Рупорная антенна — одна из широко используемых антенн с простой конструкцией, широким диапазоном частот, большой мощностью и высоким коэффициентом усиления.Рупорные антеннычасто используются в качестве фидерных антенн в крупномасштабной радиоастрономии, спутниковом слежении и антеннах связи.Помимо того, что он служит источником питания для отражателей и линз, он является распространенным элементом в фазированных решетках и служит общим стандартом для калибровки и измерения усиления других антенн.
Рупорная антенна формируется путем постепенного разгибания определенным образом прямоугольного или круглого волновода.За счет постепенного расширения поверхности устья волновода улучшается согласование между волноводом и свободным пространством, что приводит к уменьшению коэффициента отражения.Для питаемого прямоугольного волновода должна быть достигнута максимально одномодовая передача, то есть передаются только волны ТЕ10.Это не только концентрирует энергию сигнала и снижает потери, но также позволяет избежать влияния межмодовых помех и дополнительной дисперсии, вызванной несколькими модами..
По различным способам развертывания рупорных антенн их можно разделить насекторные рупорные антенны, пирамидальные рупорные антенны,конические рупорные антенны, гофрированные рупорные антенны, ребристые рупорные антенны, многорежимные рупорные антенны и т. д. Эти обычные рупорные антенны описаны ниже.Введение одно за другим
Секторная рупорная антенна
Рупорная антенна сектора E-плоскости
Секторная рупорная антенна Е-плоскости представляет собой волновод прямоугольной формы, открытый под определенным углом к направлению электрического поля.
На рисунке ниже показаны результаты моделирования рупорной антенны сектора E-плоскости.Видно, что ширина луча этой диаграммы направленности в направлении E-плоскости уже, чем в направлении H-плоскости, что вызвано большей апертурой E-плоскости.
Секторная рупорная антенна H-плоскости
Секторная рупорная антенна H-плоскости представляет собой волновод прямоугольной формы, открытый под определенным углом к направлению магнитного поля.
На рисунке ниже показаны результаты моделирования рупорной антенны сектора H-плоскости.Видно, что ширина луча этой диаграммы направленности в направлении H-плоскости уже, чем в направлении E-плоскости, что вызвано большей апертурой H-плоскости.
Продукты секторной рупорной антенны RFMISO:
RM-SWHA187-10
RM-SWHA28-10
Пирамидальная рупорная антенна
Рупорная пирамидальная антенна представляет собой прямоугольный волновод, открытый под определенным углом одновременно в двух направлениях.
На рисунке ниже показаны результаты моделирования пирамидальной рупорной антенны.Его характеристики излучения в основном представляют собой комбинацию рупоров секторов E-плоскости и H-плоскости.
Коническая рупорная антенна
Когда открытый конец круглого волновода имеет рупорную форму, его называют конической рупорной антенной.Над конусной рупорной антенной имеется круглая или эллиптическая апертура.
На рисунке ниже показаны результаты моделирования конической рупорной антенны.
RFMISO коническая рупорная антенна:
RM-CDPHA218-15
РМ-ЦДФА618-17
Гофрированная рупорная антенна
Гофрированная рупорная антенна представляет собой рупорную антенну с гофрированной внутренней поверхностью.Он обладает преимуществами широкой полосы частот, низкой кроссполяризации и хорошей симметрии луча, но его структура сложна, а сложность обработки и стоимость высоки.
Гофрированные рупорные антенны можно разделить на два типа: пирамидальные гофрированные рупорные антенны и конические гофрированные рупорные антенны.
RFMISO гофрированная рупорная антенна:
RM-CHA140220-22
Пирамидальная гофрированная рупорная антенна
Коническая гофрированная рупорная антенна
На рисунке ниже показаны результаты моделирования конической гофрированной рупорной антенны.
Ребристая рупорная антенна
Когда рабочая частота обычной рупорной антенны превышает 15 ГГц, задний лепесток начинает расщепляться и уровень боковых лепестков увеличивается.Добавление ребристой структуры в полость динамика может увеличить полосу пропускания, уменьшить импеданс, увеличить усиление и улучшить направленность излучения.
Гребневые рупорные антенны в основном делятся на двухгребневые рупорные антенны и четырехгребневые рупорные антенны.Ниже в качестве примера моделирования используется наиболее распространенная пирамидальная рупорная антенна с двумя гребнями.
Пирамидальная рупорная антенна с двойным гребнем
Добавление двух гребневых структур между частью волновода и частью отверстия рупора представляет собой рупорную антенну с двумя гребнями.Волноводная секция разделена на заднюю полость и ребристый волновод.Задний резонатор может отфильтровывать моды более высокого порядка, возбуждаемые в волноводе.Гребневой волновод снижает частоту среза передачи основной моды, тем самым достигая цели расширения полосы частот.
Ребристая рупорная антенна меньше, чем обычная рупорная антенна в той же полосе частот, и имеет более высокий коэффициент усиления, чем обычная рупорная антенна в той же полосе частот.
На рисунке ниже показаны результаты моделирования пирамидальной двухгребневой рупорной антенны.
Многомодовая рупорная антенна
Во многих приложениях рупорные антенны необходимы для обеспечения симметричных диаграмм направленности во всех плоскостях, совпадения фазовых центров в плоскостях $E$ и $H$ и подавления боковых лепестков.
Многомодовая структура рупора возбуждения может улучшить эффект выравнивания луча в каждой плоскости и снизить уровень боковых лепестков.Одной из наиболее распространенных многомодовых рупорных антенн является двухмодовая коническая рупорная антенна.
Двухрежимная коническая рупорная антенна
Двухмодовый конусный рупор улучшает диаграмму направленности в плоскости $E$ за счет введения моды TM11 более высокого порядка, так что ее диаграмма направленности имеет аксиально-симметричные характеристики уравновешенного луча.На рисунке ниже представлена схематическая диаграмма распределения апертурного электрического поля основной моды TE11 и моды более высокого порядка TM11 в круглом волноводе и ее синтезированное распределение апертурного поля.
Конструктивная форма реализации двухрежимного конического рупора не уникальна.Общие методы реализации включают рог Поттера и рог Пикетта-Поттера.
На рисунке ниже показаны результаты моделирования двухмодовой конической рупорной антенны Поттера.
Время публикации: 01 марта 2024 г.
