в закритическом режиме при их распространении между параллельными металлическими пластинами мож­но определить расстояние между выступами; d 0 (рис, 5.12), их длину 1{/и толщину - \ - ., \ ^

На рис. 5.13 и 5.14 показаны примеры, конструктив­ного выполнения волноводно-щелевых нерезонансных

антенн с наклонными щелями на узкой стенке волновода при питании антенны прямоугольным волноводом (рис. 5.13) и с продольными щелями на широкой стенке при питании коаксиальным кабелем (рис. 5.14).

Пример конструктивного выполнения волноводно-ще- левой антенны с электромеханическим качанием луча (со съемной верхней щелевой стенкой) приведен на рис. 5.15. Назначение отдельных элементов антенны указано на том- же рисунке.

На рис. 5.1-6,а показан один из вариантов двумерной волноводно-щелевой антенны [Л 11], состоящей из восьми параллельных алюминиевых волноводов, в каждом из которых прорезано десять гантельных щелей. Гантель­ные щели по сравнению с обычными прямоугольными обладают большей полосой пропускания [ЛО 9]. Особен­ностью антенны является то, что четные и нечетные вол­новоды питаются с разных сторон с помощью делителей мощности и весь раскрыв используется для формирова­ния четырех лучей, схема расположения которых в про­странстве показана пунктиром на рис. 5.16,6, Такие ан­тенны применяются, например * в самол ётных допплеров- ских автономных навигационных устройствах, предназна­ченных для определения скорости и угла сноса само­лета.

Набор из нескольких линейных*волноводно-щелевых антенн, расположенных по образующим конической ча­сти летательного аппарата (рис. 5.17) / может использо­ваться для формирования требуемой формы диаграммы направленности [ЛО 7]..

Для защиты.от атмосферных" осадков и пыли раскрыв волноводно-щелевой антенны должен быть закрыт ди­электрической пластиной или же вся излучающая си­стема должна быть помещена в радиопрозрачиый обте­катель. /у.-"-; ;7 ";;>■-■

5.9. Примерный порядок^ расчета волноводно-щелевых

При разработке или проектировании щелевых антенн исходными данными могут быть:

Ширина ДН в двух главных плоскостях или в одной

20q 5 и уровень боковых лепестков;

Коэффициент направленного действия £) 0 ;

Амплитудное:или амплитудно-фазовое распределе­ние по/ антенне и число излучателей N; диапазон частот

Остановимся на порядке расчета для.следующих двух вариантов:

Вариант 1. Задано амплитудное распределение по раскрыву антенны и число излучателей N.

Вариант 2. Задана ширина диаграммы направленно­сти в одной или двух главных плоскостях и уровень бо­кового излучения.

Вначале выбирается тип волноводно-щелевой антен­ны. Если задано углово"е положение главного максиму­ма ДН 0 ГЛ \И антенна должна обеспечить работу в поло­се частот, выбирают нерезонансную антенну. Если же по заданию на проектирование антенна узкополосная, но должна иметь высокое значение к. п. д. - предпочтитель­нее резонансная антенна.

Вариант 1. При заданном законе изменения ампли­туд по раскрыву антенны первоначально определяется расстояние между излучателями d в выбранном для по­строения антенны волноводе данного диапазона частот: В резонансной антенне с перёменнофазными щелями В нерезонансной антенне величина d может быть выбрана двояким,образом. Если задано положение главного максимума ДН в пространстве 6 № то по фор­муле (5.26) находится необходимая величина rf. Если же угол Эгл не задан, то расстояние между излучателями выбирается d^\"k B /2 и притом так, чтобы на крайних- ча­стотах заданного диапазона не было резонансного возбуждения антенны [формула (5.22)]: Далее расчет ведётся в следующем порядке.

Ц С учетом общей эквивалентной схемы антенны, (см. рис. 5.8,6) рассчитывают эквивалентные нормированные проводимости g n (или сопротивления г п) всех N щелей антенны (см. § 5,4).

2. Зная величину gv или г п / по: формулам табл. 5.1 (§ 5.2) определяют смещение центра щелей относи­тельно середины широкой стенки волновода, или угол их наклона 6 в боковой стенке.

Р 3. Рассчитав проводимость излучения щели в волно­воде (т. е. внешнюю прово димость),f по известному зна­чению мощности на входе, (в случае передающей антен­ны) определяют напряжение в пучности щели U m [фор­мула (5.3)], а следовательно, и ширину щели di [форму­ла (5.4)].

4. При известном местоположении щелей на стенке волновода и их ширине по данным § 5.2 находят резо­нансную длину щелей в волноводе.

5. Вычисляют ДН антенны (см. § 5.7) ^ ее к. н. д. и к. у.

Вариант 2. Сначала находят расстояние между излу­чателями аналогично первому варианту расчета. Затем выбирают амплитудное распределение по антенне, обес-

10* 147 начинающее ДН с заданным уровнем боковых лепестков. Далее по известному теперь амплитудному распределе­нию находят длину антенны (соответственно и число излучателей), обеспечивающую требуемую ширину ДН на уровне 0,5 мощности (формулы табл. 5.2 § 5.7). Даль­нейший расчет совпадает с пп. 1-5 предыдущего вариан­та расчета.

Кроме электрического расчета собственно антенны рассчитывают питающую линию и возбудитель, подби­рают необходимый тип вращающегося сочленения, когда это требуется по заданию на проектирование, и опреде­ляют его основные характеристики.

Литература

Г. К ю н PV Микроволновые антенны. ТТёр. с; нем. под ред. М. П. Долуханова. Изд-во «Судостроение», 1967.

"2. Пиет о л ь к ор с А. А. Общая теория дифракционных антенн. ЖТФ, 1944, т. XIV, № 12, ЖТФ, 1946, т. XVI, (Nb 1.

3. «Пособие по курсовому проектированию антенн». ВЗЭЙС, 1967.

4. Я ц у к Л. П., С м и р н о в а Н. ! В. Внутренние проводимости нерезонансных щелей в прямоугольном волноводе. «Известия вузов», Радиотехника, 1967, т. X, 4.

"5. В ещ"Н и к о в а И. Е., Е в ет р о и о в Г. А. Теория согласо­ванных щелевых излучателей. «Радиотехника и электроника», 1965, т. X, № Щ

6. Е в с т р. о и о в Г. А., Ц а р а п к и н С. А, Исследование волно- водно-щелевых антенн: с идентичными резонансными излучателями. «Радиотехника и электроника», 1965, т. X, № 9.

7. Е в ст р о п о в Г. А., Ц а р a ilk и н С. "А: Расчет волново"дно- щелевых антенн с учетом взаимодействия излучателей по основной волне. «Радиотехника и- электроника», 1966, т. XI, № 5.

8. Ш у б а р и н Ю. В. Антенны сверхвысоких частот. Изд-во Харьковского университета, 1960.

9. «Сканирующие антенные системы СВЧ», т. I. Пер. с англ., под ред. Г. Т. Маркова и А. Ф. Чаплина. Изд-во «Советское радио», 1966.

10. Ш й р м а н Я. Д. Радиовблноводы и объемные резонаторы. Связьиздат, 1959.

11. Р е з ник о в Г. Б. Самолетные антенны. Изд-во «Советское радио» , 1962.

РУПОРНЫЕ АНТЕННЫ Шй

6.1. Основные характеристики рупорных антенн

Волноводно-рупорные антенны являются простейши­ми антеннами сантиметрового диапазона волн.

Они могут формировать диаграммы направленности шириной от 100- 140° (при раскрыве специальной фор­мы) до 10щ520° в пирамидальных рупорах. Возможность дальнейшего сужения диаграммы рупора ограничивается необходимостью резкого увеличения его длины.

Волноводно-рупорные антенны являются широкопо­лосными устройствами и обеспечивают примерно полу­торное перекрытие по диапазону. Возможность измене­ния рабочей частоты в еще больших пределах ограничи­вается возбуждением и распространением высших типов волн в питающих волноводах. Коэффициент полез­ного действия рупора высокий (около 100%). Рупорные антенны,просты в изготовлении. Сравнительно неболь­шое усложнение (включение в волноводный тракт фази­рующей секции) обеспечивает создание поля с круговой поляризацией.

