Рупорная антенна. Литература и источники информации. E-плоскостной секториальный рупор

Волноводные излучатели имеют широкую ДН, малый КНД, плохо согласованы со свободным пространством. Для повышения направленности, КНД и улучшения согласования переходят к рупорным антеннам.

Рупорная антенна состоит из рупора - отрезка волновода с плавно расширяющимся сечением и устройства питания рупора - волновода с возбуждающим устройством.

Рупор преобразует участок плоской полны малых размеров в поперечном сечении волновода в участок приблизительно плоской волны, значительно больших размеров в раскрыве рупора. Это приводит к сужению ДН и увеличению КНД по сравнению с волноводным излучателем. Кроме того, увеличение размеров поперечного сечения приводит в большинстве случаев к тому, что волновое сопротивление рупора стремится к волновом сопротивлению свободного пространства, что улучшает согласование антенны со свободным пространством.

К числу основных типов рупорных антенн относятся (pис.1) секториальный, пирамидальный и конический рупоры.

Секториальным рупором называют такой рупор, у которого увеличивается лишь один размер поперечного сечения прямоугольного волновода, а второй размер остается постоянным. Различают Н-секториальный рупор (рис. 1 а), когда увеличивается размер волновода в плоскости Н, и Е-секториальный рупор (рис.1 б) когда увеличивается размер волновода в плоскости Е.

Пирамидальным рупором (рис. 1 в) называют такой рупор у которого увеличиваются размеры в обеих плоскостях.

Конический рупор (рис. 1 г) -это рупор с расширяющимся круглым поперечным сечением.

Антенны в виде открытого конца волновода обладают слабой направленностью, и их коэффициент усиления находится обычно в пределах 6-7 дБ. Такие антенны чаще всего используют в ка­честве элементов фазированных антенных решеток, в облучателях простейших параболических антенн, а также в качестве слабона­правленных антенн летательных аппаратов.

Для увеличения направленности и уменьшения отражения от открытого конца волновода применяют рупорные излучатели. На рис. 1 а показан Н-секториальный рупор, расширяющийся в плос­кости вектора Н. В рупоре возникает волна, подобная волне Н 10 в прямоугольном волноводе. Однако секториальный рупор отлича­ется от волновода тем, что в нем фронт волны образует цилиндри­ческую поверхность, фазовая скорость является переменной ве­личиной, зависящей от отношения a/l, поле на большом расстоя­нии от горловины рупора принимает вид чисто поперечной волны.

Фазовая скорость приближенно определяется форму­лой (1) и вблизи раскрыва рупора приближается к скорости света, что приводит к уменьшению отражения волны от излучающей поверхности раскрыва.

Если угол раствора рупора l н мал, то фронт волны в выходном отверстии близок к плоскому и для расчета ДН в плоскости Н может быть использована формула (1). Главный лепесток ДН сужается примерно во столько же раз, во сколько увеличивается размер а раскрыва рупора по сравнению с размером широкой стенки прямоугольного волновода. При увеличении угла раствора рупора а н фронт волны в раскрыве искривляется, а это приводит к расширению ДН. Фаза поля на краю раскрыва по сравнению с ее значением в середине раскрыва может быть определена по приближенной формуле, полученной из геометрических построений:

где R - длина рупора. Распределение фазы поля в выходном отверстии рупора подчиняется квадратичному закону.

Как показывают расчеты, КНД рупорной антенны при фиксированной длине рупора имеет характерную зависимость от размера раскрыва , показанную на рис.2. Наличие максимума объясняется тем, что при увеличении угла раствора рупора, с одной стороны, увеличивается относительный размер раскрыва , что ведет к сужению ДН, с другой -

Рис 2. Зависимость КНД от размеров Н-сек­ториального рупора

согласно (2) быстро увеличивается квадратичная фазовая ошибка |Ф 2 |, ведущая к расширению ДН. В результате действия двух этих факторов при определенном электрическом размере раскрыва имеет место максимальный КНД. Оказывается, что при любой длине рупора максимум КНД получается при квадратичной фазовой ошибке на краю рупора, равной 135°. Н-секториальный рупор, удовлетворяющий этому условию, принято называть оптимальным. Полный КИП оптимального Н-секториального рупора равен примерно 0,64 (0,81 - апертурный КИП, обусловленный спадающим до нуля на краях раскрыва амплитудным распределением; 0,79 - КИП, обусловленный квадратичной фазовой ошибкой).

