Новые типы рупорных антенн. Рупорные антенны

Рупорная антенна

Рупорная антенна – это антенна, которая состоит из металлического рупора и радиоволновода, присоединенного к рупору. Рупорные антенны используются при направленном излучении и приеме радиоволн СВЧ-диапазона.

Кроме этого, рупорные антенны применяются как самостоятельные антенны в устройствах и приборах измерительной техники, спутниках связи и т. д. Диаграмма излучения антенны зависит от распределения поля в наибольшем сечении раструба, т. е. раскрыва рупора. Раскрыв определяется формой и геометрическими размерами поверхностей рупора. По форме различаются секториальный рупор, конический, пирамидальный и т. д. Кроме этого, бывают модификации рупорных антенн, такие как антенны с поверхностью в виде плавной кривой, с гладкой внутренней поверхностью и т. д. Подобные модификации улучшают электрические характеристики рупорной антенны. Они используются для получения диаграммы излучения с низкой мощностью боковых лепестков, с симметричной осью и т. д. Для коррекции свойств направлений рупорной антенны в раскрыв рупора помещают ускоряющие или замедляющие линзы. В частных случаях, чтобы рупорная антенна лучше согласовывалась с радиоволноводом, в них встраивают подстроечные элементы и согласующие секции, при этом рупор имеет параболическую образующую поверхность. Рупор антенны имеет поперечное сечение, которое увеличивается с одного конца раструба до другого. Благодаря сечению создается плавный переход от волновода к свободному пространству волнового сопротивления.

В рупорно-параболической антенне рупор излучает волны, падающие на сегмент параболоида. Отражаясь от сегмента, волны излучаются через раскрыв раструба. Чтобы получить плоские волны, фокус рефлектора должен быть смещен с фазовым центром рупора.

Рупорная антенна работает на прием, она вращается вокруг своей оси, которая располагается перпендикулярно плоскости. В плоскости характеристика направленности снимается. Кристаллический детектор с усилителем подключается к выходу рупорной антенны. При слабых сигналах в детекторе образуется квадратичная вольтамперная характеристика, в связи с этим квадрат напряженности поля соответствует показаниям индикатора. Источником электромагнитных волн является антенна, которая работает на передачу, она стационарна и находится на приличном расстоянии от рупорной антенны. Чтобы снять характеристику направленности антенны, ее поворачивают на определенный угол. После этого показания на приборе, прилегающем к антенне, фиксируются. Антенна поворачивается на угол, и ее данные фиксируются до тех пор, пока рупорная антенна не повернется на 360°, т. е., пока не совершит полный оборот вокруг своей оси.

Присоединенным к узкому концу рупора. По форме рупора различают E-секториальные, H-секториальные, пирамидальные и конические рупорные антенны.

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.

Характеристики и формулы

Усиление рупорной антенны определяется площадью её раскрыва и может быть рассчитано по формуле:

$D=4\pi\frac{S}{\lambda^2}\nu$ , где $S=L_EL_H$ - площадь раскрыва рупора, $\nu$ - 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 по нулевому излучению в плоскости H:

$2\phi_{0H}=170^\circ\frac{\lambda}{L_H}$

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости E:

$2\phi_{0E}=115^\circ\frac{\lambda}{L_E}$

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

$L_H=1{,}5L_E$

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

$\frac{\pi}{4\lambda}\left(\frac{L^2_E}{R_E} + \frac{L^2_H}{R_H} \right)\leqslant\frac{\pi}{2}$ , где $R_E$ и $R_H$ - высоты граней пирамиды, образующей рупор.

Типы рупорных антенн

Пирамидальный рупор - антенны в форме четырехгранной пирамиды, с прямоугольным сечением. Они являются наиболее широко используемым типом рупорных антенн. Излучает линейно-поляризованные волны.
Секторальный рупор - пирамидальные рупора с расширением только в одной плоскости Е или Н.
Конический рупор - раскрыв в форме конуса с круглым сечением. Используются с цилиндрическими волноводами для получения волны с круговой поляризацией.
Гофрированные рупора - раскрыв рупоров с параллельными щелями или канавки, малой по сравнению с длиной волны. Канавки покрывают внутреннюю поверхность рупора, поперек оси.

