Виды волноводно-щелевых антенн

 

Различают антенны резонансные, нерезонансные и антенны с согласованными щелями [ЛO 1].

Резонансные антенны это такие, у которых расстояние между соседними щелями равно  (рис. 5.4, а – случай синфазно-связанных щелей с полем волновода) или равно  (рис. 5.4, б – случай переменнофазно связанных щелей с полем волновода). Таким образом, резонансные антенны являются одновременно синфазными и, следовательно, направление максимального излучения совпадает с нормалью к оси антенны. Синфазное возбуждение продольных щелей, расположенных по разные стороны относительно средней линии при , обеспечивается за счет дополнительного сдвига по фазе на 180˚ в силу противоположных

 

направлений поперечных токов по обеим сторонам от средней линии широкой стенки волновода. В случае наклонных щелей на боковой стенке дополнительный сдвиг на 180˚ получается за счет изменения знака угла наклона щели δ. Следовательно, результирующий сдвиг по фазе соседних излучателей в обоих случаях оказывается равным 360˚ или 0˚, независимо

Рис. 5.4. Резонансная антенна:

а – с поперечными щелями; б – с продольными щелями.

 

от типа нагрузки на конце антенны. Антенны рассматриваемого типа могут быть хорошо согласованы с питающей линией в весьма узкой полосе частот. Действительно, так как каждая щель отдельно не согласована с волноводом, то все отраженные от щелей волны складываются на входе антенны синфазно и коэффициент отражения системы становится большим. Очевидно, что это рассогласование можно компенсировать на входе антенны за счет какого-нибудь элемента настройки, но так как уже при малых изменениях частоты согласование нарушается, то антенна остается очень узкополосной. Поэтому в большинстве случаев отказываются от синфазного возбуждения отдельных щелей и выбирают расстояние между ними . Характерной особенностью получаемой таким образом нерезонансной антенны является более широкая полоса частот, в пределах

которой имеет место хорошее согласование, таен как отдельные отражения при большом числе излучателей приблизительно компенсируются. Однако отличие расстояния между щелями от  приводит к несинфазному возбуждению щелей падающей волной и направление главного максимума излучения отклоняется от нормали к оси антенны.

Рис. 5.5. Схемы нерезонансных волноводно-щелевых антенн:

а, б - с продольными щелями в широкой стенке волновода; в - с поперечными щелями в широкой стенке волновода; г - с наклонными щелями в узкой стенке волновода.

Чаще всего это отклонение мало (за исключением специальных случаев) и изменения формы главного лепестка и уровня боковых лепестков, вызванные отклонением луча, еще не заметны. Поэтому направленные свойства такой антенны можно определять как для случая синфазного возбуждения с последующим учетом угла наклона.

Для устранения отражения от конца антенны устанавливают поглощающую нагрузку. На рис.5.5 показаны схемы нерезонансных антенн с синфазной связью щелей с полем волновода (рис.5.5, а, в) и с переменнофазной связью (рис. 5.5, б, г), причем щели прорезаны как в широкой, так и в узкой стенках волновода. Во всех случаях, фазовое распределение вдоль антенны можно считать линейным, если взаимодействие излучателей как

по внутреннему, так и по внешнему пространству не учитывается.

Если щелевые антенны, показанные на рис.5.5 ,а, б, в, имеют поле излучения только основной поляризации, то антенны с наклонными щелями в узкой стенке (рис. 5.5, г) имеют еще и поле паразитной поляризации.

На рис.5.6, а стрелками показано направление поперечных токов в узкой стенке волновода и векторов напряженности возбуждаемого электрического поля в двух

Рис.5.6. Наклонные щели в узкой стенке волновода:

а - направление токов в стенке волновода и токов смещения в соседних щелях;  б - составляющие вектора электрического поля в щелях.

встречно-наклонных щелях () при расстоянии между ними . Излучение таких щелей определяется горизонтальными составляющими вектора напряженности поля щелей (рис.5.6, б). Вертикальные же составляющие создают поле паразитной поляризации. В целях уменьшения паразитной составляющей поля излучения необходимо применять углы наклона щелей , при которых мощность, теряемая на паразитную поляризацию, составляет меньше 1%. Однако это ограничивает возможность получения требуемых значений нормированных проводимостей щелей g. Поэтому на практике применяются специальные меры [Л 1] для подавления поля паразитной поляризации.

В антеннах с согласованными щелями каждая щель (продольная, поперечная или наклонно-смещенная) в отдельности согласована с волноводом при помощи реактивного вибратора или диафрагмы, и не вызывает отражений. Следовательно, в таких антеннах с оконечной поглощающей нагрузкой устанавливается режим бегущей волны. На рис. 5.7 показана, к примеру, схема антенны.с наклонно-смещенными согласованными щелями. В таких антеннах хорошее согласование с питающим волноводом получается в широкой полосе частот

(5 +10)%. В случае наклонно-смещенных щелей на широкой стенке волновода подбором угла наклона  и смещения  добиваются того, чтобы нормированная активная проводимость волновода в сечении щели равнялась единице, а имеющуюся в этом сечении реактивную проводимость компенсируют с помощью реактивного штыря. Так как штырь устанавливается в сечении волновода, проходящем через середину щели, то при изменении

Рис. 5.7. Щелевая антенна с наклот-тгго-смещенными согласованными щелями.

частоты происходит одновременное изменение реактивных проводимостей штыря и щели и их взаимная компенсация в некотором диапазоне частот. При существенном изменении частоты антенна также остается согласованной с питающим волноводом, так как антенна превращается в нерезонансную.

Расстояние между – согласованными излучателями в случае решетки с переменнофазно связанными щелями выбирается обычно равным  на номинальной частоте. Направление максимального излучения при этом перпендикулярно оси волновода.