Особенности конструкции и характеристики волноводно-щелевых антенн. Определение фазового сдвига, страница 2

Любая излучающая щель нагружает волновод и влияет на режим его работы. При рассмотрении реакции щели на волновод последний заменяют эквивалентной двухпроводной линией, а каждой щели ставят в соответствие некоторую схему замещения. Наиболее простыми схемами замещения обладают резонансные поперечные и продольные щели. ЩШ

Поперечная щель в широкой стенке волновода прерывает линии продольных поверхностных токов, что приводит к появлению скачка напряжения в том сечении эквивалентной линии, где включена щель. Следовательно, узкой поперечной щели соответствует схема замещения в виде сосредоточенного последовательного сопротивления (рис. 3). Теоретический анализ показывает, что величина нормированного сопротивления определяется выражением:

r= 0,523*,

где X₀ - расстояние от центра щели до края широкой стенки волновода (рис. 3).

Продольная щель прерывает линии поперечных электрических токов. Это приводит к появлению скачка тока в том сечении эквивалентной двухпроводной линии, где включена щель. Следовательно, продольной щели наиболее соответствует схема замещения в виде сосредоточенной шунтирующей проводимости. Величина нормированной проводимости:

g = 2,09**.

Для резонансных волноводно-щелевых антенн, с целью обеспечения согласования с питающим волноводом, проводимости (в случае продольных щелей) или сопротивления (в случае поперечных щелей)

выбираются из условий: g= 1/Nили r=1l/N, где N- число щелей в волноводе.

Однако режим хорошего согласования в случае резонансной антенны сохраняется в узкой полосе частот, поскольку он соответствует случаю, когда волны, отраженные от короткозамыкающего поршня и щелей, на входе антенны равны по величине и противофазны. Уже при небольшом изменении частоты волны, отраженные от отдельных имеют различный фазовый сдвиг, суммарная волна, отраженная; от щелей резко изменяет амплитуду и фазу: общий коэффициент отражения увеличивается. Примерная зависимость КСВ на входе резонансной антенны показана на рис. 4,а.

В нерезонансной антенне вместо короткозамыкающего поршня используется широкополосная поглощающая нагрузка. Расстояние между щелями не равно λ_в или λ_в/2 . Следовательно, если рабочая частота  достаточно далека от резонансной, на которой d = λ_в или d= λ_в/2, то коэффициент отражения на входе нерезонансной антенны будет мал и его величина слабо зависит от частоты. Примерная зависимость КСВ на входе нерезонансной антенны показана на рис. 4,6. Таким образом, по входным характеристикам нерезонансная антенна может быть сделана достаточно широкополосной.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.

Данная работа состоит из двух частей. Во второй части измеряют КСВ волноводно-щелевых антенн с помощью автоматического измерителя КСВ Р2-61. Структурная схема для измерения КСВ приведена в инструкции к прибору (эта часть работы выполняется непосредственно под руководством преподавателя).

В первой части работы измеряют ДН волноводно-щелевых антенн на установке, схема которой приведена на рис. 5.

В состав экспериментальной установки входят: генератор 1, передающая антенна 2, исследуемая антенна 3, поворотное устройство 4, фильтр 5, аттенюатор 6, детекторная головка 7, измерительный усилитель 8.

Предварительный расчет.

Рассчитать смещение главного максимума ДН в зависимости от частоты для нерезонансной антенны в диапазоне 9500-10800 МГц с интервалом в 300 МГц (расстояние между щелями 20 мм, размеры волновода 23*10 мм).

Итак, мы имеем нерезонансную щелевую антенну расстояние между щелей которой d =0,02 м.

Размеры волновода 23*10 мм или 0,023*0,001 м.

Диапазон частот f = 9500 -10800 МГц (с интервалом в 300 МГц).

Направление главного максимума определяется из условия:

sin𝜃_max =(∆ψ)/(2𝜋).

Откуда следует, что при изменении частоты положение максимума ДН нерезонансной антенны будет изменяться. Это обстоятельство лежит в основе построения волноводно-щелевых антенн с частотным сканированием.

Определим основные параметры антенны:

l_кр=0,046 м (в соответствии с размерами волновода).

Угол относительно нормали к оси решетки:

 = arcsin,

где ∆ψ = (2𝜋d/λ_B– 𝜋) -  фазовый сдвиг для нерезонансной антенны ;

λ_B = - длина волны в волноводе;

λ = –длина волны в пространстве.

Окончательно, получим формулу для определения сдвига главного максимума в зависимости от изменения частоты:

 = arcsin.

Подставив значения d, c , f, l_кр получим:

 = arcsin.

Рассчитаем  при различных значениях f и занесем их в таблицу:

l, м	0,031	0,0306	0,0297	0,0288	0,028	0,027
f, МГц	9500	9800	10100	10400	10700	10800
q0	-2,32	-1,27	1,1	3,2	5,16	8