Рупорная антенна является одной из широко используемых антенн с простой конструкцией, широким диапазоном частот, большой мощностью и высоким коэффициентом усиления.Рупорные антеннычасто используются в качестве антенн-фидеров в крупномасштабной радиоастрономии, спутниковом слежении и антеннах связи. Помимо того, что они служат фидером для рефлекторов и линз, они являются обычным элементом в фазированных решетках и служат общим стандартом для калибровки и измерения усиления других антенн.
Рупорная антенна формируется путем постепенного развертывания прямоугольного волновода или круглого волновода определенным образом. Благодаря постепенному расширению поверхности устья волновода улучшается согласование между волноводом и свободным пространством, что делает коэффициент отражения меньше. Для питаемого прямоугольного волновода должна быть достигнута максимально возможная одномодовая передача, то есть передаются только волны TE10. Это не только концентрирует энергию сигнала и снижает потери, но и позволяет избежать влияния межмодовой интерференции и дополнительной дисперсии, вызванной несколькими модами.
По различным способам развертывания рупорные антенны можно разделить на:секторные рупорные антенны, пирамидальные рупорные антенны,конические рупорные антенны, гофрированные рупорные антенны, гребневые рупорные антенны, многорежимные рупорные антенны и т. д. Эти распространенные рупорные антенны описаны ниже. Введение по одному
Секторная рупорная антенна
Секторная рупорная антенна E-plane
Секторная рупорная антенна E-plane выполнена из прямоугольного волновода, открытого под определенным углом в направлении электрического поля.
На рисунке ниже показаны результаты моделирования секторной рупорной антенны в плоскости E. Видно, что ширина луча этой диаграммы направленности в направлении плоскости E уже, чем в направлении плоскости H, что обусловлено большей апертурой плоскости E.
Секторная рупорная антенна H-плоскости
Секторная рупорная антенна H-плоскости выполнена из прямоугольного волновода, открытого под определенным углом в направлении магнитного поля.
На рисунке ниже показаны результаты моделирования секторной рупорной антенны в плоскости H. Видно, что ширина луча этой диаграммы направленности в направлении плоскости H уже, чем в направлении плоскости E, что обусловлено большей апертурой плоскости H.
Изделия секторной рупорной антенны RFMISO:
RM-SWHA187-10
RM-SWHA28-10
Пирамидальная рупорная антенна
Пирамидальная рупорная антенна представляет собой прямоугольный волновод, открытый под определенным углом в двух направлениях одновременно.
На рисунке ниже показаны результаты моделирования пирамидальной рупорной антенны. Ее характеристики излучения в основном являются комбинацией секторных рупоров в E-плоскости и H-плоскости.
Коническая рупорная антенна
Когда открытый конец круглого волновода имеет форму рупора, он называется конической рупорной антенной. Коническая рупорная антенна имеет над собой круглую или эллиптическую апертуру.
На рисунке ниже показаны результаты моделирования конической рупорной антенны.
Изделия с коническими рупорными антеннами RFMISO:
RM-CDPHA218-15
RM-CDPHA618-17
Гофрированная рупорная антенна
Гофрированная рупорная антенна — это рупорная антенна с гофрированной внутренней поверхностью. Она имеет такие преимущества, как широкий диапазон частот, низкая кросс-поляризация и хорошая симметрия луча, но ее 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.
Изделия из гофрированной рупорной антенны RFMISO:
RM-CHA140220-22
Пирамидальная гофрированная рупорная антенна
Коническая гофрированная рупорная антенна
На рисунке ниже показаны результаты моделирования конической гофрированной рупорной антенны.
Антенна с гребневым рупором
Когда рабочая частота обычной рупорной антенны превышает 15 ГГц, задний лепесток начинает разделяться, а уровень боковых лепестков увеличивается. Добавление гребневой структуры в полость динамика может увеличить полосу пропускания, снизить 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 для моделирования используется наиболее распространенная пирамидальная двухгребневая рупорная антенна.
Пирамидальная двухгребневая рупорная антенна
Добавление двух гребневых структур между волноводной частью и частью рупорного отверстия представляет собой двухгребневую рупорную антенну. Секция волновода разделена на заднюю полость и гребневый волновод. Задняя полость может отфильтровывать моды более высокого порядка, возбуждаемые в волноводе. Гребневый волновод снижает частоту среза передачи основной моды, тем самым достигая цели расширения полосы частот.
Гребневая рупорная антенна меньше обычной рупорной антенны в том же диапазоне частот и имеет более высокий коэффициент усиления, чем обычная рупорная антенна в том же диапазоне частот.
На рисунке ниже показаны результаты моделирования пирамидальной двухгребневой рупорной антенны.
Многомодовая рупорная антенна
Во многих приложениях рупорные антенны должны обеспечивать симметричные диаграммы направленности во всех плоскостях, совпадение фазовых центров в плоскостях $E$ и $H$ и подавление боковых лепестков.
Многомодовая структура рупорного возбуждения может улучшить эффект выравнивания луча 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 плоскости $E$, вводя моду более высокого порядка TM11, так что ее диаграмма имеет аксиально-симметричные характеристики выровненного пучка. На рисунке ниже представлена схематическая диаграмма распределения электрического поля апертуры основной моды TE11 и моды более высокого порядка TM11 в круглом волноводе и ее синтезированное распределение поля апертуры.
Форма структурной реализации двухрежимного конического рупора не является уникальной. Распространенные методы реализации включают рупор Поттера и рупор Пикетта-Поттера.
На рисунке ниже показаны результаты моделирования двухрежимной конической рупорной антенны Поттера.
Время публикации: 01.03.2024
