Расширение рупорной антенны — это постепенное расширение волновода от его горловины к большему излучающему отверстию.Этот переход позволяет направленному электромагнитному полю распространяться до того, как оно достигнет свободного пространства, что помогает антенне достичь полезного согласования импеданса, направленности и управления лучом.
Что означает "расширение" (flaring) на рупорной антенне?
Простой открытый волновод может излучать, но резкая граница между волноводом и свободным пространством вызывает отражение и ограничивает эффективную излучающую апертуру. Расширяющийся рупор изменяет поперечное сечение волновода постепенно, а не резко.
По мере прохождения поля через зону расширений, оно охватывает большую апертуру. Размер апертуры и распределение фазы определяют важные характеристики, такие как усиление, ширина луча, боковые лепестки и эффективность излучения. Расширение зоны расширений уменьшает резкость перехода, но не устраняет отражения и не гарантирует идеального согласования.
Почему важен изгиб рупорной антенны
Согласование импедансов и КСВН
Постепенный переход, как правило, уменьшает несоответствие между волноводным режимом и свободным пространством. Точный результат зависит от профиля рупора, его длины, апертуры и размеров волновода, поэтому необходимо проверить КСВН в заданном частотном диапазоне.
Усиление и эффективная диафрагма
Расширение создает большую эффективную излучающую апертуру. Когда поле в апертуре имеет подходящее распределение амплитуды и фазы, больше энергии концентрируется в прямом направлении, и коэффициент усиления антенны увеличивается. Коэффициент усиления определяется не только углом расширения.
Ширина луча и диаграмма направленности излучения
Более крупная электрическая апертура обычно приводит к более узкому основному лучу. Размеры расширений в плоскостях E и H можно выбирать независимо в пирамидальном рупоре, что позволяет конструкторам формировать луч в каждой из основных плоскостей.
Ошибка фазы апертуры
Поток излучения не достигает каждой точки апертуры с абсолютно одинаковой фазой. Если рупор слишком короткий для размера апертуры, фазовые колебания могут увеличиться, снижая эффективность апертуры и влияя на основной луч и боковые лепестки.
Как угол расширений, размер апертуры и длина рупора взаимодействуют друг с другом.
Не существует универсального оптимального угла раскрытия для каждой рупорной антенны. Оптимальная геометрия зависит от частоты, типа волновода, целевого коэффициента усиления, ширины луча, полосы пропускания, допустимых размеров и требований к диаграмме направленности.
- Более широкий угол лопастиМожно получить большее отверстие в более короткой конструкции, но чрезмерно короткий рупор может привести к большей фазовой ошибке отверстия.
- Меньший угол раскрытияКак правило, для достижения того же размера апертуры требуется более длинный рупор, что увеличивает механическую длину и обеспечивает более плавный переход.
- Большая диафрагмаможет обеспечивать более высокую направленность и более узкий луч при условии, что распределение фазы и амплитуды остается хорошо контролируемым.
Типичные формы расширяющихся рогов
- Секторальный звуковой сигнал самолета E:Вспышки происходили преимущественно в плоскости электрического поля.
- Секторный рупор в H-плоскости:Вспышки происходили преимущественно в плоскости магнитного поля.
- Пирамидальный рог:Имеет расширенную форму в обеих главных плоскостях и обычно используется в приложениях со стандартным коэффициентом усиления.
- Конический рог:сформирован из круглого волновода и расширен в направлении круглого отверстия.
Практические соображения проектирования
Инженеры оценивают геометрию фланца вместе с рабочей частотой, размерами волновода, коэффициентом усиления, шириной луча на уровне 3 дБ, КСВН, уровнем боковых лепестков, поляризацией и механическими ограничениями. На миллиметровых частотах точность обработки, качество поверхности и выравнивание фланцев приобретают все большее значение, поскольку малые погрешности размеров составляют большую долю длины волны.
Соответствующие антенны и волноводные компоненты для диапазона 15–22 ГГц
Ниже представлены некоторые радиочастотные компоненты, доступные в диапазоне 15–22 ГГц. Для расширенного стандартного рупора с коэффициентом усиления в этом диапазоне см. RM-SGHA51-25.
Где используются расширенные рупорные антенны
- Системы измерения и калибровки антенн
- Радиолокационные системы передачи и приема
- Спутниковые и отражательные антенные системы
- Лабораторные испытания на электромагнитную совместимость и микроволновое излучение.
- Микроволновые и миллиметровые каналы связи
Часто задаваемые вопросы
Всегда ли больший угол расширений увеличивает усиление?
Нет. Больший угол расширений может увеличить размер апертуры при фиксированной длине рупора, но чрезмерная фазовая ошибка может снизить эффективность апертуры. Коэффициент усиления зависит от общей геометрии и распределения поля.
Какой оптимальный угол раскрытия рупорной антенны?
Единого оптимального варианта не существует. Конструкторы выбирают угол наклона вместе с размерами апертуры и длиной рупора, чтобы удовлетворить требованиям по частоте, усилению, ширине луча, КСВ и размерам.
Устраняет ли блики отражения?
Нет. Расширение волновода обеспечивает более плавный переход от волновода к свободному пространству и может уменьшить отражение, но окончательное соответствие все равно зависит от всей конструкции.
Выбор рупорной антенны
Источники питания RF MISOрешения для рупорных антеннДля применения в микроволновом и миллиметровом диапазонах. Для варианта со стандартным усилением в диапазоне 14,5–22 ГГц см. соответствующий раздел.RM-SGHA51-25Для более подробного обзора см.Рупорная антенна: принцип работы, типы, характеристики излучения и области применения..
Нужна помощь в выборе геометрии факела, частотного диапазона, коэффициента усиления или интерфейса?Свяжитесь с RF MISOдля обсуждения ваших требований к измерениям или системной интеграции.
Чтобы узнать больше об антеннах, посетите:
Дата публикации: 17 апреля 2025 г.
