Рупорна антена є однією з широко використовуваних антен з простою структурою, широким діапазоном частот, великою потужністю та високим коефіцієнтом посилення.Рупорні антеничасто використовуються як антени живлення у великомасштабній радіоастрономії, супутниковому стеженні та антенах зв'язку. Окрім того, що вони служать джерелом живлення для відбивачів та лінз, вони є поширеним елементом у фазованих решітках та служать загальним стандартом для калібрування та вимірювання коефіцієнта посилення інших антен.
Рупорна антена формується шляхом поступового розгортання прямокутного або круглого хвилеводу певним чином. Завдяки поступовому розширенню поверхні гирла хвилеводу покращується узгодження між хвилеводом та вільним простором, що зменшує коефіцієнт відбиття. Для прямокутного хвилеводу з живленням слід досягти максимально можливого одномодового передавання, тобто передавати лише хвилі TE10. Це не тільки концентрує енергію сигналу та зменшує втрати, але й уникає впливу міжмодових перешкод та додаткової дисперсії, спричиненої кількома модами.
Залежно від різних методів розгортання рупорних антен, їх можна розділити насекторні рупорні антени, пірамідальні рогові антени,конічні рупорні антени, гофровані рупорні антени, ребристі рупорні антени, багатомодові рупорні антени тощо. Ці поширені рупорні антени описані нижче. Вступ по черзі
Секторна рупорна антена
Рупорна секторна антена площини Е
Рупорна секторна антена в площині Е виготовлена з прямокутного хвилеводу, відкритого під певним кутом у напрямку електричного поля.
На рисунку нижче показано результати моделювання секторної рупорної антени в площині E. Видно, що ширина променя цієї діаграми спрямованості в напрямку площини E вужча, ніж у напрямку площини H, що зумовлено більшою апертурою площини E.
Рупорна секторна антена H-площини
Рупорна секторна антена H-подібної площини виготовлена з прямокутного хвилеводу, відкритого під певним кутом у напрямку магнітного поля.
На рисунку нижче показано результати моделювання секторної рупорної антени в H-площині. Видно, що ширина променя цієї діаграми спрямованості в напрямку H-площини вужча, ніж у напрямку E-площини, що зумовлено більшою апертурою H-площини.
Продукція для секторних рупорних антен RFMISO:
RM-SWHA187-10
RM-SWHA28-10
Пірамідальна ріжкова антена
Пірамідальна рупорна антена виготовлена з прямокутного хвилеводу, який відкритий під певним кутом у двох напрямках одночасно.
На рисунку нижче показано результати моделювання пірамідальної рупорної антени. Її випромінювальні характеристики є, по суті, комбінацією секторних рупорів E-площини та H-площини.
Конічна рупорна антена
Коли відкритий кінець круглого хвилеводу має форму рупора, його називають конічною рупорною антеною. Конусно-рупорна антена має над собою круглий або еліптичний отвір.
На рисунку нижче показано результати моделювання конічної рупорної антени.
Конічні рупорні антенні вироби RFMISO:
RM-CDPHA218-15
RM-CDPHA618-17
Гофрована рупорна антена
Гофрована рупорна антена — це рупорна антена з гофрованою внутрішньою поверхнею. Вона має переваги широкого діапазону частот, низької крос-поляризації та гарної симетрії променя, але її структура складна, а обробка та вартість високі.
Гофровані рупорні антени можна розділити на два типи: пірамідальні гофровані рупорні антени та конічні гофровані рупорні антени.
Вироби з гофрованого рупорного антенного матеріалу RFMISO:
RM-CHA140220-22
Пірамідальна гофрована рупорна антена
Конічна гофрована рупорна антена
На рисунку нижче показано результати моделювання конічної гофрованої рупорної антени.
Ребриста рупорна антена
Коли робоча частота звичайної рупорної антени перевищує 15 ГГц, задня пелюстка починає розщеплюватися, а рівень бічних пелюсток зростає. Додавання ребристої структури до резонатора динаміка може збільшити смугу пропускання, зменшити імпеданс, збільшити коефіцієнт посилення та покращити спрямованість випромінювання.
Гребневі рупорні антени в основному поділяються на двогребеневі рупорні антени та чотиригребеневі рупорні антени. Далі як приклад моделювання використовується найпоширеніша пірамідальна двогребенева рупорна антена.
Пірамідальна двогребнева рупорна антена
Додавання двох ребристих структур між хвилеводною частиною та отвором рупора утворює подвійну ребристу рупорну антену. Секція хвилеводу поділена на задній резонатор та ребристий хвилевід. Задній резонатор може фільтрувати моди вищого порядку, що збуджуються у хвилеводі. Ребристий хвилевід зменшує частоту зрізу передачі основної моди, тим самим досягаючи мети розширення смуги частот.
Ребриста рупорна антена менша за загальну рупорну антену в тому ж частотному діапазоні та має вищий коефіцієнт посилення, ніж загальна рупорна антена в тому ж частотному діапазоні.
На рисунку нижче показано результати моделювання пірамідальної двогребеневої рупорної антени.
Багатомодова рупорна антена
У багатьох застосуваннях рупорні антени повинні забезпечувати симетричні діаграми спрямованості у всіх площинах, збіг фазових центрів у площинах $E$ та $H$, а також придушення бічних пелюсток.
Багатомодова структура рупорного збудження може покращити ефект вирівнювання променя кожної площини та зменшити рівень бічних пелюсток. Однією з найпоширеніших багатомодових рупорних антен є двомодова конічна рупорна антена.
Дворежимна конічна рупорна антена
Двомодовий конічний рупор покращує діаграму спрямованості площини $E$, вводячи моду вищого порядку TM11, завдяки чому її діаграма спрямованості має аксіально симетричні зрівняні характеристики променя. На рисунку нижче показано схематичну діаграму розподілу електричного поля апертури основної моди TE11 та моди вищого порядку TM11 у круглому хвилеводі та його синтезований розподіл поля апертури.
Структурна форма реалізації двомодового конічного рупора не є унікальною. Поширені методи реалізації включають рупор Поттера та рупор Пікетта-Поттера.
На рисунку нижче показано результати моделювання двомодової конічної рупорної антени Поттера.
Час публікації: 01 березня 2024 р.
