УСЕЧЕННАЯ РУПОРНАЯ АНТЕННА
TRUNCATED HORN ANTENNA

Изобретение относится к антенной технике.
Известна рупорная антенна по патенту RU № 2220483 С2 [1], содержащая рупорный излучатель, в горловине которого возбуждается ТЕМ-волна, выполненный из двух симметричных частей, разделенных продольными щелями, а соосно рупорному излучателю внутри него установлен дополнительный рупор. Недостатком является: наличие "антенного" эффекта, вследствие открытой конструкции антенны.
Кроме того, известна рупорная антенна по авторскому свидетельству SU № 1608767 А1 [2]. Данная антенна представляет собой рупор в виде усеченного круглого конуса и штыревого возбудителя, ось которого проходит через ось усеченного кругового конуса. Штыревой возбудитель размещен непосредственно внутри усеченного кругового конуса в сечении, диаметр которого равен D=(0,7±0,1)λ, где λ - рабочая длина волны, причем ось штыревого возбудителя наклонена к вершине усеченного кругового конуса на угол α=25±5° относительно нормали к образующей усеченного кругового конуса, а диаметр меньшего основания усеченного кругового конуса составляет не более 0,586λ. Недостатком данной конструкции является ее узкополостность и невозможность излучения пикосекундных импульсов, вследствие использования круглого конуса и зависимости размеров антенны от рабочей длины волны.
Расположение сверхширокополосных антенн открытой конструкции вблизи металлических объектов или объединение электромагнитных излучателей в антенную решетку приводит к возникновению "антенного" эффекта, росту взаимного влияния излучателей, искажению диаграммы направленности антенн, сужению рабочего диапазона и снижению характеристик сверхширокополосных радиолокаторов, поэтому сверхширокополосные антенны должны иметь закрытую конструкцию. Рупорная антенна, состоящая из питающего волновода постоянного сечения и собственно рупора, представляющего собой плавно расходящийся волновод, имеет закрытую конструкцию. Однако ее частотный диапазон ограничивается полосой пропускания питающего волновода.
Для расширения частотного диапазона и обеспечения излучения пикосекундных сигналов рупорной антенной, в которой штыревой возбудитель размещен непосредственно в объеме рупора, предлагается рупор выполнить в виде усеченной пирамиды. Штыревой возбудитель предлагается расположить так, чтобы его ось была параллельна основаниям усеченной пирамиды. Размеры прямоугольника, образованного сечением пирамиды, где располагается штыревой возбудитель, необходимо рассчитывать для нижней границы частотного диапазона рупорной антенны, а оптимальную высоту рупора - для верхней границы частотного диапазона.
Усеченная рупорная антенна работает следующим образом.
нижняя
нижняя
10
Штыревой возбудитель 2 является переходником от коаксиального кабеля к прямоугольному волноводу. Ось штыревого возбудителя должна быть параллельна силовым линиям электрического поля, возбуждаемого в рупоре. Такое расположение штыревого возбудителя можно обеспечить посредством использования площадки 4, угол среза которой должен соответствовать углу раскрыва рупора (фиг.1). Сечение, в котором расположен штыревой возбудитель 2, имеет размер а=с/f, а размер b≤а/2, где f - нижняя граничная частота необходимого диапазона рупорной антенны (фиг.1 и 2). В объеме рупора возбуждается волна типа Н, которая распространяется в сторону раскрыва и в сторону меньшего основания, от которого отражается в силу его размера и наличия закорачивающей стенки. Возбуждение раскрыва рупора с максимальным фазовым сдвигом 3π/4 обеспечивается тем, что оптимальная высота рупора рассчитывается для верхней границы частотного диапазона рупора.
Частотный диапазон рупорной антенны расширится более чем в 4 раза по сравнению с [2]. Ограничение диапазона будет обусловлено только размерами сечения рупора в месте питания - на нижних частотах, и высотой рупора - на верхних частотах. Предлагаемая усеченная рупорная антенна способна излучать пикосекундные сигналы.
На фиг.1 изображена усеченная рупорная антенна и сечение А-А в месте расположения возбуждающего штыря, где 1 - рупор, 2 - штыревой возбудитель, 3 - разъем, 4 - площадка.
На фиг.2 представлена предлагаемая авторами усеченная рупорная антенна. Проведенные экспериментальные исследования показали, что коэффициент стоячей волны имеет значение менее 2 в диапазоне от 3 до 10 ГГц (фиг.3). Коэффициент усиления данной рупорной антенны изображен на фиг.4. На фиг.5 показан сверхширокополосный сигнал, излучаемый антенной.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патент RU № 2220483 С2, заявка 2001134189/09 от 19.12.2001.
2. Авторское свидетельство SU № 1608767 А1, заявка 4655054/24-09 от 23.02.1989.