Недостатками рупорных антенн являются: а) гро­моздкость конструкции, огр а н ичив а ю щ а я возможность получения узких диаграмм направленности; б) трудно­сти в регулировании амплитудно-фазового распределения поля в раскрыве, которые ограничивают возможность снижения уровня боковых лепестков и создания диа­грамм направленности специальной формы.

Рупорные излучатели могут применяться как само­стоятельные антенны или, так же каж и открытые концы волноводов, в качестве элементов более сложных антен­ных устройств. Как самостоятельные антенны рупоры используются в радиорелейных линиях, в станциях ме­теослужбы, весьма широко в радиоизмерительной аппа­ратуре, а также в некоторых станциях специального на­значения. Широко - используются небольшие рупоры. и открытые концы волноводов в качестве облучателей

параболических зеркал и линз. Облучатели в виде линей- , ки рупоров или открытых, концов волноводов могут быть использованы для формирования диаграВм направ­ленности специальной формы, управляемых^ диаграмм или, например, при- использовании одного и того же па­раболоида для создания -карандашной и косекансной] диаграмм!® направленности. Четырехрупорный или вось- мирупорный излучатель может применяться при: Моно­импульсном способе пеленгации. С этой же целью могут быть использованы секториальные рупоры с высшими. : типами волн (#ю, Нщ #зо). Для формирования узких диаграмм направленности могут б ы ть и с п 6 л ь з ов а н ы дву­хмерные решетки, с0ста1влен!ные из открытых концов вол­новодов или,небольших рупоров. Возможно;п о строение плоских или выпуклых фазированных решеток.

ПараграфЩ 6.2-6.9 посвящены, рассмотрению мётоди- щ. расчета рупорных излучателей. В параграф ах 6.10- 6.12 изложены некоторые особенности проектирования рупорно-волноводных фазированных решеток.

6.2. Метод расчета

Расчет рупорных антенн основан на результатах их.анализа, т. е. первоначально ориентировочно задаются; " геометрическими размерами антенны, а затем опреде­ляют ее электрические параметры. Если размеры выёрд- ны неудачно, то расчет повторяется снова.

Поле излучения рупорной антенны; как и всех антенн СВЧ, определяется приближенным методом. Сущность приближения; заключается в том, что несмотря на связь между полем внутри и вне рупора, внутреннюю задачу, решающи^ внешней, и полученные из. этого

решения значения поля в плоскости раскрыва рупора используют для решения внешней Задачи [ДО 1, ЛО 13].

Амплитудное распределение поля в раскрыве рупора принимается таким жё, как в питающем его волноводе. Например, . при возбуждении.;, рупора прямоугольным ВОЛНОВОДОМ С волной #10, вдоль оси Х- (проходящей в плоскости Н) распределение амплитуды поля, косину­соида л ьное, а вдоль оси Y (проходящей, в плоскости Е) амплитудное распределение равномерное. В связи с тем, что фронт волны в рупоре не остается плоским," а транс­формируется в цилиндрический в секториальном; рупоре и в сферический в пирамидальном и коническом, то фа­за поля по раскрыйу; меняется по квадратичному за­кону.

Описанные амплитудное и фазовое распределения поля по раскрыву являются приближенными. Некоторое уточнение дает учет отражения от раскрыва хотя бы только основного типа волны. При этом надо иметь в виду, что коэффициент отражения Г уменьшается с увеличением раскрыва.

Диаграмма направленности рупорной антенны по из­вестному полю в раскрыве может рассчитываться мето­дом волновой оптики на основе принципа Гюйгенса и формулы Кирхгофа [ЛО 13, JIO 11, J10 1]. Применение формулы Кирхгофа к электромагнитному полю не является строгим. Рядом авторов были внесены уточне­ния, учитывающие особенности электромагнитного поля антенны. В силу этого в литературе для расчета диа­граммы направленности имеется несколько различных, но похожих друг на друга формул, которые дают близ­кие результаты. Расчетные формулы будут приведены ниже в § 6.5. Имея выражение для диаграммы направ­ленности, можно найти коэффициент направленного дей­ствия антенны^ зависимость ширины диаграммы направ­ленности от размеров раскрыва!и другие характеристи­ки антенны.

