Коническая рупорная антенна с волноводом. Расчёт директорной антенны. Двумерная антенная решётка

Свойства

Рупорные антенны очень широкополосны и весьма хорошо согласуются с питающей линией - фактически, полоса антенны определяется свойствами возбуждающего волновода. Для этих антенн характерен малый уровень задних лепестков диаграммы направленности (до -40 dB) из-за того, что мало затекание ВЧ-токов на теневую сторону рупора. Рупорные антенны с небольшим усилением просты конструктивно, но достижение большого (>25 dB) усиления требуют применения выравнивающих фазу волны устройств (линз или зеркал) в раскрыве рупора. Без подобных устройств антенну приходится делать непрактично длинной.

Применение

Рупорные антенны применяют как самостоятельно, так и в качестве облучателей зеркальных и других антенн. Рупорную антенну, конструктивно совмещенную с параболическим отражателем, часто называют рупорно-параболической антенной. Рупорные антенны с небольшим усилением из-за удачного набора свойств и хорошей повторяемости часто используются в качестве измерительных.

Характеристики и формулы

Пирамидальная рупорная антенна

Усиление рупорной антенны определяется площадью её раскрыва и может быть рассчитано по формуле:

Где - площадь раскрыва рупора, -- КИП (коэффициент использования поверхности рупора), равный 0.6 для случая, когда разность хода центрального и перифирийного лучей менее, но близка к , и 0.8 при применении выравнивающих фазу волны устройств.

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости H:

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости E:

Так как При равенстве и ДНА в плоскости Н получается в 1.5 раза шире, часто, для получения одинаковой ширины лепестка в обоих плоскостях, выбирают

Для удержания фазовых искажений в раскрыве рупора в допустимых пределах (не более ) необходимо, чтобы выполнялось условие (для пирамидального рупора):

Где и - высоты граней пирамиды, образующей рупор.

Типы рупорных антенн

Облучатель параболической антенны в виде конического рупора с канавками

• Пирамидальный рупор - антенны в форме четырехгранной пирамиды, с прямоугольным сечением. Они являются наиболее широко используемый типом рупорных антенн. Излучает линейно-поляризованные волны.
• Секторальный рупор - пирамидальные рупора с расширение только в одной плоскости Е или Н.
• Конический рупор - раскрыв в форме конуса с круглым сечением. Используются с цилиндрическими волноводами для получения волны с круговой поляризацией.
• Гофрированные рупора - раскрыв рупоров с параллельными щелями или канавки, малой по сравнению с длиной волны. Канавки покрывают внутреннюю поверхность рупора, поперек оси.

Гофрированные рупора имеют более широкую полосу пропускания, меньший уровень боковых лепестков и кросс-поляризации. Они широко используются в качестве облучателей для спутниковых параболических антенн и радиотелескопов.

Рупорно-параболическая антенна

Рупорно-параболическая антенна - тип антенны, а которой конструктивно связаны парабола и рупор. Преимуществом этой конструкции по сравнению с рупорной - низкий уровень боковых лепестков и узкая диаграмма направленности. Недостатком - больший вес чем в параболических антеннах. Примером использования является рупорно-параболическая антенна в космической станции Мир, антенны для радиорелейных станций.

Настройка антенны

Настройка КСВ антенны производится в ее волноводной части или в КВП выбором положения и размеров запитки КВП. Настройка в волноводной части производится штырями или диафрагмами.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Рупорная антенна" в других словарях:

Антенна в виде отрезка радиоволновода, расширяющегося к открытому концу. Форма раскрыва рупора выбирается в соответствии с требуемой диаграммой направленности (рис.). Согласование Р. а. с открытым пр вом определяется размером раскрыва, формой и… … Физическая энциклопедия

рупорная антенна - Антенна в виде волновода с плавно расширяющимся поперечным сечением в сторону открытого конца. [ГОСТ 24375 80] Тематики радиосвязь Обобщающие термины антенны … Справочник технического переводчика

Состоит из металлического расширяющегося раструба (рупора) и подсоединенного к нему волновода. Используют для направленного излучения и приема радиоволн сверхвысоких частот диапазона, в основном в качестве облучателей, напр. зеркальных антенн … Большой Энциклопедический словарь

