Волноводные антенны

Волноводными называются антенны, выполненные в виде открытых концов волноводов различного типа. Наиболее широко на практике используются излучатели на базе прямоугольных и круглых волноводов, возбужденных на основной волне Н₁₀ и Н₁₁ соответственно. Это наиболее простой тип апертурных антенн.

Поскольку размеры поперечного сечения волноводов не превышают длину волны, то волноводные антенны являются слабонаправленными. Они применятся в качестве облучателей более сложных антенн (линзовых, зеркальных), а также излучателей ФАР.

Рис. 1.1

На рис. 1.1 показан открытый конец прямоугольного волновода с размерами а´в, в котором возбуждена волна типа Н10. На его открытом конце происходит частичное излучение и отражение электромагнитной волны, так как волновые

сопротивления волновода r_в и свободного пространства r₀ существенно различаются. Строгое решение задачи расчета поля волноводной антенны достаточно сложно, поэтому в инженерной практике используются приближенные методы. Для приближенных расчетов принимаются следующие допущения:

1) пренебрегают затеканием токов на внешнюю поверхность раскрыва и образованием в раскрыве волн высшего типа;

2) полагают, что структура поля в раскрыве такая же, как в поперечном сечении непрерывного волновода.

В этом случае использование формулы (1.1) для синфазного раскрыва с разделяющимися амплитудными распределениями (равномерным для стороны в и косинусным для стороны а) позволяет рассчитать АДН открытого конца прямоугольного волновода в каждой плоскости.

Для волноводов стандартных размеров (а=0,72l, в=0,32l) ширина диаграммы направленности

; (1.5)

(1.6)

в плоскости узкой и широкой стенки соответственно. Таким образом, прямоугольный волноводный излучатель формирует широкую диаграмму направленности, несколько сплюснутую в плоскости широкой стенки.

У круглого волноводного раскрыва ДН имеет почти игольчатую форму, а ее ширина составляет

. (1.7)

Поляризация поля у обоих волноводных антенн является линейной и совпадает с направлением вектора электрического поля в раскрыве.

Большим недостатком рассмотренных типов антенн следует считать их плохое согласование со свободным пространством. Поскольку волновое сопротивление прямоугольного волновода составляет r_в=480…590 Ом, а для окружающего пространства r₀=377 Ом, то в питающем волноводе устанавливается режим смешанных волн с коэффициентом стоячей волны К_С=1,6…1,9. У круглого волновода К_С=1,2…1,3.

Рупорные антенны

У антенн данного типа отсутствуют недостатки, свойственные волноводным излучателям, – слабая направленность и плохое согласование со свободным пространством.