14.2. АНТЕННЫ С БОКОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

14.2.1. Элементарные излучатели

Электрические диполи, которые применяются в качестве излучателей лишь на ультракоротких волнах, в диапазоне СВЧ часто используются как первичные или элементарные излучатели. Распределение тока в диполе, входной импеданс и сопротивление излучения подробно изучены [247, 714], причем показано, что полосу пропускания диполя можно увеличить путем придания ему соответствующей формы, например вытянутого сфероида [245, 327, 515, 670, 701], петли [141, 142, 246, 681] и свернутой линии [162, 179, 385, 640, 698]. Дипольные излучатели можно возбуждать либо непосредственно от присоединенной коаксиальной линии, либо от волновода через петлевое соединение.

Магнитным аналогом [421] электрического диполя является прорезанная в проводящей плоскости щель, возбуждаемая направленным вдоль нее магнитным полем. Имеется связь между свойствами щелевых излучателей и электрических диполей, которая представляет собой обобщение [40] оптического принципа Бабине. Например, если в стенке волновода прорезана щель, то у входной проводимости волновода изменяется как реактивная, так и активная составляющая, причем из последнего следует, что щель излучает. Если увеличивать длину щели, начиная от нуля, то, когда ее размер равен приблизительно реактивная проводимость изменяет знак, проходя через нуль, а активная проводимость достигает максимума, т. е. щель становится резонансной.

Рис. 14. 2. Излучающие щели в стенках прямоугольного волновода. Распространяется волна ; А — неизлучающие щели; В — шунтовые щели; С — последовательные щели.

Активная проводимость зависит [501] от относительной интенсивности магнитного поля и, следовательно, от положения щели на стенке волновода. Щели используются [360] в диапазоне УКВ для получения излучения как с плоской [549], так и с круговой [429, 627] поляризацией.

Были исследованы излучающие характеристики щелей различной формы, находящихся на плоских пластинах [307, 504, 505], клиньях [506], на цилиндрах с круговым [15, 426, 428, 437, 497, 498, 502, 548] и эллиптическим [503, 528] сечением, а также на цилиндрах с диэлектрическим покрытием [507, 736] и гофрированной поверхностью [500]. В качестве элементарных излучателей [452] используются щели, прорезанные в стенках либо круглого [140, 279], либо, что чаще, прямоугольного [285, 332, 457, 511, 512, 638] волноводов, по которым распространяется волна основного вида.

На рис. 14.2 показаны различные типы щелей, прорезанных в стенках прямоугольного волновода. Шунтовые наклонные щели прорезаются в узкой стенке волновода под углом причем для того

чтобы щель была резонансной, обычно ее концы должны немного захватывать широкие стенки. Активная проводимость такой одиночной резонансной щели равна

Шунтовая несимметрично расположенная щель прорезается в широкой стенке волновода и ее активная проводимость равна

Последовательная наклонная щель прорезается посредине широкой стенки под углом к оси волновода. Ее эквивалентная схема изображается последовательным активным сопротивлением, величина которого определяется уравнением

где

В случае решетки, состоящей из нескольких щелей, необходимо учитывать их взаимное влияние [517]; для шунтовых наклонных щелей это взаимное влияние весьма существенно, так что уравнение (14.3) является лишь приближенным. При выводе уравнений предполагалось, что стенки волновода являются бесконечно тонкими и в некоторых случаях необходима соответствующая модификация уравнений.

Комбинация из последовательных и шунтовых щелей обладает некоторыми специфическими свойствами. Крестообразно расположенные полуволновые щели, прорезанные в широкой стенке, излучают в направлении, перпендикулярном волноводу, волну с эллиптической поляризацией, которая в некоторых направлениях обращается в круговую. Пара отдельных щелей, расположенных на широкой стенке прямоугольного волновода в виде буквы Т, обладает следующим свойством: если активная проводимость шунтовой щели равна активному сопротивлению последовательной щели и численно они равны двум, то получается идеальное согласование с генератором, при котором вся энергия излучается через щели и не будет проходить далее в волновод независимо от нагрузки на его конце. Для регулирования связи щели с волноводом при помощи скользящих диафрагм создается регулируемое асимметричное

искажение полей в волноводе [465]. С помощью намагниченных ферритовых вставок можно [422] управлять амплитудой и фазой поля, излучаемого щелью.