Щелевые антенны. (Лекция 11)

1. Щелевые антенны

Лекция 11

2.

Узкие щели, прорезанные в стенке
волновода, резонатора коаксиального
кабеля, полосковой линий.
Ширина щелей составляет (0,03…0,05)
длина около полуволны
Элементарная щель. Принцип двойственности Пистолькорса
Зная поле элементарного электрического излучателя, найти
поле элементарного магнитного излучателя (щели в экране)
при аналогичных граничных условиях.
- на металлической пластине:
J
Н в s
const
2d
-на остальной части
бесконечной плоскости
H s 0
( s n H B )
(1)

3.

4.

Для элементарной щели
На щели
На экране
E щ
U
const
d
(2)
E s 0
Для вибратора
60 J l
E В
sin
r
E
J l
B
H
sin
B RO 2 r
(3)
Для щели
E щ
E d l
U l
2 sin 2
sin
H щ
E щ
120
Hrd l
H
sin
в
r
U l
sin
120
(4)

5.

Полуволновая щель
закон распределения напряжения в щели
U U П sin k (l z )
(5)
поле находим двумя способами:
1.Симметричная щель рассматривается как система
одинаково ориентированных элементарных щелевых
излучателей и используется теорема умножения.
2.Принцип двойственности

6.

при 2l 2
cos( cos )
cos( cos )
60 J П
JП
2
2
E B
H B
2
r
sin
2
sin
cos( cos )
cos( cos )
UП
U
П
2
2
E щ 2
H щ
sin
120 2 r
sin
Итак, DН полуволновой щели и полуволнового вибратора одинакова.
Сравним Н B и H ОЩ
Если
U П 60 J П , то
H B H Щ
Одинаковы амплитуда полей излучения щели и вибратора во
всех точках дальней зоны и излучаемые мощности.

7.

J П2 R
U П2 G
B
Щ
P
P Щ
B
2
2
G Щ - проводимость излучения щели
R B
щель двухсторонняя,
G Щ 2 0,002
(60 )
излучающая в обе стороны от металлической поверхности.
1
односторонняя щель g
G
0,001
Щ 2 Щ
R Щ
500 и 1000 Ом.
Из принципа двойственности
YBXЩ
73,1 j (42,5 Z BЭ c lg kl )
Z BXB
2
(60 )
(60 ) 2
Zвэ-эквивалентное волновое сопротивление пластинчатого
4
вибратора
Z B 120(1n
0,577)
d

8.

Излучение щелей, прорезанных в металлических телах
конечных размеров
-DН в плоскости Н мало отличается от DН в
бесконечном экране.
-DН в плоскости вектора Е искажается при
больших размерах экрана. DН приобретает вид
восьмерки с нулями в направлении
экрана, т.е.
вместо скачка вектора Е
-при переходе через плоскость экрана в случае бесконечного
экрана (DН имеет при этом вид окружности)
-при переходе через экран конечных размеров происходит переход
в свободном пространстве, скачка вектора Е при этом быть не
может.
-Реактивное сопротивление при конечных размерах экрана
меняется незначительно,
активное сопротивление – сильнее.

9.

Волноводно – щелевые антенны
Одиночная щель имеет слабо выраженные
направленные свойства, для получения
узких DН применяют многощелевые
антенны.
ВЩА система полуволновых щелей,
прорезанных в стенке волновода , чаще с
волной Н10
Резонансные ВЩА и Нерезонансные ВЩА
(диапазонны, КСВ~1)
удобно расположение 2 а) 1,
расстояние между щелями В 0,7
2
обеспечивает отсутствие
дифракционных максимумов.

10.

,
Резонансные антенны
Расстояние между щелями и их расположение обеспечивают
синфазность возбуждение щелей.
Главный max DН таких антенн ┴ оси волновода
Работа в режиме стоячей волны, в конце антенны (волновода)
устанавливается короткозамыкающий поршень расстояние от
поршня до последней щели такое, что щель находится в пучности
той составляющей тока, которой она возбуждается.
Для продольного расположения щели -расстояние кратно
нечетному числу
В 4
(2m 1) В 4, m 1,2...)
Поперечной щели - расстояние кратно целому числу
полуволн.
«-» узкополосность.

11.

d В 2
Нерезонансные антенны
расстояние между соседними щелями
Возбуждение щелей бегущей волной, в антенне линейное фазовое
распределение.
Max главного лепестка DН отклонен на угол от ┴ к оси волновода в
при d 2 сторону распространения волны,
В
при
d В 2
в противоположную сторону.
Поглощающая нагрузка устанавливается, чтобы
отраженная от конца антенны волна не приводила
к появлению паразитного лепестка,
симметричный (зеркально) основному, в конце
волновода.(Теряется 5 – 20% Рвых).

12.

Для расширения полосы используется
гантельные щели.
Для круговой поляризации –
крестообразные щели.
DН:
f ( ) f 0 ( ) f N ( )
N
sin (kd sin )
2
f ( ) ~ f N ( )
1
sin (kd sin )
2
фазовый набег при равномерном АР
2
d
В
ν=0.1

13.

-Для переменофазных продольных щелей, наклонных щелей
на узкой стенке, при возбуждении щелей реактивными штырями,
размещенными с разных сторон щелей ν=1
-Для поперечных щелей на широкой стенке волновода, продольных
на узкой ν=0

14.

Эквивалентные параметры щелей в волноводе
Щель, прорезанная в стенке волновода излучает не только во
внешнее пространство но и внутрь волновода, возбуждается 2
волны:
1.от генератора, складывается с падающей и образует проходящую
волну,
2.в сторону генератора, отраженная от щели.
Таким образом мощность падающей со стороны генератора волны
равна сумме мощностей прошедшей за щель волны, отраженной
волны и мощности излучения.

15.

Продольная щель в широкой стенке волновода
Поперечная щель в широкой стенке волновода
Наклонная щель в узкой стенке волновода
-угол наклона щели,
х
- смещение щели относительно средней линии широкой стенки
волновода ;
а , в – поперечные размеры волновода.

16.

Для согласования с возбуждающим волноводом необходимо
выполнение условия: ngЩ=1 и nrЩ=1
Достоинства:
-невыступающая конструкция (прим в ЛА),
-возмлжно электрическое сканирование
Недостатки:
-малая диапазонность,
-малая величина пропускаемой мощности.