Волноводная рупорная антенна — это расширяющаяся апертура, связывающая направляемый волноводный режим с излучением в пространство. Рупор может работать самостоятельно, служить облучателем отражателя или использоваться в измерениях. Его форма не задаёт единые усиление, полосу и поляризацию.
От волновода к открытой апертуре
Закрытые металлические стенки определяют поле моды в линии. В расширяющемся участке поле распределяется по большей апертуре, а открытый конец излучает. Длина и профиль влияют на согласование и фазу раскрыва.
Рупор не создаёт дополнительную мощность. Его усиление связано с направленностью и эффективностью. Приём и передача связаны взаимностью для материалов и условий, где она выполняется.
Основные формы
| Конструкция | Особенность |
|---|---|
| Секториальная | Расширение в одном главном сечении. |
| Пирамидальная | Расширение прямоугольной структуры в двух плоскостях. |
| Коническая | Расширяющийся круглый тракт. |
| Гребневая или гофрированная | Дополнительные элементы для управления модами и характеристиками. |
Гребни и поперечные гофры — разные элементы. Широкополосное согласование не гарантирует постоянный луч во всей полосе. Круглый раскрыв сам по себе не создаёт круговую поляризацию.
Полоса начинается с входного тракта
У обычного WR-90 внутренние размеры 22,86 × 10,16 мм, отсечка TE10 около 6,56 GHz, типичная рабочая полоса 8,2–12,4 GHz. Рупор с этим входом оценивают также по его собственной характеристике.
WR-15 обычно используют в 50–75 GHz, а WR-10 — в 75–110 GHz. Приписывать WR-15 весь интервал 75–110 GHz неправильно. При наличии гребней или других специальных решений уточняют точное обозначение и чертёж.
Верхние моды, переход и поляризатор могут ограничивать результат раньше выбранной границы частот.
Апертура, усиление и диаграмма
Для апертуры площадью A приближённо G ≈ ηap4πA/λ². G здесь линейный, ηap — апертурная эффективность. Неравномерная амплитуда и фазовые ошибки влияют на её значение.
При A = 0,01 м², f = 10 GHz и принятой ηap = 0,60 получается около 19,2 dBi. Это расчётный пример, а не обещание для любого раскрыва 10 × 10 см.
Большая электрическая апертура обычно даёт более узкий луч, но простое расширение угла без изменения длины может ухудшить фазу раскрыва. E- и H-сечения могут иметь разную ширину.
Фазовый центр и облучение зеркала
Для отражателя проверяют освещение края, spillover, поляризацию и положение фазового центра. Последний не обязан совпадать с кромкой и может меняться с частотой.
Самый высокий отдельный коэффициент усиления рупора не всегда даёт лучшее зеркало в сборе. Важна согласованная геометрия всей системы.
Изготовление и проверка
Чертёж задаёт профиль, внутренние размеры, фланец, материал, поверхность и допуски. Универсальных требований к шероховатости или толщине покрытия для всех частот нет.
VNA измеряет отражение и тракт в заданных плоскостях. Диаграмма, усиление и поляризация требуют подходящего излучательного измерения. Один S11 не доказывает ни кросс-поляризационную развязку 35 dB, ни высокую эффективность.
Предел мощности зависит от входа, местных полей, окна, среды и режима. Малосигнальное испытание не является автоматической проверкой импульсной стойкости.
Что указать при выборе
Нужны полоса, поляризация, диаграммы, усиление, входной интерфейс, мощность и условия монтажа. Для измерительной антенны дополнительно важны калибровка и неопределённость.
См. принцип рупорной антенны и размеры стандартных прямоугольных волноводов. Сравнение ведут по конкретной конструкции, а не по неподтверждённым историям о неисправностях спутников.
