Излучение открытого конца прямоугольного волновода.
Электромагнитное поле в сечении открытого конца волновода (раскрыве) прямоугольного волновода можно считать таким же, как в произвольном сечении волновода с волной H10, т.е.
Определим поле в дальней зоне, считая, что в раскрыве волновода размером а×b с волновым сопротивлением WH, размещены одинаково ориентированные излучатели Гюйгенса, (рис. 2.15). При этом волновое сопротивление свободного пространства равно W0.
| Рис. 2.15 |
Интегрируя по раскрыву волновода, получим электрическую составляющую поля в главных плоскостях (в плоскостях XOZ — плоскость вектора 
, YOZ — плоскость вектора 
в волноводе соответственно):
Используя соотношение, (2.3) определим КНД открытого конца волновода. Так как из (2.19) следует, что амплитуда максимальной напряженности поля равна 
, а максимальная мощность, передаваемая по волноводу равна 
, с учетом (2.3) находим:
Излучение рупорных антенн. Для увеличения направленности и уменьшения отражения от открытого конца волновода используют рупорные антенны, к основным типам которых относятся: секториальные, пирамидальные и конические рупоры. Секториальным называют рупор, у которого увеличивается один из размер поперечного сечения прямоугольного волновода, а второй остается неизменным, при увеличении размера волновода в плоскости Н называют H-секториальным рупором (рис. 2.16, а), при увеличении размера в плоскости Е называют E-секториальным (рис. 2.16, б).
|
|
|
Пирамидальный рупор, у которого увеличены размеры в двух плоскостях: Е и Н. Конический рупор выполнен на основе круглого волновода, его раскрыв, может быть круглым, эллиптическим или какого-либо другого вида.
Для определения диаграммы направленности рупорной антенны
| Рис. 2.16 |
будем считать, что токи не затекают на внешнюю поверхность рупора, а поле в раскрыве рупора можно считать равным полю падающей волны в соответствующем сечении этого рупора при бесконечной его длине. При этом волны высших типов, возникающие вблизи раскрыва, не учитываем, также не учитываем наличие отражений при достаточно длинном рупоре WH → W0. С учетом данных приближений можно с достаточной степенью точности определить поле диаграммы направленности в области главного лепестка и нескольких первых боковых лепестков.
Для определения структуры поля надо знать амплитудно-фазовое распределение в раскрыве рупора. Определим его.
Анализ показывает, что в Н- и Е-секториальных рупорах в дальней зоне устанавливается волна цилиндрического типа. Учитывая особенности распространения такой волны для H- секториального рупора, можно получить следующее соотношение для амплитудно-фазового распределения поля в раскрыве:
|
|
|
где RH и LH соответственно длина и размер рупора в плоскости 
; индекс «р» показьшает, что данное поле создается рупором (рис. 2.17, а).
Так как на практике обычно RH > LH, то
и
т. е. амплитудное распределение в раскрыве рупора в H-плоскости такое же, как в питающем его прямоугольном волноводе, а фаза изменяется по квадратичному закону.
| Рис. 2.17 |
Аналогично для Е-секториального рупора получим следующее амплитудно-фазовое распределение в раскрыве:
где 
— фазовая скорость волны в питающем волноводе; RE и L Е — длина и размер раскрыва рупора соответственно (рис. 2.17, б).
Амплитудное распределение в раскрыве рупора в плоскости Е равномерное, а фаза изменяется по квадратичному закону. В плоскости H амплитудное распределение косинусоидальное как в прямоугольном волноводе.
Распределение амплитуды и фазы в раскрыве пирамидального рупора (как при RE = RH , так и при RE ≠ RH ) определяется соотношениями:
Амплитудно-фазовые распределения в раскрывах рупоров, полученные выше, позволяют определить создаваемые ими диаграммы направленности.
|
|
|
В Е- и H-плоскостях, получаются такие же диаграммы направленности, как и для линейных систем с равномерным (E-плоскость) и косинусоидальным (H-плоскость) амплитудными распределениями и квадратичными фазовыми распределениями. При малых фазовых искажениях (в E-плоскости меньше 
в H-плоскости меньше 
) можно считать раскрывы рупоров синфазными с амплитудным распределением
Соотношения для расчета полей вEиHплоскостях, аналогичны выражениям для открытого конца прямоугольного волновода (2.19), в которых необходимо заменить значение а на LH , b на LE и WH на W 0 . При этом нормированные диаграммы направленности определяются соотношениями:
Определить ширину диаграммы направленности в главных плоскостях (в градусах) можно по следующим формулам:
КНД рупорных антенн можно определить по формуле (2.3) или воспользоваться рассчитанными графиками, на которых представлены зависимости КНД H- и E-секториальных рупоров в функции от размеров раскрыва 
при различных значениях относительной длины рупора 
— рис. 2.18. На приведенных графиках КНДсоответственно DH и DE размер «b» — для H-рупора и «а» — для E-рупора взят равным длине волны λ, для которой определяются параметры рупора. Для рупоров, у которых этот размер не равен λ, полученные значения DH и DE следует умножить соответственно на 
или 
.
|
|
|
Рис. 2.18
Максимум значений DH и DE (рис. 2.18) обусловлен тем, что увеличение размера раскрыва рупора 
или 
без увеличения 
или 
приводит к росту фазовых искажений на краю рупора и, следовательно, к падению КНД. А увеличение длины рупора при постоянной величине раскрыва приводит к увеличению затекания токов на внешнюю сторону рупора и увеличению уровня боковых лепестков. Это также приводит к снижению КНД. Поэтому есть оптимальные значения размеров
| Рис. 2.18 |
, а для E-рупора 
. Из этих условий определены размеры длины R оптимального рупора в зависимости от величины LH и LE раскрыва:
При этом коэффициент использования поверхности оптимальных рупоров vопт = 0,64, а ширина диаграммы направленности для оптимальных рупоров равна:
для H-рупора 
для E-рупора 
Для пирамидального рупора КНД находится по формуле:
D =0,1DHDE .
Значение DH и DE берутся из графиков рис. 2.18.
При известных значениях RH и RE пирамидального рупора его КНД определяется соотношением:
В оптимальном пирамидальном рупоре фазовые искажения на краях раскрыва в E-плоскости равны 
и в Н-плоскости - 
. При этом коэффициент использования поверхности такого рупора составляет величину vпир = 0,5.
Для формирования более узких диаграмм направленности с помощью рупоров используют фазокорректирующие устройства (линзы из диэлектрика, металлопластинчатые линзы и т.п.).
Рупорные антенны используются, как в качестве самостоятельных антенн, так и в качестве облучателей зеркальных антенн.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 829; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!