Наряду с Н-секториальными применяют Е-секториальные рупоры, расширяющиеся в плоскости вектора Е. Ширина ДН в плоскости Н- Е-секториального рупора такая же, как и у открытого конца волновода, а в плоскости Е ширина луча с увеличением размера bуменьшается, если угол раствора взят достаточно малым. В Е-секториальном рупоре амплитудное распределение поля в раскрыве приблизительно равномерное и квадратичная фазовая ошиб­ка на краю раскрыва, соответствующая оптимальному рупору с наибольшим КНД, составляет 90°. При |Ф 2 |< 45° ДН в плоскости Е может быть рассчитана по формуле (1).

Наиболее широко применяются пирамидальные рупоры с прямоугольным поперечным сечением (рис. 3). Эти рупоры позволяют сужать ДН как в плоскости Н, так и в плоскости Е. В пирамидальном

Рис. 3. Пирамидальный рупор

рупоре образуется сферическая волна, фазовая скорость которой является переменной и у открытого конца приближается к скорости света. Вследствие этого отражение волны от раскрыва незначительно - рупор согласовывает волновод с открытым пространством. Фазовые искажения поля в раскрыве могут быть определены по формуле (2) в плоскости Н и по аналогичной формуле (при замене aна b) в плоскости Е. При небольших фазовых искажениях (при |Ф 2 |<45 0) ДН пирамидального рупора мало отличаются от ДН синфазного прямоугольного раскрыва с соответствующим амплитудным распределением и поэтому могут быть рассчитаны по формулам (1) и (2). Для уменьшения длины рупора обычно допускается квадратичное искажение фазы поля в раскрыве |Ф 2 | = 135° в плоскости Н и |Ф 2 | =90° в плоскости Е.

Такой рупор, как отмечалось, называется оптимальным, и его КИП грубо оценивается формулой , где первый множитель учитывает неравномерность амплитудного распределения в плоскости Н, а второй - наличие квадратичных фазовых искажений в плоскостях Е и Н.

Помимо рупоров прямоугольного поперечного сечения находят применение рупоры круглого сечения, а именно конические рупоры. Они образуются путем расширения открытого конца круглого волновода, возбуждаемого волной Н 11 . Излучение конического рупора аналогично излучению пирамидального рупора, и он также имеет оптимальные размеры, которые можно рассматривать как средние между размерами оптимальных Е- и Н-плоскостных рупоров.

Достоинствами рупорных антенн являются простота и неплохие диапазонные свойства. Практически все оптимальные и более длинные рупоры могут быть использованы во всей рабочей полосе частот питающего волновода. Самостоятельно рупорные антенны чаще всего применяются в измерительных установках, например как эталонные антенны с известным коэффициентом усиления. Кроме того, рупоры широко используются для облучения зеркальных и линзовых антенн, а также в конструкциях антенн других типов, например импедансных.

Основным недостатком рупорной антенны является наличие фа­зовых искажений в раскрыве. Для уменьшения этих искажений приходится увеличивать длину рупора.

Для получения, например, ширины ДН, равной 5°, длина Н-рупора должна быть больше 60л, т. е. рупор оказывается весьма громозд­ким. Отсюда видно, что формирование острых ДН с помощью обычных рупорных антенн затруднено. Этот недостаток можно устранить несколькими способами:

1) использованием многорупорных антенн. Апер­тура размером L образуется n рупорами с апертурами L/n . При этом длина антенны R может быть уменьшена в n^2 раз. Этот спо­соб, однако, сильно усложняет как саму антенну, так и систему пи­тания ее;

2) коррекцией фазовых искажений с помощью фазовыравнивающих устройств. В качестве последних используются или ди­электрические линзы, устанавливаемые в раскрыве рупора (рис. 4 а), или геодезические (металловоздушные) линзы (рис. 4 б). Профиль геодезической линзы выбирается так, что-

бы длина геометрического пути от вершины рупора до любой точ­ки раскрыва была одной и той же. Очевидно, что использование геодезических линз возможно только в векториальных рупорах. Рупорные антенны имеют ряд ценных качеств: они просты по конструкции, диапазоны, имеют относительно низкий уровень бо­ковых лепестков. Однако они неудобны для создания узких ДН из-за ограничений налагаемых фазовыми искажениями поля в раскрыве. Рупорные антенны без фазовой коррекции используются для формирования широких ДН (десятки градусов). Такие антен­ны широко применяются как облучатели зеркальных и линзовых антенн и в качестве антенн измерительных приборов.

