Синфазная вибраторная антенна. Директорная антенна или антенна «волновой канал». Линзовые антенны. Щелевые антенны, страница 9

Для расчета параметров щелевых антенн (диаграмма направленности, Y_Σ , Y_exи др.) необходимо в качестве исходных данных получить распределение магнитного тока (напряжения) вдоль щели. Полный магнитный ток в узкой щели равен напряжению на щели

,                                                           (31)

где    — поверхностная плотность магнитного тока; t— ширина щели.   

В общем случае, особенно для экранов сложной формы, эта задача весьма трудна в математическом отношении и выходит за рамки данного курса . Только в одном частном случае, когда полная длина щели 2l рhhhавна n∙λ/2, (п= 1, 2, 3...), распределение напряжения имеет вид простой косинусоиды {рис. 24). Такая щель называется резонансной.

Учитывая сложность рассматриваемой задачи в общем виде, будем в дальнейшем рассматривать лишь резонансные щели длиной l/2 на плоском металлическом экране неограниченных размеров.

Непосредственно расчет характеристик резонансного магнитного (щелевого) излучателя вести нет смысла, поскольку можно воспользоваться принципом двойственности и свести задачу о щелевой антенне к задаче о резонансном электрическом вибраторе длиной 2/l= λ/2, параметры которого уже хорошо известный I части конспекта.

Переходя от магнитного вибратора к электрическому, можно сделать заключение о форме диаграммы направленности рассматриваемой щелевой антенны.

Очевидно, диаграммы направленности  и  должны иметь вид, представленный на рис. 25 с той лишь разницей, что для магнитного вибратора вектор Е лежит не в меридиональной, а в экваториалиной плоскости, а вектор Н, наоборот, лежит в меридиональной плоскости.

На практике металлические экраны в ряде случаев могут иметь такие значительные электрические размеры (порядка десятков длин волны), что их можно приближенно считать бесконечными. При этом реальные диаграммы направленности мало отличаются от идеализированных (рис. 25). Основное их качественное различие состоит в появлении некоторого излучения в теневую область (под экраном) (рис. 26) и образовании изрезанности диаграммы направленности, особенно в плоскости Е, с периодом, обратно пропорциональным электрическим размерам экрана. Глубина изрезанности обычно уменьшается но мере увеличения экрана. При изменении формы и размеров экрана изрезанность

диаграммы направленности и излучение в теневую область сохраняются, меняясь лишь в количественном отношении.

Рассматриваемые щелевые антенны могут применяться как самостоятельные малонаправленные излучатели, а также в качестве составных элементов многощелевых остронаправленных антенн.

Общим для всех антенн этого типа является не выступающая за пределы экрана, хорошо обтекаемая конструкция, что предоставляет существенное преимущество при использовании таких антенн, например в авиации.

Разберем подробнее многощелевую антенну, образованную из резонансных щелей, питаемых синфазно с помощью прямоугольного волновода с волной H₀₁. Размещение щелей на стенках волновода связано с системой электрических токов, текущих по внутренней поверхности волновода.

При возбуждении щелей поперечными токами щели ориентируются вдоль волновода и могут располагаться как на узких, так и на широких стенках в области максимального значения данной составляющей тока (рис. 27), то есть на краю широкой стенки. Поперечные щели, наоборот, должны располагаться посредине широкой стенки, где течет наибольший продольный ток. На боковых же стенках продольные составляющие тока отсутствуют, и поперечные щели здесь излучать не будут.

В целом многощелевая синфазная антенна представляет собой закороченный на конце волновод с рядом щелей, расположенных вдоль волновода с определенным интервалом d, выбираемым из условия синфазного возбуждения всех щелей.