Рупорная антенна своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 16.09.2024

Приветствую, дорогие друзья. На связи Тимур Гаранин. Уже несколько раз меня просили осветить тему волноводов и их согласования, поэтому, я думаю, стоит сегодня это сделать.

Также существует множество типов волн, которые могут распространяться в волноводах. Но самый популярный тип волны в прямоугольных волноводах — это волна h10. Такой тип волны подразумевает, что силовые линии расположены строго вертикально в полости волновода. В каждом сечении волновода на верхней и нижней стенках может располагаться только один максимум волны, а на боковых стенках ноль максимумов.

Обычно, волноводы излучают только в одну сторону, а другой конец волноводов наглухо закрыть крышкой.

Куда же в таком волноводе поставить антенну? Чтобы максимально хорошо согласовать антенну с волноводом, необходимо расположить антенну строго вертикально на одной из стенок волновода, на расстоянии четверть длины волны от закрытого конца, который можно считать отражателем. В таком случае отраженная от закрытого конца волновода волна будет совпадать по фазе с волной, излучаемой антенной. Антенну обычно делают в диэлектрическом корпусе и с металлическим колпачком. Это увеличивает погонную ёмкость антенны, что позволяет уменьшить габариты антенны, а также её нагрев.

Один из самых часто задаваемых вопросов это вопрос об отражении волны от открытого конца волновода. Почему это происходит и как это вообще возможно, отражение от открытого конца, и как это отражение минимизировать?

Для того чтобы ответить на эти вопросы, прежде всего необходимо понять, что волновод — это антенна бегущей волны. Электрическое поле, распространяющееся в волноводе, существует не само по себе, а между верхней и нижней стенками волновода. По этим стенкам протекают высокочастотные токи, точно также, как они протекают в полотне любой другой антенны бегущей волны, например V-образной антенны. Но если в V-образной антенне ток в полотне постепенно переходит в электрическое поле между отрезками этой антенны, то в случае волновода этого не происходит. Высокочастотный ток на верхней и нижней стенках волновода доходит до конца полотна, и что он там встречает? Резкое увеличение волнового сопротивления, из-за которого волне в полотне легче отразится обратно, нежели резко и единомоментно превратиться в электрическое поле.

Для того, чтобы минимизировать отражение от открытого конца и обеспечить плавный переход высокочастотных токов в электрическое поле, то есть в излучение, применяют рупоры. Рупорная антенна — это расширяющийся волновод.

Какой должна быть рупорная антенна, как её рассчитывать? Я мог бы привести здесь 10 этажную формулу для расчёта зависимости параметров рупоров, но так как я адекватный человек и понимаю, что никто эту формулу не усвоит, я объясню простыми словами.

Рупорная антенна тем эффективнее, чем она длиннее и чем меньше угол раскрыва. За счёт большой длины рупора и за счёт маленького угла раскрыва достигается почти плоский фронт излучения, а значит острая диаграмма направленности, а также плавность перехода в электрическое поле и высокий КПД.

Но на практике очень невыгодно делать длинные рупоры, поэтому их делают конечной длины. Реальный рупор обычно весьма короткий и с большим углом раскрыва, из-за чего фронт излучения у него близок к сферическому, и диаграмма направленности получается не такая острая. Кроме того, высокочастотные токи не успевают полностью перейти в электрическое поле в таком коротком рупоре, из-за чего они затекают на внешнюю поверхность рупора и создают боковые лепестки.

В дополнение к этому, чем больше угол раскрыва, тем хуже согласование самого рупора с волноводом. Из-за чего волны в волноводе могут отражаться от начала рупора.

Как видим, реальные рупоры далеки от идеала. Однако, есть несколько способов повысить эффективность коротких рупоров.

Первый способ это применение линз и зеркал. Если пропускать сферическое излучение рупора через радиолинзу, либо направлять излучение на отражатель нужной кривизны, то можно выровнять фронт волны и сделать острую диаграмму направленности.

Второй способ — использовать гофрированные рупоры.