Для формирования узких ДН (единицы градусов) применяют рупорные антенны с фазовыравнивающими устройствами. Еще более острые ДН можно получить, используя системы из большого числа рупоров - антенные решетки.

Список литературы:

1. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. – М.: Энергия, 1975.

2. Шифрин Я.С. Антенны. ВИРТА им. Говорова Л.А. 1976.

3. Гавеля Н.П., Истрашкин А.Д., Муравьев Ю.К. Серков В.П. Антенны. Под ред. Муравьева Ю.П. ВКАС. 1963. Ч.1, ч2.

Федеральное агентство по образованию РФ

Красноярский государственный технический университет

Рупорные антенны

Выполнил: ст-т гр. Р 52-4

Шолотов П.А.

Проверил: Пузиков Г.С.

Рупорная антенна относится к классу так называемых апертурных антенн. Апертура - это эффективная площадь раскрыва антенны. Такие антенны, в отличии от проволочных, «ловят волну» прямо своей апертурой и рупорная антенна - яркий тому пример. Это похоже на то как синий кит ловит планктон. Чем больше он раскроет пасть (апертуру ),- тем больше планктона (электромагнитной энергии ) поймает. Другими словами, коэффициент усиления рупорной антенны прямо пропорционален площади раскрыва рупора и мы можем достичь внушительного усиления просто увеличивая его размеры. Рупорные антенны широко применяются в профессиональной радиорелейной связи или как облучатели тарелок .

Делая простую рупорную антенну своими руками без специальных фазо-выравнивающих хитростей, типа H-образного рупора, мы можем достичь усиления до 20-25 dBi. К плюсам рупорной антенны можно отнести то, что она достаточно широкополосна и, следовательно, обладает хорошей повторяемостью , имеет достаточно простую конструкцию при относительно большом коэффициенте усиления. Из минусов можно упомянуть большой расход материала в сравнении, например, с панельной патч-антенной , имеющей такое же усиление, а также большую парусность. Многих анонимов отпугивает использование рупорных антенн в качестве измерительных эталонов в профессиональной технике. Куда нам с нашими жестянками до них! Ну а разве использовать в качестве антенны жестяную банку вместо отрезка круглого волновода - комильфо? А ведь она работает! Для большинства анонимов достать фольгированный стеклотекстолит, а тем более медные пластины или что-то в этом роде - достаточно проблематично и дорого. Поэтому использование оцинковки для изготовления рупорной антенны своими руками не только допустимо, но и экономически оправдано. Более того, можно применить фанеру или картон в сочетании с металлической фольгой. Одну из таких конструкций вы можете посмотреть по ссылке в конце статьи.

Рупорные антенны делятся на:

• конические
• секторальные
• пирамидальные
• гофрированные

Для изготовления своими руками лучше всего пригодны пирамидальные рупорные антенны. Рассчитать конструктивные размеры такой антенны вы можете воспользовавшись нашим онлайн калькулятором . Электромагнитная энергия, собранная рупором, попадает в отрезок прямоугольного волновода. Внутри волновода находится коаксиально-волноводный переход, примерно такой же, как и у баночной антенны. Меняя размер и положение штыря можно согласовать антенну в широком диапазоне как с 75-омным, так и с 50-омным фидером.

Рис. Типы рупорных антенн: а) Е -секториальный, б) Н -секториальный, в) пирамидальный, г) конический.

Свойства:
Рупорные антенны очень широкополосны и весьма хорошо согласуются с питающей линией - фактически, полоса антенны определяется свойствами возбуждающего волновода. Для этих антенн характерен малый уровень задних лепестков диаграммы направленности (до -40 dB) из-за того, что мало затекание ВЧ-токов на теневую сторону рупора. Рупорные антенны с небольшим усилением просты конструктивно, но достижение большого (>25 dB) усиления требуют применения выравнивающих фазу волны устройств (линз или зеркал) в раскрыве рупора. Без подобных устройств антенну приходится делать непрактично длинной.

Применение:
Рупорные антенны применяют как самостоятельно, так и в качестве облучателей зеркальных и других антенн. Рупорную антенну, конструктивно совмещенную с параболическим отражателем, часто называют рупорно-параболической антенной. Рупорные антенны с небольшим усилением из-за удачного набора свойств и хорошей повторяемости часто используются в качестве измерительных.
На радиотелескопе в Холмдейле, представляющем собой радиометр Дикке на основе рупорно-параболической антенны, Арно Пензиас и Роберт Вудроу Вильсон в 1965 году открыли реликтовое излучение.

