Тема: Рупорные антенны. Виды рупорных антенн.

Основные типы рупоров образуются в результате расширения прямоугольного или круглого волноводов.

Для прямоугольного волновода:

если расширение происходит только в одной плоскости (Е или Н), то получается секториальный рупор;

если прямоугольный волновод расширяется сразу в двух плоскостях, то получается пирамидальный рупор, который может быть остроконечным (вершины продольных сечений в плоскостях Е и Н совпадают) и клиновидным (вершины продольных сечений в плоскостях Е и Н не совпадают).

Расширение круглого волновода позволяет получит конический рупор:

.

Параметры рупорных антенн.

Рассмотрим продольное сечение прямоугольного рупора плоскостью или .

R – длина рупора,

угол раскрыва рупора,

ширина раскрыва рупора.

Определим фазовые искажения в раскрыве рупора. Дуга окружности с центром в вершине рупора О является линией равных фаз. В точке (смещенной от центральной линии на величину x) фаза поля будет отставать от фазы в точке . Максимальный сдвиг фазы поля в раскрыве, очевидно, будет на краях рупора и составит величину:

(7.1).

Формула (1) является приближенно. Ею можно пользоваться, когда ; . Обычно эти условия выполняются.

(7.2).

Формула (2) будет верна при любых R и . Из формул (7.1) и (7.2) следует, что при заданной величине раскрыва ( ) поле в раскрыве будет тем меньше отличаться от синфазного, чем будет больше R. Однако рупоры с очень большой длиной конструктивно неудобны. Необходимо найти компромисс: такой размер R, при котором фазовые искажения не будут превышать некоторый допустимой величины. Эта величина обычно определяется максимальным значение КНД, которое можно получить от рупора заданной длины.

Из рисунка следует, что для каждой длины раскрыва ( или ), при которой КНД достигает максимального раскрыва. Уменьшение КНД при дальнейшем увеличении или (при R = const) объясняется резким увеличение фазовых ошибок в раскрыве.

Рупор, который при заданной длине R имеет максимальное КНД, называется оптимальным.

Из кривых на рисунке следует, что точки максимума соответствуют равенству:

Н-секторный:

(7.3a),

Е-секторный:

(7.3б).

Для Н-секторного рупора допустимый фазовый сдвиг составляет . При этом рупор будет оптимальным, а его длина:

(7.4б).

Для Е-секторного рупора допустимый фазовый сдвиг составляет . При этом оптимальная длина рупора будет равна:

(7.4б).

Если взять , то при той же , КНД будет увеличиваться (это объясняется уменьшением фазовых искажений в раскрыве). Однако это возрастание будет незначительным и не оправдает увеличение габаритов. Точка максимума КНД на рисунке соответствует значению КИП . В пределе при поле в раскрыве рупора будет синфазным. За счет косинусоидального распределения поля по стороне (волна ) будет 0,81. Таким образом, увеличение R по сравнению с увеличивает КНД не более, чем на 20%.

КПД рупорных антенн из-за малых потерь ≈1.

КНД Н-секторного рупора определяется:

(7.5a),

где , ,

C и S – комплексные интегралы Френнеля от соответствующих аргументов.

КНД Е-секторного рупора:

(7.5б).