рупорная антенна - 3.9 рупорная антенна: Антенна, образованная расширением стенок волновода, питающего ее. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Состоит из металлического расширяющегося раструба (рупора) и подсоединённого к нему волновода. Используют для направленного излучения и приёма радиоволн СВЧ диапазона, в основном в качестве облучателей, например зеркальных антенн. * * * РУПОРНАЯ… … Энциклопедический словарь

рупорная антенна - ruporinė antena statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. horn aerial; horn antenna; horn type antenna vok. Hornantenne, f; Trichterantenne, f rus. рупорная антенна, f pranc. antenne à cornet, f … Fizikos terminų žodynas

Антенна, состоящая из металлического расширяющегося раструба (рупора) и подсоединённого к нему Радиоволновода. Р. а. применяют для направленного излучения и приёма радиоволн (См. Излучение и приём радиоволн) СВЧ диапазона в качестве… …

Рупорная антенна - 1. Антенна в виде волновода с плавно расширяющимся поперечным сечением в сторону открытого конца Употребляется в документе: ГОСТ 24375 80 … Телекоммуникационный словарь

биконическая рупорная антенна - dvikūgė ruporinė antena statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. biconical horn antenna vok. Doppelkonushornantenne, f rus. биконическая рупорная антенна, f pranc. cornet double, m … Radioelektronikos terminų žodynas

Устройство для излучения и приёма радиоволн. Передающая А. преобразует энергию электромагнитных колебаний высокой частоты, сосредоточенную в выходных колебательных цепях радиопередатчика, в энергию излучаемых радиоволн. Преобразование… … Большая советская энциклопедия

Рупорная антенна

Рупорная антенна – это антенна, которая состоит из металлического рупора и радиоволновода, присоединенного к рупору. Рупорные антенны используются при направленном излучении и приеме радиоволн СВЧ-диапазона.

Кроме этого, рупорные антенны применяются как самостоятельные антенны в устройствах и приборах измерительной техники, спутниках связи и т. д. Диаграмма излучения антенны зависит от распределения поля в наибольшем сечении раструба, т. е. раскрыва рупора. Раскрыв определяется формой и геометрическими размерами поверхностей рупора. По форме различаются секториальный рупор, конический, пирамидальный и т. д. Кроме этого, бывают модификации рупорных антенн, такие как антенны с поверхностью в виде плавной кривой, с гладкой внутренней поверхностью и т. д. Подобные модификации улучшают электрические характеристики рупорной антенны. Они используются для получения диаграммы излучения с низкой мощностью боковых лепестков, с симметричной осью и т. д. Для коррекции свойств направлений рупорной антенны в раскрыв рупора помещают ускоряющие или замедляющие линзы. В частных случаях, чтобы рупорная антенна лучше согласовывалась с радиоволноводом, в них встраивают подстроечные элементы и согласующие секции, при этом рупор имеет параболическую образующую поверхность. Рупор антенны имеет поперечное сечение, которое увеличивается с одного конца раструба до другого. Благодаря сечению создается плавный переход от волновода к свободному пространству волнового сопротивления.

В рупорно-параболической антенне рупор излучает волны, падающие на сегмент параболоида. Отражаясь от сегмента, волны излучаются через раскрыв раструба. Чтобы получить плоские волны, фокус рефлектора должен быть смещен с фазовым центром рупора.

Рупорная антенна работает на прием, она вращается вокруг своей оси, которая располагается перпендикулярно плоскости. В плоскости характеристика направленности снимается. Кристаллический детектор с усилителем подключается к выходу рупорной антенны. При слабых сигналах в детекторе образуется квадратичная вольтамперная характеристика, в связи с этим квадрат напряженности поля соответствует показаниям индикатора. Источником электромагнитных волн является антенна, которая работает на передачу, она стационарна и находится на приличном расстоянии от рупорной антенны. Чтобы снять характеристику направленности антенны, ее поворачивают на определенный угол. После этого показания на приборе, прилегающем к антенне, фиксируются. Антенна поворачивается на угол, и ее данные фиксируются до тех пор, пока рупорная антенна не повернется на 360°, т. е., пока не совершит полный оборот вокруг своей оси.

Присоединенным к узкому концу рупора. По форме рупора различают E-секториальные, H-секториальные, пирамидальные и конические рупорные антенны.