Во-первых, гофрированные рупоры имеют большую площадь поверхности, за счет чего высокочастотные токи лучше переходят в электрическое поле.

Во-вторых, гофрирование рупора препятствует затеканию высокочастотных токов на внешнюю поверхность рупора, что избавляет от боковых лепестков.

И в-третьих, гофрированный рупор представляет собой замедляющую структуру. То есть совокупность емкостей и индуктивностей. Точно также как в магнетроне.

Иногда, замедляющую структуру даже выносят за пределы рупора. Несмотря на свою компактность замедляющая структура способна очень заметно улучшить диаграмму направленности.

Обычно замедляющая структура выглядит как ребристая пластинка. С электродинамической точки зрения это последовательность колебательных контуров. Принцип тот же, что и в магнетроне, как я уже говорил. Выемки играют роль индуктивностей, а выступающие ребра — это емкости. Можно сказать, что силовые линии электрического поля цепляются за эти ребрышки, и идут вдоль замедляющей структуры. Если собственная частота колебаний элементов замедляющей структуры совпадает с частотой излучения, то замедляющая структура идеально согласованна и с антенной, и с волноводом, и с рупором. Ее применение в таком случае полностью оправдано и приводит к увеличению КПД системы и улучшению всех параметров.

Даже если использовать просто пластину без ребрышек, то есть резонансная частота элементов никак не соответствует частоте излучения, то всё равно силовые линии электрического поля будут замыкаться на такую пластину, и будут двигаться вдоль неё, что положительно повлияет на диаграмму направленности.

В некоторых средневолновых и длинноволновых антеннах в качестве замедляющей структуры используют поверхность Земли. Это позволяет передавать сигнал в определенном направлении на большое расстояние. Но лучше всего использовать конечно же согласованную по частоте ребристую поверхность.

Ну что ж, сегодня я завалил вас большим количеством информации. Давайте отметим самое главное:

1. Для согласования антенны с волноводом антенну необходимо размещать на расстоянии четверть длины волны от закрытого конца волновода

2. Во избежание отражения от открытого конца волновода необходимо применять рупоры

3. Идеальный рупор должен быть большой длины и с маленьким углом раскрыва. Но в реальных условиях вам придется сокращать длину рупора, и увеличивать его угол раскрыва

4. Улучшить диаграмму направленности и КПД всей системы можно, применяя радиолинзы, зеркала, гофрированные рупоры и замедляющие структуры

Антенны Wi-Fi своими руками. Чертежи для изготовления

Я полагаю подавляющаяя часть Wi-Fi-щиков не являются милионерами. Поэтому речь пойдет о самодельных антеннах. Сам я Wi-Fi-щик со стажем и иногда вспоминаются моменты когда тратил уйму времени и денег на поиски очередной схемы Wi-Fi антенны (т.к. злобный провайдер направил точку доступа не в мою сторону) :)

Для удобства чертежи и документация по сборке антенн размещена в архиве!

Банка

Антенна всех времен и народов. Работает и в дождь и в зиму и ниче ей не делается

Двойной квадрат (biquard)

Неплохая антенна, также как и банка я вляется направленной, проста в сборке.

Паучок (Spider)

Неплохая всенаправленная антенна!
Проста в сборке!

Yagi 15-элементов

Очень мощная антенна, но сборка её может оказаться затруднительна, таки осилил - работает прекрасно

Yagi 11-элементов

Более простая YAGI - но как оказалось 5-элементная её переплёвывает :)
Простота в изготовлении - модель на линейке была собрана за 40 минут :)

Yagi 5-элементов

Очень хорошая на мой взгляд антенна, в ней сочетаются простота в изготовлении и надежность в работе.

Рупорная антенна (Horn)

Очень мощная, наверно это будет самая мощная антенна представленная тут.
Несколько затруднительна в сборке.

Patch-антенна

Весьма интересная конструкция - напоминает Yagi, только элементы в форме диска.
Думаю стоит повторить, хотябы просто из-за любопытства.

