Бортовой облучатель Х-диапазона частот

Предлагаемое техническое решение относится к области антенной техники, а именно к бортовым антенным системам космических аппаратов.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения может быть выбран облучатель антенны с двумя ортогональными круговыми поляризациями (Демин Д.А., Чубинский Н.П., «Облучатель с двумя ортогональными круговыми поляризациями», «Журнал радиоэлектроники», №6, 2014 г.). Известный облучатель включает поляризатор, представляющий собой открытый конец волновода со ступенчатым поляризационным селектором (перегородкой), обеспечивающим коррекцию фазового сдвига для реализации круговой поляризации (Фролов О.П., Вальд В.П., «Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи», Москва, Горячая линия - Телеком, 2012, стр. 401, 402). Данную конструкцию необходимо усовершенствовать для применения в бортовых антенных системах космических аппаратов, что требует обеспечения постоянства и повторяемости характеристик облучателя.
В предложенном облучателе антенны, состоящем из коаксиально-волнового перехода и поляризатора, представляющего собой открытый конец волновода прямоугольного, например, квадратного сечения со ступенчатым поляризационным селектором (перегородкой), поляризатор изготовлен пайкой из материала на основе титана.
Представлены следующие изображения, поясняющие конструкцию предложенного облучателя антенны:
фиг. 1 - внешний вид облучателя антенны в собранном виде;
фиг. 2 - внешний вид поляризатора облучателя антенны;
фиг. 3 - поляризатор со ступенчатым поляризационным селектором.
Облучатель антенны состоит из двух сборочных единиц: сдвоенного коаксиально-волноводного перехода 1, выполненного из алюминиевого сплава, с двумя каналами прямоугольного сечения, переходящими в сонаправленные коаксиальные разъемы, и поляризатора 2. Сонаправленность коаксиальных разъемов обеспечивает компактность изделия в целом. Поляризатор 2 представляет собой открытый конец волновода квадратного сечения со ступенчатым поляризационным селектором (перегородкой) 3. Применение волновода квадратного сечения поляризатора 2 совместно с коаксиально-волноводным переходом 1 с двумя каналами прямоугольного сечения, переходящими в коаксиальные разъемы, обеспечивает минимальные габариты изделия, уменьшает количество стыковых соединений. Регулировка коаксиально-волноводного перехода 1 осуществляется заменой только одного центрального гнезда коаксиального разъема по каждому из двух каналов, что сокращает трудозатраты на настройку облучателя. Отсутствие регулировочных элементов в конструкции поляризатора 2 увеличивает скорость и уменьшает влияние человеческого фактора при производстве.
По мере удаления от открытого конца волновода высота поляризационного селектора (перегородки) 3 ступенчато увеличивается и волновод квадратного сечения преобразуется в два волновода прямоугольного сечения. При возбуждении одного из волноводов прямоугольного сечения волна, распространяясь в сторону открытого конца волновода, взаимодействует с перегородкой, порождая две ортогональных линейно поляризованных волны. Габариты ступенчатого поляризационного селектора (перегородки) 3 обеспечивают заданный коэффициент эллиптичности.
Поляризатор 2 полностью изготовлен из материала на основе титана, например, титана технического или какого-либо титанового сплава. Отработано применение титана технического марки ВТ1-0. По сравнению с алюминиевыми сплавами, широко применяемыми при изготовлении бортовых устройств космических аппаратов, титан и титановые сплавы имеют низкую теплопроводность и малый коэффициент теплового расширения, что позволяет обеспечить постоянство полученных в ходе расчетов и при экспериментальной отработке на Земле характеристик поляризатора 2 в условиях космического пространства (в первую очередь заданного и экспериментально отработанного коэффициента эллиптичности за счет соблюдения заданных геометрических размеров волновода и ступенчатого поляризационного селектора). Для формирования и обработки поверхностей поляризатора 2 и его составных частей применена электроэрозионная обработка, обеспечивающая высокую точность изготовления и, следовательно, повторяемость изготавливаемых изделий при минимальном влиянии человеческого фактора.
Составные части поляризатора 2 соединены между собой пайкой. Применение титана или титанового сплава обеспечивает значительно большую точность паяного соединения по сравнению с паяным соединением изделий из алюминия, а также лучшее, по сравнению с алюминиевыми сплавами, сохранение геометрии изделия. Предпочтительно, чтобы свойства материала на основе титана обеспечивали возможность применения при пайке аморфного ленточного припоя типа «СТЕМЕТ». При пайке титана или титанового сплава необходимые технологические зазоры составляют порядка 50 мкм, швы ровные, с минимальными галтелями, не требующие постобработки. Дефекты швов и поверхностей сопрягаемых деталей отсутствуют, что положительно сказывается на качестве дальнейшего гальванического покрытия.
При практическом использовании в антенной системе космического аппарата облучатель антенны будет представлять собой двухканальный облучатель Х-диапазона частот круговой поляризации. На коаксиальные разъемы подаются сигналы от двух передатчиков. Сигналы передатчиков на левой и правой поляризации излучаются облучателем и переотражаются контррефлектором на поверхность зеркальной антенны.