Характеристики и формулы:

Пирамидальная рупорная антенна:

Усиление рупорной антенны определяется площадью её раскрыва и может быть расчитано по формуле:
где: - площадь раскрыва рупора.
λ - длина волны основного излучения.
- 0,4....0,8 КИП (коэффициент использования поверхности рупора), равный 0,6 для случая, когда разность хода центрального и перифирийного лучей менее, но близка к Pi/2, и 0,8 при применении выравнивающих фазу волны устройств.

Ширина главного лепестка ДНА H :

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости E :

Так как при равенстве L E и L H ДНА в плоскости Н получается в 1.5 раза шире, часто, для получения одинаковой ширины лепестка в обоих плоскостях, выбирают:

Для удержания фазовых искажений в раскрыве рупора в допустимых пределах (не более Pi/2) необходимо, чтобы выполнялось условие (для пирамидального рупора):

где и - высоты граней пирамиды, образующей рупор.

По другому источнику:

Где L H - ширина раскрыва в плоскости Н , L E - ширина раскрыва в плоскости Е , R E и R H - длины рупора.

Для такой антенны КНД в упрощенном виде рассчитывается по формуле:

D руп. = 4piνS/λ 2
Где: S = L H * L E - площадь раскрыва рупора;
λ - длина волны основного излучения;
ν = 0,4....0,8 - коэффициент использования поверхности (КИП );

В зависимости от типа рупора, рупорные антенны делятся на Н - и Е - секториальные, пирамидальные и конические. Рупоры, размеры которых соответствуют максимальному значению КНД называются оптимальными. Для оптимальных Н -секториальных рупорных антенн длина рупора R H =L H 2 /3λ , для оптимальных Е -секториальных рупорных антенн R Е =L E 2 /2λ . КИП оптимального Н - и Е -секториального, пирамидального рупоров равен 0,64. Если условно увеличить длину рупора до бесконечности, то КИП антенны увеличится до 0,81.

В коническом рупоре, оптимальная длина R опт. кон . зависит от диаметра его раскрыва d :
R опт. кон. = d 2 /2,4λ + 0,15λ
КИП оптимального конического рупора v =0,5.

Табл. 1.2. Ширина диаграммы направленности рупора с оптимальной длиной.

Тип рупора	Ширина диаграммы направленности в плоскости Н	Ширина диаграммы направленности в плоскости Е
Е-секториальный	2Θ 0,7 =68λ/L H	2Θ 0,7 =53λ/L E
Н-секториальный	2Θ 0,7 =80λ/L H	2Θ 0,7 =51λ/L E
Пирамидальный	2Θ 0,7 =80λ/L H	2Θ 0,7 =53λ/L E
Конический	2Θ 0,7 =60λ/d	2Θ 0,7 =70λ/d

Если взять эллиптический рупор, с соотношением осей эллипса 1,25, то можно получить приблизительно одинаковую ширину диаграммы направленности, во всех сечениях, проходящих через ось рупора.

Достоинством рупорной антенны является ее широкополосность, определяемая широкополосностью питающего волновода, к.п.д. рупорной антенны равен единице.

Недостаток рупорных антенн заключается в необходимости выбора слишком большой длины рупора для получения остронаправленного излучения. Оптимальная длина рупора пропорциональна квадрату размеров раскрыва L H или L E , а ширина диаграммы направленности обратно пропорциональна L H или L E в первой степени. Поэтому для сужения диаграммы направленности рупорной антенны в N раз, ширина раскрыва должна быть увеличена в N раз, а длина рупора - в N2 раз. Это обстоятельство накладывает ограничения на ширину диаграммы направленности рупорных антенн.

На частоте 2,45 ГГц длина волны сигнала WiFi составляет 122 мм. Поляризация вертикальная. В сети приводится любопытная схема биквадрата, выгнутого вокруг медной трубы диаметра 10 см. Получается, что диаграмма направленности подобной антенны искажается и растягивается по азимуту. Нет моделей MMANA, чтобы посмотреть, что в точности получается, но любители утверждают, что такой ход не является лучшим (далее рассмотрим и его). Рупорные антенны годятся для высоких частот, а для низких получаются слишком громоздкими. Возможно ли сделать антенну для роутера собственными руками в виде рупора. В исключительных случаях (имитация голоса озерной утки), определенно, да.