Отражатель

Это не столько антенна, сколько улучшение стандартной антенны, поставляемой в комплекте с адаптером.

Думаю стоит повторить, кроме того крайне проста в изготовлении.

Смотрите также:

Делайте самоделки своими руками как мы, делайте лучше нас!

Под рупорной антенной понимают излучатель в виде отрезка волновода, у которого размеры поперечного сечения увеличиваются в направлении раскрыва.

Раскрыв такой антенны может быть прямоугольной, квадратной или круглой формы. Различают Е- и H-плоскостные рупоры (размеры изменяются соответственно только в плоскости векторов Е или Н), пирамидальные (в обеих плоскостях одновременно). Такие рупоры получают из волноводов прямоугольной формы. Из круглого волновода с плавно увеличивающимся радиусом получается конический рупор.

Типы рупорных антенн представлены на рис. 1, а геометрические размеры на рис. 2.

К ним относятся: а_р — размер раскрыва в H-плоскости; L — длина образующей рупора; R — длина рупора; 2Ф₀ — угол раскрыва рупора.

Рис. 1. Типы рупорных антенн: а — Н-секториальный; б — Е-секториальный; в — пирамидальный; г — конический

Геометрические параметры рупорной антенны рассмотрим на примере H-секториального рупора, представив его в продольном сечении (рис. 2).

Рис. 2. Геометрические параметры Н-секториального рупора

Рис. 3. Распространение ЭМВ в Н-секториальном рупоре

Принцип действия рупорной антенны рассмотрим на примере Н-секториального рупора в режиме передачи (рис. 3). Как правило, в прямоугольном волноводе возбуждают основной тип волны Н10. Электромагнитная энергия в виде этого типа волны с плоским фазовым фронтом распространяется вдоль волновода и достигает горловины рупора: здесь часть энергии волны отражается, так как изменение размера широких стенок волновода для ЭМВ является сосредоточенной неоднородностью [1, с. 111].

Кроме того, вследствие этой неоднородности в горловине происходит возбуждение ЭМВ высших типов, но размеры волновода таковы, что эти волны по мере удаления от горловины интенсивно затухают. Очевидно, что доля отражённой энергии и доля энергии, затраченной на возбуждение высших типов волн, будут тем меньше, чем меньше угол раскрыва рупора. Затем большая часть энергии распространяется в виде ЭМВ с расходящимся фазовым фронтом внутри полости рупора и через раскрыв, излучается в пространство. Раскрыв рупора, также является сосредоточенной неоднородностью, поэтому в нём происходят те же явления, что и в горловине. Это вызвано тем, что волновое сопротивление раскрыва и свободного пространства — неодинаковы. Следовательно, свободное пространство является нагрузкой, волновод — линией передачи, а рупор — согласующим устройством.

Таким образом, вдоль волновода до горловины рупора ЭМВ распространяется с плоским фазовым фронтом, внутри полости рупора — с расходящимся фазовым фронтом и через раскрыв излучается в пространство.

Если увеличивается размер только широкой стенки образующего рупор прямоугольного волновода (в плоскости вектора Н), то рупор называют Н-секториальным или Н-плоскостным (рис. 4).

Н-секториальный рупор имеет согласующие свойства (согласуется со свободным пространством).

Для волны Н10 волновое сопротивление прямоугольного волновода можно определить по формуле:

(1)

А волновое сопротивление пространства равно W0 = 120π. Отсюда следует, что чем больше размер раскрыва рупора — ар, тем волновое сопротивление раскрыва ближе к волновому сопротивлению свободного пространства (ар↑ => Wв → W0).

Поскольку рупорные антенны относятся к классу апертурных антенн, то их поле излучения и диаграмму направленности (ДН) можно найти апертурным методом. Для этого необходимо знать амплитудно-фазовое распределение поля в раскрыве рупора.

