Дослідження рупорних антен
Сторінки роботи
зміст роботи
Дослідження рупорних антен
До рупорних антен переходять підвищення спрямованості, КНД і поліпшення узгодження, т.к. хвилеводні випромінювачі мають широку ДН, малий КНД, погано узгоджений з вільним простором. Тому особливе застосування вони знаходять, будучи використаними як випромінювачі в спрямованих антенах.
Виділяють кілька типів рупорних антен.
Н - та Е - секторіальніутворені шляхом плавного розширення пари протилежних стінок прямокутного хвилеводу.
Пірамідальнийутворені шляхом плавного розширення всіх стінок прямокутного хвилеводу.
Коробчастіутворені шляхом стрибкоподібного розширення стінок прямокутного хвилеводу. Вони дозволяють отримати у невеликій смузі частот майже рівномірний розподіл поля Е та Н площинах.
Конічні та біконічніутворені шляхом плавного лінійного розширення поперечного перерізу круглих хвилеводів. Вони дозволяють отримати голчасті АДН із шириною головної пелюстки 9-12 градусів.
Параметри та їх розрахунок
Для знаходження поля випромінювання використовується апертурний метод. Поле на зовнішній поверхні стінок рупора належить рівним нулю. Єдиним критерієм прийнятності апертурного методу є експеримент.
З урахуванням циліндричних координат напруженість електричного поля можна записати з точністю до множника:
де - кут розкриття рупора, а залежність амплітудного множника від обумовлена циліндричністю хвилі.
Відповідно до прийнятих вище припущень вираз; (5.10) оли-сывает електричне поле і нарозкриття розглянутого рупора - відрізку відповідного квазірегулярного хвилеводу. Лз цього виразу, зокрема, випливає, що на будь-якій малій
Перетворення плоскої хвилі на циліндричну
у H-площинному секторіальному рупорі
Циліндрична система координат, пов'язана
з H-площинним секторіальним рупором майданчику розкриття рупора поле має ту саму орієнтацію. Таким чином, до рупорного випромінювача застосовна теорема перемноження(2.74),причому елементом випромінювання є джерело Гюйгенса, а множник системи може бути визначений шляхом перетворення Фур'є від амплітудно-фазового розподілу (5ЛО).
Для розрахунку множника системи лерейдем у вираженні від циліндричних координат ρ, φ до прямокутнихх, уу плоскості, розкриває. Тоді з урахуванням рис.3 можна записати:
звідки) φ/φo=2x/ар. При записі цих співвідношень враховано, що кут розкриває рупора 2φ0 малий, тобто ap/Rн aр. В E-площині амплітудно-фазовий розподіл струму в ЕЛА визначимо, проінтегрувавши співвідношеннях.Очевидно, що ЕЛА, орієнтована вздовж осіуі має довжину b,буде синфазною з .рівномірним амплітудним розподілом струму Iе(y).
Встановлений характер амплітудно-фазового розподілу струму ЕЛА дозволяє розрахувати перерізи множника системи головними площинами. Так, в E-площині множник системи співпадатиме з виразом ( ). У H-площині множник
системи буде близьким до формули ( ) лише для рупорів з малим кутом розкриває 2фо≈ар/Rн, коли максимальна квадратична фазова помилка qmax =ka2/4Rнневелика. Зміна кута розкриття 2φ0 складним чином впливає на вигляд множника системи в H-площині та його параметри. З одного боку, збільшення кута 2φо, що еквівалентно зростаннюарпри незмінному Rн,призводить до зростання хвильових розмірів еквівалентної лінійної тіни і, отже, має супроводжуватися звуженням головної пелюстки множника системи. З іншого боку, збільшення
Рис.5 .Залежність Dтяхвід розмірів H-площинного секторіального рупора
2φо (абоар)призводить до зростання квадратичної фазової помилки, що супроводжується розширенням головної пелюстки та зростанням рівня бічних. З цього випливає, що залежність максимального КНД від величини ар має екстремальний характер: при ap=ap opt величина Dmах досягає найбільшого значення. Оптимальна ширина рупораар opt,, як і найбільше значення Dmах, залежить від довжини рупораRa.На рис. 5 наведено графіки залежності Dmах від ар іRa,розраховані для випадку b/λ=1. Якщо у рупора інше значення b/λ, тс величину Dmax*λ/b, знайдену з графіка, потрібно помножити на фактичне значення b/λ. Розрахунки показують, що зв'язок apopt зRнвизначається співвідношенням
Аналогічно можна визначити характеристики рупорів інших типів.
Через спадаючі амплітудні розподіли в рупорах з лінійним розширенням розмірів поперечного перерізу не вдається отримати високий КВП (навіть при оптимально обраних розмірах ξ=0,5 . 0,65). Цей недолік долається у коробчатих рупорах. Практично рівномірний амплітудне розподіл на розкриві коробчатого рупора вдається забезпечити з допомогою порушення у ньому багатохвильового режиму. Розглянемо, наприклад, коробчатий рупор, утворений стрибкоподібним.розширенням прямокутного хвилеводу в H-площині. У