Свойства

Рупорные антенны очень широкополосны и весьма хорошо согласуются с питающей линией - фактически, полоса антенны определяется свойствами возбуждающего волновода. Для этих антенн характерен малый уровень задних лепестков диаграммы направленности (до −40 dB) из-за того, что мало затекание ВЧ-токов на теневую сторону рупора. Рупорные антенны с небольшим усилением просты конструктивно, но достижение большого (>25 dB) усиления требуют применения выравнивающих фазу волны устройств (линз или зеркал) в раскрыве рупора. Без подобных устройств антенну приходится делать непрактично длинной.

Применение

Рупорные антенны применяют как самостоятельно, так и в качестве облучателей зеркальных и других антенн. Рупорную антенну, конструктивно совмещенную с параболическим отражателем, часто называют рупорно-параболической антенной. Рупорные антенны с небольшим усилением из-за удачного набора свойств и хорошей повторяемости часто используются в качестве измерительных.

Характеристики и формулы

Усиление рупорной антенны определяется площадью её раскрыва и может быть рассчитано по формуле:

$D=4\backslash pi\backslash frac\{S\}\{\backslash lambda^2\}\backslash nu$, где $S=L\_EL\_H$ - площадь раскрыва рупора, $\backslash nu$ - КИП (коэффициент использования поверхности рупора), равный 0.6 для случая, когда разность хода центрального и перифирийного лучей менее, но близка к $\backslash pi/2$, и 0.8 при применении выравнивающих фазу волны устройств.

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости H:

$2\backslash phi\_\{0H\}=170^\backslash circ\backslash frac\{\backslash lambda\}\{L\_H\}$

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости E:

$2\backslash phi\_\{0E\}=115^\backslash circ\backslash frac\{\backslash lambda\}\{L\_E\}$

Так как При равенстве $L\_E$ и $L\_H$ ДНА в плоскости Н получается в 1.5 раза шире, часто, для получения одинаковой ширины лепестка в обоих плоскостях, выбирают

$L\_H=1\{,\}5L\_E$

Для удержания фазовых искажений в раскрыве рупора в допустимых пределах (не более $\backslash pi/2$) необходимо, чтобы выполнялось условие (для пирамидального рупора):

$\backslash frac\{\backslash pi\}\{4\backslash lambda\}\backslash left(\backslash frac\{L^2\_E\}\{R\_E\}\; +\; \backslash frac\{L^2\_H\}\{R\_H\}\; \backslash right)\backslash leqslant\backslash frac\{\backslash pi\}\{2\}$, где $R\_E$ и $R\_H$ - высоты граней пирамиды, образующей рупор.

Типы рупорных антенн

• Пирамидальный рупор - антенны в форме четырехгранной пирамиды, с прямоугольным сечением. Они являются наиболее широко используемым типом рупорных антенн. Излучает линейно-поляризованные волны.
• Секторальный рупор - пирамидальные рупора с расширением только в одной плоскости Е или Н.
• Конический рупор - раскрыв в форме конуса с круглым сечением. Используются с цилиндрическими волноводами для получения волны с круговой поляризацией.
• Гофрированные рупора - раскрыв рупоров с параллельными щелями или канавки, малой по сравнению с длиной волны. Канавки покрывают внутреннюю поверхность рупора, поперек оси.

Гофрированные рупора имеют более широкую полосу пропускания, меньший уровень боковых лепестков и кросс-поляризации. Они широко используются в качестве облучателей для спутниковых параболических антенн и радиотелескопов.

Рупорно-параболическая антенна

Рупорно-параболическая антенна - тип антенны, в которой конструктивно связаны парабола и рупор. Преимуществом этой конструкции по сравнению с рупорной является низкий уровень боковых лепестков и узкая диаграмма направленности. Недостатком - больший вес, чем в параболических антеннах. Примером использования является рупорно-параболическая антенна в космической станции Мир, антенны для радиорелейных станций.

Настройка антенны

Настройка КСВ антенны производится в её волноводной части или в КВП выбором положения и размеров запитки КВП. Настройка в волноводной части производится штырями или диафрагмами.

Напишите отзыв о статье "Рупорная антенна"

Ссылки

• Распространение радиоволн антенно-фидерные устройства В. П. Чернышев, Д. И. Шейнман «Связь», 1973.
• Устройства СВЧ и антенны. Д. И. Воскресенский, В. Л. Гостюхин, В. М. Максимов, Л. И. Пономарёв. Учебник для ВУЗов

Примечания

Отрывок, характеризующий Рупорная антенна

На частоте 2,45 ГГц длина волны сигнала WiFi составляет 122 мм. Поляризация вертикальная. В сети приводится любопытная схема биквадрата, выгнутого вокруг медной трубы диаметра 10 см. Получается, что диаграмма направленности подобной антенны искажается и растягивается по азимуту. Нет моделей MMANA, чтобы посмотреть, что в точности получается, но любители утверждают, что такой ход не является лучшим (далее рассмотрим и его). Рупорные антенны годятся для высоких частот, а для низких получаются слишком громоздкими. Возможно ли сделать антенну для роутера собственными руками в виде рупора. В исключительных случаях (имитация голоса озерной утки), определенно, да.