Немногие задумываются над физическим смыслом антенны. Обыватели ответят, что антенна необходима для усиления сигнала, но она является пассивным не усиливающим устройством. Собирает с большой площади сигнал и подает в малую, где находится кабель приемника. Это делают все антенны без исключения. Что может собрать вибратор? Достаточно вспомнить, что волновой вибратор (кусок провода, равный длине волны) лучше полуволнового, имеющего преимущество перед четвертьволновым (равен четверти длины волны). Чем длиннее вибратор, тем эффективнее. При этом соблюдаются определенные пропорции. Это диктуется волновыми законами природы.

Известно, что оперный певец, взяв высокую ноту, разбивает хрустальный стакан. Как это делается. Мастер пения ударяет слегка по прибору и слушает, какая нота польется из посуды. Это резонансная частота предмета. Взяв ту же ноту поставленным голосом, певец вызывает отклик емкости. Колебания накапливаются, усиливаются, не затухают. В результате стекло разбивается вдребезги. В точности то же происходит в антенне. Собирает и передает волны, являющиеся резонансными. А это основная частота и гармоники (умноженные на два, на четыре и пр. частоты). Самодельная антенна для роутера поможет отсеять ненужное. Сигнал окажется сконцентрирован в нужном месте.

Важно правильно подвести к антенне провод. Прием волны и гармоник позволит изготовить гармоническую антенну, принимающую частоты, чьи полуволны являются кратными для габаритов устройства.

К примеру, частоты, соотносящиеся как 1: 2: 4: 6 и т.д. Правильно подведенная линия позволит ловить одновременно несколько волн. Если нарушить правила, устройство работать не станет. Вот как нужно делать:

1. Рисуют схематично вибратор (прямая линия), на котором схематично обозначают законы распределения токов и напряжений для всех длин волн.
2. Если присоединить провода в точке пучности напряжений, получится запитка по напряжению.
3. Если присоединить провода в точке пучности всех токов, получится запитка по току.

Так изготавливаются гармонические антенны. Для изготовления подобного, к примеру, для частоты 3,7 МГц (диапазон КВ) нужен кусок провода на 80 метров. Понятно, что подобный расклад может не устраивать. Поэтому постоянно ведется поиск новых конструкций. Не так давно публиковали описание процесса конструирования ферромагнитной антенны для диапазона 3,7 – 7 МГц, умещающейся в кулаке. Не утверждаем, что заменит собою 80 метров меди, но положительный эффект от нее наблюдают исследователи, что используется в радиоприемниках.

Рупорные антенны для роутера

Чем порадует рупорная усиливающая антенна для роутера. Проста в конструкции. Вот теория:

• пирамидальная (урезанная пирамида);
• секторная, секториальная (сектор из волновода, дно и потолок параллельны друг другу, боковины расходятся);
• коническая (усеченный конус);
• гибридная (форму рупора сложно назвать уже придуманным словом, тем, кто разбирал спутниковые конвертеры, знаком рупор со ступенями).

Если в спутниковой связи на частотах выше 5 ГГц применяются рупоры, то и для WiFi подойдут. Как сделать антенну для роутера. Рупоры относятся к классу устройств СВЧ. Антенна изготавливается из посеребренной внутри стали. Это улучшает условия проводимости, позволит волне свободно двигаться внутри, придаст стенкам твердость. На практике для застекленной лоджии подойдет картон, обклеенный внутри фольгой. Фольга, как известно, сделана из алюминия, лучшими качествами обладает медь. Некоторые собирают рупорные антенны из текстолита. Потом поверхность полируется, к примеру, ластиком, и покрывается лаком. Портал рупорной антенны заклейте диэлектриком, пластиком, пенопластом и т. д.

Важно! Без фольги рупор не станет работать по очевидным причинам. Диэлектрик не может отражать электромагнитное излучение.

Стыки, в случае с текстолитом паяются, картон клеится. Вероятно, лучше взять фанеру, ведь правильная геометрия важна для антенны. А лист шпона лучше держит форму. Изнутри требуется проклеить по швам, а снаружи покрыть грунтовкой, препятствующей проникновению внутрь влаги. Далее, красится и вывешивается в любом месте. При желании, в верхней части возможно приделать кормушку для птиц. Внутри оклейте конструкцию фольгой, по возможности ровно (на работу антенны ровность оклейки не повлияет). Предлагаем делать пирамидальный рупор, что проще, и обеспечит приемлемую диаграмму направленности и по углу места на случай, если в нашу сеть хотят попасть посторонние люди.

