Волноводные щелевые антенные решетки

Подобные антенны представляют собой систему щелей, прорезанных в стенках волновода. Чаще всего используются полуволновые резонансные щели на широкой или узкой стенках прямоугольного волновода, в котором распространяется волна основного типа . Возбуждение щели происходит за счет того, что ее пересекают электрические токи, текущие по внутренней поверхности волновода. Волноводные щелевые антенные решетки (ВЩАР) могут быть двух типов – резонансные (режим стоячих волн в волноводе) и нерезонансные (режим бегущих волн в волноводе).

• Резонансные ВЩАР выполняют на основе закороченных на одном конце волноводов (см. рис.8.2). Если щели поперечные и расстояния между ними равно длине волны в волноводе _в,то решетка будет на синфазно связанных с полем волновода щелях (рис. 8.2,а). На рис. 8.2,бизображена резонансная ВЩАР на переменнофазно связанных с полем волновода продольных щелях. В обоих случаях возбуждение всех щелей синфазное, так как во втором случае следует учесть дополнительный фазовый сдвиг наза счет размещения щелей по разные стороны от осевой линии. Поэтому у обеих решеток направление максимума излучения нормально к широкой стенке волновода.

Рис. 8.2. Резонансные волноводные щелевые решетки на синфазно связанных (а), переменнофазно связанных (б) щелях и их схемы замещения

Нормированная амплитудная ДН синфазной антенны с поперечными щелями (рис. 8.2, а) в продольной плоскости описывается выражением

, (8.32)

где - угол между нормалью к широкой стенке волновода и направлением в точку наблюдения;- число щелей;- волновое число,- длина волны в свободном пространстве;- длина волны в волноводе, рассчитываемая по формуле

; (8.33)

- размер широкой стенки волновода.

Нормированная амплитудная ДН синфазной антенны с продольными щелями (рис. 8.2,б) в продольной плоскости определяется произведением нормированной амплитудной ДН одиночной щелина нормированный множитель системы, т.е.

. (8.34)

Щель нарушает режим бегущих волн в волноводе, поскольку приводит к отражению от нее электромагнитной энергии. На эквивалентной схеме волновода щель можно представить в виде некоторого сопротивления, включенного в линию параллельно или последовательно (в зависимости от положения щели). Продольная щель эквивалентна параллельно включенному сопротивлению, поперечная – включенному последовательно. При расчете согласования щелевых антенн обычно пользуются понятиями последовательного сопротивления и параллельной проводимости.

Эквивалентное последовательно включенное сопротивление поперечной полуволновой щели (рис. 8.2, а), нормированное на волновое сопротивление волновода с волной, определяется как

. (8.35)

где - смещение центра щели относительно узкой стенки волновода.

Эквивалентная параллельно включенная проводимость продольной полуволновой щели (рис.8.2,б), нормированная (умноженная) на волновое сопротивление волновода с волной, рассчитывается по формуле

, (8.36)

где - смещение центра щели относительно узкой стенки волновода.

Нормированные входные сопротивления решеток равны соответственно

,. (8.37)

На рис.8.2 они обозначены и. Для того чтобы в возбуждающем волноводе установился режим бегущих волн, должно выполняться условие

. (8.38)

Его выполнения на резонансной частоте добиваются посредством подбора нужных ипо формулам (8.35), (8.36).

• Полоса пропускания у синфазных резонансных ВЩАР, как и у всех резонансных систем, составляет несколько процентов. Чтобы увеличить диапазонность, применяют несинфазные (нерезонансные) ВЩАР бегущей волны. Нерезонансные ВЩАР от резонансных отличаются тем, что волновод нагружается на свободном конце на согласованную (поглощающую) нагрузку. В отсутствии щелей в волноводе устанавливается режим бегущей волны основного типа . Щели располагаются на таком расстоянииодна от другой, которое обеспечивает фазовый набег между двумя соседними щелями, соответствующий бегущей волне, т.е.

для синфазно связанных щелей,

для переменнофазно связанных щелей.

При небольшом расфазировании щелей нормированные амплитудные ДН таких антенн рассчитываются по формулам (8.32) и (8.34), а смещение главного максимума ДН относительно нормали к широкой стенке волновода (в радианах) определяется с использованием соотношения

, (8.39)

где - для синфазно связанных с волноводом щелей (рис. 8.2,а);

- для переменнофазно связанных с волноводом щелей (рис. 8.2,б).

КНД волноводно-щелевых антенн оценивается по формуле

. (8.40)