Немногие задумываются над физическим смыслом антенны. Обыватели ответят, что антенна необходима для усиления сигнала, но она является пассивным не усиливающим устройством. Собирает с большой площади сигнал и подает в малую, где находится кабель приемника. Это делают все антенны без исключения. Что может собрать вибратор? Достаточно вспомнить, что волновой вибратор (кусок провода, равный длине волны) лучше полуволнового, имеющего преимущество перед четвертьволновым (равен четверти длины волны). Чем длиннее вибратор, тем эффективнее. При этом соблюдаются определенные пропорции. Это диктуется волновыми законами природы.

Известно, что оперный певец, взяв высокую ноту, разбивает хрустальный стакан. Как это делается. Мастер пения ударяет слегка по прибору и слушает, какая нота польется из посуды. Это резонансная частота предмета. Взяв ту же ноту поставленным голосом, певец вызывает отклик емкости. Колебания накапливаются, усиливаются, не затухают. В результате стекло разбивается вдребезги. В точности то же происходит в антенне. Собирает и передает волны, являющиеся резонансными. А это основная частота и гармоники (умноженные на два, на четыре и пр. частоты). Самодельная антенна для роутера поможет отсеять ненужное. Сигнал окажется сконцентрирован в нужном месте.

Важно правильно подвести к антенне провод. Прием волны и гармоник позволит изготовить гармоническую антенну, принимающую частоты, чьи полуволны являются кратными для габаритов устройства.

К примеру, частоты, соотносящиеся как 1: 2: 4: 6 и т.д. Правильно подведенная линия позволит ловить одновременно несколько волн. Если нарушить правила, устройство работать не станет. Вот как нужно делать:

1. Рисуют схематично вибратор (прямая линия), на котором схематично обозначают законы распределения токов и напряжений для всех длин волн.
2. Если присоединить провода в точке пучности напряжений, получится запитка по напряжению.
3. Если присоединить провода в точке пучности всех токов, получится запитка по току.

Так изготавливаются гармонические антенны. Для изготовления подобного, к примеру, для частоты 3,7 МГц (диапазон КВ) нужен кусок провода на 80 метров. Понятно, что подобный расклад может не устраивать. Поэтому постоянно ведется поиск новых конструкций. Не так давно публиковали описание процесса конструирования ферромагнитной антенны для диапазона 3,7 – 7 МГц, умещающейся в кулаке. Не утверждаем, что заменит собою 80 метров меди, но положительный эффект от нее наблюдают исследователи, что используется в радиоприемниках.

Рупорные антенны для роутера

Чем порадует рупорная усиливающая антенна для роутера. Проста в конструкции. Вот теория:

• пирамидальная (урезанная пирамида);
• секторная, секториальная (сектор из волновода, дно и потолок параллельны друг другу, боковины расходятся);
• коническая (усеченный конус);
• гибридная (форму рупора сложно назвать уже придуманным словом, тем, кто разбирал спутниковые конвертеры, знаком рупор со ступенями).

Если в спутниковой связи на частотах выше 5 ГГц применяются рупоры, то и для WiFi подойдут. Как сделать антенну для роутера. Рупоры относятся к классу устройств СВЧ. Антенна изготавливается из посеребренной внутри стали. Это улучшает условия проводимости, позволит волне свободно двигаться внутри, придаст стенкам твердость. На практике для застекленной лоджии подойдет картон, обклеенный внутри фольгой. Фольга, как известно, сделана из алюминия, лучшими качествами обладает медь. Некоторые собирают рупорные антенны из текстолита. Потом поверхность полируется, к примеру, ластиком, и покрывается лаком. Портал рупорной антенны заклейте диэлектриком, пластиком, пенопластом и т. д.

Важно! Без фольги рупор не станет работать по очевидным причинам. Диэлектрик не может отражать электромагнитное излучение.

