линейной поляризации, изменяя ее с вертикальной на горизонтальную и обратно. Во-вторых, известный облучатель не обеспечивает работу полем круговой поляризации и соответственно управление ее, изменяя направление вращения (с левого на правое и наоборот), и переход от линейной к круговой и обратно.

Целью изобретения является обеспечение изменения рабочей поляризации поля с круговой произвольного направления вращения на любую из двух линейных и обратно и расширение возможностей антенны путем двойного использования частоты.

Указанная цель достигается тем, что в облучателе зеркальной антенны, содержащем последовательно соединенные расфазированный рупор, волноводную секцию квадратного сечения, согласно изобретению, поляризационный селектор выполнен в виде двух последовательно соединенных волноводных тройников на основе волноводной секции квадратного сечения, боковые плечи которых перпендикулярны друг другу и оси облучателя, причем боковые плечи волноводных тройников установлены на расстоянии l_1,2 λ_1,2/4, где λ_1,2 длины волн рабочих частот от введенного короткозамыкателя в волноводной секции квадратного сечения, с возможностью синхронного поворота вокруг своих осей и фиксации в четырех положениях: 0^о, 45^о, 90^о и 135^о.

Для доказательства одного из основных критериев выявления изобретения наличия существенных отличительных признаков в новом техническом решении приведена таблица.

Сравнение предлагаемого решения с другими техническими решениями показывает, что устройство волноводных тройников, а также использование наклонной щели для возбуждения поля вращающейся поляризации известны.

Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами в заявляемое устройство облучателя зеркальной антенны вышеуказанные элементы проявляют новые свойства, что приводит к возможности управления поляризацией поля с круговой пpоизвольного направления вращения на любую из двух линейных и обратно, и расширению функциональных возможностей зеркальных антенн по двойному использованию частоты, так как не зависимо от модификации изготовленных зеркальных антенн всегда имеется возможность путем независимого выбора поляризации обеспечить поляризационную развязку антенн и работу на одной частоте, т.е. двойное использование частоты.

На фиг. 1 изображен облучатель зеркальной антенны, общий вид; на фиг.2 поляризационный селектор в виде двух жестко связанных тройников;на фиг.3 расположение щелей связи в двух сечениях квадратного волновода при различных фиксированных положениях поляризационно развязанных боковых плеч поляризационного селектора.

Облучатель зеркальной антенны (см. фиг. 1) состоит из последовательно соединенных расфазированного рупора 1, волноводной секции квадратного сечения 2, поляризационного селектора 3. Боковые плечи 4 и 5 поляризационного селектора 3 в виде отрезков прямоугольного волновода (см.фиг.2) взаимно ортогональны и поляризационно развязаны, соединяются с квадратным волноводом 6 посредством щелей 7 и 8, на расстоянии l_1,2 λ_1,2/4, от которых в квадратном волноводе 6 установлен короткозамыкатель 9.

В зависимости от требуемого вида поляризации на передачу и прием ориентация щелей связи 7 и 8 ортогональных плеч 4 и 5 с квадратным волноводом 6, обеспечивается синхронным перемещением плеч 4 и 5 в четыре фиксированных положениях 0^о, 45^о, 90^о и 135^о поворотом вокруг своей оси в плоскости соединения с квадратным волноводом 6, различна и с продольной осью поляризационного селектора 3 составляет (см.фиг.3): 0^о (фиг.3а продольное положение щелей 7 и 8) для поля линейной горизонтальной (плечо 5) облучателя; 45^о (фиг. 3, б наклонное положение щелей 7 и 8) для поля круговой поляризации правого (плечо 4) и левого вращения (плечо 5) облучателя; 90^о (фиг.3,в поперечное положение щелей 7 и 8) для поля линейной вертикальной (плечо 4) и линейной горизонтальной поляризации (плечо 5) облучателя; 135^о (фиг.3,г, наклонное положение щелей 7 и 8) для поля круговой поляризации левого (плечо 4) и правого вращения (плечо 5) облучателя.

Облучатель зеркальной антенны работает следующим образом.

Режим передачи. Плечи 4 и 5 поляризационного селектора 3 в положении 45^о. Связь боковых плеч 4 и 5 с квадратным волноводом 6 осуществляется посредством щелей 7 и 8, ориентированных наклонно (см.фиг.3,б).

Поступающая в плечо 4 поляризационного селектора 3 волна Н₁₀ питает наклонную щель 7. Геометрические размеры щелей 7 и 8 определяются в соответствии с рабочей длиной волны. Наклонная щель 7 возбуждает в квадратном волноводе 6 волну Н₁₀ круговой поляризации, что обеспечивается углом наклона щели 7, выбором размеров квадратного волновода 6 из условия λ/2 < a < λ, где a размер стенки квадратного волновода; λ рабочая длина волны, при которой другие высшие типы волн распространяться не будут.