Рис. 4. Распределение ЭМП в Н-секториальном рупоре

Амплитудное распределение поля в раскрыве рупора определяется типом возбуждаемой волны, а фазовое распределение — типом рупора и его геометрическими параметрами. Анализ показывает, что амплитудно-фазовое распределение поля в раскрыве Н-секториального рупора имеет вид:

(2)

Из выражения (2) следует:

− вдоль оси OY (в Н-плоскости) амплитудное распределение описывается косинусоидальным законом с максимумом посредине широкой стенки;

− вдоль оси OX (в Е-плоскости) амплитудное распределение равномерно;

− фазовое распределение поля вдоль оси OY (по широкой стенке) подчиняется квадратичному закону, причём к краям раскрыва поле отстаёт по фазе относительно центра. Это явление объясняется разной длиной пути, проходимого ЭМВ от вершины рупора до различных точек на раскрыве;

− фазовое распределение поля вдоль оси OХ (по узкой стенке) равномерно, так как узкая стенка рупора размеров не меняет.

Таким образом, фронт волны, выходящей из Н-секториального рупора, имеет кривизну только в горизонтальной плоскости (Н-плоскости), т. е. в пространстве является цилиндрическим.

Используя аппарат теории апертурных антенн и выражение (1.2), определим ДН Н-секториального рупора:

(3)

Так как в Е-плоскости распределение поля в раскрыве рупора равноамплитудное и синфазное, то ДН в Е-плоскости будет иметь вид

(4)

В Н-плоскости из-за квадратичного закона распределения фазы по раскрыву и косинусоидального закона распределения амплитуды ДН выражается очень сложно через интегралы Френеля. Исследования показывают, что форма ДН, а, следовательно, её ширина и коэффициент направленного действия (КНД) Н-секториального рупора определяются углом раскрыва рупора — 2Ф0. При увеличении угла раскрыва ДН в Н-плоскости сначала сужается, а затем начинает расширяться (рис. 5). Это обусловлено тем, что при влиянии угла раскрыва на ДН вначале преобладает увеличение размера раскрыва — ар (он растёт из-за увеличения угла раскрыва), а затем — все увеличивающиеся фазовые ошибки, которые также возрастают по мере роста размера раскрыва.

Поэтому с точки зрения получения наибольшего (оптимального) КНД целесообразно оптимально выбирать геометрические размеры рупора. Анализ показывает, что в Н-секториальном рупоре максимально допустимая фазовая ошибка равна:

(5)

Для Н-секториального рупора S = bap, тогда из общей формулы для апертурных антенн определим КНД:

(6)

Рис. 5. Зависимость КНД Н-секториального рупора от геометрических размеров его раскрыва

Максимальный КНД Н-секториального рупора может быть получен при следующих его оптимальных геометрических параметрах и КИП:

(7)

(8)

При этом ширина ДН оптимального Н-секториального рупора в Н- и Е-плоскости определяется соотношениями:

(9)

(10)

Таким образом, Н-секториальный рупор по отношению к открытому концу волновода имеет согласующие свойства и сужает ДН в Н-плоскости.

Вывод.

В данной статье были рассмотрены общая теория рупорных антенн, их типы и конструкции, а также принципы действия. Приведены основные радиотехнические характеристики и параметры, а также произведен расчет пирамидального рупора мм-го диапазона для прямоугольного сечения волновода. Антенна может найти применение для работы в составе различных бытовых и инженерных устройств.

Основные термины (генерируются автоматически): рупор, волновое сопротивление, свободное пространство, антенна, прямоугольный волновод, широкая стенка, амплитудное распределение, плоский фазовый фронт, расходящийся фазовый фронт, рупорная антенна.

Похожие статьи

Максимизация направленности фазированных антенных.

(2). где верхнее подчеркивание означает комплексное сопряжение, а в свободном пространстве волновое сопротивление при

(7). Где такой поверхности, охватывающей антенну, есть сила направленности потока по нормали к этой поверхности в других точках.

Алгоритм UCA Root Rare для задач пеленгования источников.

Предположим, что на АР, расположенную в дальней зоне относительно ИРИ, падают плоские волны, излучённые источниками.

