www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи на радиолокацията

Рупорен облъчвател

Изображение 1: Рупорен облъчвател, тук е самоизграждане (меко запояване) с аматьорски средства

Изображение 1: Рупорен облъчвател, тук е самоизграждане (меко запояване) с аматьорски средства

Какво е рупорен облъчвател?

Рупорен облъчвател

Рупорен облъчвател е специален дизайн на антена за по-високи честотни диапазони. Формата повече или по-малко наподобява на духов инструмент като ловен рог. (Оттук и английското име «Horn antenna», което понякога се превежда неправилно като Рогова антена.) Рупорната антена е пример за апертурна антена, осигуряващ плавен преход от вълновод към по-голяма апертура, която е подходяща за излъчване в пространството. Рупорни антени се използват като самостоятелна антена или като облъчвател за захранване на огледална антена (примерно за параболична антена). Възможният честотен диапазон за този тип антена е ограничен само от механичните му размери и започва около в УВЧ диапазона и в момента достига до 200 GHz. Тъй като обикновено се използват правоъгълни и кръгли вълноводи, най-често се използват рупорни антени, образувани от тези вълноводи.

вълновод
вълна, свързана с вълновод
рупорен облъчвател
разширяване
на вълновода
излъчване
в свободно
пространство

Изображение 2: Линии на електрическото поле във вълновод, преход от проведена вълна към излъчена радиация

вълновод
вълна, свързана с вълновод
рупорен облъчвател
разширяване
на вълновода
излъчване
в свободно
пространство

Изображение 2: Линии на електрическото поле във вълновод, преход от проведена вълна към излъчена радиация

вълновод
вълна, свързана с вълновод
рупорен облъчвател
разширяване
на вълновода
излъчване
в свободно
пространство

Изображение 2: Линии на електрическото поле във вълновод, преход от проведена вълна към излъчена радиация

Функция на рупорен облъчвател

Разбира се, можете просто да оставите вълновод отворен в единия край, за да позволи на електромагнитната вълна да излъчва в свободното пространство. Тъй като обаче импедансът на въздуха има различна стойност от импедансът на вълновода, в този момент ще възникнат вредни отражения поради несъответствието. Следователно, механичните размери на вълновода се разширяват, за да се постигне постепенен преход. Дължината на тази област трябва да бъде значително по-голяма от дължината на вълната. Отворът на рупорната антена трябва да бъде поне два пъти по-голям от размера на вълновода. Отворът се нарича апертура. Апертурните антени се известни още като антени с излъчващ отвор.

Характеристики

Рупорните антени имат добра насочена характеристика, която зависи от конструкцията. Колкото по-дълги са геометричните размери на рупорната антена, толкова по-добри характеристики на посоката и съответно по-голям коефициент на усилване могат да бъдат постигнати. Значителните усилвания на рупорна антена са в диапазона от 20 до 23 dB. По-нататъшното увеличение означава, че съответното удвояване на дължината на рога би довело до допълнително усилване от 3 dB. В един момент геометричните размери на роговата антена стават много тромави. Тогава е по-добре да инсталирате рупорен облъчвател пред фокусиращ рефлектор. Рупорните антени имат относително ниски загуби, така че насочеността и усилването са приблизително еднакви.

Както обикновено при апертурните антени, насочеността и усилването на антената се увеличават с увеличаване на площта на отваряне и могат да бъдат изчислени грубо, като се използва следната формула:

D ≈ 10 log 10 A където A = Апертура, излъчващ отвор
λ = дължина на вълната [м]
(1)
λ2
Различни дизайни

Отворът на рупорната антена често се затваря с диелектричен материал (например нехигроскопичен запечатан експандиран полистирол). Ако в системата на вълноводните се изгради свръхналягане, като уплътнители се използват керамични материали или кварцово стъкло.

Пирамидална рупорна антена

Теоретичните основни форми на рупорната антена биха били отварянето само в Е-равнината и отварянето само в Н-равнината. Тези основни форми обаче (секториални рупори антени) не са успели да се утвърдят на практика. Обикновено се използва рупорна антена, която се отваря както в Е-равнината, така и в Н-равнината (вж. Изображение 1). Тогава тази рупорна антена се нарича пирамидална рупорна антена. Степента на отваряне може да се различава, така че да възникнат асиметрични диаграми на насоченост на антената. Честотната лента от този тип е около половин октава.

Експоненциална рупорна антена

Експоненциален рупорен облъчвател е антена, чиято площ на напречното сечение на отвора се описва с експоненциална функция. Това създава плавен преход в импеданса от стойността вътре във вълновода към стойността в свободното пространство. В идеалния случай този дизайн означава, че отражението е много ниско и по-голямата част от енергията се излъчва.

Експоненциалните рупорни антени могат да имат правоъгълна (пирамидална), както и кръгла (конична) основна форма.

Конична рупорна антена

Коничните рупорни антени са с кръгла конструкция и обикновено са свързани и с кръгли вълноводи. Подобно на пирамидалната форма, те са отворени както в Е-равнината, така и в Н-равнината.

Гофрирана рупорна антена

Гофрирани конични рупорни антени имат почти постоянен и равномерен ъгъл на излъчване както в равнината E, така и в H. Завинтените канали с дължина λ/4 подобряват симетрията на диаграмата на насоченост и чистотата на поляризацията. Специалните характеристики на тази антена са високото затихване на страничния лоб и ниските вътрешни загуби. Тесният дизайн води до честотно зависим модел на излъчване, който също е еднороден в равнините E и H. Широчината на честотната лента на тази антена е една октава. Поради кръговата симетрия, тези рупорни антени могат да се използват за всички видове поляризация.

Гофрирани рупорни антени се използват в технологията за сателитно приемане.

Картинна галерия

Изображение 3: Диаграма на насоченост на рупорна антена в триизмерно представяне

Изображение 4: Многомодова рупорна антена BBHA 9120 A от Schwarzbeck Mess-Elektronik (лист с данни) Честотна лента: 800 MHz - 5 GHz

Изображение 5: Гофрирана рупорна антена с преход към правоъгълен профил на вълновод

Изображение 6: TEM- Многомодова рупорна антена от ETS-Lindgreen (лист с данни) Ширина на лентата: 750 MHz - 40 GHz

Изображение 7: Конична рупорна антена с преход към правоъгълен профил на вълновод

Изображение 8: Четири независими правоъгълни рупорни антени са интегрирани в моноимпулсна рупорна антена

Допълнителна информация:


Sponsors: