Особенности распространения радиоволн. Основные определения и электрические параметры антенн, страница 26

Первым напрашивающимся вариантом представляется конструкция в виде вибратора, размещенного у вершины двух сходящихся металлических пластин, которые вследствие экранирующего действия предотвращали бы излучение энергии во всех иных направлениях, кроме сектора, содержащего вибратор. Однако такая конструкция будет обеспечивать концентрацию излучения только в плоскости, перпендикулярной вибратору и пластинам.

Для экранировки вибратора и во втором измерении (т. е. в плоскости, проходящей через вибратор) необходимо применить систему из двух других пластин, которые в совокупности с первыми образовали бы металлический раструб переменного поперечного сечения. Полученная конструкция ибудет одним из вариантов так называемых рупорных антенн.

По своей форме рупорные антенны подразделяются на секторные, конические, пирамидальные, биконические, экспоненциальные и т. д.

2. Секторные электромагнитные рупоры

На рис. 24 изображен секторный рупор, представляющий собой металлический короб, нижняя и верхняя стенки которого параллельны, а боковые расходятся под углом j_о.

Секторный рупор образован в результате расширения широкой стороны в волновода.

Как известно, размеры поперечного сечения прямоугольных волноводов а и в, применяемых для канализации энергии на сверхвысоких частотах, всегда выбирают так, чтобы в них могли распространяться основные магнитные волны, т. е. волны, не имеющие составляющей электрического поля вдоль направления распространения.

У основной магнитной волны, условно обозначаемой Н₁₀, существует лишь одна составляющая электрического поля Е_у, параллельная узким сторонам волновода. Магнитное поле волны Н₁₀имеет две составляющие — продольную H_zи поперечную Н_х, параллельные широким сторонам волновода.

Структура электромагнитного поля волны Н₁₀в поперечном сечении волновода показана в левой части рис. 24. Здесь сплошными линиями показаны электрические силовые линии Е_у, а пунктиром — магнитные Н_х. Амплитуда электрического поля Е_у в поперечном сечении волновода изменяется по синусоидальному закону, достигая максимума в средней части волновода и обращаясь в нуль на его узких стенках. Это изменение интенсивности поля на рис. 24 отображено увеличением густоты электрических силовых линий в центре волновода.

При достаточной длине волновода в нем распространяются плоские волны. Однако, начиная с окрестностей перехода волновода в рупор, плоская волна постепенно переходит в цилиндрическую, имеющую своей осью мысленную линию пересечения расходящихся граней SS' рупора. Эта трансформация волны при ее распространении в рупоре показана на рис. 25.

В рассмотренном примере секторный рупор был образован за счет развития широких сторон в волновода  до размера В. Так как  расширяющиеся  стороны рупора в этом случае параллельны плоскостям, содержащим только   составляющие магнитного поля Н, то такие антенны называют Н – плоскостными секторными рупорами.

Но секторный рупор может быть образован и за счет развития узких сторон а волновода до некоторого размера А, как это показано на рис. 26.

Расширяющиеся стенки рупора в этом случае параллельны составляющим электрического поля Е_у, поэтому данная   разновидность  рупора   называется   E- плоскостным секторным электромагнитным рупором.

Структура электромагнитного поля в различных сечениях Е – плоскостного рупора показана на рис. 27. Волновой фронт в рупорах данного  типа  также   представляет  цилиндрическую поверхность, ось которой совпадает с линией пересечения расширяющихся сторон.

На рис. 28 и 29 приведены значения коэффициентов усиления секторных рупорных антенн различной длины l в функции от величины их раскрыва, выраженной в длинах волн.

Рис. 28 соответствует секторному рупору, расширяющемуся в плоскости электрического вектора поля, а рис. 29 дает величины коэффициентов усиления Н – плоскостных рупоров.

Из приведенных рисунков видно, что у рупоров заданной длины  l/l существуют оптимальные значения размеров их широких сторон (оптимальные углы раскрыва), при которых коэффициент усиления имеет максимальное значение.