Синфазная вибраторная антенна. Директорная антенна или антенна «волновой канал». Линзовые антенны. Щелевые антенны, страница 5

Фазовое распределение поля и токов в раскрыве рупора близко к синфазному, но все же отличается от него вследствие выпуклости фронта волны в конической части волновода (рупора) (рис. 1). При этом относительное фазовое запаздывание поля на краях раскрыва по отношению к полю на средней линии записывается для плоскостей Н и Е соответственно как

                   (3)

и                                                                         (3а)

                                                                (4)

и                                 ,                                                          (4а)

где размеры рупора R_H, В (в H плоскости) и R_E, А (в Е плоскости на рис.1 и 2 и

                            (5)

В произвольной точке раскрыва фазовые  искажения   составляют величину

                                                    (6)

и                                                (6а)

Таким образом, фазовые искажения являются четными (квадратичными) Они вызывают некоторое расширение главного лепестка диаграммы направленности, увеличение бокового излучения в обеих плоскостях и снижение КНД.

До определенного предела фазовые искажения   не оказывают заметного влияния на форму диаграмму направленности, равномерном амплитудном распределении таким   пределом принимают значение

Если же поле спадает к краям раскрыва как это имеет место в плоскости H, то в этой плоскости допустимы большие фазовые искажения, чем π/2. В частности, для косинусоидального распределения поля (1) максимальные допустимые фазовые искажения принимаются равными 3π/4. Это обусловлено тем, что края раскрыва в данном случае излучают слабо, и фазовые искажения в этой области рупора сказываются меньше.

Диаграмма направленности при незначительных фазовых искажениях (Ψ<π/2) определяется следующими двумя выражениями для синфазного раскрыва, первое из которых справедливо при равномерном амплитудном распределении (плоскость Е)

            ,                             (7)

а второе—при косинусоидальном   распределении (плоскость H)

,                             (8)

где первые множители в выражениях (8) и (9) представляют диаграммы направленности элемента Гюйгенса с токами  и , находящимися в соотношении

.                                                          (9)

Нужно отметить, что множитель комбинирования в формуле (8) в точке  представляет собой неопределённость вида0/0, которая раскрывается в значение π/4.

Ширина диаграммы по нулям составляет:

            Е-плоскость                                      ,                                                   (10)

            H-плоскость                                     .                                                   (11)

КНД рупорной антенны в диапазоне частот изменяется относительно слабо. Это обусловлено тем, что электрический размер рупора с повышением частоты увеличивается, но одновременно с этим увеличиваются и фазовые искажения. Благодаря противоположному влиянию обоих факторов на КНД, последний в диапазоне частот изменяется медленнее, чем у других синфазных антенн.

Для уменьшения фазовых искажений, особенно в тех случаях, когда рупор выполняется сравнительно коротким и с большим раскрывом, применяются радиолинзы (рис. 3), преобразующие  сферический (или цилиндрический) фронт волны в упоре в  плоский подобно тому, как это происходит в оптических линзах.

Входные сопротивления рупора определяются суммарным коэффициентом отражения от горла рупора (переход волновода в рупор) и от его раскрыва. При прочих равных условиях КБВ тем выше, чем больше электрический размер раскрыва и меньше угол при вершине рупора. Количественная оценка Z_вх связана с использованием специальных функций и здесь не приводится.

9. Линзовые антенны

Линзовые антенны аналогичны по своему устройству и принципу действия оптическим линзам. Основными элементами таких антенн являются облучатель (рис. 4), создающий однонаправленное излучение в сторону линзы в виде волны со сферическим фронтом, и сама линза, которая преобразует сферическую волну в плоскую.