Гофрированные рупора имеют более широкую полосу пропускания, меньший уровень боковых лепестков и кросс-поляризации. Они широко используются в качестве облучателей для спутниковых параболических антенн и радиотелескопов.

Рупорно-параболическая антенна

Рупорно-параболическая антенна - тип антенны, в которой конструктивно связаны парабола и рупор. Преимуществом этой конструкции по сравнению с рупорной является низкий уровень боковых лепестков и узкая диаграмма направленности. Недостатком - больший вес, чем в параболических антеннах. Примером использования является рупорно-параболическая антенна в космической станции Мир, антенны для радиорелейных станций.

Настройка антенны

Настройка КСВ антенны производится в её волноводной части или в КВП выбором положения и размеров запитки КВП. Настройка в волноводной части производится штырями или диафрагмами.

Напишите отзыв о статье "Рупорная антенна"

Ссылки

Распространение радиоволн антенно-фидерные устройства В. П. Чернышев, Д. И. Шейнман «Связь», 1973.
Устройства СВЧ и антенны. Д. И. Воскресенский, В. Л. Гостюхин, В. М. Максимов, Л. И. Пономарёв. Учебник для ВУЗов

Примечания

Отрывок, характеризующий Рупорная антенна

В это время в девичьей не только был известен приезд министра с сыном, но внешний вид их обоих был уже подробно описан. Княжна Марья сидела одна в своей комнате и тщетно пыталась преодолеть свое внутреннее волнение.
«Зачем они писали, зачем Лиза говорила мне про это? Ведь этого не может быть! – говорила она себе, взглядывая в зеркало. – Как я выйду в гостиную? Ежели бы он даже мне понравился, я бы не могла быть теперь с ним сама собою». Одна мысль о взгляде ее отца приводила ее в ужас.
Маленькая княгиня и m lle Bourienne получили уже все нужные сведения от горничной Маши о том, какой румяный, чернобровый красавец был министерский сын, и о том, как папенька их насилу ноги проволок на лестницу, а он, как орел, шагая по три ступеньки, пробежал зa ним. Получив эти сведения, маленькая княгиня с m lle Bourienne,еще из коридора слышные своими оживленно переговаривавшими голосами, вошли в комнату княжны.
– Ils sont arrives, Marieie, [Они приехали, Мари,] вы знаете? – сказала маленькая княгиня, переваливаясь своим животом и тяжело опускаясь на кресло.
Она уже не была в той блузе, в которой сидела поутру, а на ней было одно из лучших ее платьев; голова ее была тщательно убрана, и на лице ее было оживление, не скрывавшее, однако, опустившихся и помертвевших очертаний лица. В том наряде, в котором она бывала обыкновенно в обществах в Петербурге, еще заметнее было, как много она подурнела. На m lle Bourienne тоже появилось уже незаметно какое то усовершенствование наряда, которое придавало ее хорошенькому, свеженькому лицу еще более привлекательности.
– Eh bien, et vous restez comme vous etes, chere princesse? – заговорила она. – On va venir annoncer, que ces messieurs sont au salon; il faudra descendre, et vous ne faites pas un petit brin de toilette! [Ну, а вы остаетесь, в чем были, княжна? Сейчас придут сказать, что они вышли. Надо будет итти вниз, а вы хоть бы чуть чуть принарядились!]
Маленькая княгиня поднялась с кресла, позвонила горничную и поспешно и весело принялась придумывать наряд для княжны Марьи и приводить его в исполнение. Княжна Марья чувствовала себя оскорбленной в чувстве собственного достоинства тем, что приезд обещанного ей жениха волновал ее, и еще более она была оскорблена тем, что обе ее подруги и не предполагали, чтобы это могло быть иначе. Сказать им, как ей совестно было за себя и за них, это значило выдать свое волнение; кроме того отказаться от наряжения, которое предлагали ей, повело бы к продолжительным шуткам и настаиваниям. Она вспыхнула, прекрасные глаза ее потухли, лицо ее покрылось пятнами и с тем некрасивым выражением жертвы, чаще всего останавливающемся на ее лице, она отдалась во власть m lle Bourienne и Лизы. Обе женщины заботились совершенно искренно о том, чтобы сделать ее красивой. Она была так дурна, что ни одной из них не могла притти мысль о соперничестве с нею; поэтому они совершенно искренно, с тем наивным и твердым убеждением женщин, что наряд может сделать лицо красивым, принялись за ее одеванье.
– Нет, право, ma bonne amie, [мой добрый друг,] это платье нехорошо, – говорила Лиза, издалека боком взглядывая на княжну. – Вели подать, у тебя там есть масака. Право! Что ж, ведь это, может быть, судьба жизни решается. А это слишком светло, нехорошо, нет, нехорошо!
Нехорошо было не платье, но лицо и вся фигура княжны, но этого не чувствовали m lle Bourienne и маленькая княгиня; им все казалось, что ежели приложить голубую ленту к волосам, зачесанным кверху, и спустить голубой шарф с коричневого платья и т. п., то всё будет хорошо. Они забывали, что испуганное лицо и фигуру нельзя было изменить, и потому, как они ни видоизменяли раму и украшение этого лица, само лицо оставалось жалко и некрасиво. После двух или трех перемен, которым покорно подчинялась княжна Марья, в ту минуту, как она была зачесана кверху (прическа, совершенно изменявшая и портившая ее лицо), в голубом шарфе и масака нарядном платье, маленькая княгиня раза два обошла кругом нее, маленькой ручкой оправила тут складку платья, там подернула шарф и посмотрела, склонив голову, то с той, то с другой стороны.
– Нет, это нельзя, – сказала она решительно, всплеснув руками. – Non, Marie, decidement ca ne vous va pas. Je vous aime mieux dans votre petite robe grise de tous les jours. Non, de grace, faites cela pour moi. [Нет, Мари, решительно это не идет к вам. Я вас лучше люблю в вашем сереньком ежедневном платьице: пожалуйста, сделайте это для меня.] Катя, – сказала она горничной, – принеси княжне серенькое платье, и посмотрите, m lle Bourienne, как я это устрою, – сказала она с улыбкой предвкушения артистической радости.

