Приложение 7. Рупорная антенна

Обычно выбирают стандартный волновод.

2. Определяется тип возбуждающего устройства, рассчитываются его размеры.

Рупорная антенна может возбуждаться волноводной линией передачи или коаксиальным кабелем. В первом случае никаких переходных устройств не требуется. При возбуждении рупора от передатчика с коаксиальным выходом необходимо осуществить согласованный переход от коаксиального кабеля к волноводу. Обычно применяют возбудитель электрического типа в виде штыря (рис. П7.1). Для обеспечения режима бегущей волны подбирают: расстояние до стенки волновода Z1 , высоту штыревого возбудителя h. Эти две степени свободы нужны для того, чтобы входное сопротивление в месте перехода было чисто активным и равным волновому сопротивлению фидера (WФ).

Если штырь расположен в середине широкой стенки волновода, то Z1 принимают равным λВ/4, а высота штыря h находится из соотношения

, (П7.2)

где - длина волны в волноводе, равная

. (П7.3)

В реальных конструкциях Z1 и h допускают подстройку: Z1 - путем перемещения короткозамыкающего поршня, а высота штыря обычно подбирается в процессе настройки его заменой.

3. Определяется длина волновода от возбуждающего штыря до горловины рупора Z2 по формуле

. (П7.4)

4. Определяются размеры раскрыва рупора.

При заданном коэффициенте направленного действия площадь раскрыва равна

, (П7.5)

здесь - коэффициент использования площади раскрыва. Для пирамидального рупора принимается равным 0,5.

Соотношения между сторонами раскрыва аР /bР, если нет дополнительных требований, выбирается так, чтобы главные лепестки диаграммы направленности в обеих плоскостях имели одинаковую ширину, т. е.

.

При этих условиях размеры сторон определяются так

и . (П7.6)

Если задана ширина диаграммы направленности в градусах по уровню половинной мощности, то выбор размеров для пирамидального рупора производится по следующим формулам:

- в плоскости вектора Е: , (П7.7)

- в плоскости вектора Н: . (П7.8)

5. Определяется длина рупора.

Для секториальных рупоров длина может быть определена из выражения:

, (П7.9)

здесь L - значение стороны раскрыва; - допустимая разность хода лучей, в Е-плоскости можно принять , в Н–плоскости - .

Для пирамидальных рупоров, кроме того, при выборе длины следует обеспечить правильное сопряжение рупора с питающим волноводом. Размеры рупора при этом находятся с учетом следующего соотношения

. (7.10)

Таким образом, для пирамидальных рупоров длина должна выбираться с учётом двух соотношений (П7.9) и (П7.10). Поэтому при допустимой фазовой ошибке длина рупора должна удовлетворять одновременно двум неравенствам

и . (П7.11)

Выбирается большее из этих двух значений.

6. Рассчитываются характеристики направленности рупорной антенны.

Если полагать, что поле в раскрыве рупора синфазно, а амплитудное распределение такое же, как и у поля в поперечном сечении питающего волновода, то диаграммы направленности (по полю) пирамидального рупора могут быть рассчитаны по формулам:

, (П7.12)

, (П7.13)

или полагая, что , формулы (П7.12) и (П7.13) могут быть упрощены

, (П7.14)

. (П7.15)

Здесь углы q и j отсчитываются от нормали к раскрыву рупора. По результатам расчета строятся нормированные диаграммы направленности рупорной антенны.

Если для получения узких диаграмм направленности применяется антенная решетка, то для расчета диаграммы направленности следует выражения (П7.12 … П7.15) умножить на множитель решетки.

7. Рассчитывается коэффициент отражения от раскрыва рупорной антенны

. (П7.16)

8. Выбирается схема фидерного тракта и выполняется расчет линии передачи.

После выбора схемы линии передачи определяется суммарное затухание в регулярной части линии передачи (потери в скрутках, изгибах, вентилях, фазовращателях, распределенные потери в волноводном тракте). Вычисляется максимальное значение ожидаемого с вероятностью 0,9 суммарного коэффициента отражения на входе линии передачи (с учетом отражения от раскрыва рупора). Рассчитывается КПД линии передачи.

9. Вычисляется КПД антенно-фидерного тракта и требуемая мощность передатчика.

. (П7.17)

КПД рупорной антенны можно принять равным 0,9 … 0,95.

. (П7.18)

10. Выполняется конструктивный расчет антенны и ее эскиз.