Рупорная антенна

Рупорная антенна — металлическая конструкция, состоящая из волновода переменного (расширяющегося) сечения с открытым излучающим концом. Как правило, рупорную антенну возбуждают волноводом, присоединённым к узкому концу рупора. По форме рупора различают E-секторальные, H-секторальные, пирамидальные и конические рупорные антенны.

Рупорные антенны очень широкополосны и весьма хорошо согласуются с питающей линией — фактически, полоса антенны определяется свойствами возбуждающего волновода. Для этих антенн характерен малый уровень задних лепестков диаграммы направленности (до −40 dB) из-за того, что мало затекание ВЧ-токов на теневую сторону рупора. Рупорные антенны с небольшим усилением просты конструктивно, но достижение большого (>25 dB) усиления требует применения выравнивающих фазу волны устройств (линз или зеркал) в раскрыве рупора. Без подобных устройств антенну приходится делать непрактично длинной.

Рупорные антенны применяют как самостоятельно, так и в качестве облучателей зеркальных и других антенн. Рупорную антенну, конструктивно совмещённую с параболическим отражателем, часто называют рупорно-параболической антенной. Рупорные антенны с небольшим усилением из-за удачного набора свойств и хорошей повторяемости часто используются в качестве измерительных.

На радиотелескопе в Холмдейле (Рупорно-параболическая антенна в Холмдейле), представляющем собой радиометр Дикке на основе рупорно-параболической антенны, Арно Пензиас и Роберт Вудроу Вильсон в 1965 году открыли реликтовое излучение.

Усиление рупорной антенны определяется площадью её раскрыва и может быть рассчитано по формуле:

${\displaystyle D=4\pi {\frac {S}{\lambda ^{2}}}\nu }$, где ${\displaystyle S=L_{E}L_{H}}$ — площадь раскрыва рупора, ${\displaystyle \nu }$ — КИП (коэффициент использования поверхности рупора), равный 0,6 для случая, когда разность хода центрального и периферийного лучей менее, но близка к ${\displaystyle \pi /2}$, и 0,8 при применении выравнивающих фазу волны устройств.

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости H:

${\displaystyle 2\phi _{0H}=170^{\circ }{\frac {\lambda }{L_{H}}}}$

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости E:

${\displaystyle 2\phi _{0E}=115^{\circ }{\frac {\lambda }{L_{E}}}}$

Так как при равенстве ${\displaystyle L_{E}}$ и ${\displaystyle L_{H}}$ ДНА в плоскости Н получается в 1,5 раза шире, часто для получения одинаковой ширины лепестка в обоих плоскостях выбирают

${\displaystyle L_{H}=1{,}5L_{E}}$

Для удержания фазовых искажений в раскрыве рупора в допустимых пределах (не более ${\displaystyle \pi /2}$) необходимо, чтобы выполнялось условие (для пирамидального рупора):

${\displaystyle {\frac {\pi }{4\lambda }}\left({\frac {L_{E}^{2}}{R_{E}}}+{\frac {L_{H}^{2}}{R_{H}}}\right)\leqslant {\frac {\pi }{2}}}$, где ${\displaystyle R_{E}}$ и ${\displaystyle R_{H}}$ — высоты граней пирамиды, образующей рупор.

• Пирамидальный рупор — антенны в форме четырёхгранной пирамиды, с прямоугольным сечением. Они являются наиболее широко используемым типом рупорных антенн. Излучает линейно-поляризованные волны.
• Секторальный рупор — пирамидальные рупора с расширением только в одной плоскости Е или Н.
• Конический рупор — раскрыв в форме конуса с круглым сечением. Используются с цилиндрическими волноводами для получения волны с круговой поляризацией.
• Гофрированные рупоры — раскрыв рупоров с параллельными щелями или канавки, малой по сравнению с длиной волны. Канавки покрывают внутреннюю поверхность рупора поперёк оси.

Гофрированные рупоры имеют более широкую полосу пропускания, меньший уровень боковых лепестков и кросс-поляризации. Они широко используются в качестве облучателей для спутниковых параболических антенн и радиотелескопов.

Рупорно-параболическая антенна — тип антенны, в которой конструктивно связаны парабола и рупор. Преимуществом этой конструкции по сравнению с рупорной является низкий уровень боковых лепестков и узкая диаграмма направленности. Недостатком — больший вес, чем в параболических антеннах. Примером использования является рупорно-параболическая антенна в космической станции Мир, антенны для радиорелейных станций.

Рупорно-параболические антенны

50-футовая рупорно-параболическая антенна в Холмдейле Bell labs в Холмдейле, Нью-Джерси, США, на которой Арно Пензиас и Роберт Вудроу Вильсон открыли космическое микроволновое фоновое излучение в 1964 году.

Рупорно-параболические антенны KS-15676 C-диапазона (4-6 ГГц) радиорелейных линий AT&T Long-Lines на крыше центра телефонных коммуникаций AT&T, Сиэтл, штат Вашингтон, США

Настройка КСВ антенны производится в её волноводной части или в КВП выбором положения и размеров запитки КВП. Настройка в волноводной части производится штырями или диафрагмами.

• Распространение радиоволн антенно-фидерные устройства В. П. Чернышёв, Д. И. Шейнман «Связь», 1973.
• Устройства СВЧ и антенны. Д. И. Воскресенский, В. Л. Гостюхин, В. М. Максимов, Л. И. Пономарёв. Учебник для ВУЗов [1]

Для улучшения этой статьи желательно: Оформить список литературы. Проставить сноски, внести более точные указания на источники. Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником.