Исследование рупорных антенн, страница 4

1.2  Согласование рупорных антенн

с питающим волноводом

Основная часть электромагнитной энергии излучается рупором в окружающее пространство. При этом некоторая часть энергии отражается обратно к генератору. Коэффициент отражения зависит от соотношения фазовой скорости волны в раскрыве рупора и фазовой скорости волны в свободном пространстве (т.е. скорости света). Если в волноводе фазовая скорость волны равна

                                              ,                                   (12)

где  а – размер широкой стенки волновода,

то в раскрыве рупора:

                                                                               (13)

В Н-секториальном рупоре (рис.4) размер L постепенно изменяется от

величины «а» в волноводе до L_Н в раскрыве. В соответствии с этим плавно изменяется и фазовая скорость от V_фв до V_фр = с, обеспечивая тем самым хорошее согласование волновода со свободным пространством.

В Е-секториальном рупоре размер L остается неизменным (L= L_Н = в) по всей его длине и поэтому фазовая скорость в таком рупоре остается  постоянной и изменяется скачком при переходе волны из рупора в свободное пространство (рис.5).

  Это приводит к отражению значительной  части энергии от раскрыва рупора в питающий волновод.

Таким образом, Е- секториальный рупор хуже согласован с волноводом по сравнению с Н- секториальным рупором. Пусть   а =.0.7l..

       Тогда           Ом,

а коэффициент отражения от раскрыва рупора равен

      ,

 Коэффициент бегущей волны в волноводе определится  из

формулы

          КБВ = ,

что существенно меньше по сравнению с Н-секториальным рупором.

1.3  Коэффициент направленного действия,

коэффициент использования поверхности

и коэффициент усиления рупорной антенны

Коэффициент направленного действия (КНД) любой реальной поверхностной антенны, в том числе и рупорной, определяется по формуле:

                                                 ,                                            (14)

где  s – геометрическая площадь поверхности  раскрыва антенны,

       l - длина волны,

       n - коэффициент использования поверхности раскрыва.

Величина n определяется неравномерностью распределения амплитуды и фазовыми искажениями в раскрыве рупора. Чем больше поля вторичных источников  в центре раскрыва и на краю отличаются по амплитуде и фазе, тем меньше значение коэффициента использования поверхности и соответственно меньше КНД.

В оптимальных рупорах n = 0,61. В случае, когда размеры рупоров отличны от оптимальных, коэффициент направленного действия пирамидального рупора может быть выражен как произведение коэффициентов направленного действия Н-секториального и Е-секториального рупоров:

                                      ,                             (15)