Рупорные антенны.

Излучатель – отрезок рупорной линии.

Электромагнитная энергия от генератора через отрезок волновода поступает к горловине рупора в виде волны с плоским фазовым фронтом.

Большая часть энергии распространяется вдоль рупора в виде расходящейся волны. Небольшая часть – отражается от горловины. Чем больше угол раскрыва рупора 2Ф₀ тем больше коэффициент отражения. Часть энергии отражается и от раскрыва.

При больших размерах раскрыва в Н- пл. коэффициент отражения обычно мал, следовательно – рупор-устройство согласующее волновод со свободным пространством.

Улучшение согласования – применение комбинированного рупора. Поперечный размер изменяется сначала в одной, затем в другой плоскости.

Отражения от двух горловин – компенсируются.

Обычно длину рупора и раскрыва выбирают так, чтобы возникшие у горловины высшие типы волн (вызывающие искажения амплитудно-фазового распределения) быстро затухали не достигая раскрыва.

Коробчатый рупор – специальное возбуждение более одного типа волн, для формирования заданного распределения поля.

Волна в рупоре является цилиндрической – фазовый фронт волны образует часть поверхности цилиндра, ось которого проходит через вершину рупора. (т. О).

Напряженность поля в произвольной точке :

Для H – плоскостного секториального рупора.

B – постоянная величина характеризующая амплитуду поля,

- расстояние до произвольной точки М.

Для произвольной точки А.

При

то .

E₀ – амплитуда поля в центре раскрыва.

Фаза убывает к краю по закону:

Для E – плоскостного рупора.

- длина волны в рупоре.

Пирамидальный рупор.

В E плоскости структура поля как у E – плоскостного секториального рупора, в H плоскости как у H – плоскостного секториального рупора. Но поперечный размер изменяется в 2^х плоскостях – фронт волны – поверхность двойной кривизны – приближенно сферический. R_E=R_H=R.

Излучение Н – плоскостного секториального рупора.

в Е плоскости

в Н – плоскости.

Длина 10 . R=const

Существует при котором ширина диаграмма направленности(ДН) минимальна. С увеличением угла раскрыва – диаграмма направленности уменьшается, а затем возрастает из-за значительных фазовых искажений.

Зависимость ширины ДН в Зависимость КНД от размеров

Н плоскости. H-плоскостного рупора.

рупора от угла его раскрыва.

- длина оптимального рупора

- ширина ДН

.(КИП – коэффициент использования площади).

При (синфазное распределение)

Небольшой рост q не оправдывает увеличение R.

Излучение E – плоскостного секториального рупора.

в H – плоскости.

в E – плоскости.

КНД от размеров рупора.

Пирамидальный рупор.

Сочетание E и H – плоскостных секториальных рупоров.

Если размеры раскрыва то распределение поля в раскрыве можно считать разделяющимся. ДН в двух главных плоскостях зависят только от размеров раскрыва в соответствующих плоскостях.

Если несинфазность поля на краях раскрыва составяет в E – пл. и

H – пл. , то такой рупор называют оптимальным, т.к. он имеет наибольший коэффициент направленного действия (КНД).

Способы улучшения амплитудно-фазового распределения в раскрыве рупоров.

1) Для уменьшения искажений необходимо увеличивать длину рупора, которая пропорциональна квадрату размера раскрыва.

Чтобы длина не превышала допустимых размеров – антены применяют для формирования не очень острых диаграмм ( ), либо применяют фазовыравнивающие устройства (линзы)

2) Необходимо добиться равномерного распределения поля (коробчатый рупор)

Размер выбирается таким, чтобы в рупоре распространялись две волны фазовые скорости которых различны, а разность фаз зависит от длины рупора, которая должна быть –

Соотношение амплитуд волн зависит от соотношения ; при – наибольший КНД.

ДН сужается, но наблюдается рост боковых лепестков.

Распределение амплитуды поля в раскрыве коробчатого рупора

(в Н-плоскости).

Согласование рупоров.

Отраженные волны возникают вблизи горловины и раскрыва (невелика), можно использовать плавный переход.

Толщина диэлектрической пластины выбирается так, чтобы волны, отраженные от раскрыва и пластины взаимно компенсировались.

Для герметизации рупора и защиты от среды используют кожух.

Открытый конец волновода.

Для увеличения диаграммы направленности в H – плоскости конец волновода срезают на клин и устанавливают металлический стержень – “разбрызгиватель”.

При

Примечание: просты по конструкции, широкополосные, независимое изменение диаграммы направленности в E- и H- плоскостях, высокий КПД, низкий уровень боковых лепестков.

Используют для формирования широких ДН (10-20⁰), без фазовой коррекции. Рупоры применяются в качестве антенных измерительных приборов, облучателей зеркальных и линзовых антенн.

В сочетании с фазовыравнивающими устройствами (линзами) применяют для формирования узких ДН. Открытый конец волновода – слабонаправленного излучающего элемента антенной решетки, облучатель зеркальной и линзовой антенн.