почему щелевую антенну можно рассматривать как фиктивную элементарную магнитную антенну
Почему щелевую антенну можно рассматривать как фиктивную элементарную магнитную антенну
Щелевая антенна (ЩА) это всего лишь узкая щель в большом металлическом экране. Рассмотрение теории таких антенн обычно начинают с узкой щели в бесконечном проводящем экране и введения понятия магнитного тока щели. Но, несмотря на соблазн упростить изложение, делать так не буду. По двум причинам:
Поэтому пойдем путем реальности: проводящий экран конечных размеров, токи только электрические.
Пусть мы имеем тонкий прямоугольный лист металла. Стоит задача сделать из него антенну. Простейший способ показан на рис. 12.3.1,а): разрезать лист пополам и, вставив источник в середину, из двух половинок сделать широкополосный диполь. Токи в таком диполе (показаны стрелками) текут, как и обычно, из одного плеча в другое.
Рис. 12.3.1.
Но бывают ситуации, когда резать пополам лист металла нельзя (например, это часть готовой конструкции). Как возбудить токи в металле в таком случае? Да так же: сделать изолятор в середине. А что у нас кроме полного разреза (который мы договорились, делать нельзя) является изолятором? Короткозамкнутая l /4 линия (п. 3.2.4). Вот и сделаем такую линию (т.е. узкую щель) в металлическом листе. Точнее две таких линии 2• l /4 = l /2, поскольку источник от КЗ металлическим листом надо изолировать с двух сторон.
Результат показан на рис. 12.3.1,б. Это уже простейшая щелевая антенна. Источник в центре изолирован двумя l /4 щелями, т.е. включен в середине полуволновой щели. Поэтому ток источника не имеет иного пути, чем растекаться вправо и влево (по 12.3.1,б), т. е. по плечам диполя.
По распределению антенного (излучающего) тока обе антенны рис. 12.3.1 идентичны. Следовательно, одинаковы их усиления, диаграммы направленности и поляризации.
На рис. 12.3.1,а изображен обычный горизонтальный диполь, с горизонтальной (Н) поляризацией. А на рис. 12.3.1,б ЩА с вертикальной щелью. Но это почти одинаковые антенны. Поэтому говорят, что вертикальный экран с вертикальной щелью излучает Н-поляризованную волну. Аналогично горизонтальная щель в вертикальном экране вызывает излучение вертикально поляризованной волны, т.к. такая ЩА эквивалентна вертикальному диполю (поверните страницу с рис. 12.3.1 на 90 0 и увидите).
ЩА удобнее рассматривать именно как диполь с соответствующим протеканием токов. Тогда не придется запоминать правило про «поворот плоскости поляризации на 90 0 в ЩА». В кавычки последняя фраза взята потому, что физически ничего подобного ЩА не делает. Она просто работает как широкий петлевой диполь. А правило про «поворот» приходится вводить в том случае, когда используется не физическое объяснение работы ЩА (с реальными электрическими токами по металлу экрана), а упрощенно-математическое с магнитными токами щели (которые в природе не существуют).
Несмотря на подобие в работе, по входному сопротивлению обе антенны рис. 12.3.1 различаются существенно. В простом широкополосном диполе 12.3.1,а) через источник течет весь антенный ток и поэтому входное сопротивление получается низким. А в диполе 12.3.1,б) – только часть антенного тока. Остальной протекает мимо источника, по перемычкам выше и ниже щели. Точно так же, как и в петлевом диполе (п. 4.1.5). Только в простом петлевом диполе цельнометаллическая перемычка одна, а в диполе рис. 12.3.1,б) их две: сверху и снизу щели. Как мы видели в п. 4.1.5 такие перемычки сильно повышают входное сопротивление (одна – в 4 раза, две – в 9 раз при одинаковой толщине).
Присмотревшись, на рис. 12.3.1,б) можно увидеть несколько модифицированный трехпроводный петлевой диполь с двумя перемычками: провод (вернее полоса, шириной l /2) с источником посередине и две цельнометаллические перемычки сверху и снизу в обход источника. Поэтому входное сопротивление полуволновой щелевой антенны столь же высокое, как и упомянутого диполя и составляет сотни ом.
Вывод: l /2 щелевая антенна в металлическом листе конечных размеров представляет собой модифицированный (большая ширина всех частей) трехпроводный петлевой диполь.
