Исследование рупорных антенн. Расчет параметров, область применения устройства

Страницы работы

7 страниц (Word-файл)

Содержание работы

Исследование рупорных антенн

Область применения

К рупорным антеннам переходят для повышения направленности, КНД и улучшения согласования, т.к. волноводные излучатели имеют широкую ДН, малый КНД, плохо согласованы со свободным пространством. Поэтому особое применение они находят будучи использованными в качестве излучателей в направленных антеннах.

Выделяют несколько типов рупорных антенн.

Н - и Е - секториальные образованы путем плавного расширения пары противоположных стенок прямоугольного волновода.

Пирамидальный образованы путем плавного расширения всех стенок прямоугольного волновода.

Коробчатые образованы путем скачкообразного расширения стенок прямоугольного волновода. Они позволяют получить в небольшой полосе частот почти равномерное распределение поля Е и Н плоскостях.

Конические и биконические образованы путем плавного линейного расширения поперечного сечения круглых волноводов. Они позволяют получить игольчатые АДН с шириной главного лепестка 9-12 градусов.

Параметры и их расчет

Для нахождения поля излучения используется апертурный метод. Поле на внешней поверхности стенок рупора полагается равным нулю. Единственным критерием приемлемости апертурного метода является эксперимент.

С учетом цилиндрических координат напряженность электрического поля можно записать с точностью до множителя С:

, где - угол раскрыва рупора, а зависимость амплитудного множителя от  обусловлена цилиндричностью волны.

Согласно принятым выше допущениям выражение ;(5.10) оли-сывает электрическое поле и на раскрыве рассматриваемого рупора — отрезке соответствующего квазирегулярного волновода. Лз этого выражения, в частности, следует, что на любой малой

Преобразование плоской волны в цилиндрическую

в H-плоскостном секториальном рупоре


Цилиндрическая  система  координат,  связанная

с H-плоскостным секториальным рупором площадке раскрыва рупора поле имеет одну и ту же ориентацию. Таким образом, к рупорному излучателю применима теорема перемножения (2.74), причем элементом излучения является источник Гюйгенса, а множитель системы может быть определен путем преобразования Фурье от амплитудно-фазового распределения (5ЛО).

Для расчета множителя системы лерейдем в выражении от цилиндрических координат ρ, φ к прямоугольным х, у в плос-кости, раскрыва. Тогда с учетом рис.3 можно записать:

откуда) φ/φo=2x/ар. При записи этих соотношений учтено, что угол раскрыва рупора 2φ0 мал, т. е. ap/Rн<1, где ар и Rн — соответственно ширина и длина рупора.

Рис 3 Связь цилиндрических и

прямоугольных координат на рас-

крыве рупора

Учитывая приведенные соотношения, формулу можно переписать в виде

Воспользовавшись этим соотношением, определим, как это было сделано в случае волноводных излучателей, амплитудно-фазовое распределение тока в ЭЛА, ориентированных в главных плоскостях излучающего раскрыва. Проинтегрировав выражение по у, найдем амплитудно-фазовое распределение тока    в ЭЛА, расположенной вH-плоскости (то оси х):



Из этого соотношения видно, что ЭЛА в H-плоскости не является синфазной. Фаза тока (без учета фазы комплексного множителя С)

распределена по квадратичному закону (рис. 4). Амплитуда тока спадает по закону(рис. 4, сплошная линия), близкому к косинусоидальному (штриховая линия), если Rн>aр. В E-плоскости амплитудно-фазовое распределение тока в ЭЛА определим, проинтегрировав соотношение по х. Очевидно, что ЭЛА, ориентированная вдоль оси у и имеющая длину b, будет синфазной с .равномерным амплитудным распределением тока Iэ(y).

Установленный характер амплитудно-фазового распределения тока в ЭЛА позволяет рассчитать сечения множителя системы главными плоскостями. Так, в E-плоскости множитель системы будет совпадать с выражением (  ). В H-плоскости множитель

 Рис. 4. Амплитудно-фазовое распределение тока в ЭЛА, соответствующих H-плоскостному секториальному рупору


системы будет близок к формуле (  ) лишь для рупоров с малым углом раскрыва 2фо≈ар/Rн, когда максимальная квадратичная фазовая ошибка qmax = ka2/4Rн невелика. Изменение угла раскрыва 2φ0 сложным образом влияет на вид множителя систе мы в H-плоскости и его параметры. С одной стороны, увеличение угла 2φо, что эквивалентно росту ар при неизменном Rн, приводит к возрастанию волновых размеров эквивалентной    линейной тенны и, следовательно, должно сопровождаться сужением глав ного лепестка множителя системы. С другой стороны, увеличение

Рис.5 . Зависимость Dтяхот размеров H-плоскостного секториального рупора

2φо (или ар) приводит к росту квадратичной фазовой ошибки, что сопровождается расширением главного лепестка и возрастанием уровня боковых. Из этого следует, что зависимость максимального КНД от величины ар имеет экстремальный характер: при ap=ap opt величина Dmах достигает наибольшего значения. Оптимальная ширина рупора ар opt,, равно как и наибольшее значение Dmах, зависит от длины рупора Ra. На рис. 5 приведены графики зависимости Dmах от ар и Ra, рассчитанные для случая b/λ=1. Если у рупора иное значение b/λ, тс величину Dmax*λ/b найденную из графика, нужно умножить на фактическое значение b/λ. Расчеты показывают, что связь apopt с Rн определяется соотношением

Аналогичным образом можно определить характеристики рупоров других типов.

Из-за спадающих амплитудных распределений в рупорах с линейным расширением размеров поперечного сечения не удается получить высокий КИП (даже при оптимально выбранных размерах ξ=0,5 ... 0,65). Этот недостаток преодолевается в коробчатых рупорах. Практически равномерное амплитудное распределение на раскрыве коробчатого рупора удается обеспечить за счет возбуждения в нем многоволнового режима. Рассмотрим, например, коробчатый рупор, образованный скачкообразным расширением прямоугольного волновода в H-плоскости. В

Похожие материалы

Информация о работе

Тип:
Конспекты лекций
Размер файла:
587 Kb
Скачали:
0