Рупорная антенна

Широкополосная измерительная рупорная антенна на частоты 0,8 – 18 ГГц

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.

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 рассчитано по формуле:

$D=4\pi\frac{S}{\lambda^2}\nu$, где $~S=L_EL_H$ — площадь раскрыва рупора, $~\nu$ -- 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:

$2\phi_{0H}=170^\circ\frac{\lambda}{L_H}$

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости E:

$2\phi_{0E}=115^\circ\frac{\lambda}{L_E}$

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

$~L_H=1{,}5L_E$

Для удержания фазовых искажений в раскрыве рупора в допустимых пределах (не более $\pi/2$ ) необходимо, чтобы выполнялось условие (для пирамидального рупора):

$\frac{\pi}{4\lambda}\left( \frac{L^2_E}{R_e} + \frac{L^2_H}{R_H} \right)\leqslant\frac{\pi}{2}$, где $~R_E$ и $~R_H$ — высоты граней пирамиды, образующей рупор.

Типы рупорных антенн

Облучатель параболической антенны в виде конического рупора с канавками

• 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

• 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?: Викифицировать список литературы, используя шаблон {{книга}}, и проставить ISBN. Проставив сноски, внести более точные указания на источники.