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 облучателей в крупномасштабных радиоастрономических системах, системах слежения за спутниками и антеннах связи. Помимо использования в качестве облучателя для рефлекторов и линз, они являются распространённым элементом фазированных решёток и служат общим стандартом для калибровки и измерения коэффициента усиления других антенн.
Рупорная антенна формируется путём постепенного раскрытия прямоугольного или круглого волновода определённым образом. Благодаря постепенному расширению поверхности устья волновода улучшается согласование волновода со свободным пространством, что снижает коэффициент отражения. Для питающего прямоугольного волновода необходимо максимально обеспечить одномодовую передачу, то есть передачу только волн 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, гребенчатые рупорные антенны, многомодовые рупорные антенны и т.д. Эти распространённые рупорные антенны описаны ниже. Введение по отдельности
Секторная рупорная антенна
Секторная рупорная антенна E-plane
Секторная рупорная антенна в Е-плоскости выполнена из прямоугольного волновода, открытого под определенным углом к направлению электрического поля.
На рисунке ниже представлены результаты моделирования секторной рупорной антенны в плоскости E. Видно, что ширина диаграммы направленности в направлении плоскости E уже, чем в направлении плоскости H, что обусловлено большей апертурой плоскости E.
секторная рупорная антенна в плоскости H
Секторная рупорная антенна в Н-плоскости выполнена из прямоугольного волновода, открытого под определенным углом к направлению магнитного поля.
На рисунке ниже представлены результаты моделирования секторной рупорной антенны в плоскости H. Видно, что ширина 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 изготовлена из прямоугольного волновода, открытого под определенным углом в двух направлениях одновременно.
На рисунке ниже представлены результаты моделирования пирамидальной рупорной антенны. Её характеристики излучения представляют собой комбинацию характеристик секторных рупоров в E-плоскости и H-плоскости.
Коническая рупорная антенна
Если 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 обладает такими преимуществами, как широкий диапазон частот, низкая кросс-поляризация и хорошая симметрия луча, но её конструкция сложна, а изготовление и стоимость высоки.
Гофрированные рупорные антенны можно разделить на два типа: пирамидальные гофрированные рупорные антенны и конические гофрированные рупорные антенны.
Изделия из гофрированного рупорного 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 ребристым рупором
Когда рабочая частота обычной рупорной антенны превышает 15 ГГц, задний лепесток диаграммы направленности начинает расщепляться, а уровень боковых лепестков увеличивается. Добавление гребневой структуры в полость динамика позволяет расширить полосу пропускания, снизить импеданс, увеличить коэффициент усиления и улучшить направленность излучения.
Гребневые рупорные антенны в основном делятся на двухгребневые и четырёхгребневые. Ниже в качестве примера для моделирования используется наиболее распространённая пирамидальная двухгребневая рупорная антенна.
Пирамидальная двухгребневая рупорная антенна
Добавление двух гребневых структур между волноводной частью и рупорной частью образует двухгребневую рупорную антенну. Волноводная часть разделена на заднюю полость и гребневый волновод. Задняя полость может отфильтровывать высшие моды, возбуждаемые в волноводе. Гребневый волновод снижает частоту среза основной моды, тем самым расширяя полосу 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 симметричность диаграмм направленности во всех плоскостях, совпадение фазовых центров в плоскостях $E$ и $H$, а также подавление боковых лепестков.
Многомодовая рупорная структура возбуждения позволяет улучшить выравнивание диаграммы направленности в каждой плоскости и снизить уровень боковых лепестков. Одной из наиболее распространённых многомодовых рупорных антенн является двухмодовая коническая рупорная антенна.
Двухмодовая коническая рупорная антенна
Двухмодовый конический рупор улучшает диаграмму направленности в плоскости $E$ за счёт введения моды высшего порядка TM11, благодаря чему её диаграмма направленности имеет аксиально-симметричные характеристики выровненного пучка. На рисунке ниже представлена схема распределения электрического поля в апертуре основной моды TE11 и моды высшего порядка TM11 в круглом волноводе, а также синтезированное распределение поля в апертуре.
Конструктивная форма реализации двухмодового конического рупора не является уникальной. Распространенные методы реализации включают рупор Поттера и рупор Пикетта-Поттера.
На рисунке ниже показаны результаты моделирования двухмодовой конической рупорной антенны Поттера.
Время публикации: 01 марта 2024 г.
