Додаток 7
РУПОРНА АНТЕННА
Вихідними для розрахунку рупорної антени (рис. П7.1) є:
- Довжина хвилі або діапазон робочих довжин хвильλмін ... λмакс;
- потужність випромінювання;
- ширина діаграми спрямованості за рівнем половинної потужності ( ) або коефіцієнт спрямованої діїD.
Порядок розрахунку розмірів та параметрів рупорної антени.
1. Вибирається тип хвилеводу (його геометричні розміри).
Вибір розмірів рупорної антени починають із вибору розміру стандартного хвилеводу, що живить рупор. Вибір розмірів прямокутного хвилеводу проводиться з умови режиму роботи з хвилею основного типуН10
, . (П7.1)
Зазвичай вибирають стандартний хвилевід.
2. Визначається тип збудливого пристрою, розраховуються його розміри.
Рупорна антена може збуджуватись хвилеводною лінією передачі або коаксіальним кабелем. У першому випадку жодних перехідних пристроїв не потрібно. При збудженні рупора від передавача з коаксіальним виходом необхідно здійснити узгоджений перехід від коаксіального кабелю до хвилеводу. Зазвичай застосовують збудник електричного типу як штиря (рис. П7.1). Для забезпечення режиму хвилі, що біжить, підбирають: відстань до стінки хвилеводуZ1, висоту штирьового збудникаh.Ці два ступені свободи потрібні для того, щоб вхідний опір у місці переходу був чисто активним і рівним хвильовому опору фідера (WФ).
Якщо штир розташований у середині широкої стінки хвилеводу, тоZ1приймають рівнимλВ/4, а висота штиряhзнаходиться зі співвідношення
, (П7.2)
де - Довжина хвилі в хвилеводі,рівна
. (П7.3)
У реальних конструкціяхZ1 іhдопускають підстроювання:Z1 - шляхом переміщення короткозамикаючого поршня, а висота штиря зазвичай підбирається в процесі налаштування його заміною.
3. Визначається довжина хвилеводу від збудливого штиря до горловини рупору Z2 за формулою
. (П7.4)
4. Визначаються розміри розкриття рупору.
При заданому коефіцієнті спрямованої дії площа розкриття дорівнює
, (П7.5)
тут - коефіцієнт використання площі розкриття. Для пірамідального рупора приймається рівним 0,5.
Співвідношення між сторонами розкриттяаР /bР, якщо немає додаткових вимог, вибирається так, щоб головні пелюстки діаграми спрямованості обох площинах мали однакову ширину, тобто.
.
За цих умов розміри сторін визначаються так
та . (П7.6)
Якщо задана ширина діаграми спрямованості в градусах за рівнем половинної потужності, то вибір розмірів для пірамідального рупора здійснюється за такими формулами:
- у площині вектораЕ: , (П7.7)
- У площині вектораН: . (П7.8)
5. Визначається довжина рупору.
Для секторіальних рупорів довжина може бути визначена з виразу:
, (П7.9)
тутL- значення сторони розкриття; - допустима різниця ходу променів, вЕ-площині можна прийняти, вН-площини - .
Для пірамідальних рупорів, крім того, при виборі довжини слід забезпечити правильне сполучення рупора з живильним хвилеводом. Розміри рупора при цьому перебувають з урахуванням наступного співвідношення
. (7.10)
Таким чином, для пірамідальних рупорів довжина повинна вибиратися з урахуванням двох співвідношень (П7.9) та (П7.10). Тому придопустимої фазової помилки довжина рупора повинна задовольняти одночасно двом нерівностям
та . (П7.11)
Вибирається найбільше з цих двох значень.
6. Розраховуються характеристики спрямованості рупорної антени.
Якщо вважати, що поле в розкриві рупора синфазно, а амплітудне розподіл таке ж, як і у поля в поперечному перерізі хвилеводу живлення, то діаграми спрямованості (по полю) пірамідального рупора можуть бути розраховані за формулами:
, (П7.12)
, (П7.13)
або вважаючи, що формули (П7.12) і (П7.13) можуть бути спрощені
, (П7.14)
. (П7.15)
Тут кутиqіjвідраховуються від нормалі до розкриття рупора. За результатами розрахунку будуються нормовані діаграми спрямованості рупорної антени.
Якщо для отримання вузьких діаграм спрямованості застосовується антенна решітка, то для розрахунку діаграми спрямованості слід вирази (П7.12…П7.15) помножити на множник грат.
7. Розраховується коефіцієнт відбиття від розкриття рупорної антени
. (П7.16)
8. Вибирається схема фідерного тракту та виконується розрахунок лінії передачі.
Після вибору схеми лінії передачі визначається сумарне згасання в регулярній частині лінії передачі (втрати в скрутках, згинах, вентилях, фазообертачі, розподілені втрати в хвилеводному тракті). Обчислюється максимальне значення очікуваного з ймовірністю 0,9 сумарного коефіцієнта відбиття на вході лінії передачі (з урахуванням відбиття від розкриття рупора). Розраховується ККД лінії передачі.
9. Обчислюється ККД антенно-фідерного тракту та необхідна потужність передавача.
. (П7.17)
ККД рупорної антени можна прийняти рівним 0,9...0,95.
. (П7.18)
10. Виконується конструктивнийрозрахунок антени та її ескіз.