Простой тонкий петлевой диполь имеет большую длину и малую ширину. Поэтому синусоидальное распределение тока в нем есть только по длине, а по ширине ток одинаков. ЩА же имеет соизмеримую длину и ширину. Поэтому в ней синусоидальное распределение существует не только по длине, но и по ширине.
Представить распределение токов по поверхности металла ЩА можно следующим образом:
Рис. 12.3.2.
Рис. 12.1.3
Понятно, что распределение токов по металлической поверхности (а, следовательно, и все основные параметры антенны) зависит от:
Тем не менее, термин «щелевая антенна» уже давно прижился, и буду его придерживаться. Но под ним будет пониматься антенна в виде конкретной металлической поверхности, возбужденная при помощи щели заданных размеров и положения.
I. СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
Элементарный щелевой излучатель представляет собой щель, прорезанную в
идеально проводящем плоском экране неограниченных размеров. Параметры
такого излучателя могут быть определены с помощью принципа двойственности.
Принцип двойственности применительно к элементарному щелевому излучателю
гласит: векторы Е и Н электромагнитного поля щели имеют такое же
направление в пространстве и являются такими же функциями координат, как
соответственно Н и Е поля элементарного электрического вибратора тех же
размеров, что и щель.
Воспользовавшись принципом перестановочной двойственности можно
показать, что поле, создаваемое симметричным щелевым излучателем,
совершенно такое же как и поле, создаваемое симметричным электрическим
вибратором, при взаимозамене направлений электрического и магнитного
Резонансной щелью называют узкую щель, длина которой 2l приблизительно
равна половине длины волны в свободном пространстве. Ширина щели d
составляет обычно менее десятой доли длины волны. На рис.1 представлены
диаграммы направленности элементарного электрического вибратора (а) и
элементарного щелевого излучателя (б) соответственно в магнитной и
Характеристики направленности одиночной щели, в отличие от
элементарного щелевого излучателя длиной 2l[pic]/ 2, прорезанной в
бесконечном экране, рассчитываются по формулам:
Из рассмотрения приведенных формул следует, что щель, прорезанная в
экране, не создает направленного излучения в Е-плоскости и ее диаграмма
направленности имеет форму полуокружности с каждой стороны экрана. В Н-
плоскости направленность излучения щели определяется формулой (1) и зависит
Выводы о направленности излучения щели, прорезанной в безграничном
экране, можно использовать для определения диаграммы направленности щели,
прорезанной в стенке волновода, учитывая, что излучение происходит лишь в
полупространство. В Н-плоскости диаграмма направленности будет по-прежнему
определяться формулой (1), так как излучение вдоль оси щели отсутствует, а,
следовательно, размеры экрана в этом направлении существенной роли не
играют. В Е-плоскости диаграмма направленности щели, прорезанной в
волноводе, зависит от размеров стенки волновода и, следовательно, будет
отличаться от полуокружности.
Поясним зависимость диаграммы направленности щели от размеров стенки
волновода. Предположим, что щель прорезана в экране конечных размеров. В Е-
плоскости формируется за счет протекания поверхностных токов проводимости
(рис.2) и создания на краю экрана резкой неоднородности в распределении
электрического поля и возникновения так называемых диафрагмированных волн.
В любом направлении от щели в Е-плоскости результирующий вектор
электрического поля определяется геометрической суммой вектора
электрических полей трех волн. Фаза результирующего поля в точке наблюдения
будет зависеть в основном от разности хода между диафрагмированными волнами
и волной от щели. Соотношение фаз указанных векторов электрических полей
будет зависеть от размеров экрана.
Следовательно, будут направления, в которых диафрагмированные волн
будут ослаблять поле щели, а также направления, в которых поле щели будет
усилено. Таким образом, диаграмма направленности в плоскости Е от щели,
прорезанной в экране ограниченных размеров, или в волноводе, будет иметь
“волнистый характер”. Примеры диаграмм направленности волноводно-щелевых
антенн в зависимости от размеров экрана показаны на рис.2.
Более точный расчет показывает, что размеры экрана в направлении,
перпендикулярном оси щели, оказывают значительное влияние на диаграмму
направленности и особенно тогда, когда щель располагается на площадке
несимметрично, в то время как размеры экрана в направлении оси щели мало
влияют на ее направленные свойства.
