VI. ЩЕЛЕВЫЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ АНТЕНН
1. Щелевые антенны
Под щелевыми антеннами принято понимать антенны, излучение которых связано с дифракцией электромагнитных волн из отверстий, прорезанных в металлических экранах.
Впервые возможность использования щелей в качестве антенн была доказана М. С. Нейманом, исследовавшим излучение из малых отверстий полых резонаторов. Дальнейшее развитие теории щелевых антенн в основном обязано работам двух других советских ученых — А. А. Пистолькорса и Я. Н. Фельда.
Простейшая щелевая антенна представляет собой прорезанное в большом металлическом экране узкое прямоугольное отверстие длиной примерно в полволны (рис. 68). При подключении источника высокой частоты между противоположными узкими краями щели в последней возбуждаются стоячие волны тока и напряжения
На рис. 68 жирными линиями со стрелками показано распределение электрических силовых линий, а пунктирной кривой — получающееся распределение амплитуд электрического поля Еу вдоль щели.
Так как поляризация поля излучения совпадаете направлением электрических силовых линий в антенне, то горизонтальная щель, показанная на рис. 68, будет излучать вертикально поляризованные волны, т. е. по своему действию будет подобна вертикальной антенне. Точнее говоря, если зять щелевую антенну в бесконечном плоском экране и ленточную антенну, дополняющую экран до сплошной плоскости, а затем, построив диаграмму направленности этой ленточной антенны, мысленно поменять в ней местами электрические и магнитные поля, то мы получим диаграмму направленности щелевой антенны. Это правило, носящее название «принципа двойственности» и доказанное в 1944 г. А. А. Пистолькорсом, позволило использовать для расчета щелевых антенн в плоских экранах уже готовые результаты из хорошо разработанной теории вибраторных антенн.
Так, если взять плоскую металлическую коробку и в ее передней стенке прорезать систему линейных щелей, аналогичную системе вибраторов, показанных на рис. 18, и возбудить их синфазно, то в результате получится плоскостная синфазная щелевая антенна.
Диаграммы направленности этой антенны будут примерно совпадать с диаграммами ее вибраторного прототипа, за исключением положения в пространстве векторов поля Е и Н, которые на основе изложенного выше поменяются местами. Точное совпадение диаграмм направленности было бы в том случае, если бы щели были прорезаны в экране бесконечной протяженности.
Чаще всего возбуждение щелей осуществляется с помощью волноводов. Известно, что на внутренних поверхностях прямоугольных волноводов возникают токи проводимости. Если в стенке волновода прорезать узкую щель, идущую вдоль линии тока или вдоль линии нулевого тока, то такая щель настолько незначительно исказит распределение" токов внутри волновода, что через нее энергия во внешнее пространство практически вытекать не будет.
Если же щель будет прорезана так, что ее ось будет перпендикулярна или почти перпендикулярна линиям тока, то эти токи через щель будут вытекать из внутренней полости волновода во внешнее пространство и излучаться (рис. 69).
Распределение токов на стенках прямоугольного волновода для некоторого момента времени схематически показано на рис. 70. Как это видно из рисунка, максимальная плотность тока получается на узких стенках волновода и прилегающих к ним краях широких его сторон. Вдоль средней линии широких сторон ток равен нулю. Учитывая указанное распределение токов, рассмотрим различные варианты прорезания щелей в волноводе, представленные на рис. 71. В свете изложенного щели 1 и 5 в качестве антенн использованы быть не могут, поскольку они ориентированы вдоль линий токов: неизлучаюшей будет и щель 3, расположенная вдоль средней линии волновода, где плотность тока вообще равна нулю.
Щели 2, 4, 7 и 6 пересекают линии тока (см. рис. 70) и поэтому будут хорошо излучать.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.