Расширение рупорной антенны формирует излучающую апертуру и распределение поля в ней. Оно помогает управлять отражением и направленностью, но не задаёт общий угол, КСВН или эффективность для всех рупоров. Раскрыв антенны и соединительный фланец — разные части.
Открытый волновод и рупор
Открытый конец волновода также может излучать. Рупор расширяет стенки, увеличивает апертуру и меняет амплитудно-фазовое распределение. Пирамидальный расширяется в двух главных плоскостях, секторный преимущественно в одной, конический — от круглого сечения.
Один «угол конуса» не описывает оба угла пирамидального рупора. На чертеже различайте полный угол и половинный.
1. Переход и отражение
Изменение граничных условий у открытого конца может вызывать отражение. Правильно выбранные расширение и возбуждение помогают уменьшить его в требуемой полосе.
Не каждый открытый волновод отражает 15% мощности. Угол 10–15° не гарантирует КСВН ниже 1,2 при любой частоте: нужны входная мода и размеры.
Модуль коэффициента отражения отличается от доли отражённой мощности. При |Γ| = 0,15 она равна 2,25%, а не 15%. Малое отражение само по себе не доказывает высокую общую эффективность.
2. Апертура и направленность
В подходящей апертурной модели G ≈ ηap4πA/λ², где A — площадь, ηap — эффективность апертуры, а G — линейный коэффициент усиления. Это описание пространственного распределения, а не создания дополнительной мощности.
При условных 10 GHz, A = 0,01 m² и ηap = 0,60 получается около 19,2 dBi. При тех же габаритах другое возбуждение и фаза могут изменить результат.
Большая электрическая апертура обычно позволяет узкий луч, но ширины в E- и H-плоскостях могут различаться. 20° не является общим значением для всех рупоров на 10 GHz.
3. Длина и ошибка фазы
Быстрое расширение на коротком участке сокращает длину, но может увеличить разность путей между центром и краем апертуры. Фазовая ошибка влияет на усиление и лепестки.
В простой геометрической модели при осевом расстоянии R от условного источника фазы до апертуры и поперечном смещении x разность пути равна √(R²+x²)−R. При x ≪ R она приблизительно x²/(2R).
Разность фаз соответствует 2πΔℓ/λ. Реальный источник фазы и поле зависят от профиля и мод. Эта оценка не определяет сама по себе оптимальную длину любого рупора.
4. Полоса и поляризация
Вход и питание ограничивают полосу. WR-42 обычно используется в 18–26,5 GHz, но диаграммы и усиление рупора с таким входом проверяют по данным конкретного изделия.
Круглая апертура автоматически не создаёт круговую поляризацию. Нужны ортогональные компоненты с требуемыми амплитудами и фазами. Гребни и гофры управляют модами и полосой и не тождественны простому расширению стенок.
Облучатель рефлектора
Согласуйте краевое облучение, spillover, фазовый центр и поляризацию с рефлектором. Максимальное усиление отдельного рупора не всегда увеличивает эффективность полной антенны.
Физическая плоскость раскрыва не обязательно совпадает с фазовым центром. При необходимости проверьте его изменение с частотой и положение установки.
Проверка после изготовления
Измерьте отражение на заданных плоскостях, а усиление, диаграмму и поляризацию — в излучательных испытаниях. Допуски поверхностей, стыков и соосности следуют чувствительности проекта.
Хорошее S11 на VNA не подтверждает все лепестки или работу при высокой мощности. Средняя, пиковая мощность и тепловые условия задаются отдельно.
Теория рупоров и таблица волноводов помогают рассматривать апертуру, длину и возбуждение как единый проект.