Стыки, в случае с текстолитом паяются, картон клеится. Вероятно, лучше взять фанеру, ведь правильная геометрия важна для антенны. А лист шпона лучше держит форму. Изнутри требуется проклеить по швам, а снаружи покрыть грунтовкой, препятствующей проникновению внутрь влаги. Далее, красится и вывешивается в любом месте. При желании, в верхней части возможно приделать кормушку для птиц. Внутри оклейте конструкцию фольгой, по возможности ровно (на работу антенны ровность оклейки не повлияет). Предлагаем делать пирамидальный рупор, что проще, и обеспечит приемлемую диаграмму направленности и по углу места на случай, если в нашу сеть хотят попасть посторонние люди.

Диаграмма направленности рупорной антенны для роутера не отличается оригинальностью. Это лепесток, шириной 15 градусов (зависит от конструкции) по азимуту и углу места. Это обусловливает особенности применения. Для охвата дома, антенна ставится на высоте середины поодаль. Чтобы главный лепесток охватил всех потребителей. Начнем с размеров питающего волновода, на который обращается мало внимания. На сайте http://users.skynet.be/chricat/horn/horn-javascript.html имеется калькулятор, при помощи его посчитаем параметры, подставив частоту. По умолчанию стоит 6-ой канал (2437 МГц).

Дно питающего волновода снизу пробивает штырь, отстоящий от задней стенки на четверть длины волны, а длина участка составляет половину длины волны. По формуле из физики находим длину волны: 299792458 / 2430000000 = 123 мм. Это длина волны в свободном пространстве. В волноводе идет критическая волна, ниже нее работать не может. Величина равна удвоенной длинной стороне волновода. Последуем совету калькулятора и возьмем стенки 90 х 60 мм. Длина критической волны составит 180 мм. Внутри волновода волна движется под углом. Следовательно, длина волны увеличивается, равна частному деления длины волны в свободном пространстве на косинус угла движения внутри.

Сложность состоит в поиске угла. Для расчета выведены специальные формулы, их читатели найдут самостоятельно, мы же воспользуемся результатами. Изначально, в калькуляторе предлагается задать размеры рупора. Приведем правильные значения. По методике находим стороны параллелепипеда, включающего в себя раскрыв рупора (без питающего волновода). Получается:

1. Длина P – 60 cм.
2. Ширина Н – 25 см.
3. Высота Е – 10 см.

Размеры внешнего портала найдены, а внутренний равняется входу в волновод. Это позволит определить геометрию четырех стенок. Жмите на Compute и получаете готовый шаблон. Обратите внимание на графу Aperture Quality (качество апертуры). В ней должна быть цифра меньшая 1/8 волны (в рассматриваемом случае 15 мм). С исходными данными сайта выходило четверть, но автор не уверен в правильности. Первый макет не клейте крепко, а испытайте сначала на местности. Обратите внимание, что уже посчитали длину волны в волноводе, цифра составила 16,85 см. Теперь понимаем, что делать со стержнем:

• отстоит от задней заглушенной стенки волновода на 168,5 / 4 = 42,125 мм;
• отрезок волновода имеет протяженность 84 мм;

Это важные параметры, их следует четко соблюсти. Здесь снимается сигнал со штыря. Как вести настройку участка. Штырь выступает из дна на некую длину, это четверть волны в свободном пространстве (31 мм). Необходимо взять КСВ метр и двигаете в разные стороны, до получения значения в области единицы. Если не получается долгое время, то немного наклоните стержень к задней стенке.

Ну, вот и готова внешняя антенна WiFi роутера. Далее состоится разговор о технологиях СВЧ.

Волноводные излучатели имеют широкую ДН, малый КНД, плохо согласованы со свободным пространством. Для повышения направленности, КНД и улучшения согласования переходят к рупорным антеннам.

Рупорная антенна состоит из рупора - отрезка волновода с плавно расширяющимся сечением и устройства питания рупора - волновода с возбуждающим устройством.

Рупор преобразует участок плоской полны малых размеров в поперечном сечении волновода в участок приблизительно плоской волны, значительно больших размеров в раскрыве рупора. Это приводит к сужению ДН и увеличению КНД по сравнению с волноводным излучателем. Кроме того, увеличение размеров поперечного сечения приводит в большинстве случаев к тому, что волновое сопротивление рупора стремится к волновом сопротивлению свободного пространства, что улучшает согласование антенны со свободным пространством.

