В этом примере показано, как моделировать, анализировать шаблон и сравнивать коэффициенты усиления различных типов рупорных антенн. Рупорные антенны представляют собой, по существу, участок волновода, в котором открытый конец расширен для обеспечения перехода в области свободного пространства. Эта антенна представляет собой простую разработку волноводной линии передачи. Можно оставить волновод открытым и дать сигналу излучаться, но это неэффективно. Сигналы, проходящие по волноводу, видят внезапный переход от волновода к свободному пространству, что вызывает обратное отражение сигналов вдоль волновода в виде стоячих волн. Для преодоления этой проблемы волновод может быть сужен или расширен для обеспечения постепенного перехода от импеданса волновода к импедансу свободного пространства.
Этот тип рупорных антенн имеет волновод прямоугольной формы, обычно питаемый монополем. В таких рупорах вспенивание осуществляется в обеих стенках E-плоскости и H-плоскости прямоугольного волновода. Апертура рога прямоугольная. Перечисленные ниже параметры будут использоваться при моделировании этого типа рупоров.
FL = Длина факела рупора
FW = Ширина факела рупора
FH = Высота факела рупора
L = длина волновода
W = ширина волновода
H = высота волновода
Например:
FL = 0.0348; FW = 0.035; FH = 0.035; L = 0.03; W = 0.024; H=0.012; FO=[0.01 0]; ant1 = horn('FlareLength',FL,'FlareWidth',FW,'FlareHeight',FH,'Length',L,... 'Width',W,'Height',H,'FeedOffset',FO); show(ant1);
Этот конический рупор имеет волновод круглой формы. Апертура этой антенны выполнена скорее круглой, чем прямоугольной с конусообразной структурой, выходящей из волновода. Перечисленные ниже параметры будут использоваться при моделировании этого типа рупоров.
R = Радиус кругового волновода
WH = Высота кругового волновода
CH = высота конуса
AR = А Радиус конуса
Например:
R = 0.012; WH = 0.03; CH = 0.0348; AR = 0.035; ant2 = hornConical('Radius',R,'WaveguideHeight',WH,'ConeHeight',CH,'ApertureRadius',AR); show(ant2);
Рифленая рупорная антенна подобна удлинению для конического рупора с некоторыми дополнительными особенностями. Эта антенна состоит из пазов или канавок, покрывающих внутреннюю поверхность конуса. Обычно такой тип рупоров имеет от 5 до 6 гофров на длину волны.
z1 = FirstFilgateDistance, расстояние от конца волновода до первого гофра. Гофры на поверхности конуса начинаются с металла с последующей канавкой и повторяются по длине конуса. Таким образом, расстояние измеряется от конца волновода до конца первой канавки.
p = шаг, расстояние между двумя последовательными гофрами. Количество гофр можно контролировать с помощью этого свойства
w = Ширина рифления, Ширина канавки или рифления.
d1 = глубина гофра, глубина гофра. Обычно глубину выбирают так, чтобы она была равна λ
Например:
z1=0.006; p=0.002; w=0.0008; d1=0.004; ar=0.018; ch=0.0348; ant3 = hornConicalCorrugated('FirstCorrugateDistance',z1,'Pitch',p,'CorrugateWidth'... ,w,'CorrugateDepth',d1,'ConeHeight',ch,'ApertureRadius',ar); show(ant3);
Вид в разрезе гофрированного рупора
xlim([0 60]); zlim([0 10]); view(-88,35);
Прямоугольный гофрированный рупор является продолжением для рупорной антенны с гофрами по ширине и высоте факела.
FL = Длина факела рупора
FW = Ширина факела рупора
FH = Высота факела рупора
L = длина волновода
W = ширина волновода
H = высота волновода
FCD = Первое расстояние гофрирования
CD = глубина гофра
Например:
FL = 0.0348; FW = 0.035; FH = 0.035; L = 0.03; W = 0.024; H=0.012; FCD=0.01; CD=[0.005 0.0075]; ant4 = hornCorrugated('FlareLength',FL,'FlareWidth',FW,'FlareHeight',FH,'Length',L,... 'Width',W,'Height',H,'FirstCorrugateDistance',FCD,'CorrugateDepth',CD); show(ant4);
Рупорные антенны широко используются в спутниковой связи в качестве питающих антенн в кассегреновых, параболических отражательных антеннах. Эти антенны направляют луч в сторону отражателя. Сравним коэффициент усиления, обеспечиваемый этими антеннами в таких применениях.
Для cassegrain антенна с horn в качестве возбудителя проанализируйте картину на частоте 10 ГГц. Создать PatternPlotOptions объект для масштабирования величины для графика.
ant5=cassegrain;
ant5.Exciter=ant1;
ant5.Exciter.Tilt=270;
ant5.Exciter.TiltAxis=[0 1 0];
az = 0:2:360;
el = -90:1:90;
patOpt = PatternPlotOptions;
patOpt.MagnitudeScale = [-15 35];
pattern(ant5,10e9,az,el,'patternOptions',patOpt);
Для cassegrain антенна с hornConical в качестве возбудителя проанализируйте картину на частоте 10 ГГц
ant5.Exciter=ant2;
ant5.Exciter.Tilt=-90;
figure;
pattern(ant5,10e9,az,el,'patternOptions',patOpt);
Для cassegrain антенна с hornConicalCorrugated в качестве возбудителя проанализируйте картину на частоте 10 ГГц. Усиление, обеспечиваемое рифленой рупорной антенной, больше по сравнению с другими рупорами из-за глубины рифления и шага рифлений, которые приводят к нижним боковым лепесткам.
ant5.Exciter=ant3;
ant5.Exciter.Tilt=-90;
figure;
pattern(ant5,10e9,az,el,'patternOptions',patOpt);
Для cassegrain антенна с hornCorrugated в качестве возбудителя постройте график диаграммы направленности на частоте 10 ГГц.
ant5.Exciter=ant4;
ant5.Exciter.Tilt=270;
ant5.Exciter.TiltAxis=[0 1 0];
figure;
pattern(ant5,10e9,az,el,'patternOptions',patOpt);
Рупорные антенны часто имеют диаграмму направленности излучения с более высоким коэффициентом усиления антенны и относительно просты в изготовлении.
[1] П. Пикса, «Сравнение конического рога с оптимизированной гофрированной поверхностью и гофрированным рогом», Труды 21-й Международной конференции Radioelectronika 2011, Брно, 2011, стр. 1-3.
[2] Р. П. Ядхав, В. Хавнракаш Донгре и А. Хеддалликар, «Проектирование конической роговой антенны X-диапазона с использованием коаксиальной подачи и усовершенствованной техники проектирования для увеличения пропускной способности», Международная конференция по вычислительной технике, связи, управлению и автоматизации 2017 года (ICCUBEA