Широкополосный гофрированный рупор

Полезная модель «Широкополосный гофрированный рупор» относится к области техники СВЧ и предназначен для приема и излучения СВЧ сигналов в широком диапазоне частот. Технической задачей на решение которой направлена полезная модель, является построение конструктивно простого рупора с осесимметричной ДН с уровнем боковых лепестков ниже 30 дБ и шириной на уровне минус 3 дБ, равной 45±3° и значением КСВН<1,3 в диапазоне частот f_макс/f_мин2. Широкополосный гофрированный рупор состоит из усеченной конической секции, на внутренней поверхности которой выполнены канавки и круглого волновода, при этом усеченная коническая секция с углом при вершине, равным 120°, диаметром большого основания, равным 2,8_мин, где _мин - минимальная длина волны рабочего диапазона частот, и диаметром малого основания, равным 1,33_мин, состоит из двух участков, первый из которых имеет три канавки, параллельные оси секции, с периодом равным 0,13_мин, глубина первой канавки, примыкающей к окружности большого основания конической секции, равна 0,28_мин, а глубина второй и третьей канавок, равна по 0,22_мин, второй участок расположен от третьей канавки до меньшего основания конической секции. Переход с круглого волновода, образованного малым основанием усеченной конической секции на прямоугольный волновод со сторонами а=1,330_мин и в=0,436_мин имеет длину, равную 0,77_мин. Габаритная высота широкополосного гофрированного рупора составляет 1,2_мин. Илл. 1.

Предлагаемый гофрированный рупор относится к области антенной техники и может быть использован для приема (излучения) СВЧ колебаний.

Известна рупорная антенна [Патент ФРГ 2930932 кл. H01Q 13/02, 1982 г.].

Рупорная антенна выполнена в виде усеченного конуса, который состоит из трех секций: гладкой секции и двух ребристых секций.

К недостаткам рупорной антенны можно отнести значительные габариты по сравнению с длиной волны и невозможностью получить стабильную, на уровне минус 3 дБ, диаграмму направленности (ДН) шириной около 45° на уровне минус 3 дБ в широком диапазоне частот.

Известен гофрированный рупор [Патент США 3754273 кл. 343-786 H01Q 13/02, 1973 г.]. Конический гофрированный рупор выполнен с дополнительными выемками в глубине канавок вдоль образующих наружных поверхностей волновода и рупора. К недостаткам гофрированного рупора можно отнести конструктивную сложность и меняющуюся ширину ДН в широком диапазоне частот.

Известен гофрированный рупор с малым стабильным коэффициентом стоячей волны [Заявка Великобритании 4645 МКИ H01Q 13/02, 1978 г.]. В антенне экспоненциального вида с гофрированным рупором, глубина углублений в гофрах уменьшается экспоненциально от горла рупора до его раскрыва. Ширина и расстояние между углублениями может также экспоненциально изменяться в том же направлении. Рупор обладает малым коэффициентом стоячей волны и малыми боковыми лепестками ДН.

К недостатком данной антенны можно отнести значительные габариты и недостаточную стабильность ширины ДН в широком диапазоне частот.

Известен широкополосный рупор на круглом волноводе с двумя гребнями [Патент США 4021814 МКИ H01Q 13/02 НКИ 343-786, 1977 г.]. Конический рупор выполнен вместе с круглым волноводом на котором установлены клинья, согласующие волновод с коаксиальным соединителем. На коническом рупоре имеются несколько ребер определенной ширины, между которыми располагаются промежутки определенной ширины. Ширина промежутков превышает ширину ребер и равна 0,3,, где - длина волны на верхней граничной частоте рабочего диапазона частот и глубина промежутков меньше одной четверти длины волны на нижней граничной частоте рабочего диапазона частот.

К недостаткам рупорной антенны можно отнести значительные габариты по сравнению с длиной волны и невозможностью получить стабильную, на уровне 3 дБ, диаграмму направленности шириной около 45° на уровне минус 3 дБ в широком диапазоне частот.

Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является построение конструктивно простого малогабаритного широкополосного рупора с осесимметричной диаграммой направленности, низким уровнем боковых лепестков и шириной на уровне минус 3 дБ, равной 45±3° в диапазоне частот с отношением _макс/f_мин2.

