рупорная антенна

Формула изобретения

1. Рупорная антенна, содержащая прямоугольный рупор, размещенный в прямоугольной системе координат, и первый и второй металлические гребни, при этом раскрыв прямоугольного рупора расположен на первой координатной плоскости, а торец прямоугольного рупора закрыт металлической заглушкой, на которой установлен коаксиальный соединитель, причем первая и вторая противоположные друг другу грани прямоугольного рупора выполнены металлическими в форме равнобочной трапеции и установлены перпендикулярно второй координатной плоскости, а третья и четвертая противоположные друг другу грани прямоугольного рупора выполнены в виде ряда контактных элементов, концы которых гальванически соединены с первой и второй металлическими гранями, при этом на первую и вторую металлические грани с внутренней стороны прямоугольного рупора установлены первый и второй металлические гребни соответственно, поверхности которых параллельны второй координатной плоскости и размещены в ее верхней и нижней полуплоскостях относительно третьей координатной плоскости соответственно, при этом координатная линия, соответствующая пересечению второй и третьей координатных плоскостей, является продольной осью рупорной антенны, причем точки начала боковых кромок первого и второго металлических гребней расположены на первой координатной плоскости, отличающаяся тем, что введен третий металлический гребень, идентичный второму металлическому гребню и установленный с ним на одной металлической грани прямоугольного рупора, при этом плоскость симметрии первого металлического гребня совмещена со второй координатной плоскостью, а второй и третий металлические гребни установлены симметрично относительно первого металлического гребня так, что излучающая часть представляет собой трехгребневую плоскопараллельную структуру, адекватную трехуровневой неоднородной несимметричной щелевой линии (ТНЩЛ) секторного типа без перекрытия, при этом первая координатная поверхность соответствует нулевому перекрытию ТНЩЛ, а от точек пересечения второй координатной поверхности с первым, вторым и третьим металлическими гребнями, лежащих на поверхности первой и второй металлических граней соответственно, в направлении продольной оси рупорной антенны до третьей координатной поверхности, первый, второй и третий металлические гребни, ограниченные второй боковой кромкой, выполнены суживающимися по одинаковому закону, причем поверхности первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченные с одной стороны первой боковой кромкой и с другой стороны второй боковой кромкой, в третьей координатной поверхности имеют одинаковую ширину, при этом поверхность первого металлического гребня, ограниченная первой и второй боковыми кромками, на отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки выполнена в форме металлической ленты и в плоскости металлической заглушки рупорной антенны к ней подсоединен центральный проводник коаксиального соединителя, причем поверхности второго и третьего металлических гребней, ограниченные с одной и другой стороны первой и второй боковыми кромками соответственно, на отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки рупорной антенны выполнены расширяющимися по одинаковому закону и гальванически соединены с металлической заглушкой, к которой подсоединен земляной проводник коаксиального соединителя.

2. Рупорная антенна по п.1, отличающаяся тем, что поверхность каждого из металлических гребней, ограниченная первой боковой кромкой, на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности описывается линейной функцией.

3. Рупорная антенна по п.1, отличающаяся тем, что поверхность каждого из металлических гребней, ограниченная первой боковой кромкой, на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности описывается функцией вида у=а+b(с+dx) ^±m/n, где а, b, с и d - коэффициенты, которые задаются действительными числами; m, n - целые положительные простые числа; х – координата вдоль продольной оси рупорной антенны.

4. Рупорная антенна по п.1, отличающаяся тем, что поверхность каждого из металлических гребней, ограниченная первой боковой кромкой, на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности описывается функцией вида y=ae^bx +се^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, которые задаются действительными числами; х – координата вдоль продольной оси рупорной антенны.

5. Рупорная антенна по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что поверхность каждого из металлических гребней, ограниченная второй боковой кромкой, на отрезке от второй координатной поверхности до третьей координатной поверхности описывается функцией вида у=а+b(с+dx)^±m/n, где а, b, с и d - коэффициенты, которые задаются действительными числами; m, n - целые положительные простые числа; х - координата вдоль продольной оси рупорной антенны.