В этой части статьи, описывается режим или принцип возбуждения фазовых мод [6,9]. Преобразование в пространство лучей, описываемое в этом.

Интерполяция матрицы рассеяния антенны бегущей волны

Антенны Вивальди широко применяются в системах радиосвязи, радиообнаружения и радиоэлектронного подавления.

где , Z0 – волновое сопротивление открытого пространства; Z0 = = 377 [Ом], Z – волновое сопротивление фидерной линии, Z = 50 [Ом].

Оценка ослабления радиосигнала по методу идеальной.

Самой простейшей моделью является модель распространения в свободном пространстве.

где — коэффициент направленного действия (КНД) приемной антенны; -длина волны.

Согласование на тракте измерительной установки с открытым.

При рассмотрении распределения амплитуды и фазы первоначально плоской волны с её

Измерительный тракт собран на основе прямоугольного волновода сечением 2,4 х 1,2 мм.

Полученные волны принимается приемным рупором и вступают в детектор.

Особенности распространения радиоволн на космических линиях.

Они имеют отличительные друг от друга фазовые фронты, приводящие к повороту плоскости поляризации суммарной волны. В результате этого сигнал, принятый линейно поляризованной антенной испытывает поляризационные замирания.

Измерение диаграммы направленности двухзеркальной антенны.

Графически амплитудная характеристика антенны представляет собой пространственную фигуру, которая является достаточно сложной как для построения, так и для понимания.

Типы рупорных антенн, их конструкция.

Особенности распространения радиоволн на линиях.

Ключевые слова:дифракция, антенна, множитель ослабления, дифракционный метод, профиль трассы.

Из-за трудности условий распространения волн в городских условиях не существует метода для точного аналитического расчета.

Максимизация направленности фазированных антенных.

Алгоритм UCA Root Rare для задач пеленгования источников.

Интерполяция матрицы рассеяния антенны бегущей волны

Оценка ослабления радиосигнала по методу идеальной.

Самой простейшей моделью является модель распространения в свободном пространстве.

где — коэффициент направленного действия (КНД) приемной антенны; -длина волны.

Согласование на тракте измерительной установки с открытым.

При рассмотрении распределения амплитуды и фазы первоначально плоской волны с её

Измерительный тракт собран на основе прямоугольного волновода сечением 2,4 х 1,2 мм.

Полученные волны принимается приемным рупором и вступают в детектор.

Особенности распространения радиоволн на космических линиях.

Измерение диаграммы направленности двухзеркальной антенны.

Типы рупорных антенн, их конструкция.

Особенности распространения радиоволн на линиях.

Ключевые слова:дифракция, антенна, множитель ослабления, дифракционный метод, профиль трассы.

Волноводные излучатели имеют широкую ДН, малый КНД, плохо согласованы со свободным пространством. Для повышения направленности, КНД и улучшения согласования переходят к рупорным антеннам.

Рупорная антенна состоит из рупора — отрезка волновода с плавно расширяющимся сечением и устройства питания рупора — волновода с возбуждающим устройством.

Рупор преобразует участок плоской полны малых размеров в поперечном сечении волновода в участок приблизительно плоской волны, значительно больших размеров в раскрыве рупора. Это приводит к сужению ДН и увеличению КНД по сравнению с волноводным излучателем. Кроме того, увеличение размеров поперечного сечения приводит в большинстве случаев к тому, что волновое сопротивление рупора стремится к волновом сопротивлению свободного пространства, что улучшает согласование антенны со свободным пространством.

К числу основных типов рупорных антенн относятся (pис.1) секториальный, пирамидальный и конический рупоры.

Секториальным рупором называют такой рупор, у которого увеличивается лишь один размер поперечного сечения прямоугольного волновода, а второй размер остается постоянным. Различают Н-секториальный рупор (рис. 1 а), когда увеличивается размер волновода в плоскости Н, и Е-секториальный рупор (рис.1 б) когда увеличивается размер волновода в плоскости Е.

Пирамидальным рупором (рис. 1 в) называют такой рупор у которого увеличиваются размеры в обеих плоскостях.

