Рупорная антенна
Рупорная антенна — металлическая конструкция, состоящая из волновода переменного (расширяющегося) сечения с открытым излучающим концом. Как правило, рупорную антенну возбуждают волноводом, присоединённым к узкому концу рупора. По форме рупора различают E-секториальные, H-секториальные, пирамидальные и конические рупорные антенны.
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 требует 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 совмещённую 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 (англ.), представляющем собой радиометр Дикке на основе рупорно-параболической антенны, Арно Пензиас и Роберт Вудроу Вильсон в 1965 году открыли реликтовое излучение.
Характеристики и формулы
Усиление рупорной антенны определяется площадью её раскрыва и может быть рассчитано по формуле:
[math]\displaystyle{ D=4\pi\frac{S}{\lambda^2}\nu }[/math], где [math]\displaystyle{ S=L_EL_H }[/math] — площадь раскрыва рупора, [math]\displaystyle{ \nu }[/math] — КИП (коэффициент использования поверхности рупора), равный 0,6 для случая, когда разность хода центрального и перифирийного лучей менее, но близка к [math]\displaystyle{ \pi/2 }[/math], и 0,8 при применении выравнивающих фазу волны устройств.
Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости H:
[math]\displaystyle{ 2\phi_{0H}=170^\circ\frac{\lambda}{L_H} }[/math]
Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости E:
[math]\displaystyle{ 2\phi_{0E}=115^\circ\frac{\lambda}{L_E} }[/math]
Так как при равенстве [math]\displaystyle{ L_E }[/math] и [math]\displaystyle{ L_H }[/math] ДНА в плоскости Н получается в 1,5 раза шире, часто для получения одинаковой ширины лепестка в обоих плоскостях выбирают
[math]\displaystyle{ L_H=1{,}5L_E }[/math]
Для удержания фазовых искажений в раскрыве рупора в допустимых пределах (не более [math]\displaystyle{ \pi/2 }[/math]) необходимо, чтобы выполнялось условие (для пирамидального рупора):
[math]\displaystyle{ \frac{\pi}{4\lambda}\left( \frac{L^2_E}{R_E} + \frac{L^2_H}{R_H} \right)\leqslant\frac{\pi}{2} }[/math], где [math]\displaystyle{ R_E }[/math] и [math]\displaystyle{ R_H }[/math] — высоты граней пирамиды, образующей рупор.
Типы рупорных антенн
- Пирамидальный рупор — антенны в форме четырёхгранной пирамиды, с прямоугольным сечением. Они являются наиболее широко используемым типом рупорных антенн. Излучает линейно-поляризованные волны.
- Секторальный рупор — пирамидальные рупора с расширением только в одной плоскости Е или Н.
- Конический рупор — раскрыв в форме конуса с круглым сечением. Используются с цилиндрическими волноводами для получения волны с круговой поляризацией.
- Гофрированные рупоры — раскрыв рупоров с параллельными щелями или канавки, малой по сравнению с длиной волны. Канавки покрывают внутреннюю поверхность рупора поперёк оси.
Гофрированные рупоры имеют более широкую полосу пропускания, меньший уровень боковых лепестков и кросс-поляризации. Они широко используются в качестве облучателей для спутниковых параболических антенн и радиотелескопов.
Рупорно-параболическая антенна
Рупорно-параболическая антенна — тип антенны, в которой конструктивно связаны парабола и рупор. Преимуществом этой конструкции по сравнению с рупорной является низкий уровень боковых лепестков и узкая диаграмма направленности. Недостатком — больший вес, чем в параболических антеннах. Примером использования является рупорно-параболическая антенна в космической станции Мир, антенны для радиорелейных станций.
Рупорно-параболические антенны
Настройка антенны
Настройка КСВ антенны производится в её волноводной части или в КВП выбором положения и размеров запитки КВП. Настройка в волноводной части производится штырями или диафрагмами.
Ссылки
- Распространение радиоволн антенно-фидерные устройства В. П. Чернышев, Д. И. Шейнман «Связь», 1973.
- Устройства СВЧ и антенны. Д. И. Воскресенский, В. Л. Гостюхин, В. М. Максимов, Л. И. Пономарёв. Учебник для ВУЗов [1]
Примечания
 | Для улучшения этой статьи желательно: |