6. Рупорная антенна по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что поверхность каждого из металлических гребней, ограниченная второй боковой кромкой, на отрезке от второй координатной поверхности до третьей координатной поверхности описывается функцией вида y=ae^bx+се ^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, которые задаются действительными числами; х – координата вдоль продольной оси рупорной антенны.

7. Рупорная антенна по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что поверхности второго и третьего металлических гребней, каждая ограниченная первой и второй боковыми кромками, на отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки описывается функцией вида у=а+b(с+dx)^±m/n, где а, b, с и d - коэффициенты, которые задаются действительными числами; m, n - целые положительные простые числа; х – координата вдоль продольной оси рупорной антенны.

8. Рупорная антенна по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что поверхности второго и третьего металлических гребней, каждая ограниченная первой и второй боковыми кромками, на отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки описывается функцией вида y=ae^bx+се^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, которые задаются действительными числами; х – координата вдоль продольной оси рупорной антенны.

9. Рупорная антенна по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что контактные элементы могут быть выполнены в виде металлических штырей.

10. Рупорная антенна по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что контактные элементы могут быть выполнены в печатном исполнении в виде металлических полосок на диэлектрическом материале.

11. Рупорная антенна по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что пространства между первым и вторым и вторым и третьим металлическими гребнями заполнены диэлектрическим материалом.

12. Рупорная антенна по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что с внешней по отношению ко второй координатной плоскости стороны второго и третьего металлических гребней соответственно установлены внешние диэлектрические пластины.

13. Рупорная антенна по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что пространства между первым и вторым и вторым и третьим металлическими гребнями заполнены диэлектрическим материалом, а с внешней по отношению ко второй координатной плоскости стороны второго и третьего металлических гребней соответственно установлены внешние диэлектрические пластины.

14. Рупорная антенна по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что вся внутренняя полость рупорной антенны заполнена диэлектрическим материалом.

15. Рупорная антенна по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что внешние по отношению к третьей координатной плоскости поверхности первых двух металлических граней прямоугольного рупора покрыты радиопоглощающим материалом.

16. Рупорная антенна по любому из пп.1-13, отличающаяся тем, что первый, второй и третий металлические гребни выполнены конечной толщины.

17. Рупорная антенна по п.14, отличающаяся тем, что второй и третий металлические гребни, ограниченные первой боковой кромкой, на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности с внешней стороны по отношению ко второй координатной плоскости выполнены закругленными.

18. Рупорная антенна по любому из пп.1-13, отличающаяся тем, что первый металлический гребень выполнен конечной толщины, а второй и третий металлические гребни выполнены в печатном исполнении на диэлектрическом материале.

19. Рупорная антенна по любому из пп.1-13, отличающаяся тем, что первый, второй и третий металлические гребни выполнены в печатном исполнении на диэлектрическом материале.

20. Рупорная антенна по любому из пп.1-13, отличающаяся тем, что первый, второй и третий металлические гребни и контактные элементы выполнены в виде металлических печатных проводников на диэлектрическом материале.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к области радиотехники, в частности к сверхширокополосным рупорным антеннам СВЧ диапазона, и может найти применение в метрологии, в системах связи, в радиодефектоскопии и радиомониторинге, в задачах электромагнитной совместимости (ЭМС).

Известна планарная рупорная антенна (патент Англии №1601441, кл. МКИ Н 01 Q 13/20, НКИ H1Q, 1981 г.), излучающая часть которой выполнена в виде печатной симметричной щелевой линии, экспоненциально расширяющейся от входной линии передачи к раскрыву. Переход с симметричной щелевой линии на коаксиальный соединитель осуществляется через микрополосковую линию, установленную ортогонально по отношению к симметричной щелевой линии и расположенную на другой стороне диэлектрической подложки. Для расширения полосы пропускания в боковых кромках экспоненциально расширяющейся поверхности симметричной щелевой линии выполняются прямоугольные вырезы. Недостатком такой планарной рупорной антенны являются ограниченная широкополосность, ограниченная широкополосностью перехода, значительная неравномерность характеристики согласования (КСВ) в рабочей полосе частот рупорной антенны, значительный уровень кроссполяризационной составляющей поля, низкий уровень предельной мощности.