Конический рупор (рис. 1 г) —это рупор с расширяющимся круглым поперечным сечением.

Антенны в виде открытого конца волновода обладают слабой направленностью, и их коэффициент усиления находится обычно в пределах 6—7 дБ. Такие антенны чаще всего используют в качестве элементов фазированных антенных решеток, в облучателях простейших параболических антенн, а также в качестве слабонаправленных антенн летательных аппаратов.

Для увеличения направленности и уменьшения отражения от открытого конца волновода применяют рупорные излучатели. На рис. 1 а показан Н-секториальный рупор, расширяющийся в плоскости вектора Н. В рупоре возникает волна, подобная волне Н₁₀ в прямоугольном волноводе. Однако секториальный рупор отличается от волновода тем, что в нем фронт волны образует цилиндрическую поверхность, фазовая скорость является переменной величиной, зависящей от отношения a/l, поле на большом расстоянии от горловины рупора принимает вид чисто поперечной волны.

Фазовая скорость приближенно определяется формулой (1) и вблизи раскрыва рупора приближается к скорости света, что приводит к уменьшению отражения волны от излучающей поверхности раскрыва.

Если угол раствора рупора l_н мал, то фронт волны в выходном отверстии близок к плоскому и для расчета ДН в плоскости Н может быть использована формула (1). Главный лепесток ДН сужается примерно во столько же раз, во сколько увеличивается размер а раскрыва рупора по сравнению с размером широкой стенки прямоугольного волновода. При увеличении угла раствора рупора а_н фронт волны в раскрыве искривляется, а это приводит к расширению ДН. Фаза поля на краю раскрыва по сравнению с ее значением в середине раскрыва может быть определена по приближенной формуле, полученной из геометрических построений :

(2)

где R— длина рупора. Распределение фазы поля в выходном отверстии рупора подчиняется квадратичному закону.

Как показывают расчеты, КНД рупорной антенны при фиксированной длине рупора имеет характерную зависимость от размера раскрыва , показанную на рис.2. Наличие максимума объясняется тем, что при увеличении угла раствора рупора, с одной стороны, увеличивается относительный размер раскрыва , что ведет к сужению ДН, с другой —

Рис 2. Зависимость КНД от размеров Н-секториального рупора

согласно (2) быстро увеличивается квадратичная фазовая ошибка |Ф₂|, ведущая к расширению ДН. В результате действия двух этих факторов при определенном электрическом размере раскрыва имеет место максимальный КНД. Оказывается, что при любой длине рупора максимум КНД получается при квадратичной фазовой ошибке на краю рупора, равной 135°. Н-секториальный рупор, удовлетворяющий этому условию, принято называть оптимальным. Полный КИП оптимального Н-секториального рупора равен примерно 0,64 (0,81 — апертурный КИП, обусловленный спадающим до нуля на краях раскрыва амплитудным распределением; 0,79 — КИП, обусловленный квадратичной фазовой ошибкой).

Наряду с Н-секториальными применяют Е-секториальные рупоры, расширяющиеся в плоскости вектора Е. Ширина ДН в плоскости Н- Е-секториального рупора такая же, как и у открытого конца волновода, а в плоскости Е ширина луча с увеличением размера bуменьшается, если угол раствора взят достаточно малым. В Е-секториальном рупоре амплитудное распределение поля в раскрыве приблизительно равномерное и квадратичная фазовая ошибка на краю раскрыва, соответствующая оптимальному рупору с наибольшим КНД, составляет 90°. При |Ф₂| 0 ) ДН пирамидального рупора мало отличаются от ДН синфазного прямоугольного раскрыва с соответствующим амплитудным распределением и поэтому могут быть рассчитаны по формулам (1) и (2). Для уменьшения длины рупора обычно допускается квадратичное искажение фазы поля в раскрыве |Ф₂| = 135° в плоскости Н и |Ф₂| =90° в плоскости Е.

