24. Рупорные антенны. H - , e - секториальный рупоры. Поле в раскрыве рупора. Зависимость направленности рупора от геометрических размеров.

Элементарным волноводным излучателем является открытый конец волновода. При переходе от волновода к свободному пространству происходит резкое изменение условий распространения электромагнитных волн, что приводит к появлению высших типов волн в волноводе и к большим отражениям (достигающим 0,6). Кроме того, размеры волновода обычно меньше или сравнимы с длиной волны. Как известно, ширина ДН антенны определяется отношением длины волны к размеру антенны. Таким образом, открытый конец волновода будет иметь широкую ДН и низкий КНД. Из-за этих причин обычно эти антенны либо не используются, либо используются ограниченно в составе каких-либо более сложных антенных систем, например антенных решеток, или в качестве облучателей зеркальных и линзовых антенн. Устранение этих недостатков волноводных излучателей 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. Для реализации этих целей используют различного типа рупоры:

• секториальные;

• пирамидальные;

• конические.

Секториальные и пирамидальные рупорные антенны являются «продолжением» прямоугольного волновода, а конические рупорные антенны – круглого (рис. 56).

Различают два типа секториальных рупорных антенн: Н-секториальный рупор и Е-секториальный рупор. В Н-секториальном рупоре происходит увеличение размеров волновода в Н-плоскости, а в Е-секториальном рупоре – в Е-плоскости. При этом предполагается, что в прямоугольном волноводе распространяется волна основного типа Н10. Пирамидальный рупор представляет собой расширение волновода одновременно в двух плоскостях Е и Н, а конический рупор – равномерное симметричное расширение круглого волновода. Поле в рупоре также имеет сложный характер. Расчеты и эксперименты показали, что при большой длине рупора можно использовать приближенную теорию, т. е. считать, что структура электромагнитного поля в рупоре соответствует структуре электромагнитной волны, распространяющейся в волноводе.

25. Пирамидальный рупор, характеристики. Оптимальный рупор

Рупор, который при заданной длине имеет максимальный КНД, называется оптимальным.

ДИКПИК:

Оптимальным пирамидальным рупором называют такой рупор, чьи геометрические размеры подобраны для достижения максимального коэффициента направленного действия (КНД) при заданной длине антенны.

Такая конфигурация достигается при балансе между расширением апертуры (раскрыва), которое сужает диаграмму направленности, и возникающими при этом фазовыми искажениями, которые её расширяют и снижают эффективность. На практике это выражается в том, что максимальные фазовые искажения на краю раскрыва не превышают определённых значений: 135° в H-плоскости и 90° в E-плоскости

26. Антенна Вивальди. Принцип построения, основные характеристики.

Антенна Вивальди — сверхширокополосный печатный излучатель, построенный на основе расширяющейся щелевой линии. Рабочая полоса такого излучателя обычно перекрывает частоты от (порядка…) 0,3..0,8 до 10..17 ГГц. Такая антенна может быть выполнена из фольгированных материалов и даже встроена в элементы конструкции. Полоса частот очень широкая, и это сильно упрощает проектирование и реализацию такой антенны. Расположив две антенны одна в другой, можно получить нужную поляризацию

некоторые типы Вивальди

Антенны Вивальди могут быть предназначены для линейно поляризованных волн или — при использовании двух устройств, расположенных в ортогональных направлениях, — для передачи/приема волн с обеими ориентациями поляризации.

При подаче сигналов со сдвигом фазы на 90° ортогональные устройства могут передавать/принимать круговые электромагнитные волны.

Антенны Вивальди подходят для работы на любой частоте, поскольку их размер можно изменять в зависимости от длины волны. Технология печатных плат делает этот тип антенн экономически выгодным для использования на микроволновых частотах от 1 ГГц и выше.

Основные характеристики

Сверхширокополосность (UWB): Главное преимущество. Может работать в диапазоне частот, перекрывающем несколько октав (например, от 0.3–0.8 ГГц до 10–17 ГГц). Современные конструкции могут достигать относительной полосы до 189% (1–35 ГГц).

Коэффициент усиления (Gain): Умеренный, типичные значения для одиночной антенны — от 5 до 12 dBi в рабочей полосе. Может меняться с частотой. Использование линз, массивов или специальных методов может увеличить усиление до 15 dBi и выше.

Диаграмма направленности (Radiation Pattern): Направленная, осевая (end-fire). Главный лепесток направлен вдоль оси раскрыва. Характеризуется:

Хорошей симметрией в главных плоскостях (E и H) и низким уровнем боковых лепестков.

Ширина луча: В качестве примера, для антенны, работающей в диапазоне 1.4–3.8 ГГц, ширина луча составила 60° ± 25°.

Стабильность: Характеристики диаграммы направленности остаются практически неизменными во всей рабочей полосе частот.

Поляризация (Polarization): Обычно линейная. Для получения круговой или двойной поляризации два элемента размещают перпендикулярно друг другу. Уровень кросс-поляризации может быть ниже -20 дБ