Волна Н₁₀ круговой поляризации распространяется от оси симметрии щели 7 (см. фиг. 3, б) в обе стороны с разными направлениями вращения. Для случая расположения щели 7 на фиг.3,б, например, вправо-левого вращения, влево-правого вращения. Волна Н₁₀ правого направления вращения достигнув короткозамыкателя 9 в квадратном волноводе 6, расположенного на расстоянии l₁ λ_1/4, отражаясь от него, изменяет направление вращения на левое, и складывается в фазе на линии симметрии щели 7 с волной Н₁₀ левого направления вращения, распространяющейся вправо. Таким образом, облучатель излучает волну круговой поляризации левого вращения. Мгновенные токи волны Н₁₀ круговой поляризации левого вращения, закручиваясь по спирали внутри квадратного волновода 6, делая полный оборот на длине, равной длине волны в квадратном волноводе, ввиду ортогонального расположения щелей 7 и 8, обтекают щель 8 и не возбуждают ее; щели 7 и 8 взаимно развязаны по поляризации и частоте.

Режим приема. Мгновенные токи приходящей волны Н₁₀ круговой поляризации правого направления вращения обтекают наклонную щель 7 и терпят разрыв на щели 8 (принцип взаимности), возбуждая в плече 5 линейно поляризационную волну Н₁₀. При этом, синфазное сложение прямой и отраженной от короткозамыкателя 9 волн на линии симметрии щели 8 обеспечивается выбором расстояния от щели 8 до короткозамыкателя 9 равным l₂ λ_2/4.

Таким образом, облучатель зеркальной антенны работает одновременно на прием и передачу на волнах круговой поляризации противоположного вращения.

Переместим плечи 4 и 5 поляризационного селектора 3 в положение 0^о. Связь боковых плеч 4 и 5 с квадратным волноводом 6 осуществляется посредством щелей 7 и 8, ориентированных продольной (см.фиг.3,а).

Ортогонально расположенные в двух сечениях щели 7 и 8 возбуждают в квадратном волноводе 6 линейно-поляризованные волны. Таким образом, в одном сечении щелью 7 возбуждается линейно-поляризованная волна Н₁₀ горизонтальной поляризации, а в другом щелью 8 принимается ортогональная ей линейно-поляризованная волна вертикальной поляризации. Поляризационная развязка щелей 7 и 8 обеспечивает их ортогональным расположением. В остальном принцип работы облучателя аналогичен режиму круговой поляризации.

Принцип работы облучателя зеркальной антенны при фиксированном перемещении плеч 4 и 5 поляризационного селектора 3 в положения 90^о и 135^о аналогичен вышерассмотренным для полей линейной и круговой поляризаций (0^о и 45^о). Соответствующее их отличие состоит в том, что щели 7 и 8 возбуждают в одном случае поля линейной вертикальной и линейной горизонтальной поляризаций (положение 90^о) и поля круговой поляризации левого и правого вращений (положение 135^о).

Таким образом, предложенный облучатель позволяет изменять рабочую поляризацию поля с круговой произвольного направления на любую из двух линейных и обратно путем синхронного перемещения боковых плеч поляризационного селектора в четыре положения 0^о, 45^о, 90^о и 135^о при повороте их вокруг своей оси.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение имеет следующие технико-экономические преимущества: 1, Обеспечивается приемо-передающий режим работы облучателя и зеркальной антенной системы с управляемой поляризацией.

2. Применение облучателя, обеспечивающего управление поляризации поля, позволяет не производить конструктивных изменений зеркальных антенных систем, обеспечивать режим двойного использования частоты за счет поляризационной развязки.

3. Расширение функциональных возможностей облучателя не ухудшает массо-габаритные характеристики облучателя. Его достоинствами является компактность, простота изготовления и использования.

Формула изобретения

ОБЛУЧАТЕЛЬ ЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННЫ, содержащий последовательно соединенные соосные расфазированный рупор, волноводную секцию квадратного сечения, поляризационный селектор, отличающийся тем, что, с целью обеспечения изменения рабочей поляризации поля с круговой произвольного направления вращения на любую из двух линейных и обратно и расширения возможностей антенны путем двойного использования частоты, поляризационный селектор выполнен в виде двух последовательно соединенных волноводных тройников на основе волноводной секции квадратного сечения, боковые плечи которых перпендикулярны друг к другу и оси облучателя, причем боковые плечи волноводных тройников установлены на расстоянии l_1,2=λ_1,2/4, где λ₁,λ₂ - длины волн рабочих частот, от введенного короткозамыкателя в волноводной секции квадратного сечения с возможностью синхронного поворота вокруг своих осей и фиксации в четырех положениях: 0^o, 45^o, 90^o и 135^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3