ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ГОФРИРОВАННЫЙ РУПОР

Предлагаемый гофрированный рупор относится к области антенной техники и может быть использован для приема (излучения) СВЧ колебаний.
Известна рупорная антенна [Патент ФРГ №2930932 кл. H01Q 13/02, 1982 г.].
Рупорная антенна выполнена в виде усеченного конуса, который состоит из трех секций: гладкой секции и двух ребристых секций.
К недостаткам рупорной антенны можно отнести значительные габариты по сравнению с длиной волны и невозможностью получить стабильную, на уровне минус 3 дБ, диаграмму направленности (ДН) шириной около 45° на уровне минус 3 дБ в широком диапазоне частот.
Известен гофрированный рупор [Патент США №3754273 кл. 343-786 H01Q 13/02, 1973 г.]. Конический гофрированный рупор выполнен с дополнительными выемками в глубине канавок вдоль образующих наружных поверхностей волновода и рупора. К недостаткам гофрированного рупора можно отнести конструктивную сложность и меняющуюся ширину ДН в широком диапазоне частот.
Известен гофрированный рупор с малым стабильным коэффициентом стоячей волны [Заявка Великобритании №4645 МКИ H01Q 13/02, 1978 г.]. В антенне экспоненциального вида с гофрированным рупором, глубина углублений в гофрах уменьшается экспоненциально от горла рупора до его раскрыва. Ширина и расстояние между углублениями может также экспоненциально изменяться в том же направлении. Рупор обладает малым коэффициентом стоячей волны и малыми боковыми лепестками ДН.
К недостатком данной антенны можно отнести значительные габариты и недостаточную стабильность ширины ДН в широком диапазоне частот.
Известен широкополосный рупор на круглом волноводе с двумя гребнями [Патент США №4021814 МКИ H01Q 13/02 НКИ 343-786, 1977 г.]. Конический рупор выполнен вместе с круглым волноводом на котором установлены клинья, согласующие волновод с коаксиальным соединителем. На коническом рупоре имеются несколько ребер определенной ширины, между которыми располагаются промежутки определенной ширины. Ширина промежутков превышает ширину ребер и равна 0,3λ,, где λ - длина волны на верхней граничной частоте рабочего диапазона частот и глубина промежутков меньше одной четверти длины волны на нижней граничной частоте рабочего диапазона частот.
К недостаткам рупорной антенны можно отнести значительные габариты по сравнению с длиной волны и невозможностью получить стабильную, на уровне 3 дБ, диаграмму направленности шириной около 45° на уровне минус 3 дБ в широком диапазоне частот.
макс
мин
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является построение конструктивно простого малогабаритного широкополосного рупора с осесимметричной диаграммой направленности, низким уровнем боковых лепестков и шириной на уровне минус 3 дБ, равной 45±3° в диапазоне частот с отношением λ/f≥2.
М11Н
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мин
Технический результат достигается тем, что в широкополосном гофрированном рупоре, содержащем усеченную коническую секцию, на внутренней поверхности которой, выполнены канавки и круглый волновод, при этом усеченная коническая секция с углом при вершине, равным 120°, диаметром большого основания, равным 2,8λ, где λминимальная длина волны рабочего диапазона частот, и диаметром малого основания, равным 1,33λ, состоит из двух участков, первый из которых имеет три канавки, параллельные оси секции, с периодом равным 0,1λ, глубина первой канавки, примыкающей к окружности большого основания конической секции, равна 0,28λ, а глубина второй и третьей канавок, равна 0,22λ, второй участок расположен от третьей канавки до меньшего основания конической секции, переход с круглого волновода, образованного малым основанием усеченной конической секции на прямоугольный волновод со сторонами а=1,330А, и в=0,436λ имеет длину, равную 0,77λ, причем габаритная высота широкополосного гофрированного рупора составляет 1,2λ.
макс
мин
Существенные признаки, отличающие заявленный широкополосный гофрированный рупор от прототипа не поддаются самостоятельной квалификации, так как неотделимы от целого объекта. Взаимное положение и размеры всех элементов, входящих в рупор, окончательно определены экспериментально и позволяют построить антенну простой конструкции и небольших размеров по сравнению с длиной волны с осесимметричной диаграммой направленности шириной на уровне минус 3 дБ, равной 45±3°, боковыми лепестками ниже 30 дБ и значением КСВН<1,3 в диапазоне частот при f/f≥2.
На Фиг. приведен чертеж предлагаемого широкополосного гофрированного рупора, на котором изображено:
1 - коническая секция;
2 - переход;
3 - второй участок;
4 - третья канавка;
5 - вторая канавка;
6 - первая канавка.
мин
мин
мин
мин
Широкополосный гофрированный рупор состоит из конической секции 1 и перехода 2 с круглого волноводного выхода конической секции 1 на прямоугольный волновод со сторонами a=1,330λ и в=0,436λ. Коническая секция 1 состоит из гладкого второго участка 3 и первого участка, на котором расположены третья 4, вторая 5 и первая 6 канавки. Габариты антенны: диаметр равен 2,8λ и высота равна 1,2λ.
Антенна работает следующим образом:
Ребристый первый участок конической секции с 4, 5 и 6 канавками формирует в раскрыве антенны амплитудно-фазовое распределение поля СВЧ, обеспечивающее осесимметричную ДН с низким уровнем боковых лепестков; расфазированный участок антенны - переход 2 с прямоугольного волновода на круглый волновод конической секции 1 корректирует ширину ДН в высокочастотной части рабочего диапазона. Размер гладкого второго участка 3 конической секции 1 выбран из условия широкополосного согласования рупора с питающим волноводом.
макс
мин
макс
мин
Коническая секция 1 и переход 2 формируют частотно-независимую ДН в диапазоне частот с отношением f/f≥2. В разных участках сантиметрового диапазона волн экспериментально исследован заявляемый широкополосный гофрированный рупор, у которого в диапазоне частот с отношением f/f≥2 значение КСВН было не более 1,3, боковые лепестки ниже 30 дБ и ширина ДН на уровне минус 3 дБ, равна 45±3°.
Заявляемый широкополосный гофрированный рупор может быть изготовлен на любом среднетехническом предприятии страны из алюминиевых и медных сплавов, которые широко применяются в промышленности.
По сравнению с прототипом предлагаемый широкополосный гофрированный рупор имеет улучшенные технические и экономические показатели:
- более простую конструкцию и соответственно более низкую цену;
- улучшенные электрические параметры, позволяет получить частотно независимую ширину ДН в широком диапазоне частот при низком уровне боковых лепестков и хорошем согласовании с питающим трактом.