4 РУПОРНЫЕ АНТЕННЫ
4.1 Антенны в виде открытого конца волновода
В качестве слабонаправленных антенн УКВ широко используются антенны в виде открытого конца волноводов прямоугольного или круглого сечений. Электромагнитная волна, распространяющаяся по волноводу, дойдя до его открытого конца, частично излучается и частично отражается. Физическими источниками излучения являются электрические токи, возбуждаемые главным образом, на внутренних стенках волновода.
В инженерном решении приближенно полагают, что структура электромагнитного поля в плоскости открытого конца волновода такая же, как в поперечном сечении бесконечно длинного волновода, т. е. пренебрегают волнами высших типов, излучением токов, затекающих на наружные поверхности стенок волноводов, и не учитывают волны, отраженные от открытого конца волновода. В случае волновода прямоугольного сечения (рис.9.1), возбуждаемого основной волной Н10, на его открытом конце существуют взаимно перпендикулярные тангенциальные составляющие поля Еу и Нх, зависимость которых от координат известна.
Рисунок 3.1- Открытый вид прямоугольного элемента
Таким образом, характеристику направленности открытого конца волновода
прямоугольного сечения в плоскости Е, параллельной размеру b поперечного сечения, можно представить в виде произведения множителя системы плоского раскрыва на характеристику направленности элемента Гюйгенса в этой плоскости.
В плоскости Н характеристика направленности открытого конца волновода прямоугольного сечения представляет собой произведение множителя системы синфазного раскрыва с косинусоидальным распределением амплитуды возбуждающего поля на характеристику направленности элемента Гюйгенса в плоскости Н.
Поскольку поперечные размеры прямоугольного волновода а и b невелики и соизмеримы с длиной волны л (обычно для стандартных волноводов а = 0,75л, b = 0,35л) и поверхностные токи затекают на внешние стенки волновода, то ДН антенны в виде открытого конца волновода имеет один широкий лепесток, т. е. антенна является слабонаправленной.
Следует отметить, что точность расчетов по апертурным формулам является удовлетворительной только в переднем полупространстве.
Характеристики направленности открытого конца волновода круглого сечения радиусом а в плоскостях Е и Н можно рассчитать по приближенным формулам, полученным при тех же допущениях, что и для прямоугольного волновода. При этом множитель системы выражается цилиндрическими функциями.
Антенны в виде открытого конца волновода применяются в сантиметровом диапазоне волн в тех случаях, когда требуется широкая ДН. Их часто используют в качестве облучателей зеркальных антенн.
Антенна в виде открытого конца волновода оказывается плохо согласованной со свободным пространством из-за резкого изменения условий распространения при переходе от волновода к свободному пространству. Коэффициент отражения от открытого конца прямоугольного волновода достигает значения 0,25...0,3, коэффициент отражения от открытого конца круглого волновода несколько меньше и составляет 0,1... 0,25.
Применяя подстроечные элементы, можно значительно снизить коэффициент отражения от открытого конца волновода.
