Турникетный вибратор

Систему двух взаимно ортогональных (скрещенных) вибраторов с совмещенными центрами принято называть турникетной антенной (рис. 7.17, а). В зависимости от фазовых соотношений между токами на входах вибраторов в антенне могут быть реализованы режимы с управляемой (от круговой до линейной) поляризацией излучения.

При возбуждении вибраторов токами с равными амплитудами и фазовым сдвигом между ними, равным   , пространственная ДН имеет вид, показанный на рис. 7.17,б. Нули в ДН отсутствуют, максимумы излучения формируются в направлениях, перпендикулярных плоскости расположения вибраторов. В этой плоскости поляризация излучения линейная, в направлении оси z – круговая противоположных направлений вращения для z  0 и z  0. В остальных направлениях поляризация эллиптическая. Фазовая диаграмма в плоскости xоy имеет вид спирали Архимеда (рис. 7.17, в). Незамкнутость линий равных фаз при обходе вокруг антенны в дальней зоне свидетельствует об отсутствии у антенны точечного фазового центра.

Рис. 7.17Турникетный вибратор: а конструкция,б– амплитудная ДН,в – фазовая ДН

Если токи на входах вибраторов равны по амплитуде и синфазны, то турникетная антенна имеет линейную поляризацию. Режим всенаправленного в горизонтальной плоскости излучения используется в телевизионных передающих антеннах турникетного типа. В качестве элементов таких антенн обычно используются петлеобразные вибраторы с шунтовым питанием и увеличенным числом ветвей, предложенные Б. В. Брауде.

7.3 Щелевая антенна

Щелевая антенна представляет собой отверстие, прорезанное в металлической поверхности и возбуждаемое каким либо источником. Источник создает на кромках щели переменное напряжение. Если щель узкая, то напряжение вдоль нее имеет синусоидальное распределение, которое на концах щели должно обращаться в нуль. Обычно используются узкие щели с размерами и, гдеd - ширина щели, 2l – ее длина. Переменное электрическое поле щели является источником электромагнитных колебаний.

Щель, излучающая в обе стороны, называется двусторонней. Обычно применяются односторонние щели. Для формирования однонаправленного излучения щель выполняется в одной из стенок волновода или объемного резонатора. Щели бывают также разной конфигурации: прямоугольные, крестообразные, гантельные, уголковые, кольцевые (см. рис. 7.18) и другие.

Рис. 7.18  Формы щелей

Метод расчета щелевых антенн основывается на использовании принципа двойственности, который постулирует взаимозаменяемость электрического и магнитного полей и позволяет по известным характеристикам электрического вибратора находить соответствующие характеристики магнитного вибратора (щели) при их одинаковых электрических размерах и конфигурациях. В соответствии с этим принципом выполняют замены

.

В случае тонкой линейной двусторонней щели длиной , прорезанной в бесконечно протяженном плоском экране, из (7.7) можно записать

(7.24)

где – напряжение на щели.

Сопоставляя (7.7) с (7.24) замечаем, что обе антенны, вибраторная и щелевая, имеют одинаковые ДН, только плоскости поляризации у них развернуты на угол 90⁰ друг относительно друга, поскольку в первом случае присутствует компонента поля , во втором.

Для щелевой антенны вместо входного импеданса вводят входную проводимость . Выражение для нее найдем, приравняв компоненты напряженности электрических полей вибратора и щели. Получим связь

(7.25)

При выполнении этого соотношения будут равны и мощности излучения,

из равенства которых следует

Учтя (7.25), перепишем

(7.26)

Обобщив эту запись на полную мощность, получим связь комплексной входной проводимости щелевой антенны и входного импеданса электрического вибратора

(7.27)

Для односторонней щели проводимость будет в два раза меньше, так как для полупространства в два раза будет меньше полная мощность.

Наибольшее применение нашла прямолинейная полуволновая щелевая антенна. На УКВ ее возбуждение осуществляется при помощи двухпроводной линии, подключенной к противоположным кромкам щели. На более высоких частотах возбуждение может осуществляться коаксиальным кабелем, оплетка и центральная жила которого также подсоединяются к противоположным кромкам щели, или посредством полосковой линии. С целью согласования точку возбуждения смещают из центра щели, где ее входное сопротивление велико и может достигать значения порядка 1 кОм. На СВЧ щель прорезают в стенке объемного резонатора, который возбуждается каким-либо способом для получения нужной структуры поля, а его поле возбуждает щель. Распределение напряжения вдоль щели в этом случае может быть отличным от синусоидального.

В качестве примера на рис. 7.19 показан излучатель в виде продоль-ной щели в коаксиальной линии и его ДН в горизонтальной (Е) и вертикальной (Н) плоскостях. Щель 1 прорезана в наружном проводнике 3 и возбуждается перемычкой 2 между внутренним проводником 4 коаксиальной линии и одной из кромок щели.

Рис. 7.19Щелевой излучатель на коаксиальной линии

Широкое применение щелевые антенны нашли в диапазоне СВЧ в качестве не выступающих бортовых антенн летательных аппаратов.