Щелевой облучатель

Щелевой облучатель удобен при работе в наиболее короткой части сантиметрового диапазона (=3 см и ниже), так как кон­струкция его наиболее компактна и проста для работы в этом диа­пазоне. Щелевой облучатель можно защитить от атмосферных влия­ний, закрыв его излучающие отверстия полистироловыми пластинками.

Рис.11.Щелевой излучатель с вертикальным (а) и горизонтальным (б) расположением щелей.

Конструкция двухщелевого облучателя может быть осуществле­на в виде закрытого на концах Т-образного прямоугольного волновода (рис.11). Щели в этом волноводе прорезаются симмет­рично относительно питающего волновода. В зависимости от задан­ной поляризации поля излучения облучатель располагается либо как оказано на рис.11а (для горизонтальной поляризации электри-ческого поля) либо как показано на рис. 11б (для вертикальной поляризации электрического поля).

Рекомендуется следующий порядок расчета такого двухщелево­го облучателя:

а) Длину щели выбирают равной 0,47, так как резонанс насту­пает не точно при длине щели ,а при несколько меньшей длине. Укорочение щели соответствует укорочению эквивалентного металлического вибратора.

б) При расчете согласования резонансной поперечной щели, про­резанной в широкой стенке прямоугольного волновода с волной H₁₀, принимаем, что волновод закорочен с одного конца, а другой конец в направлении от щели к генератору согласован или бесконечен. Расстояние от закороченного конца до оси щели рис.11 при­нимается равным ( длина волны в волноводе). Если резонансное сопротивление поперечной щели представить как последовательное сопротивление в эквивалентной схеме рис.12, то условие со­гласования щели с волноводом можно записать как равенство по­следовательного сопротивления щели волновому сопротивлению волновода.

Рис.12.Поперечная щель (а) и ее эквивалентная схема (б).

Сопротивление поперечной щели, прорезанной симмет­рично относительно оси, нормированное к волновому сопротивлению волновода, выражается следующим образом:

(16)

где a и b – размеры широкой и узкой стенок волновода;

-длина волны генератора.

Поэтому условие согласования имеет вид

(17)

Из равенства (15) находят размер узкой стенки b волновода при выбранном размере широкой стенки а.

Согласование Т-образного волновода с питающим волноводом осуществляется при помощи сужения уз­кой стенки b питающего волновода и изменения длины реактивного штыря, ввинчиваемого в торец Т-образного волновода на его широ­кой стенке по оси симметрии облучателя.

в) Расстояние между щелями выбирают из условия получения в вертикальной плоскости диаграммы направленности, мало отличаю­щейся от формы диаграммы направленности в горизонтальной пло­скости. Выбранное из этого условия расстояние между щелями по-

лучается порядка .Для расположения щелей по рис. 3а диаграмму направленности двухщелевого облучателя в горизонталь­ной плоскости определяют из формулы

(18)

где - волновое число; d — расстояние между щелями;  — угол в горизонтальной плоскости, отсчитываемый от нормали к линии расположения щелей.

Диаграмму направленности в вертикальной плоскости в этом случае рассчитывают по формуле

(19)

где — угол в вертикальной плоскости, отсчитываемый от нормали к щели; Е_В— поле в рассматриваемом направлении; E_Вmax—поле в направлении максимального излучения (=0).

Для расположения щелей по рис. 106 диаграмму направлен­ности в горизонтальной плоскости определяют из формулы

(20)

где  -угол в горизонтальной плоскости, отсчитываемый от норма­ли к щели.

Диаграмму направленности в вертикальной плоскости рассчиты­вают следующим образом:

(21)

где  — угол в вертикальной плоскости, отсчитываемый от нормали к линии расположения щелей.

Для обеспечения синфазного питания щелей в обоих плечах по­перечного волновода щели должны быть расположены симметрично относительно питающего волновода. Каждое плечо рассчитывается на половинную мощность.

В сантиметровом диапазоне волн в качестве облучателя зеркальных антенн могут применяться стержневые и рупорные облучатели, возбуждаемые волноводом. Диэлектрические стержневые облучатели позволяют сузить ДН облучателя в двух плоскостях.

Также могут использоваться облучатели с вращающейся поляризацией право и левополяризованной волны: спиральные облучатели, волноводные или рупорные с вращающейся поляризацией поля.

Для создания антенн с широкой полосой необходимо иметь широкополосные облучатели. Известные широкополосные излучатели (логопериодические, биконические, взаимодополняющие структуры) обеспечивают перекрытие рабочего диапазона в несколько октав. Широкий интерес в настоящее время проявляется к излучателям Вивальди и к различным модификациям щелевых излучателей [15-18].

Рассмотренные широкополосные облучатели имеют недостаток: при работе в широкой полосе частот может перемещаться фазовый центр облучателя, что не обеспечивает фокусировку зеркала. Дефокусировка облучателя (аксиальная и по нормали) ухудшает ДН и приводит к отклонению луча. Известны требования к размерам ошибки дефокусировки облучателя - . Облучатель размещается в фокусе и к нему подводится линия передачи, которая желательно менее всего затеняла бы апертуру. Для устранения дефокусировки облучателя из-за конструкторско-технологических причин, климатических, эксплуатационных, нагрузочных, облучатель крепится и фиксируется с помощью волновода или дополнительных крепежных конструкций [19].

Кроме рассмотренных выше облучателей, можно применять конические гофрированные волноводные и рупорные облучатели [2,3]. При построении моноимпульсных антенн в системах с точной пеленгацией используют моноимпульсные облучатели [2-4].

Бортовые зеркальные антенны обычно закрываются обтекателем или защитными укрытиями для предохранения от внешних воздействий. В отсутствии таковых необходима изоляция герметизация волноводного тракта.