Понятие об оптимальных рупорных антеннах

Известно, что увеличение раскрыва антенны приводит к уменьшению ширины главного лепестка и увеличению коэффициента направленного действия антенны. Чем шире раскрыв рупора, тем уже диаграмма направленности и больше КНД. Однако это справедливо до некоторых пределов, после которых данные характеристики антенны ухудшаются. Причина названного явления заключется в изменении закона распределения фазы в раскрыве рупора, который вместо равномерного становится квадратичным.

Рис. 1.5

Рассмотрим, например, Н-секториальный рупор (рис. 1.5). Здесь О' – вершина рупора; R – его глубина; L – ширина раскрыва рупора; а – размер широкой стенки волновода. В полости рупора в плоскости Е фронт волны остается плоским. Следовательно, Ф(у)=0. Для того

чтобы определить вид фазового распределения в плоскости Н, рассмотрим геометрические соотношения в рупоре. Как видно из рис. 1.5, на краях рупора фронт волны отстает относительно центра. Максимальную разность хода (а значит, и разность фаз) можно определить из геометрических соотношений (см. рис. 1.5):

. (1.8)

Так как и , то . Следовательно, максимальная разность хода из выражения (1.8) определяется как

. (1.9)

Следовательно, закон изменения фазы в Н-плоскости раскрыва (фазовое распределение) приобретает вид:

. (1.10)

Таким образом, вдоль размера L рупора фаза распределена по квадратичному закону. Ранее было показано, что квадратичный закон изменения фазы в раскрыве расширяет главный лепесток диаграммы направленности по сравнению с равномерным распределением. Расширением главного лепестка можно пренебречь, если отклонение фазы на краях раскрыва не превышает p/4, т.е. . Следовательно, если выполняется условие

, (1.11)

то считеатся, что фаза в раскрыве постоянна.

Из вышеиложенного можно сделать следующие выводы:

1) ширина главного лепестка в плоскости Н зависит от величины отношения L/l. Чем больше отношение, тем уже главный лепесток;

2) ширина главного лепестка в плоскости Н зависит от фазового распределения вдоль размера L, при увеличении которого возрастает неравномерность фазового распределения в раскрыве и главный лепесток расширяется;

3) очевидно, существуют некоторые оптимальные размеры рупора, при которых главный лепесток наиболее узок.

Рупорная антенна с такими размерами называется оптимальной.

В таблице приведены основные параметры рупорных антенн и их оптимальные размеры (d – диаметр раскрыва конического рупора, – его площадь).

Таблица

Тип антенны	Dmax	КИП	2q0,5рe	2q0,5рb	Ropt
Открытый конец волновода		0,81			-
Н-секториальный рупор		0,64
Е-секториальный рупор		0,64
Пирамидальный рупор		0,5
Конический рупор		0,51