Такой рупор, как отмечалось, называется оптимальным, и его КИП грубо оценивается формулой , где первый множитель учитывает неравномерность амплитудного распределения в плоскости Н, а второй — наличие квадратичных фазовых искажений в плоскостях Е и Н.

Помимо рупоров прямоугольного поперечного сечения находят применение рупоры круглого сечения, а именно конические рупоры. Они образуются путем расширения открытого конца круглого волновода, возбуждаемого волной Н₁₁. Излучение конического рупора аналогично излучению пирамидального рупора, и он также имеет оптимальные размеры, которые можно рассматривать как средние между размерами оптимальных Е- и Н-плоскостных рупоров.

Достоинствами рупорных антенн являются простота и неплохие диапазонные свойства. Практически все оптимальные и более длинные рупоры могут быть использованы во всей рабочей полосе частот питающего волновода. Самостоятельно рупорные антенны чаще всего применяются в измерительных установках, например как эталонные антенны с известным коэффициентом усиления. Кроме того, рупоры широко используются для облучения зеркальных и линзовых антенн, а также в конструкциях антенн других типов, например импедансных.

Основным недостатком рупорной антенны является наличие фазовых искажений в раскрыве. Для уменьшения этих искажений приходится увеличивать длину рупора.

Для получения, например, ширины ДН, равной 5°, длина Н-рупора должна быть больше 60л,, т. е. рупор оказывается весьма громоздким. Отсюда видно, что формирование острых ДН с помощью обычных рупорных антенн затруднено. Этот недостаток можно устранить несколькими способами:

1) использованием многорупорных антенн. Апертура размером L образуется n рупорами с апертурами L/n . При этом длина антенны R может быть уменьшена в n^2 раз. Этот способ, однако, сильно усложняет как саму антенну, так и систему питания ее;

2) коррекцией фазовых искажений с помощью фазовыравнивающих устройств. В качестве последних используются или диэлектрические линзы, устанавливаемые в раскрыве рупора (рис. 4 а), или геодезические (металловоздушные) линзы (рис. 4 б). Профиль геодезической линзы выбирается так, что-

бы длина геометрического пути от вершины рупора до любой точки раскрыва была одной и той же. Очевидно, что использование геодезических линз возможно только в векториальных рупорах. Рупорные антенны имеют ряд ценных качеств: они просты по конструкции, диапазоны, имеют относительно низкий уровень боковых лепестков. Однако они неудобны для создания узких ДН из-за ограничений налагаемых фазовыми искажениями поля в раскрыве. Рупорные антенны без фазовой коррекции используются для формирования широких ДН (десятки градусов). Такие антенны широко применяются как облучатели зеркальных и линзовых антенн и в качестве антенн измерительных приборов.

Для формирования узких ДН (единицы градусов) применяют рупорные антенны с фазовыравнивающими устройствами. Еще более острые ДН можно получить, используя системы из большого числа рупоров — антенные решетки.

1. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. – М.: Энергия, 1975.

2. Шифрин Я.С. Антенны. ВИРТА им. Говорова Л.А. 1976.

3. Гавеля Н.П., Истрашкин А.Д., Муравьев Ю.К. Серков В.П. Антенны. Под ред. Муравьева Ю.П. ВКАС. 1963. Ч.1, ч2.

Рупорная антенна - металлическая конструкция, состоящая из 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.

Содержание

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

Усиление рупорной антенны определяется площадью её раскрыва и может быть рассчитано по формуле:

<\lambda^2>\nu" width="" height="" />
, где — площадь раскрыва рупора, -- КИП (коэффициент использования поверхности рупора), равный 0.6 для случая, когда разность хода центрального и перифирийного лучей менее, но близка к , и 0.8 при применении выравнивающих фазу волны устройств.