Апертурная антенна - антенна, излучающая с раскрыва. Примерами таких антенн являются рупорные, зеркальные, линзовые и другие типы антенн.

Их конструкции и принцип действия аналогичны соответствующим акустическим и оптическим системам. Применяют апертурные антенны от волн короче 1 м вплоть до субмиллиметровых волн. Столь малые длины волн позволяют сконструировать антенны, размеры которых много больше длины волны, и создать остронаправленные антенны сравнительно небольших размеров.

Рупорные антенны

Рупорные антенны - один из основных видов антенн сантиметрового диапазона волн. Простота конструкции, удобство выполнения расчетов при хорошем совпадении теории и эксперимента, отсутствие потерь в тракте питания - вот те преимущества, которые позволяют использовать данный тип антенн для различных практических целей и применять их в качестве эталонных для проведения различных измерений. Единственным недостатком рупорной антенны является ее большая длина. Уменьшить длину рупора можно за счет помещения в ее раскрыв (апертуру) диэлектрической линзы, выравнивающей распределение фазы. Равномерность фазы может быть осуществлено как при использовании однородного диэлектрика за счет изменения его толщины, так и за счет использования неоднородных сред.

Рупорная антенна представляет собой участок волновода переменного (расширяющегося) сечения с открытым излучающим концом. Как правило, рупорную антенну возбуждают волноводом, присоединенным к узкому концу рупора. По форме рупора различают E-секториальные, H-секториальные, пирамидальные и конические рупорные антенны.

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:

Рис. 1

Усиление рупорной антенны определяется площадью её раскрыва и может быть рассчитано по формуле:

где -- площадь раскрыва рупора, -- КИП (коэффициент использования поверхности рупора), равный 0.6 для случая, когда разность хода центрального и перифирийного лучей менее, но близка к р / 2, и 0.8 при применении выравнивающих фазу волны устройств.

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости 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) необходимо, чтобы выполнялось условие (для пирамидального рупора):

где и -- высоты граней пирамиды, образующей рупор.

Элементарным излучателем в них является, как уже отмечалось, элемент Гюйгенса. На рис.1 показана зеркальная антенна с раскрывом S и элементарный излучатель dS. Форму элементарного излучателя можно задать либо в прямоугольных координатах X,Y, либо в полярных в зависимости от формы раскрыва. От этого будет зависеть сложность математических преобразований при определении параметров антенны.

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.

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.