6.3. Выбор геометрических размеров рупора и волноводного излучателя

Рупорная антенна (рис; 6.1) состоит из рупора I, волновода и возбуждающего устройства 3

Если генератор, питающий антенну * имеет коаксиаль­ный выход, то возбуждение антенного волновода 2 осу­ществляется чаще всего штырем, р аспол оженным пер - пендикулярно широкой стенке j волновода, возбуждение к штырю подводится коаксиальным кабелем. Если гене­ратор, питающий антенну, имеет вОлноводный выход, то фидерный тракт выполняется обычно в виде прямоуголь- ногб волновода с волной Н 10 . Волноводный фидер непо­средственно переходит в волновод 2, возбуждающий ру­пор. Расчет возбуждающего устройства в виде; не­симметричного штыря будет приведен в следующем параграфе.

Выбор размеров волновода

Выбор размеров поперечного сечения прямоугольного волновода а и b .производится из условия распростране­ния в волноводе только основного типа волны #ю:

Соотношение (6.1) представлено на графике рис. 6.2, ко­торый может быть использован для нахождения разме­ров а. Размер Ь должен удовлетворять условию b

Приведем некоторые соображения по расчету зондо­вого перевода (см. рис. 6.3).

Входное сопротивление штыря в волноводе, так же как несимметричного вибратора в свободном пространст­ве, является в общей случае комплексной величиной. Активная часть входного сопротивления зависит: в ос­новном от длины штыря, реактивная - от длины и тол­щины. В" отличие от свободного пространства входное сопротивление штыря в волновбде зависит от структуры поля в волноводе вблизи штыря.

Расчет; реактивной составляющей входного сопротив­ления дает неточные результаты и проводить его не име­ет смысла. Для обеспечения согласования реактивная составляющая входного сопротивления должна быть равна, нулю. Активную составляющую входного сопро­тивления можно считать равной сопротивлению Излуче­ния штыря в волноводе Она должна; быть равн!

Сопротивление излучения штыря в прямоугольном волноводе в режиме бегущей волньь определяется сле­дующим соотношением:

Щри наличии отраженной волны в прямоугольном; волноводе сопротивление штыря несколько изменяется:-

волновому сопротивл ению фидер а.

реактивных частей проводимостей справа и слева от штыря, а именно:

В приведенных формулах приняты следующие обо­значения: а и ЬЩ- размеры поперечного сечения волно­вода; Х\ - положение штыря на широкой -,стен.кё волно­вода, чаще; всего штырь располагается в середине ши­рокой стенки, т. е. Xi = a/2; Zi.-- расстояние от штыря до закорачивающей стенки волновода; гщ- расстояние от штыря до ближайшего узла напряжения; к. б. в. - ко­эффициент бегущей волны в волноводе; Х^ф- длина вол­ны в волноводе; р в -4 волновое сопротивление волновода

/г д - действующая высота штыря в волно­

воде, геометрическая высота которого /, определяется по формуле

Задаваясь величинами х\ и можно по формулам (6.18), (6.19) и (6.21) найти высоту штыря /, при кото­рой получается требуемое /? В х.

Для полного согласования в конструкциях должны предусматриваться два органа регулировки. Например, можно регулировать высоту штыря / и положение за­корачивающей стенки в волноводе U (см. рис. 6.3) или размеры k и S (см. рис. 6.4,6). В ряде случаев для упро­щения конструкции ограничиваются одной; регулиров­кой и допускают некоторое* рассогласование в питаю­щем коаксиале.

6.5. Расчет коэффициента отражения

Отражение в рупорной антенне возникает в двух сече­ниях: в раскрыве рупора (1\) и в его горловине (Г 2).

Рассмотрим коротко каждый из коэффициентов отраже­ния. Коэффициент отражения от раскрыва Т\ является|ком- гглексной величиной; его модуль и фаза зависят от раз­меров раскрыва. Строгое решение задачи для открытого конца волновода, зажатого _между двумя бесконечными плоскостями, проведенное Вайнштейном Л. А.; позво­ляет установить, что.модуль коэффициента отражения уменьшается с увеличением размеров раскрыва, а фаза приближается к нулю.

Приближенно модуль коэффициента отражения от раскрыва для основного типа" волны может быть опре­делен из соотношения

Постоянная распространения в прямоугольном вол­новоде, г поперечное сечение которого равно раскрыву рупора;/" д*// г: . ? \ ^

Постоянная распространения в круглом волноводе, диаметр которого равен диаметру раскрыва коническо­го рупора.

