Щелевая антенна (стр. 2 из 2)

(5)

Поперечная щель, прорезанная в широкой стенке волновода, прерывает линии плотности продольной составляющей поверхностного тока. Поэтому эту щель следует рассматривать как сопротивление, последовательно включенное в провода эквивалентной волноводу двухпроводной согласованной линии (рис.6,а). В случае резонансной поперечной щели нормированное входное сопротивление рассчитывается по формуле:

, (6) где - длина волны в волноводе;

- длина волны в свободном пространстве;

a - ширина широкой стенки волновода;

d - ширина узкой стенки волновода;

х

- расстояние от середины широкой стенки до центра щели.

Из рассмотрения формулы (6) видно, что входное сопротивление резонансной поперечной щели максимально, если центр этой щели совпадает с центром широкой стенки волновода (х

= 0), так как в этом месте максимален продольный ток, возбуждающий щель; R уменьшается по мере удаления центра поперечной щели от центра широкой стенки.

Одним из видов поперечных щелей является щель, прорезанная в пластине, закрывающей торец волновода (рис.7). Для улучшения направленных свойств торцевая волноводная щелевая антенна снабжается специальным экраном. Щель возбуждается продольными токами, замыкающимися на внутренней поверхности пластины. В свою очередь щель возбуждает систему токов на внешней поверхности торца волновода или экрана. Резонансное эквивалентное сопротивление такой щели при симметричном расположении ее относительно широких стенок волновода определяется по формуле (6).

Продольная щель прерывает линии плотности поперечной составляющей поверхностного тока. Поперечные токи как бы ответвляются от проводов эквивалентной линии в параллельно присоединенные к ним шлейфы. Поэтому продольную щель следует рассматривать как сопротивление, присоединенное параллельно двухпроводной линии, т.е. как проводимость G

(рис.6,б). Нормированная входная проводимость резонансной продольной щели рассчитывается по формуле:

(7)

Из рассмотрения формулы (7) следует, что входная проводимость продольной резонансной щели равна нулю, если щель находится в центре широкой стенки (х

= 0), и максимальна, если щель находится на краю широкой стенки (х = a / 2) или на боковой стенке. К аналогичному выводу можно придти из рассмотрения рис.3 и 4.

Приведенные формулы для эквивалентного приведенного входного сопротивления и эквивалентной приведенной входной проводимости получены для полуволновых щелей. Эта длина весьма близка к резонансной длине щели, при которой эквивалентное реактивное сопротивление х

и эквивалентная реактивная проводимость b равны нулю. Так как и мало меняются вблизи резонанса, то этими формулами можно пользоваться и для резонансных щелей.

Как указывалось ранее, резонансная длина щели несколько меньше

/ 2 и тем меньше, чем шире щель. Кроме этого, резонансная длина щели зависит от смещения ее х относительно широкой стенки волновода. При фиксированной ширине продольной щели и увеличении смещения х от нуля до / 4

относительно середины широкой стенки волновода резонансная длина увеличивается, приближаясь к

/ 2. При дальнейшем увеличении смещения щели ее резонансная длина начинает уменьшаться.

Резонансная длина поперечной щели в широкой стенке прямоугольного волновода при смещении х

= 0 равна 2 l = 0,488 , т.е. незначительно отличается от половины длины волны генератора. Наклонные щели в узкой стенке имеют резонансную длину, приближенно равную половине длины волны в свободном пространстве.

В тех случаях, когда излучатель должен быть более широкополосным, находят применение гантельные щели. Зависимость входного сопротивления гантельной щели от ее размеров приведена на рис.8. С увеличением диаметра закругления D точка резонанса смещается в сторону больших длин волн и полоса пропускания увеличивается.

II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Структурная схема установки для измерения эквивалентной проводимости, сопротивления и характеристики направленности щелей приведены на рис.9. Полуволновые резонансные излучатели прорезаны в металлической пластине, которая может перемещаться относительно оси волновода (рис.10). Величина смещения щели ( х

) отсчитывается по шкале. В одном крайнем положении волновод полностью закрыт, что соответствует короткому замыканию исследуемого щелевого излучателя.

1. Измерение входного эквивалентного сопротивления резонансной щели, прорезанной в бесконечной проводящей поверхности:

- подключить к генератору торцевой щелевой излучатель (см. рис.7);

- установить частоту генератора (задается преподавателем);

- с помощью измерительной линии определить КСВ и запомнить положение одного из минимумов напряжения в линии. Закоротить излучающую щель. Определить, на сколько и в какую сторону смещается при закорачивании щели зафиксированный ранее минимум напряжения в измерительной линии. Определить на круговой диаграмме полных сопротивлений величину эквивалентного входного сопротивления щели.

Рассчитать входное эквивалентное сопротивление торцевой полуволновой щели по формуле (6). Сравнить величины, полученные экспериментальным и расчетным путем.

2. Измерение эквивалентного входного сопротивления и проводимости поперечной и продольной резонансной щели, прорезанных в широкой стенке волновода;

- подключить к генератору согласно схеме (рис.9) волновод с продольной и поперечной щелями. Переместить пластины со щелями так, чтобы середина поперечной щели оказалась симметричной оси волновода. Направить максимум излучения на приемную рупорную антенну. Зафиксировать наличие излучения с помощью приемника. Короткозамыкателем настроить щелевой излучатель на максимум излучения.

Снять нормированную характеристику направленности в плоскости Н. Сравнить с расчетной.

Аналогично п.1 определить входное эквивалентное сопротивление поперечной резонансной щели и сравнить с расчетными значениями (6).

Повернуть на 90

излучающую поперечную щель и рупорную приемную антенну. Снять нормированную диаграмму направленности в плоскости Е. Сравнить с расчетной.

3. Определить эквивалентную входную проводимость продольной излучающей щели для трех положений ( х

= 0, х = 6 мм, х =12 мм).

Снять нормированную диаграмму направленности в плоскостях Е, Н.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. М., “Связь”, 1967

2. Жук М.С., Молочков Ю.Е. Проектирование антенно-фидерных устройств. М-Л, “Энергия”, 1966

3. Айзенберг Г.З. Антенны ультракоротких волн. М., “Связь”, 1967

4. Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов. Под ред. Д.И. Воскресенского. М., “Сов. радио”, 1972.