Широкосмугова рупорна антена

Реферат: Широкосмугова рупорна антена належить до антенної техніки та пристроїв НВЧ. Антена містить послідовно встановлені відрізок прямокутного хвилеводу, короткозамикач, коаксіальний збуджувач, пірамідальний рупор. Посередині двох протилежних стінок відрізка прямокутного хвилеводу та пірамідального рупора прорізані дві прямокутні довгі щілини. До кожної з них симетрично приєднані дві прямокутні пластини таким чином, що утворюють жолоби, і з'єднані між собою за допомогою розпірок. Коаксіальний збуджувач розташований посередині широкої  стінки відрізка прямокутного хвилеводу на відстані b від короткозамикача, де  b - довжина 8 хвилі. Технічним результатом є збільшення широкосмуговості рупорної антени в кілька разів. UA 106942 C2 (12) UA 106942 C2 UA 106942 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до галузі радіотехніки, зокрема до рупорних антен НВЧ-діапазону, і може бути використаний в системах зв'язку, метрології, радіодефектоскопії і радіомоніторингу, задачах електромагнітної сумісності, а також може використовуватися самостійно. Найбільш близькою за суттєвими ознаками до антени-винаходу є відома рупорна антена [1, с 244, рис. 13.5 6], що вибрана як прототип винаходу. Антена-прототип, як і антена-винахід, містить послідовно встановлені відрізок прямокутного хвилеводу, короткозамикач, коаксіальний збуджувач, пірамідальний рупор. Але, на відміну від антени-винаходу, в антені-прототипі хвилевидне навантаження виконано лише у вигляді короткозамикаючої стінки. Внаслідок цього відбита хвиля є досить великою, що призводить до великих втрат і вузької смуги робочих частот. Смуга робочих частот такої антени зазвичай визначається смугою частот прямокутного хвилеводу і не перебільшує 30-40 % [1, с 244]. Таким чином, суттєвим недоліком антени-прототипу є вузька смуга робочих частот. В основу винаходу поставлена задача удосконалення рупорної антени, що містить послідовно встановлені відрізок прямокутного хвилеводу, короткозамикач, коаксіальний збуджувач, пірамідальний рупор шляхом того, що посередині двох протилежних стінок відрізка прямокутного хвилеводу та пірамідального рупора прорізані дві прямокутні довгі щілини, до кожної з яких симетрично приєднані дві прямокутні пластини таким чином, що утворюють жолоби, і з'єднані між собою за допомогою розпірок, а коаксіальний збуджувач розташований посередині широкої стінки відрізка прямокутного хвилеводу на відстані b від 8 короткозамикача, де λb довжина хвилі, щоб забезпечити збільшення смуги робочих частот. Поставлена задача вирішується таким чином. Вздовж утворених жолобів основна хвиля Η11 буде поширюватися майже так, як всередині відрізка прямокутного хвилеводу. При цьому нелокалізовані хвилі швидко втрачатимуть енергію, витікаючи з утворених жолобів через прямокутні довгі щілини. Отже, застосування жолобів дозволяє збільшити робочу смугу частот у кілька разів в одномодовому режимі. Таким чином, антена-винахід, що пропонується, має значно більшу широкосмуговість. Суть винаходу пояснюється кресленням, де зображена широкосмугова рупорна антена. Широкосмугова рупорна антена містить послідовно встановлені відрізок 1 прямокутного хвилеводу, короткозамикач 2, коаксіальний збуджувач 3, пірамідальний рупор 4. Посередині двох протилежних стінок відрізка 1 прямокутного хвилеводу та пірамідального рупора 4 прорізані дві прямокутні довгі щілини 5 і 6. До кожної з них симетрично приєднані дві прямокутні пластини 7 таким чином, що утворюють жолоб, і з'єднані між собою за допомогою розпірок 8. Коаксіальний збуджувач 3 розташований посередині широкої стінки відрізка 1 прямокутного хвилеводу на відстані b від короткозамикача 2. 