Диаграмма направленности рупорной антенны для роутера не отличается оригинальностью. Это лепесток, шириной 15 градусов (зависит от конструкции) по азимуту и углу места. Это обусловливает особенности применения. Для охвата дома, антенна ставится на высоте середины поодаль. Чтобы главный лепесток охватил всех потребителей. Начнем с размеров питающего волновода, на который обращается мало внимания. На сайте http://users.skynet.be/chricat/horn/horn-javascript.html имеется калькулятор, при помощи его посчитаем параметры, подставив частоту. По умолчанию стоит 6-ой канал (2437 МГц).

Дно питающего волновода снизу пробивает штырь, отстоящий от задней стенки на четверть длины волны, а длина участка составляет половину длины волны. По формуле из физики находим длину волны: 299792458 / 2430000000 = 123 мм. Это длина волны в свободном пространстве. В волноводе идет критическая волна, ниже нее работать не может. Величина равна удвоенной длинной стороне волновода. Последуем совету калькулятора и возьмем стенки 90 х 60 мм. Длина критической волны составит 180 мм. Внутри волновода волна движется под углом. Следовательно, длина волны увеличивается, равна частному деления длины волны в свободном пространстве на косинус угла движения внутри.

Сложность состоит в поиске угла. Для расчета выведены специальные формулы, их читатели найдут самостоятельно, мы же воспользуемся результатами. Изначально, в калькуляторе предлагается задать размеры рупора. Приведем правильные значения. По методике находим стороны параллелепипеда, включающего в себя раскрыв рупора (без питающего волновода). Получается:

1. Длина P – 60 cм.
2. Ширина Н – 25 см.
3. Высота Е – 10 см.

Размеры внешнего портала найдены, а внутренний равняется входу в волновод. Это позволит определить геометрию четырех стенок. Жмите на Compute и получаете готовый шаблон. Обратите внимание на графу Aperture Quality (качество апертуры). В ней должна быть цифра меньшая 1/8 волны (в рассматриваемом случае 15 мм). С исходными данными сайта выходило четверть, но автор не уверен в правильности. Первый макет не клейте крепко, а испытайте сначала на местности. Обратите внимание, что уже посчитали длину волны в волноводе, цифра составила 16,85 см. Теперь понимаем, что делать со стержнем:

• отстоит от задней заглушенной стенки волновода на 168,5 / 4 = 42,125 мм;
• отрезок волновода имеет протяженность 84 мм;

Это важные параметры, их следует четко соблюсти. Здесь снимается сигнал со штыря. Как вести настройку участка. Штырь выступает из дна на некую длину, это четверть волны в свободном пространстве (31 мм). Необходимо взять КСВ метр и двигаете в разные стороны, до получения значения в области единицы. Если не получается долгое время, то немного наклоните стержень к задней стенке.

Ну, вот и готова внешняя антенна WiFi роутера. Далее состоится разговор о технологиях СВЧ.

Рупорная антенна представляет собой конструкцию, состоящую из радиоволновода и металлического рупора. Они имеют широкую сферу применения, используются в устройствах измерительной техники и как самостоятельный прибор.

Что это

Рупорная антенна - это устройство, которое состоит из волновода с открытым концом и излучателем. По форме такие антенны бывают Н-секторальными, Е-секторальными, коническими и пирамидальными. Антенны - широкополостные, для них характерен небольшой уровень лепестков. Рупорная конструкция с усилиением простая. Усилитель позволяет ей быть небольшого размера. Например, или линз выравнивает фазу волны и положительно влияет на габариты устройства.

Антенна выглядит как раструб с прикрепленным к нему волноводом. Основным недостатком рупора считают его внушительные параметры. Для того чтобы привести такую антенну в рабочее состояние, она должна располагаться под определенным углом. Именно поэтому в длину рупор больше, чем в сечении. Если попытаться построить такую антенну с диаметром один метр, она бы в длину получилась в несколько раз больше. Чаще всего такие приборы используют в качестве зеркального облучателя или для обслуживания радиорелейных линий.

