Рупорные антенны. (Лекция 12)

1. Рупорные антенны

Лекция 12

2.

Это апертурная антенна, у которой в соответствие
с теоремой эквивалентности выделяется плоская
поверхность раскрыва S, формирующая
остронаправленное излучение.
КИП 1
510
2 0,5 р
КРЛ
L
ширина луча апертурных антенн в плоскости
перпендикулярной поверхности раскрыва,
где КРЛ ∑ ≥1-коэффициент расширения луча.

3.

Рассмотрим излучения из открытого
конца прямоугольного волновода
возбуждаемого волной H10.
Тангенсальные компоненты поля в
раскрыве волновода представляют собой
сумму падающей и отраженной волн
основного типа колебаний.
x
(1 Г ) sin ,
a
2
1
(
2
а
)
x
H x уэ (1 Г )
sin ,
Z0
a
Eу
хм
(1)
Г- коэффициент отражения от открытого конца волновода

4.

Раскрыв волноводасоединение 2 линий передач с
2
(2)
DH распределения эквивалентных токов в плоскости Е (пл. УОZ)
θ
θ
θ
θ
(3)
DH распределения эквивалентных токов в плоскости Н (пл. ХОZ)
а
θ
θ
собственная DH f0(θ)
элементарного излучателя
с плоской поверхностью
раскрыва
θ
θ
(4)
DH системы fсист(θ) линейной
синфазной антенны
с равномерным (3)
косинусоидальным (4)
распределениями возбуждения

5.

DH по мощности в Е и Н-плоскостях.
1 Г 0
2 Г 0
( Г ) 0,2...0,3

6. Излучение из открытого конца круглого волновода.

Поле волны Н11
Рассматрим отдельно составляющие вектора Е:
Еу (поле основной поляризации),
Ех (поле поперечной поляризации, «кросс-поляризации») .
Представим раскрыв как две одновременно существующие
системы одинаково ориентированных излучателей Гюйгенса (Г=0),
пренебрегаем отраженной волной и волнами высших типов.
Полный вектор поля в т.н. Р:
(5)
E ( P) Eox ( P) f систx ( , ) Eоу ( P ) f систy ( , ),

7.

11
DH в главных плоскостях:
1 cos 2J1 ( )
1 cos
FE ( )
, FH ( )
2
2
J1 ( ) функция Бесселя первого рода
I порядка
J1 ( ) производная функции Бесселя
d 2a
11 1,84
( )
2J1
1
11
θ
-диаметр раскрыва
-первый корень производной
функции Бесселя
θ
θ
θ
θ
θ
2
,

8. Выводы при сравнении результатов с точным решением: 1. приближенное решение хорошо согласуется со строгим при небольших θ; 2.точность прибл

КНД синфазного раскрыва (прямоугольный раскрыв)
2
2
x
E
(
x
,
y
)
ds
E
cos
dxdy
p
mp
a
4 S
4 a / 2 b / 2
4 8 ab 4 0,81ab
D 2
E 2 p ( x, y )ds
2 a / 2 b / 2 E 2 cos 2 x dxdy 2 2
2
mp
S
(8)
a
a / 2 b / 2
a/2 b/2
Здесь КИП=0,81
Используя аналогичные вычисления для круглого раскрыва,
получаем КИП=0,84

9.

Рупорные антенны
Для увеличения направленности и уменьшения отражения
от открытого конца волновода.
Н-секториальный рупор, расширяющийся в плоскости вектора Н
с постепенным увеличением а.

10.

H 10
Возникает волна подобная волне
Н10 в прямоугольном волноводе.
Картина поля
МN-разница между фронтом
сферической волны и плоским
фронтом волны в раскрыве.
Картина поля волны Н10
Если угол раствора α мал- фронт волны близок к плоскому, главный
лепесток DH сужается(DH находим по формуле 4)
Если α не мал-фронт волны отличается от плоского, DH расширяется.
10

11.

R
Фаза поля на краю раскрыва по отношению к её значению в
середине определяется по формуле
(9)
R- длина рупора
КНD при фиксированном R зависит от размера а/λ. При ↑ а/λ, то
2θ0,5р ↓, но ↑φ2, DH расширяется.
При 2 факторах и (а/λ)опт имеем max D.
Оптимальный Н-секториальный рупор D=λ/в
для любого R→max КНD получается
при |φ2опт|=1350
а/ λ

12. Е- секториальный рупор

2θн0,5р аналогична открытому концу волновода
2θЕ0,5р↓ при ↑ b/λ.
АР равномерное,
=- 900
на краю раскрыва.
Если |φ2|<900 DH рассчитывается
по формуле (3).
расчет снижения КИП

13.

Сужает DH в плоскости векторов Е и Н.
Фазовые искажения:
(9а)
Если |φ2|<900 DH рассчитывается по формуле (3),(4)при Г=0.
Для уменьшения длины рупора допускают квадрат искажения
|φ2|≤1350 в Н плоскости
|φ2|≤900 в Е плоскости – оптимальный рупор.
КИПΣ= КИПа*( КИПφ)2 =0,81*(0,8)2 =0,52
КИПа учитывает неравномерность АР в плоскости Н,
КИПφ- фазовые искажения в плоскости Е и Н.
(10)

14.

,
Достоинства:
• Простота конструкции.
• Хорошие диапазонные свойства (а<λ< 2a).
• Используются в измерительных устройствах как эталонные
антенны с известной величиной КНД и для облучения линзовых
и зеркальных антенн, в импедансных антеннах.
Недостаток этих антенн-наличие фазовых искажений в раскрыве.
а2
Учитывая (10) имеем:
R R
Н
НОПТ
учитывая для Н рупора
а 67
2 0H,5 P
H0
2
67
0.5 P
a
3
RH 1500
2 H
0, 5 P
Следовательно формирование острых DH с помощью
рупорных антенн затруднительно.
0
2

15.

Используют:
• Многорупорные антенны.
Апертура L(размер раскрыва) определяется n рупорами с
апертурой L/a и длиной рупора R/n2
•Фазовыравнивающие устройства.
Длина геомерического пути б или электр. а от вершины
рупора до любой точки раскрыва должно быть
одинакова.
L/a
R
R/n2