8 Широкосмугова рупорна антена працює таким чином. Між двома паралельними прямокутними пластинами 7, що розташовані одна від одної на відстані, меншій ніж b , можуть поширюватися H-, Е- і T-хвилі. Однак, плоскопаралельна 2 лінія не має виділені напрямки поширення хвилі і тому не може використовуватися для розповсюдження енергії. Запропоновану антену можна розглядати як жолобковий хвилевід поперечного перерізу, що плавно змінюється. Вибором ширини і глибини жолобів досягаємо того, що основна хвиля Н11 відрізка 1 прямокутного хвилеводу локалізується між прямокутними пластинами 7, що утворюють жолоб, і в ньому. При цьому хвилі вищих типів залишаються нелокалізованими, займаючи весь простір у відрізку 1 прямокутного хвилеводу. Основна хвиля Н11 поширюється вздовж утворених жолобів майже так, як і всередині відрізка 1 прямокутного хвилеводу. Нелокалізовані хвилі швидко втрачають енергію, „витікаючи" із жолобів через дві прямокутні довгі щілини 5 і 6. Для збудження антени використовується стандартний коаксіальний збуджувач 3, який зазвичай розташовується на відстані b від короткозамикача 2 111 і має робочу смугу частот, 4 що дорівнює смузі відрізка 1 прямокутного хвилеводу. Для узгодження коаксіального збуджувача 3 з пірамідальним рупором 4 застосовується трансформатор b у відрізку 1 прямокутного хвилеводу. 8 1 UA 106942 C2 Якщо представити відрізок 1 прямокутного хвилеводу і пірамідальний рупор 4 у вигляді відрізків довгої лінії, то вхідний опір коаксіального збуджувача 3 можна визначити, виходячи з виразу [2]: Z  itgk  Zв х   н ,   iZ нtgk  (1) 5 10 де: ρ -хвильовий опір коаксіального відрізку 1 прямокутного хвилеводу; Ζн - опір навантаження; k - хвильове число;  - довжина відрізка 1 прямокутного хвилеводу. Вважаючи опір навантаження таким, що складається з активного R і реактивного X опорів, запишемо: Zн=R+iX. (2) Застосовуючи вираз (1), отримаємо: 15 Zв х   R  i   tg k  ,    tg k  iR tg k (3) Домножуючи чисельник і знаменник виразу (3) на комплексно-спряжене значення знаменника, відокремимо дійсну частину від уявної: Zв х   R    tg k      tg k R tg k    tg k 2   R tg k 2  i    tg k    tg k   R 2 tg k ,    tg k 2   R tg k 2 (4) 20 Будемо шукати умови, при яких в результаті трансформації отримаємо дійсну величину опору, для чого прирівняємо уявну частину виразу (4) до нуля:    tg k    tg k   R 2 tg k =0. 25 (5) Виберемо значення хвильового опору ρ узгоджуючого трансформатора, що дорівнює модулю опору навантаження: 2 2 2 ρ =R +X . (6) І Іерепишемо рівняння (5) у такому вигляді: 30   R 2 2 tg2k  1 35      2 tg k   1  tg2k = 0. Умовою отримання дійсного значення опору буде: (7) Звідси отримаємо значення аргументу тангенса і довжину відрізка 1 прямокутного хвилеводу:  ; 4     . 4  2 8 k  (8) Підставляючи отримане значення довжини відрізка 1 прямокутного хвилеводу у вирази (4) та (6), знайдемо величину трансформованого опору RT: 40 2 UA 106942 C2 R   5 10 15 R      R        2 R 2  R .  (9) Оскільки   R2  2 , то вираз (9) завжди дає додатне значення вхідного опору Zвх. Величина цього опору тим більша, чим більша реактивність навантаження X. Оскільки b 8 трансформатор має дуже малу довжину, його широкосмуговість велика. Джерела інформації: 1. Фрадин А.3. Антенно-фидерные устройства. Μ.: Связь, 1977. - 440 с. 2. Юров Ю.Я. Технологическая электродинамика: конспект лекций. - Ленинград: ЛЭТИ, 1975. - 170 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Широкосмугова рупорна антена, що містить послідовно встановлені відрізок (1) прямокутного хвилеводу, короткозамикач (2), коаксіальний збуджувач (3), пірамідальний рупор (4), яка відрізняється тим, що посередині двох протилежних стінок відрізка (1) прямокутного хвилеводу та пірамідального рупора (4) прорізані дві прямокутні довгі щілини (5) і (6), до кожної з яких симетрично приєднані дві прямокутні пластини (7) таким чином, що утворюють жолоби, і з'єднані між собою за допомогою розпірок (8), а коаксіальний збуджувач (3) розташований  посередині широкої стінки відрізка (1) прямокутного хвилеводу на відстані b (  b - довжина 8 хвилі) від короткозамикача (2). 20 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3