К числу основных типов рупорных антенн относятся (pис.1) секториальный, пирамидальный и конический рупоры.

Секториальным рупором называют такой рупор, у которого увеличивается лишь один размер поперечного сечения прямоугольного волновода, а второй размер остается постоянным. Различают Н-секториальный рупор (рис. 1 а), когда увеличивается размер волновода в плоскости Н, и Е-секториальный рупор (рис.1 б) когда увеличивается размер волновода в плоскости Е.

Пирамидальным рупором (рис. 1 в) называют такой рупор у которого увеличиваются размеры в обеих плоскостях.

Конический рупор (рис. 1 г) -это рупор с расширяющимся круглым поперечным сечением.

Антенны в виде открытого конца волновода обладают слабой направленностью, и их коэффициент усиления находится обычно в пределах 6-7 дБ. Такие антенны чаще всего используют в ка­честве элементов фазированных антенных решеток, в облучателях простейших параболических антенн, а также в качестве слабона­правленных антенн летательных аппаратов.

Для увеличения направленности и уменьшения отражения от открытого конца волновода применяют рупорные излучатели. На рис. 1 а показан Н-секториальный рупор, расширяющийся в плос­кости вектора Н. В рупоре возникает волна, подобная волне Н 10 в прямоугольном волноводе. Однако секториальный рупор отлича­ется от волновода тем, что в нем фронт волны образует цилиндри­ческую поверхность, фазовая скорость является переменной ве­личиной, зависящей от отношения a/l, поле на большом расстоя­нии от горловины рупора принимает вид чисто поперечной волны.

Фазовая скорость приближенно определяется форму­лой (1) и вблизи раскрыва рупора приближается к скорости света, что приводит к уменьшению отражения волны от излучающей поверхности раскрыва.

Если угол раствора рупора l н мал, то фронт волны в выходном отверстии близок к плоскому и для расчета ДН в плоскости Н может быть использована формула (1). Главный лепесток ДН сужается примерно во столько же раз, во сколько увеличивается размер а раскрыва рупора по сравнению с размером широкой стенки прямоугольного волновода. При увеличении угла раствора рупора а н фронт волны в раскрыве искривляется, а это приводит к расширению ДН. Фаза поля на краю раскрыва по сравнению с ее значением в середине раскрыва может быть определена по приближенной формуле, полученной из геометрических построений:

где R - длина рупора. Распределение фазы поля в выходном отверстии рупора подчиняется квадратичному закону.

Как показывают расчеты, КНД рупорной антенны при фиксированной длине рупора имеет характерную зависимость от размера раскрыва , показанную на рис.2. Наличие максимума объясняется тем, что при увеличении угла раствора рупора, с одной стороны, увеличивается относительный размер раскрыва , что ведет к сужению ДН, с другой -

Рис 2. Зависимость КНД от размеров Н-сек­ториального рупора

согласно (2) быстро увеличивается квадратичная фазовая ошибка |Ф 2 |, ведущая к расширению ДН. В результате действия двух этих факторов при определенном электрическом размере раскрыва имеет место максимальный КНД. Оказывается, что при любой длине рупора максимум КНД получается при квадратичной фазовой ошибке на краю рупора, равной 135°. Н-секториальный рупор, удовлетворяющий этому условию, принято называть оптимальным. Полный КИП оптимального Н-секториального рупора равен примерно 0,64 (0,81 - апертурный КИП, обусловленный спадающим до нуля на краях раскрыва амплитудным распределением; 0,79 - КИП, обусловленный квадратичной фазовой ошибкой).

Наряду с Н-секториальными применяют Е-секториальные рупоры, расширяющиеся в плоскости вектора Е. Ширина ДН в плоскости Н- Е-секториального рупора такая же, как и у открытого конца волновода, а в плоскости Е ширина луча с увеличением размера bуменьшается, если угол раствора взят достаточно малым. В Е-секториальном рупоре амплитудное распределение поля в раскрыве приблизительно равномерное и квадратичная фазовая ошиб­ка на краю раскрыва, соответствующая оптимальному рупору с наибольшим КНД, составляет 90°. При |Ф 2 |< 45° ДН в плоскости Е может быть рассчитана по формуле (1).