Технический результат достигается тем, что в широкополосном гофрированном рупоре, содержащем усеченную коническую секцию, на внутренней поверхности которой, выполнены канавки и круглый волновод, при этом усеченная коническая секция с углом при вершине, равным 120°, диаметром большого основания, равным 2,8_М11Н, где _мин минимальная длина волны рабочего диапазона частот, и диаметром малого основания, равным 1,33_мин, состоит из двух участков, первый из которых имеет три канавки, параллельные оси секции, с периодом равным 0,1_мин, глубина первой канавки, примыкающей к окружности большого основания конической секции, равна 0,28_мин, а глубина второй и третьей канавок, равна 0,22_мин, второй участок расположен от третьей канавки до меньшего основания конической секции, переход с круглого волновода, образованного малым основанием усеченной конической секции на прямоугольный волновод со сторонами а=1,330А,_мин и в=0,436_мин имеет длину, равную 0,77_мин, причем габаритная высота широкополосного гофрированного рупора составляет 1,2_мин.

Существенные признаки, отличающие заявленный широкополосный гофрированный рупор от прототипа не поддаются самостоятельной квалификации, так как неотделимы от целого объекта. Взаимное положение и размеры всех элементов, входящих в рупор, окончательно определены экспериментально и позволяют построить антенну простой конструкции и небольших размеров по сравнению с длиной волны с осесимметричной диаграммой направленности шириной на уровне минус 3 дБ, равной 45±3°, боковыми лепестками ниже 30 дБ и значением КСВН<1,3 в диапазоне частот при f_макс/f_мин2.

На Фиг. приведен чертеж предлагаемого широкополосного гофрированного рупора, на котором изображено:

Широкополосный гофрированный рупор состоит из конической секции 1 и перехода 2 с круглого волноводного выхода конической секции 1 на прямоугольный волновод со сторонами a=1,330_мин и в=0,436_мин. Коническая секция 1 состоит из гладкого второго участка 3 и первого участка, на котором расположены третья 4, вторая 5 и первая 6 канавки. Габариты антенны: диаметр равен 2,8_мин и высота равна 1,2_мин.

Антенна работает следующим образом:

Ребристый первый участок конической секции с 4, 5 и 6 канавками формирует в раскрыве антенны амплитудно-фазовое распределение поля СВЧ, обеспечивающее осесимметричную ДН с низким уровнем боковых лепестков; расфазированный участок антенны - переход 2 с прямоугольного волновода на круглый волновод конической секции 1 корректирует ширину ДН в высокочастотной части рабочего диапазона. Размер гладкого второго участка 3 конической секции 1 выбран из условия широкополосного согласования рупора с питающим волноводом.

Коническая секция 1 и переход 2 формируют частотно-независимую ДН в диапазоне частот с отношением f _макс/f_мин2. В разных участках сантиметрового диапазона волн экспериментально исследован заявляемый широкополосный гофрированный рупор, у которого в диапазоне частот с отношением f_макс/f_мин2 значение КСВН было не более 1,3, боковые лепестки ниже 30 дБ и ширина ДН на уровне минус 3 дБ, равна 45±3°.

Заявляемый широкополосный гофрированный рупор может быть изготовлен на любом среднетехническом предприятии страны из алюминиевых и медных сплавов, которые широко применяются в промышленности.

По сравнению с прототипом предлагаемый широкополосный гофрированный рупор имеет улучшенные технические и экономические показатели:

- более простую конструкцию и соответственно более низкую цену;

- улучшенные электрические параметры, позволяет получить частотно независимую ширину ДН в широком диапазоне частот при низком уровне боковых лепестков и хорошем согласовании с питающим трактом.

Широкополосный гофрированный рупор, содержащий усеченную коническую секцию, на внутренней поверхности которой выполнены канавки, и круглый волновод, отличающийся тем, что усеченная коническая секция с углом при вершине, равным 120°, диаметром большого основания, равным 2,8_мин, где _мин - минимальная длина волны рабочего диапазона частот, и диаметром малого основания, равным 1,33_мин, состоит из двух участков, первый из которых имеет три канавки, параллельные оси секции, с периодом, равным 0,13_мин, глубина первой канавки, примыкающей к окружности большого основания конической секции, равна 0,28_мин, а глубина второй и третьей канавок равна 0,22_мин, второй участок расположен от третьей канавки до меньшего основания конической секции, переход с круглого волновода, образованного малым основанием усеченной конической секции, на прямоугольный волновод со сторонами a=l,330_мин и в=0,436_мин имеет длину, равную 0,77_мин, причем габаритная высота широкополосного гофрированного рупора составляет 1,2 _мин.