РУПОРНАЯ АНТЕННА
HORN ANTENNA

Изобретение относится к антенной технике, в частности к рупорным антеннам, работающим в непрерывном диапазоне сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких частот (КВЧ).
Рупорные антенны широко используются в измерительных установках как облучающие и эталонные антенны с известными радиотехническими характеристиками (РТХ) и предназначены для измерения параметров антенных устройств, параметров электромагнитной совместимости, параметров диэлектрических и радиопоглощающих материалов. Кроме того, они применяются в качестве облучателей в зеркальных и линзовых антеннах, а также в конструкциях антенн других типов, например, импедансных (Г.Т. Марков, Д.М. Сазонов. Антенны. Москва. 1975 г., стр. 423).
Достоинством рупорных антенн являются большая ширина рабочего диапазона частот и относительная простота конструкции.
Наиболее широкополосные двухгребневые рупорные антенны, в которых используются два согласующих гребня, начинающихся от раскрыва рупора и выполненных по типу Н-образного волновода.
Известны двухгребневые рупорные измерительные антенны фирмы RFspin: DRH200, DRH370, DRH10, DRH18-E, DRH18, DRH20, DRH40, DRH50 коэффициенты перекрытия рабочего диапазона частот которых, находятся в интервале от 11:1 до 20:1 (ЗАО «НПО Серния». Каталог антенн, стр. 2-16, www.sernia.ru). Еще более широкополосная антенна измерительная рупорная П6-72, работающая в диапазоне частот с перекрытием 30:1 (Патент RU 2427060).
При всех своих достоинствах двухгребневые рупорные антенны имеют весьма низкую технологичность изготовления. Это связано с тем, что гребни и другие детали, как правило, изготавливаются отдельно от собственно рупора. При механической сборке между отдельными деталями неизбежно появляются зазоры и щели, приводящие к отрицательным резонансным эффектам в радиотехнических характеристиках (РТХ).
Меньшей широкополосностью, по сравнению с двухгребневыми рупорными антеннами, обладают более известные и распространенные пирамидальные рупоры прямоугольного поперечного сечения. В большинстве случаев антенны выполняются по схеме «оптимального» рупора и состоят из собственно рупора и возбуждающего устройства в виде отрезка прямоугольного волновода с фланцем или волноводно-коаксиального перехода на основе прямоугольного волновода, соединенных с рупором. Ширина рабочего диапазона пирамидальных рупоров ограничивается не рупором, а питающим его волноводом (А.Л. Драбкин, В.Л. Зузенко, А.Г. Кислов. Антенно-фидерные устройства. Москва. «Советское радио». 1974 г., стр. 286).
Известны измерительные рупорные антенны П6-131, П6-132, П6-133, П6-134, П6-135 (АО «СКАРД-Электроникс. Каталог СВЧ электроники. 2017 г., стр. 37 - 41, www.skard.ru) и пирамидальные рупорные антенны H-A60-W, H-A75-W, H-A90-W, H-A110-W фирмы RFspin с возбуждающим устройством в виде отрезка прямоугольного волновода с фланцем. Коэффициенты перекрытия рабочего диапазона частот указанных антенн изменяются от 1,47:1 до 1,54:1.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемой рупорной антенне являются принятые в качестве прототипа пирамидальные рупорные антенны Н-А40 и Н-А50 фирмы RFspin с возбуждающим устройством в виде волноводно-коаксиального перехода на основе прямоугольного волновода (ЗАО «НПО Серния». Каталог антенн, стр. 39). Коэффициенты перекрытия рабочих диапазонов частот антенн 1,54:1 и 1,52:1 соответственно. Антенны имеют удовлетворительные РТХ, однако, коэффициенты перекрытия рабочих диапазонов частот, определяемые рабочими диапазонами частот возбуждающих отрезков прямоугольных волноводов, недостаточны в ряде случаев, например, при использовании рупоров в качестве облучающих и измерительных антенн при экспериментальных исследованиях более широкополосных антенных устройств.
Целью настоящего изобретения является разработка широкополосной рупорной антенны с увеличенной рабочей полосой частот в СВЧ и КВЧ диапазонах, с упрощенной конструкцией и повышенной технологичностью изготовления.
Поставленная цель достигается тем, что в рупорной антенне, содержащей пирамидальный рупор прямоугольного поперечного сечения и присоединенный к нему возбуждающий волноводно-коаксиальный переход, последний выполнен с использованием волновода с двойным гребнем переменной высоты и поршня с короткозамыкающей стенкой в виде двугранного угла.
На рисунке 1 изображена конструкция рупорной антенны, где 1 - пирамидальный рупор, 2 - волноводно-коаксиальный переход, 3 - волновод с двойным гребнем переменной высоты, 4 - разъем коаксиальной линии, 5 - поршень с короткозамыкающей стенкой в виде двугранного угла.
Рупорная антенна состоит из пирамидального рупора прямоугольного поперечного сечения и присоединенного к нему возбуждающего волноводно-коаксиального перехода. Волноводно-коаксиальный переход выполнен на основе волновода с двойным гребнем переменной высоты и поршня с короткозамыкающей стенкой в виде двугранного угла.
Примененный в антенне волноводно-коаксиальный переход на основе волновода с двойным гребнем переменной высоты более широкополосный (коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот около 2,9:1), чем волноводно-коаксиальный переход на основе прямоугольного волновода (коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот около 1,5:1). Это обеспечивает увеличение рабочей полосы частот рупорной антенны. Согласование рупорной антенны осуществляется путем изменения положения короткозамыкающей стенки поршня в волноводе волноводно-коаксиального перехода. Использование поршня с короткозамыкающей стенкой в виде двугранного угла вместо плоской позволяет улучшить характеристику коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) в рабочей полосе частот и дополнительно увеличить коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот в СВЧ и КВЧ диапазонах.
Использование в рупорной антенне пирамидального рупора прямоугольного поперечного сечения без согласующих гребней значительно упрощает конструкцию антенны, уменьшает ее металлоемкость и массу. Изготовление рупора и волноводно-коаксиального перехода на электроэрозионном проволочно-вырезном станке при минимуме механической сборки обеспечивает высокую точность исполнения и повторяемость геометрических размеров деталей, высокую технологичность и стабильность РТХ антенн.
Таким образом, использование в составе рупорной антенны с пирамидальным рупором прямоугольного поперечного сечения волноводно-коаксиального перехода на основе волновода с двойным гребнем переменной высоты и поршня с короткозамыкающей стенкой в виде двугранного угла решает поставленную задачу и обеспечивает достижение требуемого технического результата - увеличение рабочей полосы частот антенны в СВЧ и КВЧ диапазонах, упрощение конструкции и повышение технологичности изготовления.
Рупорная антенна предлагаемой конструкции работает в диапазонах СВЧ и КВЧ с перекрытием 3:1. Антенна имеет удовлетворительные осесимметричные диаграммы направленности с шириной по уровню минус 3 дБ, изменяющиеся от 21° в нижней части рабочего диапазона до 9° в его верхней части. Отклонение диаграмм направленности от оси не более 2,5°. Коэффициент усиления 19-24 дБ. Поляризация - линейная. КСВН не более 1,3. Выходной разъем - розетка, тип I по ГОСТ РВ 51914-2002 (2,4×1,04 мм). Габаритные размеры 50×50×200 мм, масса - 0,3 кг.
Приведенные характеристики полностью удовлетворяют техническим требованиям к антенне.