Особенности

Диаграмма направленности рупорной антенны - это угловое распределение плотности потока мощности или энергии в единицу угла. Определение означает, что прибор широкополосный, имеет питающую линию и небольшой уровень задних лепестков диаграммы. Для того чтобы получить остронаправленное излучение, необходимо сделать рупор длинным. Это не очень практично и считается недостатком данного устройства.

К одним из самых модернизированных типов антенн относят рупорно-параболические. Их основная особенность и преимущество - низкие боковые лепестки, которые сочетаются с узкой диаграммой направленности. С другой стороны, рупорно-параболические устройства габаритные и тяжелые. Одним из примеров такого типа служит антенна, установленная на космической станции "Мир".

По своим свойствам и техническими характеристикам рупорные приборы ничем не отличаются от установленных приемников в мобильных телефонах. Разница лишь в том, что у последних антенны компактные и скрыты внутри. Однако миниатюрные рупорные антенны могут повреждаться внутри мобильного устройства, поэтому корпус телефонов рекомендуется защищать при помощи чехла.

Типы

Существует несколько типов рупорных антенн:

• пирамидальная (сделана в форме пирамиды четырехгранника с прямоугольным сечением, используется чаще всего);
• секторальная (имеет рупор с расширением H или E);
• коническая (выполнена в виде конуса с круглым сечением, излучает волны круговой поляризации);
• гофрированная (рупор с широкой полосой пропускания, небольшим уровнем боковых лепестков, используется для радиотелескопов, параболических и спутниковых антенн);
• рупорно-параболическая (совмещает в себе рупор и параболу, имеет узкую диаграмму направленности, низкий уровень боковых лепестков, функционирует на радиорелейных и космических станциях).

Исследование рупорных антенн позволяет изучить их принцип действия, рассчитать диаграммы направленности и коэффициент усиления антенны на определенной частоте.

Как работает

Рупорные измерительные антенны вращаются вокруг собственной оси, расположенной перпендикулярно плоскости. К выходу прибора подсоединяется специальный детектор с усилением. Если сигналы слабые, в детекторе формируется квадратичная вольтамперная характеристика. Создает электромагнитные волны стационарная антенна, основная задача которой - передача волн рупорной. Для того чтобы снять характеристику направленности, ее разворачивают. Затем снимаются показания с прибора. Антенну поворачают вокруг своей оси и фиксируют все измененные данные. Применяют ее для приема радиоволн и излучения сверхвысоких частот. Устройство обладает огромными плюсами перед проволочными агрегатами, так как способно принять большой объем сигнала.

Где используется

Рупорная антенна используется как отдельный прибор и в качестве антенны для измерительных устройств, спутников и другой техники. Степень излучения зависит от раскрыва рупора антенны. Он определяется размерами его поверхностей. Используется этот прибор как облучатель. Если конструкцию устройства совмещают с отражателем, его называют рупорно-парабалическим. Агрегаты с усилением часто используют для проведения измерений. Применяют антенну как зеркальный или лучевой облучатель.

Внутренняя поверхность рупора может быть гладкой, гофрированной, а образующая - иметь плавную или кривую линию. Разные модификации этих излучающих приборов используют для улучшения их характеристик и функциональности, например для того, чтобы получить осесимметричную диаграмму. Если необходимо скорректировать направленные свойства антенны, в раскрыве устанавливают ускоряющие или замедляющие линзы.

Настройки

Рупорно-параболическая антенна настраивается в волноводной части с помощью диаграмм или штырей. Если понадобится, то такое устройство можно сделать самостоятельно. Антенна принадлежит к апертурному классу. Это означает, что прибор, в отличие от проволочной модели, принимает сигнал апертурой. Чем больше рупор у антенны, тем больше волн она примет. Усиления легко достичь, если увеличить размеры агрегата. К его преимуществам относят широкополосность, простоту конструкции, отличную повторяемость. К недостаткам - при создании одной антенны требуется большое количество расходных материалов.

Для изготовления своими руками пирамидальной антенны рекомендуется использовать недорогие материалы, например оцинковку, прочный картон, фанеру в сочетании с фольгой металлической. Рассчитать параметры будущего устройства допустимо при помощи специального онлайн-калькулятора. Энергия, принятая рупором, попадает в волновод. Если изменять положение штыря, антенна будет функционировать в широком диапазоне. При создании устройства учитывайте, что внутренние стенки рупора и волновода должны быть гладкими, а раструб - жестким по внешней стороне.