Наиболее широко применяются пирамидальные рупоры с прямоугольным поперечным сечением (рис. 3). Эти рупоры позволяют сужать ДН как в плоскости Н, так и в плоскости Е. В пирамидальном

Рис. 3. Пирамидальный рупор

рупоре образуется сферическая волна, фазовая скорость которой является переменной и у открытого конца приближается к скорости света. Вследствие этого отражение волны от раскрыва незначительно - рупор согласовывает волновод с открытым пространством. Фазовые искажения поля в раскрыве могут быть определены по формуле (2) в плоскости Н и по аналогичной формуле (при замене aна b) в плоскости Е. При небольших фазовых искажениях (при |Ф 2 |<45 0) ДН пирамидального рупора мало отличаются от ДН синфазного прямоугольного раскрыва с соответствующим амплитудным распределением и поэтому могут быть рассчитаны по формулам (1) и (2). Для уменьшения длины рупора обычно допускается квадратичное искажение фазы поля в раскрыве |Ф 2 | = 135° в плоскости Н и |Ф 2 | =90° в плоскости Е.

Такой рупор, как отмечалось, называется оптимальным, и его КИП грубо оценивается формулой , где первый множитель учитывает неравномерность амплитудного распределения в плоскости Н, а второй - наличие квадратичных фазовых искажений в плоскостях Е и Н.

Помимо рупоров прямоугольного поперечного сечения находят применение рупоры круглого сечения, а именно конические рупоры. Они образуются путем расширения открытого конца круглого волновода, возбуждаемого волной Н 11 . Излучение конического рупора аналогично излучению пирамидального рупора, и он также имеет оптимальные размеры, которые можно рассматривать как средние между размерами оптимальных Е- и Н-плоскостных рупоров.

Достоинствами рупорных антенн являются простота и неплохие диапазонные свойства. Практически все оптимальные и более длинные рупоры могут быть использованы во всей рабочей полосе частот питающего волновода. Самостоятельно рупорные антенны чаще всего применяются в измерительных установках, например как эталонные антенны с известным коэффициентом усиления. Кроме того, рупоры широко используются для облучения зеркальных и линзовых антенн, а также в конструкциях антенн других типов, например импедансных.

Основным недостатком рупорной антенны является наличие фа­зовых искажений в раскрыве. Для уменьшения этих искажений приходится увеличивать длину рупора.

Для получения, например, ширины ДН, равной 5°, длина Н-рупора должна быть больше 60л, т. е. рупор оказывается весьма громозд­ким. Отсюда видно, что формирование острых ДН с помощью обычных рупорных антенн затруднено. Этот недостаток можно устранить несколькими способами:

1) использованием многорупорных антенн. Апер­тура размером L образуется n рупорами с апертурами L/n . При этом длина антенны R может быть уменьшена в n^2 раз. Этот спо­соб, однако, сильно усложняет как саму антенну, так и систему пи­тания ее;

2) коррекцией фазовых искажений с помощью фазовыравнивающих устройств. В качестве последних используются или ди­электрические линзы, устанавливаемые в раскрыве рупора (рис. 4 а), или геодезические (металловоздушные) линзы (рис. 4 б). Профиль геодезической линзы выбирается так, что-

бы длина геометрического пути от вершины рупора до любой точ­ки раскрыва была одной и той же. Очевидно, что использование геодезических линз возможно только в векториальных рупорах. Рупорные антенны имеют ряд ценных качеств: они просты по конструкции, диапазоны, имеют относительно низкий уровень бо­ковых лепестков. Однако они неудобны для создания узких ДН из-за ограничений налагаемых фазовыми искажениями поля в раскрыве. Рупорные антенны без фазовой коррекции используются для формирования широких ДН (десятки градусов). Такие антен­ны широко применяются как облучатели зеркальных и линзовых антенн и в качестве антенн измерительных приборов.

Для формирования узких ДН (единицы градусов) применяют рупорные антенны с фазовыравнивающими устройствами. Еще более острые ДН можно получить, используя системы из большого числа рупоров - антенные решетки.

Список литературы:

1. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. – М.: Энергия, 1975.

2. Шифрин Я.С. Антенны. ВИРТА им. Говорова Л.А. 1976.

3. Гавеля Н.П., Истрашкин А.Д., Муравьев Ю.К. Серков В.П. Антенны. Под ред. Муравьева Ю.П. ВКАС. 1963. Ч.1, ч2.

Федеральное агентство по образованию РФ

Красноярский государственный технический университет

Рупорные антенны

Выполнил: ст-т гр. Р 52-4

Шолотов П.А.

Проверил: Пузиков Г.С.