Наиболее близким техническим решением - прототипом является двухгребневая рупорная антенна (Double - Ridged Waveguide Horn, Model 3115, Antenna Catalog, pp. 27-29, ETS LINDGREN, An ESCO Technolodies Company, Copyright 2002 by EMO Test Systems, L.P. Printed in the United States of America, www.ets-lindgren.com), содержащая прямоугольный рупор, внутри которого установлены два металлических гребня, торец прямоугольного рупора закрыт металлической заглушкой, на которой установлен коаксиальный соединитель, первые две противоположные грани прямоугольного рупора выполнены металлическими в форме равнобочной трапеции, а вторые две противоположные грани выполнены из диэлектрического листового материала с рядом печатных контактных элементов, которые гальванически соединены с соответствующими первыми двумя металлическими гранями, при этом на первых двух металлических гранях с внутренней стороны прямоугольного рупора по центру равнобочной трапеции установлены два металлических гребня соответственно, а поверхности первого и второго металлических гребней в направлении от раскрыва рупора к металлической заглушке выполнены расширяющимися по нелинейному закону. Центральный проводник коаксиального соединителя подключен к одному из металлических гребней, а земляной проводник - к другому металлическому гребню.

Недостатками известного технического решения являются высокий уровень неравномерности характеристики согласования (КСВН) в рабочей полосе частот и особенно на краях диапазона, значительный уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, невозможность формирования линейной фазочастотной характеристики для работы со сверхширокополосными сигналами (СШПС), сложная конструкция перехода на коаксиальный соединитель.

Технической задачей данного изобретения является создание рупорной антенны с высоким уровнем согласования в рабочем диапазоне частот, с незначительной величиной неравномерности характеристики согласования в рабочем диапазоне частот, с низким уровнем кроссполяризационной составляющей поля, с линейной фазочастотной характеристикой, с простой конструкцией перехода на коаксиальный соединитель.

Поставленная задача решается тем, что в рупорной антенне, содержащей прямоугольный рупор, размещенный в прямоугольной системе координат, и первый и второй металлические гребни, при этом раскрыв прямоугольного рупора расположен на первой координатной плоскости, а торец прямоугольного рупора закрыт металлической заглушкой, на которой установлен коаксиальный соединитель, причем первые две, противоположные друг другу, грани прямоугольного рупора выполнены металлическими в форме равнобочной трапеции, которые установлены перпендикулярно второй координатной плоскости, а вторые две другие, противоположные друг другу, грани прямоугольного рупора выполнены в виде ряда контактных элементов, которые гальванически соединены с соответствующими первыми двумя металлическими гранями, при этом на первые две металлические грани с внутренней стороны прямоугольного рупора установлены первый и второй металлические гребни соответственно, поверхности первого и второго металлических гребней параллельны второй координатной плоскости и размещены в верхней и нижней полуплоскостях относительно третьей координатной плоскости соответственно, при этом координатная линия, соответствующая пересечению второй и третьей координатных плоскостей, является продольной осью рупорной антенны, причем точки начала боковых кромок первого и второго металлических гребней расположены на первой координатной плоскости, а поверхности первого и второго металлических гребней со стороны третьей координатной плоскости в направлении продольной оси антенны от первой координатной плоскости к металлической заглушке, ограниченные первой боковой кромкой, выполнены расширяющимися по одинаковому закону, введен третий металлический гребень, идентичный второму металлическому гребню и установленный с ним на одной металлической грани прямоугольного рупора, при этом плоскость симметрии первого металлического гребня совмещена со второй координатной плоскостью, а второй и третий металлические гребни установлены симметрично относительно первого металлического гребня по обе стороны от него соответственно и на одинаковом расстоянии от него, при этом поверхности первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченные первой боковой кромкой соответственно, пересекаются на одной прямой, образуемой пересечением второй координатной плоскости с первой координатной поверхностью, а от точек пересечения второй координатной поверхности с первым, вторым и третьим металлическими гребнями на поверхности первых двух металлических гранях прямоугольного рупора соответственно, в направлении продольной оси рупорной антенны до третьей координатной поверхности первый, второй и третий металлические гребни, ограниченные второй боковой кромкой соответственно, выполнены суживающимися по одинаковому закону, причем поверхности первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченные с одной стороны первой боковой кромкой и с другой стороны второй боковой кромкой в плоскости третьей координатной поверхности, имеют одинаковую ширину, при этом поверхность первого металлического гребня, ограниченная с боков первой и второй боковыми кромками соответственно, на отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки выполнена в форме ленты, которая в плоскости металлической заглушки рупорной антенны подсоединена к центральному проводнику коаксиального соединителя, причем поверхности второго и третьего металлических гребней, ограниченные с одной и другой стороны первой и второй боковыми кромками соответственно, на отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки рупорной антенны выполнены расширяющимися по одинаковому закону и гальванически соединены с металлической заглушкой, к которой подсоединен земляной проводник коаксиального соединителя.

