Антенна для командно-измерительного комплекса низколетящих искусственных спутников Земли, страница 5

Основные типы рупоров образуются в результате расширения прямоугольного волновода. Если расширение прямоугольного волновода происходит только в одной  плоскости, то получается секториальный рупор. В зависимости от ого, в какой плоскости  происходит расширение, различают Н- плоскостные и Е- плоскостные секториальные рупоры. Если прямоугольный волновод расширяется сразу в двух плоскостях, получается пирамидальный рупор.

Отличительной особенностью поля в Е- плоскостном рупоре от поля в волноводе является цилиндрический фронт волны.

Очевидно, что в пирамидальном рупоре все эти величины, полученные при сечении рупора плоскостью Е, в общем случае будут отличаться от соответствующих величин, полученных при сечении рупора плоскостью Н.

В раскрыве рупора будут возникать фазовые искажения и максимальная фазовая ошибка, в плоскости Е, будет составлять:

                                                             (14)

Эти фазовые искажения соответствуют следующим размерам рупора:

                                                                     (15)

Рис. №8 Структура поля в Е-секториальном рупоре.

Максимальный сдвиг фазы поля в раскрыве относительно его середины очевидно будет на краях рупора и составит величину, для плоскости Н:

                                                        (16)

Из этой формулы следует, что при заданной величине раскрыва поле в раскрыве будет тем меньше отличаться от синфазного, чем больше длина рупора. Однако рупоры большой длины конструктивно неудобны. Габаритные ограничения требуют нахождения компромиссного решения, т. е. определение такой длины рупора, при которой максимальный фазовый сдвиг в его раскрыве не будет превышать некоторой допустимой величины. Эта величина обычно определяется небольшим значением коэффициента направленного действия, которое можно получить от рупора заданной длины. Допустимый максимальный фазовый сдвиг составляет 3∙π/4, что соответствует следующему соотношению между оптимальной длиной рупора, размером раскрыва а_р  и длиной волны λ.

R_опт = а²_р/3 λ                                                    (17)

Если длину рупора взять больше оптимальной , определяемой формулой (17), то при той же площади раскрыва КНД рупора возрастет. Однако это возрастание будет незначительным и в большинстве случаев не оправдывает увеличения габаритов. Таким образом, увеличение длины рупора по сравнению с его оптимальной длиной не может повысить КНД более чем на 20%.

Коэффициент полезного действия рупорных антенн вследствие малых потерь практически может быть принят за единицу. Поэтому коэффициент направленного действия и коэффициент усиления рупорных антенн практически совпадают.

Параметры рупора.

Для подавления волн высших порядков размеры поперечного сечения a и b выбираются из соотношения:

                                                   (18)

a = 0,03485 м

b = 0,01905 м

Ширина ДН на уровне половинной мощности пирамидального рупора:

, следовательно                            (19)

Ширина ДН по направлениям нулевого излучения для пирамидального рупора:

                   (20)

Диаграмма направленности пирамидального рупора:

                                (21)

                          (22)

Рис. №9 ДН рупора в плоскости Е.

Рис. №9 ДН рупора в плоскости Н

Длина пирамидального рупора:

                                                               (23)

Для обеспечения соединения с волноводом примем R_E, R_H равными:

Максимальный коэффициент направленного действия для пирамидального рупора:

                                          (24)