3.2 Щелевой облучатель
Щелевая или дифракционная антенна представляет собой узкую щель, прорезанную в волноводе или объёмном резонаторе. Такие антенны находят применение в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн. В настоящее время антенны в виде узких полуволновых щелей, возбуждаемых токами, протекающими на внутренней поверхности стенок волноводов, или с помощью фидеров, широко применяются в технике войск связи и РТО ВВС.
Щелевой облучатель удобен при работе
в наиболее короткой части сантиметрового
диапазона (
см и ниже), так как конструкция его
наиболее компактна и проста для работы
в этом диапазоне. Щелевой облучатель
можно защитить от атмосферных влияний,
закрыв его излучающие отверстия
полистироловыми пластинками. Этот
вибратор можно использовать при частотах
свыше
,
а зеркальную антенну можно использовать
и в таком диапазоне. Щелевой вибратор
представлен на рисунке 3.5.
[2].
а) Горизонтальная поляризация; б) Вертикальная поляризация
Рисунок 3.5 Щелевой вибратор с горизонтальным и вертикальным расположением щелей.
Рассмотрим принцип работы щелевой
антенны представим себе, что в тонкой
безграничной проводящей поверхности
вырезана прямоугольная щель (рисунок
3.6), длина которой
,
а ширина
К краям щели в её середине точки «а» и
«
»
подключена двухпроводная линия,
соединяющая её с генератором высокой
частоты. Края щели можно рассматривать
как двухпроводную короткозамкнутую
линию, в середине которой включён
источник переменного напряжения. По
краям щели, как по кратчайшему пути от
точки «
»
к точке «
»,
потечёт ток, который имеет пучности на
коротко-замкнутых концах линии и узлы
в точках «а» и «
»,
- ток будет распределён вдоль щели по
синусоидальному закону (рисунок 3.6 а).
Напряжение и электрическое поле будут
распределены вдоль щели по косинусоидальному
закону, как и вдоль двухпроводной
короткозамкнутой линии, длиной
,(рисунок.
3.6 б). Токи смещения, возникающие в щели,
продолжаются в виде токов проводимости
в металлическом экране. [1].
Рисунок. 3.6 Распределение: а) тока
;
6) Напряжения и электрического поля вдоль щелевой антенны.
Для придания щелевой антенне одностороннего излучения ее, с одной стороны, закрывают объемным резонатором [2].
Одним из вариантов конструкции двухщелевого облучателя может быть выполнен в виде закрытого на концах Т-образного прямоугольного волновода. Для горизонтальной поляризации облучатель располагается, как показано на рисунке 3.7 для вертикальной поляризации поля.[1].
Рисунок 3.7 Щелевая антенна в безграничной проводящей плоскости.
1. Рекомендуется выбрать длину щели
равной
.
Укорочение щели соответствует укорочению
эквивалентного металлического вибратора.
2. При расчете согласования резонансной
поперечной щели, прорезанной в широкой
стенке прямоугольного волновода с
волной Н10, принимаем, что волновод
закорочен с одного конца, а другой конец
в направлении от щели к генератору
согласован или бесконечен. Расстояние
от закороченного конца до оси щели
принимается равным
(
– длина волны
в волноводе), так как
в этом случае входное реактивное
сопротивление этого участка обращается
в нуль. Если резонансное сопротивление
поперечной щели представить, как
последовательное сопротивление в
эквивалентной схеме, то условие
согласования щели
с волноводом можно
записать как равенство последовательного
сопротивления щели волновому сопротивлению
волновода. Сопротивление поперечной
щели, прорезанной симметрично относительно
оси, нормированное к волновому
сопротивлению волновода, выражается
следующим образом:
Где
– размеры широкой и узкой стенок
волновода;
– длина волны генератора.
Поэтому условие согласования имеет вид:
Из равенства находят размер узкой стенки
b волновода при выбранном
размере широкой стенки а. Согласование
-образного
волновода с питающим волноводом
осуществляется экспериментальным путем
при помощи сужения узкой стенки
питающего волновода
и изменения
длины реактивного штыря, ввинчиваемого
в торец
-образного
волновода на его широкой стенке по оси
симметрии облучателя [5]
3. Расстояние между щелями выбирают из
условия получения в вертикальной
плоскости диаграммы направленности,
мало отличающейся от формы диаграммы
направленности в горизонтальной
плоскости. Выбранное из этого условия
расстояние между щелями получается
порядка
.
Для расположения щелей по (рисунку 3.8
а), диаграмму направленности двухщелевого
облучателя в горизонтальной плоскости
определяют из формулы:
Где
– волновое число;
– расстояние между щелями;
– угол в горизонтальной плоскости,
отсчитываемый от нормали к линии
расположения щелей.
Диаграмма направленности двухщелевого облучателя в горизонтальной плоскости представлена (рисунке 3.8).
Рисунок 3.8 Диаграмма направленности двухщелевого облучателя в горизонтальной плоскости.
Диаграмму направленности в вертикальной плоскости в этом случае рассчитывают по формуле:
Где φ – угол в вертикальной плоскости, отсчитываемый от нормали к щели;
– поле в рассматриваемом направлении
φ;
– поле в направлении максимального
излучения (φ=0).
Диаграмма направленности двухщелевого облучателя в вертикальной плоскости представлена (рисунке 3.9).
Рисунок 3.9 Диаграмма направленности двухщелевого облучателя в вертикальной плоскости.
Для расположения щелей диаграмму направленности в горизонтальной плоскости определяют из формулы:
.
В результате диаграмма направленности двухщелевого облучателя в горизонтальной, изображенного на представлена на (рисунке 3.10).
Рисунок 3.10 Диаграмма направленности щелевого облучателя в горизонтальной плоскости.
Диаграмму направленности в вертикальной плоскости рассчитывают следующим образом:
.
где φ – угол в вертикальной плоскости, отсчитываемый от нормали к линии расположения щелей.
Данная диаграмма представлена на (рисунке 3.11).
Рисунок 3.11 Диаграмма направленности щелевого облучателя в вертикальной плоскости.
Для обеспечения синфазного щелей питания в обоих плечах поперечного волновода щели должны быть расположены симметрично относительно питающего волновода. Каждое плечо рассчитывается на половинную мощность.
В результате анализа двух типов вибраторов будет использоваться полуволновый вибратор с контррефлектором.