Рупорная антенна
представляет собой участок волновода переменного
(расширяющегося) сечения с открытым излучающим
концом. Как правило, рупорную антенну возбуждают
волноводом, присоединенным к узкому концу рупора.
По форме рупора различают
E-секториальные,
H-секториальные, пирамидальные и
конические рупорные антенны.
Рис. Типы
рупорных антенн: а)
Е-секториальный, б)
Н-секториальный, в)
пирамидальный, г) конический.
Свойства:
Рупорные
антенны очень широкополосны и весьма хорошо
согласуются с питающей линией — фактически, полоса
антенны определяется свойствами возбуждающего
волновода. Для этих антенн характерен малый
уровень задних лепестков диаграммы направленности
(до -40 dB) из-за того, что мало затекание
ВЧ-токов на теневую сторону рупора. Рупорные
антенны с небольшим усилением просты
конструктивно, но достижение большого (>25 dB)
усиления требуют применения выравнивающих фазу
волны устройств (линз или зеркал) в раскрыве
рупора. Без подобных устройств антенну приходится
делать непрактично длинной.
Применение:
Рупорные
антенны применяют как самостоятельно, так и в
качестве облучателей зеркальных и других антенн.
Рупорную антенну, конструктивно совмещенную с
параболическим отражателем, часто называют
рупорно-параболической антенной. Рупорные антенны
с небольшим усилением из-за удачного набора
свойств и хорошей повторяемости часто используются
в качестве измерительных.
На радиотелескопе в
Холмдейле, представляющем собой радиометр Дикке на
основе рупорно-параболической антенны, Арно
Пензиас и Роберт Вудроу Вильсон в 1965 году
открыли реликтовое излучение.
Характеристики и
формулы:
Пирамидальная рупорная
антенна:
Усиление рупорной антенны
определяется площадью её раскрыва и может быть
расчитано по
формуле:
где:
 — площадь раскрыва
рупора.
λ - длина
волны основного излучения.
- 0,4....0,8 КИП (коэффициент
использования поверхности рупора), равный 0,6 для
случая, когда разность хода центрального и
перифирийного лучей менее, но близка к Pi/2, и 0,8
при применении выравнивающих фазу волны
устройств.
Ширина главного лепестка
ДНА по нулевому излучению в
плоскости H:
Ширина главного лепестка
ДНА по нулевому излучению в
плоскости E:
Так как при равенстве
LE и
LH
ДНА в плоскости
Н получается в 1.5 раза шире,
часто, для получения одинаковой ширины лепестка в
обоих плоскостях , выбирают:
Для удержания фазовых искажений
в раскрыве рупора в допустимых пределах (не более
Pi/2 ) необходимо, чтобы выполнялось условие (для
пирамидального рупора):
где
и
— высоты граней пирамиды, образующей рупор.
По
другому источнику:
 Где LH -
ширина раскрыва в плоскости Н,
LE - ширина раскрыва в
плоскости Е,
RE и
RH - длины рупора.
Для такой антенны
КНД в упрощенном виде
рассчитывается по формуле:
Dруп.
= 4piνS/λ2
Где: S =
LH * LE - площадь
раскрыва рупора;
λ - длина
волны основного излучения;
ν =
0,4....0,8 - коэффициент использования поверхности
(КИП);
В зависимости от типа рупора,
рупорные антенны делятся на Н- и
Е- секториальные, пирамидальные и
конические. Рупоры, размеры которых соответствуют
максимальному значению КНД
называются оптимальными. Для оптимальных
Н-секториальных рупорных антенн
длина рупора
RH=LH2/3λ,
для оптимальных Е-секториальных
рупорных антенн
RЕ=LE2/2λ.
КИП оптимального
Н- и
Е-секториального, пирамидального
рупоров равен 0,64. Если условно увеличить длину
рупора до бесконечности, то КИП
антенны увеличится до 0,81.
В коническом рупоре,
оптимальная длина Rопт.
кон. зависит от диаметра
его раскрыва
d:
Rопт. кон. = d2/2,4λ
+ 0,15λ
КИП
оптимального конического рупора
v=0,5.
Табл. 1.2.
Ширина диаграммы направленности рупора с
оптимальной длиной.
|
Тип
рупора |
Ширина диаграммы
направленности в плоскости Н |
Ширина диаграммы
направленности в плоскости
Е |
|
Е-секториальный |
2Θ0,7=68λ/LH |
2Θ0,7=53λ/LE |
|
Н-секториальный |
2Θ0,7=80λ/LH |
2Θ0,7=51λ/LE |
|
Пирамидальный |
2Θ0,7=80λ/LH |
2Θ0,7=53λ/LE |
|
Конический |
2Θ0,7=60λ/d |
2Θ0,7=70λ/d |
Если взять эллиптический рупор,
с соотношением осей эллипса 1,25, то можно
получить приблизительно одинаковую ширину
диаграммы направленности, во всех сечениях,
проходящих через ось рупора.
Достоинством рупорной антенны
является ее широкополосность, определяемая
широкополосностью питающего волновода, к.п.д.
рупорной антенны равен единице.
Недостаток рупорных антенн
заключается в необходимости выбора слишком большой
длины рупора для получения остронаправленного
излучения. Оптимальная длина рупора
пропорциональна квадрату размеров раскрыва
LH или
LE, а ширина диаграммы
направленности обратно пропорциональна
LH или
LE в первой степени.
Поэтому для сужения диаграммы направленности
рупорной антенны в N раз, ширина
раскрыва должна быть увеличена в
N раз, а длина рупора - в
N2 раз. Это обстоятельство
накладывает ограничения на ширину диаграммы
направленности рупорных антенн.
Источник: 1. http://ru.wikipedia.org
2.
Методические указания и задание к курсовой
работе по дисциплине "ЭМС и защита информации"
|
Если вам понравился
сайт, то поделитесь со своими друзьями этой информацией в
социальных сетях, просто нажав на кнопку вашей сети.
|
|
|
| |
| |
|
