Пирамидальный рупор: размеры под усиление

Размеры оптимального пирамидального рупора по заданному усилению, частоте и сечению волновода: раскрыв, длина, углы раскрыва — по методике Балани.

дБи
Обычно 12–30 дБи. При малом усилении рупор получается коротким и широким, формулы неточны.
Внутренний размер. WR-90 — 22,86 × 10,16 мм; по ГОСТ 20900-2014 близкое сечение 23 × 10 мм.

Результат

Длина волны λ
29,979 мм
Критическая частота волновода TE10
6,557 ГГц
Раскрыв рупора a1 (плоскость H)
134,2 мм
Раскрыв рупора b1 (плоскость E)
104,2 мм
Длина рупора pe = ph
156,5 мм
Наклонная длина грани в плоскости E ρe
181 мм
Наклонная длина грани в плоскости H ρh
200,2 мм
Половинный угол раскрыва в плоскости E, °
16,72
Половинный угол раскрыва в плоскости H, °
19,58
Параметр χ = ρe/λ
6,0381
Проверка: усиление по раскрыву при КИП 0,51
19,99 дБи
  • Размеры раскрыва и волновода — внутренние. Длина рупора — от горловины (стыка с волноводом) до раскрыва.
  • Оптимальный рупор: наибольшее усиление при заданной длине, КИП около 0,51. Усиление дано относительно изотропного излучателя, без потерь в стенках.
a×b pe a1

Раскрыв рупора a1 (плоскость H): 134,2 мм

Формула

  • уравнение для χ: (√(2χ) − b/⁠λ)²(2χ − 1) = (G/⁠2π·√(3/⁠2π)/⁠√χ − a/⁠λ)²(G²/⁠(6π³χ) − 1)
  • b1 = √(2χ)·λ
  • a1 = (G/⁠2π)·√(3/⁠(2πχ))·λ
  • pe = (b1 − b)·√((ρe/⁠b1)² − 1/⁠4)
  • G ≈ 0,51·4πa1b1/⁠λ²
Подробнее о расчёте

Как считается

Оптимальный рупор даёт наибольшее усиление при данной длине: раскрыв выбран так, что фазовая ошибка на краю в плоскости E — около четверти периода, в плоскости H — около 3/⁠8, а КИП около 0,51. Тогда b1 = √(2λρe), a1 = √(3λρh) и G ≈ 0,51·4πa1b1/⁠λ².

Чтобы рупор стыковался с волноводом a × b, его длины в плоскостях E и H должны совпасть: pe = ph. Это даёт одно уравнение для χ = ρe/⁠λ (Балани, формула 13-56), калькулятор решает его численно, начиная с χ1 = G/⁠(2π√(2π)). Затем находятся раскрыв, длина и углы раскрыва. Российской нормы на расчёт рупора нет: методика — по учебнику Балани.

Пример

20 дБи на 10 ГГц от волновода WR-90 (22,86 × 10,16 мм): χ = 6,04, раскрыв 134,2 × 104,2 мм, длина рупора 156,5 мм, половинные углы раскрыва 16,7° (E) и 19,6° (H). Проверка по раскрыву: 0,51·4πa1b1/⁠λ² = 19,99 дБи.

Что не учтено

  • Потери в стенках и отражение от горловины: усиление реального рупора чуть ниже.
  • Толщина стенок: размеры — внутренние.
  • При усилении ниже 12–15 дБи рупор короткий и широкий, приближение фазовой ошибки неточно — проверьте моделированием.

Источники

  • C. A. Balanis, «Antenna Theory: Analysis and Design», 3rd ed., Wiley, 2005, п. 13.4.3 «Design procedure», формулы (13-49a), (13-49b), (13-55)–(13-58b). Книга не открывалась: формулы сверены по программе DESIGN.m и Subroutine.m из сопровождающего ПО к книге (автор S. Parker, Arizona State University; открыта в архиве McMaster University в 2026 году) — уравнение для χ, начальное приближение χ1 = G/(2π√(2π)), ρe, ρh, a1, b1, pe, ph, углы раскрыва.
  • ГОСТ 20900-2014 «Трубы волноводные медные и латунные прямоугольные. Технические условия», таблица 1 — сечение 23 × 10 мм (по калькулятору «Волновод: критические частоты» этого сайта, где стандарт открыт; здесь не перепроверялся).

Обновлено 09.11.2026.