Основные электрические параметры антенн. Эффективная площадь антенны А, страница 29

Один конец волновода замкнут накоротко. На расстоянии от короткозамкнутой стенки посредине широкой стороны волновода установлен штырь, при помощи которого осуществляется возбуждение волны типа H₁₀ (размеры сторон волновода удовлетворяют соотношениям: <a<; b< ). Другой - открытый конец волновода (на рисунке заштрихован) представляет собой раскрыв антенны.

Для расчета ДН антенны такого типа найдем распределение поля на ее раскрыве. Если пренебречь высшими типами волн, возникающими вследствие наличия резкой неоднородности, то попе на раскрыве в первом приближении можно записать соотношением

При такой картине распределения поля на раскрыве (рис.1,6) выражение для диаграммы направленности в плоскости E (пл.xoz) приобретает вид                                                             

а для диаграммы направленности в плоcкости Н (пл.yoz)

Примерный вид диаграммы 'направленности открытого конца волновода показан на рис.2: максимум излучения ориентирован в направлении оси оz(перпендикулярен раскрыву).

Так rfк размеры сторон волновода для волны H_I0 выбираются равными a  0,7, b 0,35  (соображения минимального затухания), а для косинусоидального распределения на раскрыве эффективная площадь

А0,81S  (где Sab0,245²), то коэффициент направленного действия открытого конца волновода

Открытый конец волновода как излучатель является весьма широкополосным. Полоса пропускаемых частот в основном ограничивается устройством, при помощи которого возбуждается волновод. Если, в частности, для возбуждения применяется штырь, то для расширения диапазонности его делают толстым и придают ему специальную форму.

Для уменьшения отражений от открытого конца волновода и увеличения направленности широкое применение находят рупорные антенны, представляющие собой плавно расширяющиеся насадки на волноводы. Если-нужно. обострить .диаграмму направленности в одной из главных плоскостей ( E или Н ), то используют секторальные рупоры, в двух взаимно перпендикулярных плоскостях -пирамидальные или конические (последние используются с круглыми волноводами).

В соответствии с изложенным различают секториалъные рупоры с расширением в плоскости  Н  (рис.3,а), секторальные рупоры с расширением в плоскости E (рис.3,6), пирамидальные рупоры (рис.3,в) и конические рупорные антенны (рис.3,г).

Говоря о различиях между волноводами и рупорами, следует подчеркнуть, что если в волноводах распространяются плоские волны, то в рупорах они превращаются в цилиндрические (секториалъные рупоры) или сферические (пирамидальные и конические рупоры). При этом из-за различия в расстояниях до разных точек раскрыва от условного фазового центра рупорной антенны (оно растет по мере движения от центра раскрыва к его периферии) поле на раскрыве любой рупорной антенны оказывается несинфазным. В секториальных рупорах сдвиг по фазе на раскрыве  является функцией одной из координат х' или у^{`</sup> , а в пирамидальных  зависит как от координаты х' , так и от координаты у<sup>`} .

Секториальный рупор с расширением в плоскости Н

Рупорные антенны такого типа применяются для обострения диаграммы направленности в плоскости Н (рис.4). Поле в раскрыве рупора можно представить выражением

Н - плоскостной секториалъный рупор отличается от волновода тем, что в нем фронт волны является цилиндрическим, а фазовая скорость - переменной величиной.

Так как

а размер aплавно растет по мере движения волны от горловины рупора к его раскрыву, то фазовая скорость постепенно падает, приближаясь к скорости света. Установлено, что при расчетах

рупоров, для которых a_p > 5, фазовую скорость можно считать равной скорости света, т.е. полагать справедливыми равенства

Для расчета сдвига по фазе  проведем дугу радиусом О'О, соответствующую фронту волны (рис.5). Луч 0'M эта дуга пересечет в точке N. Поэтому в точке М , принадлежащей раскрыву, поле будет отставать по фазе от поля в центре раскрыва (точка 0) на угол

Напишем очевидные соотношения