Коэффициент отражения по длине рупора от раскры­ва к горловине изменяется не только по фазе, но и по амплитуде. При размерах раскрыва в несколько длин

Коэффициент отражения fi от открытого конца пря­моугольного волновода (23X10) мм 2 на волне 3,2 см, из­меренный экспериментально, равен

Рассмотрим коэффициент отражения от горловины ру­пора Г 2 .

При определении коэффициента Г 2 предполагается, что

в рупоре установилась бегущая волна. Задача решается методом сшивания полей >в месте соединения волновода

Выбор размеров рупора

Размеры раскрыва пирамидального или секториаль- ного рупора а р и Ь р (см. рис. 6.1) выбираются по требуе­мой ширине диаграммы направленности в соответствую­щей плоскости или по к. н. д.

Ширина диаграммы направленности связана с раз­мерами раскрыва a v и b v следующими соотношениями:

Теоретическая часть

1. Назначение и особенности волноводно-щелевых антенн

Волноводно-щелевая антенна (ВЩА) относится к классу линейных (плоских) многоэлементных антенн. Излучающими элементами таких антенн являются щели, прорезаемые в стенках волноводов, объемных резонаторов или металлических основаниях полосковых линий. На практике находят применение ВЩА с неподвижной в пространстве диаграммой направленности (ДН), а также ВЩА с механическим, электромеханическим и электрическим сканированием .

К достоинствам ВЩА можно отнести:

Отсутствие выступающих частей, что позволяет совмещать их излучающую поверхность с внешней поверхностью корпуса летательных аппаратов, не внося при этом дополнительного аэродинамического сопротивления;

Сравнительно несложное возбуждающее устройство и простота в эксплуатации.

Основным недостатком ВЩА является ограниченность диапазонных свойств. При изменении частоты в несканирующей ВЩА луч отклоняется от заданного положения в пространстве, что сопровождается изменением ширины ДН и нарушением согласования антенны с питающим фидером.

2. Основные параметры щели в волноводе

Щель, вырезанная в волноводе, будет возбуждаться, если ее широкая сторона пересекает токи, текущие по внутренним стенкам. При построении ВЩА на основе прямоугольного волновода с основной волной Н 10 необходимо учитывать, что в широкой стенке волновода имеются продольные и поперечные составляющие поверхностного тока, а в узкой стенке – только поперечные. Щели могут быть вырезаны в широкой и узкой стенках волновода.

Рассмотрим щель, расположенную на широкой стенке волновода продольно по отношению к осевой (средней) линии широкой стенки (рис.1).

Такая щель возбуждается поперечной составляющей тока, если она смещена относительно средней линии на расстояние х 1 . При х 1 =0 излучение щели отсутствует. Изменяя величину смещения щели х 1 , можно регулировать интенсивность ее излучения.

При возбуждении щели токами, текущими по внутренним стенкам волновода, происходит излучение электромагнитной энергии как во внешнее пространство, так и в волновод. Для анализа работы щели вводят понятия внешней и внутренней проводимостей щели, определяемых внешним и внутренним излучением щели соответственно. Зная величины данных проводимостей, можно определить резонансную частоту щелей разной длины и проследить ее зависимость от расположения на стенке волновода.

Как известно, щель, прорезанная в волноводе, нарушает режим его работы, вызывая отражение энергии: часть ее излучается, остальная проходит дальше по волноводу. Таким образом, можно считать, что щель служит нагрузкой для волновода, на которой рассеивается часть мощности, эквивалентной мощности излучения. Поэтому для упрощения анализа можно заменить волновод эквивалентной двухпроводной линией, в которую включены нагрузки параллельно или последовательно в зависимости от типа щели (продольная щель эквивалентна параллельному включению, поперечная щель – последовательному).

3. Разновидности ВЩА

По принципу, на котором основана работа ВЩА, различают резонансные и нерезонансные волноводно-щелевые антенны.

В резонансных антеннах расстояние между соседними щелями выбирают равным l В (щели, синфазно связанные с полем волновода) или l В /2 (щели, переменно-фазно связанные с полем волновода), где l В – длина волны в волноводе, и на конце волновода устанавливают короткозамыкающий поршень. Таким образом, резонансные антенны являются синфазными и, следовательно, направление их максимального излучения совпадает с нормалью к продольной оси антенны. Синфазное возбуждение продольных щелей, расположенных по разные стороны относительно средней линии, обеспечивается за счет дополнительного фазового сдвига по фазе на 180°, обусловленного противоположными по направлению токами по обеим сторонам осевой линии широкой стенки волновода.

Резонансную антенну можно хорошо согласовать с питающим фидером в достаточно 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. Поэтому обычно отказываются от синфазного возбуждения отдельных щелей и выбирают расстояние между ними d¹l В /2.

Характерной особенностью получаемой таким образом нерезонансной волноводно-щелевой антенны (НВЩА) является более широкая полоса частот, в пределах которой имеет место хорошее согласование, так как отдельные отражения при большом числе излучателей почти полностью компенсируются. Однако отличие расстояния между щелями от l В /2 приводит к их несинфазному возбуждению падающей волной и отклонению направления главного максимума излучения от нормали к оси антенны. Для устранения отражения от конца волновода обычно устанавливают оконечную поглощающую нагрузку.

Как было указано выше, НВЩА имеет хорошее согласование с фидером в достаточно широком диапазоне. Исключение составляет случай, когда d»l В /2; при этом отраженные волны складываются в фазе и коэффициент бегущей волны (КБВ) в волноводе резко падает. Подобный характер изменения КБВ при приближении расстояния между щелями к величине l В /2 носит название эффекта нормали.

Недостатком НВЩА являются меньший, чем у резонансных антенн, коэффициент полезного действия (для его увеличения следует повышать интенсивность возбуждения щелей) и не устранимые амплитудные искажения (для их уменьшения следует снижать интенсивность возбуждения щелей). Исходя из этого, интенсивность возбуждения необходимо выбирать из компромиссных соображений.

4. Особенности антенн доплеровского измерения скорости и угла сноса самолета (антенн ДИСС)

Задача по определению истинного местоположения летательного аппарата (ЛА) в пространстве при воздействии на него метеорологических факторов может быть решена, если известны продольная и поперечная составляющие его скорости. Данные величины обычно определяются косвенно путем измерения доплеровских частот. Известно , что радиосигнал частотой f, отраженный от объекта (например, от ЛА), движущегося в пространстве со скоростью V, получает дополнительное приращение по частоте

,

где a - угол между вектором скорости и радиальным направлением на ЛА. Знак доплеровского приращения положительный, если объект движется навстречу источнику радиоизлучения, и отрицательный, если объект удаляется от него.

Антенны ДИСС позволяют, измеряя доплеровские составляющие, определять продольную и поперечную скорости ЛА, и скорость его перемещения в вертикальном направлении. Такие антенны формируют четыре луча так, как показано на рис.2.

Поскольку доплеровские составляющие, вызванные движением ЛА с некоторой скоростью, в передних и задних лучах имеют разный знак, а случайные (помеховые) составляющие в них приблизительно одинаковы, то, вычитая сигналы со второй пары лучей из сигналов первой пары, можно добиться компенсации помехи и, следовательно, повышения точности измерения скорости ЛА.

Антенны доплеровского измерения скорости и угла сноса самолета часто строятся на основе решеток ВЩА. Для защиты от атмосферных осадков и пыли раскрыв антенных решеток закрывают диэлектрической пластиной или помещают всю излучающую систему в радиопрозрачный обтекатель.

антенна волновод щель доплеровский

5. Расчёт ВЩА

5.1 Расчёт широкой стенки волновода

Решим систему уравнений, из которой найдем a и лкр.

а надо выбрать таким чтобы длина волны в волноводе состовляла 0.9 от критической длины волны.

5.2 Расчёт расстояния между щелями d, возьмём цmax=-20 град, d найдём решив уравнение.

образуется короткозамкнутый четвертьволновый отрезок двухпроводной линии. Обладая большим входным сопротивлением, он не позволяет токам ответвляться на внешнюю оболочку фидера. Поскольку сопротивление между точками "а" и "б" велико, то плечи вибратора на частоте излучения электрически развязаны, несмотря на гальваническую связь между ними. Края щелей обычно делают расширяющимися, чтобы обеспечивалось согласование волнового сопротивления фидера с входным сопротивлением вибратора.

			λ /2					U-колено (рис. 3.20). Это
								изогнутый	коаксиальный фидер
								длиной λ /2,	к внутреннему про-
								воду которого подсоединяются
								плечи вибратора. Внешняя обо-
								лочка фидера для питания плеч не
								используется и заземляется. На-
								пряжения и токи в точках "а" и
			λ /2					"б" равны по величине и проти-
								воположны по фазе, что и требу-
								ется для симмет-
ричного питания антенны. Кроме							симметрирования		U-колено уменьшает

входное сопротивление вибратора в 4 раза. В связи с этим его удобно применять для питания петлевого вибратора Пистелькорса, входное сопротивление которого составляет 300 Ом, стандартным фидером с ρ ф =75 Ом.

3 . 2 . Щелевые антенны

3.2.1. Типы щелевых антенн. Особенности их конструкции

Щелевая антенна представляет собой узкую щель, прорезанную в металлической поверхности экрана, оболочке резонатора или волновода. Ширина щели d<<λ , длина обычно близка к половине волны. Щели прорезаются так, чтобы они пересекали линии поверхностного тока, текущего по внутренней стенке волновода или резонатора (рис. 3.21). Возможны различные положения щелей (см. рис. 3.21): поперечная (1), продольная (2), наклонная (3), и разнообразные их формы: прямолинейные, уголковые, гантельные, крестообразные (рис. 3.22).

Высокочастотный поверхностный ток, пересекая щель, индуцирует по ее краям переменные заряды (напряжение), а на обратной (наружной) сторо-

не поверхности возбуждаются токи. Электрическое поле в щели и токи на поверхности являются источниками излучения и формируют в пространстве

		электромагнитное поле.
			Простейшими
		являются
		ных размеров со щелью,
		резонаторно-щелевые
		и волноводно-щелевые
			Возбуждение
		луволновых щелей в эк-
			осуществляется в
		метровом		диапазоне
		помощью симметричной
		двухпроводной линии, а

а в дециметровом – с помощью коаксиальной линии передачи. При этом внешний проводник присоединяется к одной кромке щели, а внутренний – к другой. Для согласования линии передачи с антенной точку питания смещают от середины щели к ее краю. Такая антенна может излучать в обе полусферы. В сантиметровом диапазоне и прилегающей к нему части дециметрового диапазона применяют резонаторные и волноводно-щелевые антенны (см. рис. 3.21, 3.22). В коаксиальных волноводах возбуждаются только поперечные или наклонные щели, в прямоугольных возможны различные варианты размещения щелей (см. рис. 3.21).

Ширина щели оказывает влияние на активную и реактивную части входного сопротивления. Обе составляющие возрастают с увеличением ширины щели. Поэтому для компенсации Х вх надо уменьшать длину щели (укорачивать ее). Рост R вх приводит к расширению полосы пропускания щелевой антенны. Обычно ширина щели d выбирается в диапазоне (0,03…0,15)λ . Для дополнительного расширения полосы пропускания применяют гантельные щели и специальные конструкции возбуждающих устройств.

Помимо диапазонности на выбор ширины щели влияет условие обеспечения электрической прочности. Концентрация электрических зарядов на кромках щели приводит к местным перенапряжениям и возникновению элек-

где E щ max - напряженность электрического поля в пучности. Принимая E щ max = E пр (напряженность пробоя, для сухого воздуха E пр =30кВ/м), находим

d min= U щ max/ E пр.

На практике выбирают d ≥ K зап d min , где K зап =2…4 - коэффициент запа-

Щели более сложной формы, чем прямоугольные, можно рассматривать как комбинации простых. Они используются для получения электромагнитных волн с требуемыми поляризационными свойствами. Например, крестообразная щель позволяет получить антенну с эллиптической и круговой поляризацией. Направление вращения зависит от направления смещения щели от оси широкой стенки волновода.

Щелевые антенны отличаются простотой конструкции, высокой надежностью и отсутствием выступающих частей, что позволяет использовать их в летательных аппаратах и наземных антенных системах в качестве самостоятельных антенн, облучателей сложных антенных систем и элементов антенных решеток.

3.2.2. Одиночная щель. Принцип двойственности Пистелькорса

Рассмотрим характеристики и параметры так называемой идеальной щелевой антенны, т.е. одиночной щели, прорезанной в идеально проводящем плоском экране. Расчет поля такой антенны с помощью уравнений электродинамики представляет значительные трудности. Он существенно облегчается, если воспользоваться принципом двойственности, сформулированным Пистелькорсом в 1944 году. Этот принцип основан на известной из теории электромагнитного поля перестановочной двойственности уравнений Максвелла. Для щели эти уравнения имеют вид:

Если экран убрать, а щель заменить идеальным плоским вибратором таких же размеров, как щель (рис. 3.23), и с таким же распределением тока, как распределение напряжения вдоль щели (эквивалентным вибратором, вырезанным из экрана для получения щели), то поле, излучаемое им, также бу-

дет удовлетворять уравнениям Максвелла

rotHr B = iωε 0 EB ,

rotEB = − iωμ 0 H B ,

но уже при других граничных условиях:

на месте экрана - E τ

≠ 0, H τ = 0 ; на вибраторе - E τ B = 0, H τ B ≠ 0 . (3.29)

Сравнивая граничные условия щели (3.27) и эквивалентного вибратора (3.29), можно убедиться, что структуры электрического поля вблизи щели и магнитного поля вблизи вибратора совпадают. Граничные условия для эквивалентного вибратора получаются из граничных условий для щели путем перестановки Е ↔ Н . С учетом вышеизложенного для полного поля во всем пространстве можно записать:

E r щ = C 1 H B , H щ = C 2 E B ,

где С 1 и С 2 – постоянные коэффициенты.

На практике обычно используют полуволновые щели. При этом независимо от способа возбуждения амплитуда электрического поля в щели максимальна в центре и спадает к краям, т.е. соответствует закону распределения тока в полуволновом вибраторе. Для узкой щели (тонкого вибратора) граничные условия, а значит, и постоянные коэффициенты можно выразить че-

рез напряжение в центре щели U 0 и ток в центре вибратора I 0 (см. рис. 3.23):

	U 0 , H				Откуда C = 2 U 0 .

Тогда первое выражение в (3.31) перепишется в виде:

E щ =			H B .

Таким образом, принцип двойственности применительно к щелевым антеннам формулируется так: электрическое поле щелевой антенны с точностью до постоянного множителя совпадает с магнитным полем дополнительного вибратора таких же размеров, как щель, и с таким же амплитудным распределением.

Это означает, что ЭМП щели и эквивалентного вибратора отличаются

между собой только поворотом на 90° соответствующих векторов E r щ и E B ,

H r щ и H B .

Применяя принцип двойственности, можно записать для диаграмм направленности:

F щ(θ ) H = F B (θ ) E ;

F щ(θ ) E = F B (θ ) H ,

где F щ (θ ) H , F щ (θ ) E - нормированные ДН щели в плоскостях Н и Е соот-

ветственно; F B (θ ) H , F B (θ ) E - соответствующие нормированные ДН полуволнового вибратора.

При отсчете угла θ от нормали к плоскости щели диаграмма направленности полуволновой щели запишется в соответствии с равенством (3.33) в виде:

	cos(π sinθ )
F щ(θ ) H =				F щ (θ )E = 1.y				меры экрана сущест-
					форму ДН, и их под-
					ректировать
					плоскостях.

ротивление щели, так же как и вибратора, носит комплексный характер и зависит от ее размеров (длины 2l и ширины d ). Величины R щ вх и X щ вх подсчитаны для разных значений l /λ и приводятся в виде графиков в справочной и учебной литературе. Реактивная составляющая щели носит емкостной характер. Настройка щели тем не менее производится также ее укорочением. Величина укорочения подсчитывается по формуле:

							ln(2λ π d )

Как следует из (3.35), более широкие щели укорачиваются на большую величину.

Входное сопротивление щели связано со входным сопротивлением дополняющего ее вибратора. Эту связь удобнее выражать через комплексную входную проводимость щели:

Z вхв

(60π )2

Таким образом, входная проводимость щели определяется выражени-

(60π )2

где ρ A = 120 ln

− 0,577

Волновое сопротивление щели.

π d

Комплексная входная проводимость полуволновой щели

Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").

Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.