Рупорная антенна структурно представляет собой прямоугольный рупор, первые две, противоположные друг другу, боковые грани которого выполнены металлическими, а две другие - в виде набора нескольких контактных элементов, гальванически соединяющих между собой первые две грани, соответственно. Внутри рупора размещена трехгребневая плоскопараллельная металлическая структура, в которой первый гребень установлен на одной металлической боковой грани, а второй и третий металлические гребни установлены на другой металлической грани и размещены по обе стороны симметрично относительно первого металлического гребня.

Излучающая часть рупорной антенны представляет собой трехгребневую плоскопараллельную структуру, адекватно моделируемую трехуровневой, неоднородной, секторного типа несимметричной щелевой линией (ТНЩЛ) без перекрытия, ширина которой сужается от раскрыва рупора (первая координатная плоскость) до нулевого перекрытия ТНЩЛ (первая координатная поверхность), когда первые боковые кромки первого, второго и третьего металлических гребней, образующих ТНЩЛ, лежат на одной прямой, соответствующей пересечению второй координатной плоскости с первой координатной поверхностью. В такой трехуровневой структуре вектор напряженности электрического поля Е электромагнитной волны типа Н₁₀ ТНЩЛ максимально и симметрично сосредоточен в области между первым-вторым и вторым-третьим металлическими гребнями. Такая излучающая структура рупорной антенны позволяет улучшить согласование и уменьшить неравномерность характеристики согласования в диапазоне рабочих частот, а также обеспечить низкий уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля.

Форма выполнения металлических гребней такова, что на первом отрезке от первой координатной плоскости до второй координатной поверхности по контуру первой боковой кромки поверхности первого, второго и третьего металлических гребней расширяются, на втором отрезке от второй координатной поверхности до первой координатной поверхности, соответствующей точке нулевого перекрытия ТНЩЛ, по первой и второй боковым кромкам поверхности первого, второго и третьего металлических гребней сужаются и на третьем отрезке от первой координатной поверхности до третьей координатной поверхности происходит дальнейшее сужение поверхностей и на третьей координатной поверхности ширина поверхностей первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченных первой и второй боковым кромкам, имеет одинаковую ширину. Таким образом на отрезке от второй координатной поверхности до первой координатной поверхности происходит импедансное, а на отрезке от первой координатной поверхности до третьей координатной поверхности происходит модо-импедансное преобразование ТНЩЛ с волной типа Н₁₀ в симметричную полосковую линию (СПЛ) с волной типа ТЕМ. На отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки поверхность первого металлического гребня, ограниченная первой и второй боковыми кромками, выполнена в виде металлической полоски и является токонесущим проводником с волной типа ТЕМ, к которому со стороны металлической заглушки подключен центральный проводник коаксиального соединителя. Поверхности второго и третьего металлического гребня, ограниченные первой и второй боковыми кромками, на отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки выполнены расширяющимися, формируя тем самым экспоненциальное согласующее устройство для металлической полоски. На металлической заглушке первый и второй металлические гребни гальванически соединены с ней и к ним подсоединен земляной проводник коаксиального соединителя. Такая конструкция обеспечивает рупорной антенне высокий уровень согласования (КСВ1,5) во всем рабочем диапазоне частот.

Рупорная антенна может быть выполнена с законом расширения поверхности первого, второго и третьего металлического гребня, ограниченной первой боковой кромкой соответственно, на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности, описываемым линейной функцией. Рупорная антенна с линейный законом расширения апертуры имеет линейную фазочастотную характеристику.

Рупорная антенна может быть выполнена с законом расширения поверхности первого, второго и третьего металлического гребня, ограниченной первой боковой кромкой соответственно, на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности, описываемым: функцией вида y=а+b(с+dx)±^m/n, где а, b, с и d - коэффициенты, задаются действительными числами; m, n - целые положительные простые числа; х - координата, соответствующая продольной оси рупорной антенны; или функцией вида y=ae^bx+се ^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительными числами; х - координата, соответствующая продольной оси рупорной антенны.

Рупорная антенна может быть выполнена с законом сужения поверхности первого, второго и третьего металлического гребня, ограниченной второй боковой кромкой соответственно, на отрезке от второй координатной поверхности до третьей координатной поверхности, описываемым: функцией вида у=а+b(с+dx)^±m/n , где а, b, с и d - коэффициенты, задаются действительными числами; m, n - целые положительные простые числа; х - координата, соответствующая продольной оси рупорной антенны; или функцией вида y=ae^bx+се^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительными числами; х - координата, соответствующая продольной оси рупорной антенны.

Рупорная антенна может быть выполнена с законом расширения поверхности второго и третьего металлического гребня, ограниченной первой и второй боковыми кромками соответственно, на отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки, описываемым: функцией вида у=а+b(с+dx) ^±m/n, где а, b, с и d - коэффициенты, задаются действительными числами; m, n - целые положительные простые числа; х - координата, соответствующая продольной оси рупорной антенны; или функцией вида y=ae^bx+се^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительными числами; х - координата, соответствующая продольной оси рупорной антенны.

Выбор законов выполнения поверхностей первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченных первой и второй боковыми кромками, описываемых линейной или степенной, или экспоненциальной функцией, определяeтся как многопараметрическая задача, функционально зависящая от следующих параметров: величины зазора между гребнями, толщины металлических гребней, диапазонов рабочих частот, заданных уровнем согласования и уровнем неравномерности характеристики согласования в рабочем диапазоне частот рупорной антенны, геометрических размеров раскрыва апертуры рупора, продольного размера рупора. Оптимизация законов поверхности первого, второго и третьего металлических гребней обеспечивает рупорной антенне высокий уровень согласования, низкий уровень неравномерности характеристики согласования во всем диапазоне рабочих частот антенны, низкий уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, уровень боковых лепестков (БЛ).

Рупорная антенна может быть выполнена с контактными элементами в различном конструктивном исполнении, например: - в виде металлических штырей; - в печатном исполнении в виде металлических полосок на диэлектрическом материале. Контактные элементы выполняют функции согласующих устройств и определяются законами, описывающими поверхности металлических гребней по контуру первой и второй боковых кромок, и их наличие позволяет оптимизировать характеристики согласования и уровень БЛ.

Рупорная антенна может быть выполнена с различным видом заполнения листовым диэлектрическим материалом полости рупора: пространства между первым и вторым, вторым и третьим металлическими гребнями; размещение на внешней, по отношению ко второй координатной плоскости, поверхности второго и третьего металлических гребней соответственно; пространства между первым и вторым, вторым и третьим металлическими гребнями и на внешней поверхности второго и третьего металлических гребней. Относительная диэлектрическая проницаемость листового материала может послойно комбинироваться, создавая многослойную с послойно-неоднородным диэлектрическим заполнением структуру. Кроме того, рупорная антенна может быть выполнена с полным заполнением внутренней полости рупора диэлектрическим материалом.

Размещение диэлектрического материала внутри полости рупора позволяет оптимизировать: уровень согласования и уровень неравномерности характеристики согласования, уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, диаграмму направленности (ДН) и уровень БЛ, а также обеспечить жесткость конструкции и механическую прочность, а также выполнять функции защитного покрытия (обтекателя) от внешних климатических воздействий при использовании на открытом пространстве или при наличии агрессивных сред.

Рупорная антенна может быть выполнена с покрытием внешней, по отношению к третьей координатной плоскости, поверхности первых двух металлических граней прямоугольного рупора радиопоглощающим материалом, что позволяет уменьшить затекание поверхностного электрического тока на внешнюю поверхность металлических граней и тем самым уменьшить уровень БЛ.

Металлические гребни рупорной антенны могут быть выполнены конечной толщины, а кромки ребра у второго и третьего металлических гребней могут быть выполнены закругленными. Выполнение металлических гребней конечной толщины и с закругленными кромками позволяет значительно увеличить предельную мощность рупорной антенны.

Металлические гребни рупорной антенны могут быть выполнены в печатном исполнении на диэлектрическом материале, например первый металлический гребень выполнен конечной толщины, а второй и третий металлические гребни выполнены в печатном исполнении на диэлектрическом материале, или все металлические гребни выполнены в печатном исполнении. Такое выполнение рупорной антенны позволяет расширить рабочий диапазон частот рупорной антенны в область низких частот, оптимизировать характеристики согласования, ДН и уровень БЛ.

На фиг.1 изображен общий вид рупорной антенны; на фиг.2 - конструкция рупорной антенны; на фиг.3 - проекция второго и третьего металлических гребней на первый металлический гребень, например, с линейным законом поверхности первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченных первой боковой кромкой, на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности, и с экспоненциальным законом первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченных второй боковой кромкой, на отрезке от второй координатной поверхности до третьей координатной поверхности, и экспоненциальным законом второго и третьего металлических гребней, ограниченных первой и второй боковыми кромками, на отрезке от третьей координатной поверхности до металлической заглушки; на фиг.4 - проекция второго и третьего металлических гребней на первый металлический гребень, например, с экспоненциальным законом поверхности первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченных первой боковой кромкой, на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности, с экспоненциальным законом первого, второго и третьего металлических гребней, ограниченных второй боковой кромкой, на отрезке от второй координатной поверхности до третьей координатной поверхности и экспоненциальным законом второго и третьего металлических гребней, ограниченных первой и второй боковыми кромками, на отрезке от первой координатной поверхности до металлической заглушки; на фиг.5 - общий вид на рупорную антенну со стороны апертуры; на фиг.6 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при выполнении контактных элементов в печатном исполнении на диэлектрическом материале; на фиг.7 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при установке между первым-вторым и вторым-третьим металлическими гребнями диэлектрических пластин; на фиг.8 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при установке с внешней стороны второго и третьего металлических гребней диэлектрических пластин; на фиг.9 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при установке диэлектрических пластин с внешней стороны второго и третьего и между первым-вторым и вторым-третьим металлическими гребнями; на фиг.10 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при полном заполнении внутреннего объема рупора диэлектрическим материалом; на фиг.11 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при выполнении ребра по внешней кромке второго и третьего металлических гребней закругленными; на фиг.12 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при выполнении первого металлического гребня конечной толщины, а второго и третьего металлических гребней - в печатном исполнении на диэлектрическом материале; на фиг.13 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при выполнении первого, второго и третьего металлических гребней в печатном исполнении на диэлектрическом материале; на фиг.14 - вид на рупорную антенну со стороны апертуры при выполнении контактных элементов и первого, второго и третьего металлических гребней в печатном исполнении на диэлектрическом материале.

Рупорная антенна 1 (фиг.1 и 2) содержит прямоугольный рупор 2, размещенный в прямоугольной системе координат, и первый 3 и второй 4 металлические гребни, при этом раскрыв прямоугольного рупора 2 расположен на первой координатной плоскости 5, а торец прямоугольного рупора 2 закрыт металлической заглушкой 6, на которой установлен коаксиальный соединитель 7, причем первые две, противоположные друг другу, грани 8 и 9 соответственно прямоугольного рупора 2 выполнены металлическими в форме равнобочной трапеции, которые установлены перпендикулярно второй координатной плоскости 10, а вторые две другие, противоположные друг другу, грани 11 и 12 соответственно прямоугольного рупора 2 выполнены в виде ряда контактных элементов 13, концы которых гальванически соединены с соответствующими первыми двумя металлическими гранями 8 и 9, при этом на первую 8 и вторую 9 металлические грани с внутренней стороны прямоугольного рупора 2 установлены первый и второй металлические гребни 3 и 4 соответственно, поверхности которых параллельны второй координатной плоскости 10 и размещены в верхней и нижней полуплоскостях относительно третьей координатной плоскости 14 соответственно, при этом координатная линия, соответствующая пересечению второй 10 и третьей 14 координатных плоскостей, является продольной осью 15 рупорной антенны 1, причем точки начала первых боковых кромок 16 первого 3 и второго 4 металлических гребней расположены на первой координатной плоскости 5, а поверхности первого 3 и второго 4 металлических гребней со стороны третьей координатной плоскости 14 в направлении продольной оси 15 рупорной антенны 1 от первой координатной плоскости 5 к металлической заглушке 6, ограниченные первой боковой кромкой 16, выполнены расширяющимися по одинаковому закону, при этом введен третий металлический гребень 17, идентичный второму металлическому гребню 4 и установленный с ним на одной металлической грани 9 прямоугольного рупора 2, при этом плоскость симметрии первого металлического гребня 3 совмещена со второй координатной плоскостью 10, а второй 4 и третий 17 металлические гребни установлены симметрично относительно первого 3 металлического гребня по обе стороны от него и на одинаковом расстоянии от него, при этом поверхности первого 3, второго 4 и третьего 17 металлических гребней, ограниченные первой боковой кромкой 16 соответственно, пересекаются на одной прямой, образуемой пересечением второй координатной плоскости 10 с первой координатной поверхностью 18, а от точек пересечения второй координатной поверхности 19 с первым 3, вторым 4 и третьим 17 металлическими гребнями на поверхности первых двух 8 и 9 металлических гранях прямоугольного рупора 2 соответственно, в направлении продольной оси 15 рупорной антенны 1 до третьей координатной поверхности 21 первый 3, второй 4 и третий 17 металлические гребни, ограниченные второй боковой кромкой 20 соответственно, выполнены суживающимися по одинаковому закону, причем поверхности первого 3, второго 4 и третьего 17 металлических гребней, ограниченные с одной стороны первой боковой кромкой 16 и с другой стороны второй боковой кромкой 20 в плоскости третьей координатной поверхности 21, имеют одинаковую ширину, при этом поверхность первого металлического гребня 3, ограниченная первой 16 и второй 20 боковыми кромками соответственно, на отрезке от третьей координатной поверхности 21 до металлической заглушки 6 выполнена в форме металлической ленты 22, а в плоскости металлической заглушки 6 рупорной антенны 1 к ней подсоединен центральный проводник коаксиального соединителя 7, причем поверхности второго 4 и третьего 17 металлических гребней, ограниченные с одной и другой стороны первой 16 и второй 20 боковыми кромками соответственно, на отрезке от третьей координатной поверхности 21 до металлической заглушки 6 рупорной антенны 1 выполнены расширяющимися по одинаковому закону и гальванически соединены с металлической заглушкой 6, к которой подсоединен земляной проводник коаксиального соединителя 7.

Рупорная антенна 1 может быть выполнена с законом поверхности первого 3, второго 4 и третьего 17 металлических гребней, ограниченной первой боковой кромкой 16 на отрезке от первой координатной плоскости 5 до первой координатной поверхности 18, описываемым не линейной функцией (фиг.3), а описываемым экспоненциальной функцией (фиг.4). При этом в обоих случаях (фиг.3 и 4) металлические гребни 3, 4 и 17, ограниченные второй боковой кромкой 20 на отрезке от второй координатной поверхности 18 до третьей координатной поверхности 21, выполнены с законом поверхности, описываемым экспоненциальной функцией, а ограниченные первой боковой кромкой 16 и второй боковой кромкой 20 на отрезке от третьей координатной поверхности 21 до металлической заглушки 6, выполнены с законом поверхности, описываемым экспоненциальной функцией.

Общий вид на рупорную антенну 1 со стороны апертуры представлен на фиг.5. Возможны следующие конструктивные модификации выполнения рупорной антенны 1: выполнение контактных элементов 13 в печатном исполнении на диэлектрической пластине 23 (фиг.6); установка между первым 3 и вторым 4 и вторым 4 и третьим 17 металлическими гребнями диэлектрических пластин 23 (фиг.7); установка с внешней стороны второго 4 и третьего 17 металлических гребней диэлектрических пластин 23 (фиг.8); установка с внешней стороны второго 4 и третьего 17 и между первым 3 и вторым 4 и вторым 4 и третьим 17 металлическими гребнями диэлектрических пластин 23 (фиг.9); полное заполнение внутреннего объема рупора 2 диэлектрическим материалом 23 (фиг.10); выполнение внешней кромки ребра 24 второго 4 и третьего 17 металлических гребней закругленными (фиг.11); выполнение первого 3 металлического гребня конечной толщины, а второго 4 и третьего 17 металлических гребней в печатном исполнении на диэлектрических пластинах 23 (фиг.12); выполнение первого 3, второго 4 и третьего 17 металлических гребней в печатном исполнении на диэлектрических пластинах 23 (фиг.13); выполнение контактных элементов 13 и первого 3, второго 4 и третьего 17 металлических гребней в печатном исполнении на диэлектрических пластинах 23 (фиг.14).

Рупорная антенна работает следующим образом.

Рупорная антенна 1 (фиг.1 и 2) состоит из трех основных частей: первая часть - апертура, представляющая собой неоднородную секторного типа НЩЛ без перекрытия, образованную первым 3, вторым 4 и третьим 17 металлическими гребнями на отрезке от первой координатной плоскости 5 до первой координатной поверхности 18; вторая часть - модо-импедансный трансформатор, образованный первым 3, вторым 4 и третьим 17 металлическими гребнями на отрезке от второй координатной поверхности 19 до третьей координатной поверхности 21; третья часть - согласующий трансформатор, образованный первым 3, вторым 4 и третьим 17 металлическими гребнями на отрезке от третьей координатной поверхности 21 до металлической заглушки 6.

В режиме излучения рупорной антенны 1 входной СВЧ сигнал волны типа ТЕМ через коаксиальный соединитель 7, например 50-омный, размещенный на металлической заглушке 6, поступает в СПЛ согласующего трансформатора (третья часть), в котором металлическая лента 22 является полосковым токонесущим проводником, а второй 4 и третий 17 металлические гребни являются земляными проводниками. В согласующем трансформаторе происходит плавная трансформация волны ТЕМ СПЛ с широкими земляными проводниками к волне типа квази-ТЕМ СПЛ с одинаковой шириной центрального и земляных проводников (третья координатная плоскость 21). На второй части, на отрезке от третьей координатной поверхности 21 до первой координатной поверхности 18 происходит плавная модо-импедансная трансформация волны типа квази-ТЕМ СПЛ в волну типа Н₁₀ ТНЩЛ. Сформировавшаяся в ТНЩЛ волна типа Н₁₀ поступает на плавно расширяющуюся ТНЩЛ рупорной антенны 1 - апертуру (первая часть), где и происходит излучение в направлении продольной оси 15, как описано, например, Janaswamy R., Snaubert D.H., Radio Science, vol. 21, №5, Sept.-Oct. 1986, pp. 797-804. Раскрыв сектора ТНЩЛ на первой координатной плоскости 5 является раскрывом рупорной антенны 1.

Геометрический размер раскрыва апертуры (сечение ТНЩЛ) рупорной антенны 1 на первой координатной плоскости 5 определяет максимальную длину волны _max рабочего диапазона длин волн рупорной антенны 1, а минимальная длина волны _min рабочего диапазона длин волн определяется сечением ТНЩЛ в области, близкой к точке с нулевым перекрытием ТНЩЛ, т.е. с точки, с которой начинается возбуждение волн высших типов. Минимальная длина волны _min рупорной антенны 1 меньше _min рупорной антенны прототипа и с лучшим уровнем характеристики согласования за счет конструкции перехода от излучающей части антенны к коаксиальному соединителю.

Длина первого 3, второго 4 и третьего 17 металлических гребней рупорной антенны 1 вдоль продольной оси 15 на отрезке от первой координатной плоскости 5 до первой координатной поверхности 18 и закон расширения по первой боковой кромке определяют диапазонные свойства, характеристику согласования, ширину ДН, КУ и уровень БЛ.

Рупорная антенна 1 излучает или принимает электромагнитные волны линейной поляризации с ориентацией вектора напряженности электрического поля параллельно металлическим гребням.

Полная геометрическая и электрическая симметрия для первого 3 металлического гребня относительно второго 4 и третьего 17 металлических гребней рупорной антенны 1 обеспечивает значительно низкий уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля.