Излучатель в виде открытого конца круглого волновода

Такой излучатель схематично изображен на рис. 8.1, б. Распределение амплитуды поля на раскрыве волновода в плоскости Е близко к постоянному, а в плоскости Н-симметрично спадающее к краям по закону A()=А₀(1–²). Фазовое распределение на всем раскрыве постоянное. Элементарным излучателем является элемент Гюйгенса.

При сделанных выше допущениях для прямоугольного волновода и с использованием формулы (6.55) при n = 1,  = 0и = 1 можно получить следующие выражения для нормированной ДН открытого конца круглого волновода

, (8.8)

, (8.9) где u₁ = kasin ^Е , u₂ = kasin ^Н , а – радиус волновода.

Ширина ДН оценивается по формулам

. (8.10)

Для КИП и КНД в направлении максимума ДН имеем

(8.11)

Поляризация поля излучения линейная. Недостатком такого излучателя является неустойчивость положения плоскости поляризации. Поэтому излучатели в виде открытого конца круглого волновода обычно используются для работы с круговой или эллиптической поляризациями. Точечный фазовый центр излучателя совпадает с центром раскрыва. Согласование с пространством открытого конца круглого волновода лучше, чем прямоугольного, и КСВ лежит в пределах 1,2…1,3.

8.2 Рупорные антенны

Волноводные излучатели имеют малую направленность (maxD₀ < 5) и недостаточно согласованы с волноводом. Устранение этих недостатков возможно путем плавного увеличения поперечного сечения волновода, т.е. переходом к рупорным излучателям. Волновые размеры апертуры рупора могут быть сделаны гораздо большими, чем у волновода, что позволяет значительно сузить главный лепесток диаграммы направленности. Плавное увеличение поперечного сечения волновода в рупорных антеннах обеспечивает их хорошее согласование с пространством. В этом смысле рупор является согласующим переходом от волновода к свободному пространству и дополнительных согласующих устройств не требуется. Появление волн высших типов предотвращается плавностью изменения поперечного сечения рупора.

Рупорные антенны широко применяются в диапазоне СВЧ как самостоятельные антенны, а также в качестве облучателей зеркальных и линзовых антенн, элементов антенных решеток. Наибольшее распространение получили секториальные, пирамидальные и конические рупорные антенны.

Секториальные рупоры получаются путем плавного расширения одной из стенок прямоугольного волновода. Если расширение прямоугольного волновода происходит в плоскости Н, рупор называется H-плоскостным

(рис. 8.3, а); если в плоскости Е, то называется E-плоскостным (рис. 8.3, б). Плавное линейное расширение прямоугольного волновода в обеих плоскостях образует пирамидальный рупор (рис. 8.3, в). Такое же расширение круглого волновода образует конический рупор (рис. 8.3, г). Пирамидальные и конические рупоры приемлемых размеров позволяют формировать ДН с шириной порядка 912°. Во всех рупорных антеннах происходит плавная трансформация структуры поля волноводных типов волн в поле пространственных волн.

Расчет поля излучения рупорных антенн аналогичен расчету волноводного излучателя. Рупор полагается бесконечно протяженным, а его стенки – идеально проводящими. При этих условиях проводится решение внутренней задачи, т.е. определение электромагнитного поля внутри бесконечно протяженного рупора. Эта электродинамическая часть задачи решается строго. Далее осуществляется переход к рупору конечных размеров, причем предполагается, что поле внутри рупора и на его раскрыве остается таким же, как и в бесконечном рупоре, а токи на внешней поверхности стенок рупора пренебрежимо малы.

Рис. 8.3Типы рупорных антенн