Учебно-методическое пособие и задания на курсовой проект по курсу Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства в системах радиосвязи и ради

Рупорно-параболическая антенна

(краткая теория)

Рупорно-параболическая антенна обладает наилучшей помехозащищенностью среди всех типов зеркальных антенн, используемых в радиорелейных линиях прямой видимости. Она представляет собой антенну с вынесенным облучателем (АВО).

Антенна состоит из пирамидального или конического рупора, который непосредственно переходит в параболическое зеркало (рис. 1).

Рис. 1

Питание антенны осуществляется квадратным или круглым волноводом в сантиметровом диапазоне волн. Фокус параболического зеркала совпадает с фазовым центром рупора, который располагается у вершины последнего. Фронт отраженной от зеркала волны близок к плоскому, и поверхность раскрыва АВ является синфазной.

На рис. 2а показана проекция антенны на плоскость X0Z, проходящую через оси параболоида и рупора, а на рис. 2б показана проекция антенны на плоскость XOY, перпендикулярную оси параболоида.

Рис. 2

21

к.п.д. антенны A = 0,8 – 0,9;

kИ - коэффициент использования поверхности раскрыва;

kП - коэффициент, учитывающий погрешность выполнения антенны

ипотери во вспомогательных элементах.

Вкачестве апертуры антенны обычно принимается фигура ABCD на рис. 2б. Приближенно эта фигура может считаться сегментом кольца с

радиусами 1 и 2 .

Величина kИ определяется характером распределения поля в питающем волноводе.

1. Если рупор антенны возбуждается волной Н10 прямоугольного

волновода и вектор Е в рупоре ребру АВ, то в апертуре имеет место поле с вертикальной (продольной) поляризацией [11]; в этом случае по горизонтали амплитуда Е изменяется приблизительно по косинусоидальному закону, а по вертикали она монотонно убывает по квадратичному

закону.

2. Если вектор Е в рупоре ΙΙ ребру АВ, то в апертуре возбуждается поле с горизонтальной (поперечной) поляризацией [11]; в этом случае амплитуда Е по горизонтали будет постоянной, а по вертикали на косинусоидальное распределение будет накладываться квадратичное спадание амплитуды поля с ростом х.

В качестве предварительной расчетной величины может фигурировать значение kИ 0,75. Более точно эту величину можно

определить с помощью графиков на рис. 4.

Рис. 4

Угол облучения обычно выбирается равным 90о, т.е. 90 . В антенне обычно используются рупоры с углами раскрыва [6]:

23

Диаграмма направленности антенны с учетом описанного выше характера распределения поля по апертуре и формы самой апертуры рассчитывается сложным образом. Ее расчет существенно упрощается,

поля в этом прямоугольнике полностью идентично распределению поля в прямоугольном волноводе с волной Н10, который питает рупор антенны

[11].

С учетом этих приближений для случая поперечной поляризации поля диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости X0Z (рис. 2а) будет иметь вид:

в горизонтальной плоскости Y0Z (рис. 2б) соответственно:

Аналогично могут быть записаны формулы, позволяющие рассчитать диаграмму направленности антенны и для случая продольной поляризации поля. Уточняется коэффициент направленного действия антенны по формулам (7.77) и (7.75) в [10]:

Расчет по формулам (7) и (8) дает удовлетворительную точность лишь в пределах ближайших двух – трех боковых лепестков. Строгая оценка интенсивности отдаленных боковых лепестков весьма сложна и требует решения задачи дифракции поля на краях зеркала. Для направления

= 180о с осью 0Z вводится коэффициент Kз , который называется коэффициентом защитного действия:

24

E(180o ) . K з 20lg E(0o )

Приближенно он может быть вычислен по следующей формуле:

где 1 , 2 и указаны на рис. 2.

Как отмечалось ранее, для улучшения согласования антенны с питающим волноводом следует использовать плавный гиперболический переход длиной (5…10) λ , при этом поперечный размер рупора в месте стыка с переходом должен составлять не менее (3…5) λ. Схематично такой переход показан на рис. 5.

Рис. 5

Уравнение гиперболы имеет следующий вид:

Величины h и t следует подобрать таким образом, чтобы обеспечить q > 0.

25

26