Основные электрические параметры антенн. Эффективная площадь антенны А, страница 23

Идея простейших щелевых антенн принадлежит советским ученик М.А. Бонч-Бруевичу и М.С. Нейману. Профессор Бонч-Бруевич предложил в качестве остронаправленной антенны использовать ряд щелей в наружной оболочке коаксиального кабеля, а профессор Нейман в 1940 г. предложил излучатели в виде малых круглых или прямолинейных щелей на поверхности объемного резонатора.

Теория щелевых антенн была разработана советскими учеными А.А. Пистолькорсом и Я.Н. Фельдом.

Большой заслугой Пистолькорса явились его работы, связанные с применением принципа двойственности к теории и расчету щелевых антенн (1944г.). На их основе можно анализировать щелевые антенны путем обобщения теории проволочных (линейных) антенн. Если щель прорезана в плоском металлическом экране достаточно больших размеров, то вопрос о расчете такой антенны легко решается на основе принципа двойственности.

ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПА ДВОЙСТВЕННОСТИ ДЛЯ АНАЛИЗА СВОЙСТВ ЩЕЛЕВЫХ АНТЕНН

Принцип двойственности вытекает из симметрии уравнений Максвелла в отношении электрического и магнитного попей. Применительно к антеннам он может быть сформулирован следующим образом:

решение уравнений Максвелла для электрического поля при заданных в отношении этого поля граничных условиях справедливо также и для магнитного поля при тех же граничных условиях, принятых в отношении магнитного поля. Это означает, что если в решении, например, для электрического поля  сделать перестановки вида , , , то автоматически будет записано решение для магнитного поля.

Принцип двойственности, строго говоря, можно использовать для исследования щелевых антенн только идеализированного типа в виде щелей на безграничной бесконечно тонкой идеально проводящей плоскости. Электромагнитное поле такой щелевой антенны сравнивается  с полем соответствующего металлического аналога в виде бесконечно тонкой металлической пластины, форма и размеры которой совпадают с формой и размерами щели. При соблюдении одинаковых граничных условий для электрического поля щелевой антенны и магнитного поля металлического аналога по известному полю во внешнем пространстве металлической антенны можно легко найти поле щелевой антенны. Эквивалентность электрического и магнитного полей щели и ее металлического аналога обусловливает их одинаковое направленное действие.

При исследовании поля прямолинейной щели воспользуемся известными нам выражениями для поля симметричного вибратора. Если симметричный вибратор (металлический аналог щелевой антенны) помещен в начало координат и ось его совпадает с направлением оси , то в дальней зоне, как известно, возбуждается электромагнитное поле (рис.2,а), характеризуется выражениями:

где символ  означает, что написаны составляющие поля металлического аналога.

Для того чтобы можно было воспользоваться перестановками в соответствии с принципом двойственности, преобразуем соотношения (1), пользуясь формулой

где      - магнитное поле у поверхности металлического аналога. После такой замены формулы (1) приобретают вид

Произведя необходимые замены в соответствии с принципом двойственности, для поля таким же образом ориентированной щелевой антенны (рис.2,б) получим

где      - напряженность поля между стенками щели в центральном ее сечении.

После несложных преобразований можно записать следующие выражения дня электрического поля металлического аналога:

а для электрического поля щели:

В последнем выражении использовано соотношение.

Из сравнения щелевой антенны и ее металлического аналога можно сделать следующие выводы.

1.       Диаграммы направленности щели и ее металлического аналога совпадают.

2.       Действующая длина щелевой антенны равна действующей длине ее металлического аналога.

3.       При замене щели металлическим аналогом напряженность поля в той же точке пространства сохраняется неизменной по величине, если напряжение на щели и ток в металлическом аналоге связаны соотношением  .