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости H:

$2\phi_<0H></p> <p>=170^\circ\frac<\lambda>$

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости E:

$2\phi_<0E></p> <p>=115^\circ\frac<\lambda>$

Так как При равенстве и ДНА в плоскости Н получается в 1.5 раза шире, часто, для получения одинаковой ширины лепестка в обоих плоскостях , выбирают

$\pi/2$

Для удержания фазовых искажений в раскрыве рупора в допустимых пределах (не более ) необходимо, чтобы выполнялось условие (для пирамидального рупора):

<4\lambda>\left( \frac + \frac \right)\leqslant\frac<\pi>" width="" height="" />
, где и — высоты граней пирамиды, образующей рупор.

Типы рупорных антенн

Пирамидальный рупор - антенны в форме четырехгранной пирамиды, с прямоугольным сечением. Они являются наиболее широко используемый типом рупорных антенн. Излучает линейно-поляризованные волны.
Секторальный рупор - пирамидальные рупора с расширение 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 рупора - раскрыв рупоров с параллельными щелями или канавки, малой по сравнению с длиной волны. Канавки покрывают внутреннюю поверхность рупора, поперек оси.

Гофрированные рупора 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, а которой конструктивно связаны парабола и рупор. Преимуществом этой конструкции по сравнению с рупорной - 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.

Настройка антенны

Настройка КСВ антенны производится в ее волноводной части или в КВП выбором положения и размеров запитки КВП. Настройка в волноводной части производится штырями или диафрагмами.

Ссылки

Примечания

Викифицировать список литературы, используя шаблон > , и проставить ISBN.
Проставив сноски, внести более точные указания на источники.

Антенны
Излучатели антенных решёток
Радиолюбительство

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Рупорная антенна" в других словарях:

РУПОРНАЯ АНТЕННА — антенна в виде отрезка радиоволновода, расширяющегося к открытому концу. Форма раскрыва рупора выбирается в соответствии с требуемой диаграммой направленности (рис.). Согласование Р. а. с открытым пр вом определяется размером раскрыва, формой и… … Физическая энциклопедия

рупорная антенна — Антенна в виде волновода с плавно расширяющимся поперечным сечением в сторону открытого конца. [ГОСТ 24375 80] Тематики радиосвязь Обобщающие термины антенны … Справочник технического переводчика

РУПОРНАЯ АНТЕННА — состоит из металлического расширяющегося раструба (рупора) и подсоединенного к нему волновода. Используют для направленного излучения и приема радиоволн сверхвысоких частот диапазона, в основном в качестве облучателей, напр. зеркальных антенн … Большой Энциклопедический словарь

рупорная антенна — 3.9 рупорная антенна: Антенна, образованная расширением стенок волновода, питающего ее. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

рупорная антенна — состоит из металлического расширяющегося раструба (рупора) и подсоединённого к нему волновода. Используют для направленного излучения и приёма радиоволн СВЧ диапазона, в основном в качестве облучателей, например зеркальных антенн. * * * РУПОРНАЯ… … Энциклопедический словарь

рупорная антенна — ruporinė antena statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. horn aerial; horn antenna; horn type antenna vok. Hornantenne, f; Trichterantenne, f rus. рупорная антенна, f pranc. antenne à cornet, f … Fizikos terminų žodynas

Рупорная антенна — антенна, состоящая из металлического расширяющегося раструба (рупора) и подсоединённого к нему Радиоволновода. Р. а. применяют для направленного излучения и приёма радиоволн (См. Излучение и приём радиоволн) СВЧ диапазона в качестве… … Большая советская энциклопедия

Рупорная антенна — 1. Антенна в виде волновода с плавно расширяющимся поперечным сечением в сторону открытого конца Употребляется в документе: ГОСТ 24375 80 … Телекоммуникационный словарь

биконическая рупорная антенна — dvikūgė ruporinė antena statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. biconical horn antenna vok. Doppelkonushornantenne, f rus. биконическая рупорная антенна, f pranc. cornet double, m … Radioelektronikos terminų žodynas

Антенна — устройство для излучения и приёма радиоволн. Передающая А. преобразует энергию электромагнитных колебаний высокой частоты, сосредоточенную в выходных колебательных цепях радиопередатчика, в энергию излучаемых радиоволн. Преобразование… … Большая советская энциклопедия

Читайте также: