Рупорная антенна: описание, устройство, свойства и использование. Рупорная антенна Общие сведения о рупорных антеннах

На частоте 2,45 ГГц длина волны сигнала WiFi составляет 122 мм. Поляризация вертикальная. В сети приводится любопытная схема биквадрата, выгнутого вокруг медной трубы диаметра 10 см. Получается, что диаграмма направленности подобной антенны искажается и растягивается по азимуту. Нет моделей MMANA, чтобы посмотреть, что в точности получается, но любители утверждают, что такой ход не является лучшим (далее рассмотрим и его). Рупорные антенны годятся для высоких частот, а для низких получаются слишком громоздкими. Возможно ли сделать антенну для роутера собственными руками в виде рупора. В исключительных случаях (имитация голоса озерной утки), определенно, да.

Немногие задумываются над физическим смыслом антенны. Обыватели ответят, что антенна необходима для усиления сигнала, но она является пассивным не усиливающим устройством. Собирает с большой площади сигнал и подает в малую, где находится кабель приемника. Это делают все антенны без исключения. Что может собрать вибратор? Достаточно вспомнить, что волновой вибратор (кусок провода, равный длине волны) лучше полуволнового, имеющего преимущество перед четвертьволновым (равен четверти длины волны). Чем длиннее вибратор, тем эффективнее. При этом соблюдаются определенные пропорции. Это диктуется волновыми законами природы.

Известно, что оперный певец, взяв высокую ноту, разбивает хрустальный стакан. Как это делается. Мастер пения ударяет слегка по прибору и слушает, какая нота польется из посуды. Это резонансная частота предмета. Взяв ту же ноту поставленным голосом, певец вызывает отклик емкости. Колебания накапливаются, усиливаются, не затухают. В результате стекло разбивается вдребезги. В точности то же происходит в антенне. Собирает и передает волны, являющиеся резонансными. А это основная частота и гармоники (умноженные на два, на четыре и пр. частоты). Самодельная антенна для роутера поможет отсеять ненужное. Сигнал окажется сконцентрирован в нужном месте.

Важно правильно подвести к антенне провод. Прием волны и гармоник позволит изготовить гармоническую антенну, принимающую частоты, чьи полуволны являются кратными для габаритов устройства.

К примеру, частоты, соотносящиеся как 1: 2: 4: 6 и т.д. Правильно подведенная линия позволит ловить одновременно несколько волн. Если нарушить правила, устройство работать не станет. Вот как нужно делать:

1. Рисуют схематично вибратор (прямая линия), на котором схематично обозначают законы распределения токов и напряжений для всех длин волн.
2. Если присоединить провода в точке пучности напряжений, получится запитка по напряжению.
3. Если присоединить провода в точке пучности всех токов, получится запитка по току.

Так изготавливаются гармонические антенны. Для изготовления подобного, к примеру, для частоты 3,7 МГц (диапазон КВ) нужен кусок провода на 80 метров. Понятно, что подобный расклад может не устраивать. Поэтому постоянно ведется поиск новых конструкций. Не так давно публиковали описание процесса конструирования ферромагнитной антенны для диапазона 3,7 – 7 МГц, умещающейся в кулаке. Не утверждаем, что заменит собою 80 метров меди, но положительный эффект от нее наблюдают исследователи, что используется в радиоприемниках.

Рупорные антенны для роутера

Чем порадует рупорная усиливающая антенна для роутера. Проста в конструкции. Вот теория:

• пирамидальная (урезанная пирамида);
• секторная, секториальная (сектор из волновода, дно и потолок параллельны друг другу, боковины расходятся);
• коническая (усеченный конус);
• гибридная (форму рупора сложно назвать уже придуманным словом, тем, кто разбирал спутниковые конвертеры, знаком рупор со ступенями).

Если в спутниковой связи на частотах выше 5 ГГц применяются рупоры, то и для WiFi подойдут. Как сделать антенну для роутера. Рупоры относятся к классу устройств СВЧ. Антенна изготавливается из посеребренной внутри стали. Это улучшает условия проводимости, позволит волне свободно двигаться внутри, придаст стенкам твердость. На практике для застекленной лоджии подойдет картон, обклеенный внутри фольгой. Фольга, как известно, сделана из алюминия, лучшими качествами обладает медь. Некоторые собирают рупорные антенны из текстолита. Потом поверхность полируется, к примеру, ластиком, и покрывается лаком. Портал рупорной антенны заклейте диэлектриком, пластиком, пенопластом и т. д.

Важно! Без фольги рупор не станет работать по очевидным причинам. Диэлектрик не может отражать электромагнитное излучение.

Стыки, в случае с текстолитом паяются, картон клеится. Вероятно, лучше взять фанеру, ведь правильная геометрия важна для антенны. А лист шпона лучше держит форму. Изнутри требуется проклеить по швам, а снаружи покрыть грунтовкой, препятствующей проникновению внутрь влаги. Далее, красится и вывешивается в любом месте. При желании, в верхней части возможно приделать кормушку для птиц. Внутри оклейте конструкцию фольгой, по возможности ровно (на работу антенны ровность оклейки не повлияет). Предлагаем делать пирамидальный рупор, что проще, и обеспечит приемлемую диаграмму направленности и по углу места на случай, если в нашу сеть хотят попасть посторонние люди.

Диаграмма направленности рупорной антенны для роутера не отличается оригинальностью. Это лепесток, шириной 15 градусов (зависит от конструкции) по азимуту и углу места. Это обусловливает особенности применения. Для охвата дома, антенна ставится на высоте середины поодаль. Чтобы главный лепесток охватил всех потребителей. Начнем с размеров питающего волновода, на который обращается мало внимания. На сайте http://users.skynet.be/chricat/horn/horn-javascript.html имеется калькулятор, при помощи его посчитаем параметры, подставив частоту. По умолчанию стоит 6-ой канал (2437 МГц).

Дно питающего волновода снизу пробивает штырь, отстоящий от задней стенки на четверть длины волны, а длина участка составляет половину длины волны. По формуле из физики находим длину волны: 299792458 / 2430000000 = 123 мм. Это длина волны в свободном пространстве. В волноводе идет критическая волна, ниже нее работать не может. Величина равна удвоенной длинной стороне волновода. Последуем совету калькулятора и возьмем стенки 90 х 60 мм. Длина критической волны составит 180 мм. Внутри волновода волна движется под углом. Следовательно, длина волны увеличивается, равна частному деления длины волны в свободном пространстве на косинус угла движения внутри.

Сложность состоит в поиске угла. Для расчета выведены специальные формулы, их читатели найдут самостоятельно, мы же воспользуемся результатами. Изначально, в калькуляторе предлагается задать размеры рупора. Приведем правильные значения. По методике находим стороны параллелепипеда, включающего в себя раскрыв рупора (без питающего волновода). Получается:

1. Длина P – 60 cм.
2. Ширина Н – 25 см.
3. Высота Е – 10 см.

Размеры внешнего портала найдены, а внутренний равняется входу в волновод. Это позволит определить геометрию четырех стенок. Жмите на Compute и получаете готовый шаблон. Обратите внимание на графу Aperture Quality (качество апертуры). В ней должна быть цифра меньшая 1/8 волны (в рассматриваемом случае 15 мм). С исходными данными сайта выходило четверть, но автор не уверен в правильности. Первый макет не клейте крепко, а испытайте сначала на местности. Обратите внимание, что уже посчитали длину волны в волноводе, цифра составила 16,85 см. Теперь понимаем, что делать со стержнем:

• отстоит от задней заглушенной стенки волновода на 168,5 / 4 = 42,125 мм;
• отрезок волновода имеет протяженность 84 мм;

Это важные параметры, их следует четко соблюсти. Здесь снимается сигнал со штыря. Как вести настройку участка. Штырь выступает из дна на некую длину, это четверть волны в свободном пространстве (31 мм). Необходимо взять КСВ метр и двигаете в разные стороны, до получения значения в области единицы. Если не получается долгое время, то немного наклоните стержень к задней стенке.

Ну, вот и готова внешняя антенна WiFi роутера. Далее состоится разговор о технологиях СВЧ.

Рупорная антенна относится к классу так называемых апертурных антенн. Апертура - это эффективная площадь раскрыва антенны. Такие антенны, в отличии от проволочных, «ловят волну» прямо своей апертурой и рупорная антенна - яркий тому пример. Это похоже на то как синий кит ловит планктон. Чем больше он раскроет пасть (апертуру ),- тем больше планктона (электромагнитной энергии ) поймает. Другими словами, коэффициент усиления рупорной антенны прямо пропорционален площади раскрыва рупора и мы можем достичь внушительного усиления просто увеличивая его размеры. Рупорные антенны широко применяются в профессиональной радиорелейной связи или как облучатели тарелок .

Делая простую рупорную антенну своими руками без специальных фазо-выравнивающих хитростей, типа H-образного рупора, мы можем достичь усиления до 20-25 dBi. К плюсам рупорной антенны можно отнести то, что она достаточно широкополосна и, следовательно, обладает хорошей повторяемостью , имеет достаточно простую конструкцию при относительно большом коэффициенте усиления. Из минусов можно упомянуть большой расход материала в сравнении, например, с панельной патч-антенной , имеющей такое же усиление, а также большую парусность. Многих анонимов отпугивает использование рупорных антенн в качестве измерительных эталонов в профессиональной технике. Куда нам с нашими жестянками до них! Ну а разве использовать в качестве антенны жестяную банку вместо отрезка круглого волновода - комильфо? А ведь она работает! Для большинства анонимов достать фольгированный стеклотекстолит, а тем более медные пластины или что-то в этом роде - достаточно проблематично и дорого. Поэтому использование оцинковки для изготовления рупорной антенны своими руками не только допустимо, но и экономически оправдано. Более того, можно применить фанеру или картон в сочетании с металлической фольгой. Одну из таких конструкций вы можете посмотреть по ссылке в конце статьи.

Рупорные антенны делятся на:

• конические
• секторальные
• пирамидальные
• гофрированные

Для изготовления своими руками лучше всего пригодны пирамидальные рупорные антенны. Рассчитать конструктивные размеры такой антенны вы можете воспользовавшись нашим онлайн калькулятором . Электромагнитная энергия, собранная рупором, попадает в отрезок прямоугольного волновода. Внутри волновода находится коаксиально-волноводный переход, примерно такой же, как и у баночной антенны. Меняя размер и положение штыря можно согласовать антенну в широком диапазоне как с 75-омным, так и с 50-омным фидером.

Применение рупорных антенн

Самостоятельно рупорная антенна применяется главным образом в тех случаях, когда не требуется острая диаграмма направленности и когда антенна должна быть достаточно диапазонной. Практически с помощью рупорной антенны можно перекрыть приблизительно двойной диапазон волн. Собственно говоря, диапазонность рупорной антенны Электромагнитные ограничивается не рупором, а питающем его волноводом.

Большая диапазонность рупорных антенн и простота конструкции являются существенными достоинствами этого типа антенн СВЧ, благодаря которым они находят широкое применение в технике антенных измерений и измерений характеристик электромагнитного поля.

рупоры также широко применяются в качестве облучателя линзовых, зеркальных антенн, а также в качестве элементов антенных решеток.

Эксплуатация антенны производится согласно нормативной документации, в которой оговорены сроки проведения регламентных работ. Регламентные работы представляют собой список необходимых действий для проверки точности работы антенны и ее параметров, а также механических и электрических свойств.

Внешний осмотр необходимо проводить постоянно на наличие механических и электрических повреждений. Регулярно проводить чистку антенны от грязи и пыли, проверку фидерного тракта.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы был произведен расчет основных размеров антенны, рассчитаны параметры фидерной линии. На основе произведенных расчетов была построена диаграмма направленности, выполнен эскиз антенны.

По форме диаграмм направленности и рассчитанному значению КПД можно сделать вывод, что основные параметры антенны соответствуют заданным значениям.

КПД антенны: 0,84

Требования, предъявляемые в техническом задании к рупорной антенне, выполнены с некоторым запасом по мощности.

рупорный антенна фидерный направленность

Литература и источники информации

1. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1988. - 432 с.

2. Нечаев Е. Е. Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Антенны и РРВ». М.: МГТУГА, 1996. -106 с.

3. Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.А., Антенно-фидерные устройства. М.: Радио и связь, 1989. - 352с.

4. А.З. Фрадин. Антенно-фидерные устройства. Учебное пособие. М.: Связь, 1997.

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:

$D=4\backslash pi\backslash frac\{S\}\{\backslash lambda^2\}\backslash nu$, где $S=L\_EL\_H$ - площадь раскрыва рупора, $\backslash nu$ - КИП (коэффициент использования поверхности рупора), равный 0.6 для случая, когда разность хода центрального и перифирийного лучей менее, но близка к $\backslash pi/2$, и 0.8 при применении выравнивающих фазу волны устройств.

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости H:

$2\backslash phi\_\{0H\}=170^\backslash circ\backslash frac\{\backslash lambda\}\{L\_H\}$

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости E:

$2\backslash phi\_\{0E\}=115^\backslash circ\backslash frac\{\backslash lambda\}\{L\_E\}$

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 $\backslash pi/2$) необходимо, чтобы выполнялось условие (для пирамидального рупора):

$\backslash frac\{\backslash pi\}\{4\backslash lambda\}\backslash left(\backslash frac\{L^2\_E\}\{R\_E\}\; +\; \backslash frac\{L^2\_H\}\{R\_H\}\; \backslash right)\backslash leqslant\backslash frac\{\backslash pi\}\{2\}$, 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.