Что такое рупорная антенна и как она устроена
Рупорная антенна — это тип антенны, состоящий из металлического расширяющегося рупора и присоединённого к его узкой части радиоволновода. Основная сфера её применения — направленное излучение и приём радиоволн в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне.
Области применения и основные типы
Помимо основной функции, рупорные антенны широко используются как самостоятельные устройства в измерительной аппаратуре, системах спутниковой связи и других высокоточных приборах. Диаграмма направленности (характеристика излучения) такой антенны напрямую зависит от распределения электромагнитного поля в её раскрыве — самом широком сечении раструба. Форма и геометрические размеры рупора определяют его тип. Наиболее распространёнными являются:
- Секториальные рупоры
- Конические рупоры
- Пирамидальные рупоры
Существуют и более сложные модификации, например, антенны с плавно изогнутой поверхностью или специально обработанной внутренней частью. Такие усовершенствования направлены на улучшение электрических параметров.
Совершенствование характеристик и принцип согласования
Модифицированные конструкции позволяют получить диаграмму направленности с минимальным уровнем боковых лепестков и симметричной относительно оси формой. Для дополнительной коррекции направленных свойств внутрь раскрыва рупора могут устанавливаться специальные линзы, ускоряющие или замедляющие фазу волны.
Чтобы обеспечить эффективную передачу энергии и минимизировать отражения, рупор должен быть хорошо согласован с питающим волноводом. Для этого часто используют:
- Встроенные подстроечные элементы (штыри, диафрагмы).
- Специальные согласующие секции переходов.
- Конструкции с параболической образующей поверхностью рупора.
Ключевой особенностью рупора является его плавно расширяющееся поперечное сечение. Это создаёт постепенный переход от волновода, где энергия сконцентрирована, к свободному пространству, обеспечивая эффективное излучение и хорошее согласование волновых сопротивлений.
Рупорно-параболические антенны
В комбинированных конструкциях, таких как рупорно-параболическая антенна, рупор служит облучателем для сегмента параболического отражателя (рефлектора). Волны, излучаемые рупором, падают на рефлектор, отражаются от него и формируют узкий луч через общий раскрыв. Для формирования плоского волнового фронта (коллимированного луча) фокус параболического сегмента должен совпадать с фазовым центром рупора.
Принцип работы в режиме приёма и измерения
В измерительном режиме рупорная антенна, работающая на приём, вращается вокруг своей оси, перпендикулярной плоскости измерения. К её выходу подключается кристаллический детектор с усилителем. При слабых сигналах детектор работает в квадратичном режиме, поэтому показания индикатора пропорциональны квадрату напряжённости принимаемого поля, что позволяет точно измерять мощность.
Источником сигнала служит стационарная передающая антенна, расположенная на некотором расстоянии. Для снятия полной диаграммы направленности приёмную рупорную антенну последовательно поворачивают на небольшой угол, каждый раз фиксируя показания прибора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока антенна не совершит полный оборот на 360 градусов, что позволяет построить полную картину её направленных свойств.