Щель в волноводе возбуждается тогда, когда она широкой стороной
пересекает поверхностные токи, текущие по стенкам волновода. При
возбуждении волновода волной Н[pic] имеет место поперечный ток и продольный
ток на широких стенках волновода (рис.3,а). Эпюры распределения токов по
поперечному сечению волновода приведены на рис.3,б. Поперечный ток в
середине широкой стенки волновода равен нулю и нарастает до своего
максимального значения к краям стенок. Распределение продольного тока
представлено на рис.3,в.
Как известно, плотность поверхностного тока [pic] связана с напряжением
магнитного поля соотношением:
где [pic]- нормаль к рассматриваемой поверхности.
Для того чтобы щель излучала, ее следует прорезать вдоль силовых линий
магнитного поля в волноводе или, что то же самое, поперек силовых линий
тока проводимости, наводимого магнитным полем в стенках волновода. На рис.4
показаны возможные способы прорезания щели на широкой стенке волновода
прямоугольного сечения, возбуждаемого волной типа Н[pic].
Интенсивность возбуждения щели зависит от ее положения на стенке
волновода. Так, например, продольная щель при х[pic] не излучает и поэтому
не оказывает влияния на режим работы волновода. Примером такой щели
является щель, по которой перемещается зонд в волноводной измерительной
линии. По мере увеличения х[pic]плотность поверхностного тока
увеличивается, так как увеличивается напряженность магнитного поля, и,
следовательно, интенсивность возбуждения щели возрастает. По мере
увеличения интенсивности возбуждения щели входное сопротивление продольной
щели и входная проводимость поперечной щели возрастают.
Интенсивность возбуждения щели зависит не только от ее расстояния от
средней линии волновода х[pic], но и от расстояния между центром щели и
закорачивающим поршнем. В волноводе без щелей, закороченном на конце,
существуют стоячие волны. При этом на конце волновода (закорачивающий
поршень) в соответствии с граничными условиями на идеальной металлической
поверхности существует узел составляющей [pic] и пучность [pic] (рис.5).
Чтобы продольная возбуждалась с максимальной интенсивностью, ее центр
z[pic]- должно равняться нечетному числу [pic]/ 4. Для максимального
возбуждения поперечной щели ее следует помещать в пучность [pic], т.е. на
расстоянии равном четному числу [pic]/ 2 от поршня.
Известно, что волновод прямоугольного сечения с волной типа Н[pic]
можно представить эквивалентной двухпроводной линией с волновой
Щель, прорезанная в стенке волновода, представляет для последнего
некоторую нагрузку и влияет на режим его работы. Часть энергии, идущей по
волноводу, излучается щелью, часть отражается от нее, как от всякой
неоднородности, и направляется обратно к генератору, часть проходит дальше.
Влияние щели на режим работы волновода характеризуется входной
проводимостью Y[pic] и входным сопротивлением Z[pic]. Входное сопротивление
(проводимость) щели произвольной длины есть величина комплексная. В
основном применяются резонансные щели (Х[pic]= В[pic]= 0). Чтобы щель была
резонансной, ее длина должна быть несколько меньше [pic]/ 2. При этом, чем
шире щель, тем больше должна быть величина укорочения. Здесь также
существует полная аналогия с симметричным вибратором. Приближенно
укорочение может быть определено по формуле:
Поперечная щель, прорезанная в широкой стенке волновода, прерывает
линии плотности продольной составляющей поверхностного тока. Поэтому эту
щель следует рассматривать как сопротивление, последовательно включенное в
провода эквивалентной волноводу двухпроводной согласованной линии
(рис.6,а). В случае резонансной поперечной щели нормированное входное
сопротивление рассчитывается по формуле:
х[pic]- расстояние от середины широкой стенки до центра щели.
Из рассмотрения формулы (6) видно, что входное сопротивление
резонансной поперечной щели максимально, если центр этой щели совпадает с
центром широкой стенки волновода (х[pic]= 0), так как в этом месте
максимален продольный ток, возбуждающий щель; R[pic] уменьшается по мере
удаления центра поперечной щели от центра широкой стенки.
Одним из видов поперечных щелей является щель, прорезанная в пластине,
закрывающей торец волновода (рис.7). Для улучшения направленных свойств
торцевая волноводная щелевая антенна снабжается специальным экраном. Щель
возбуждается продольными токами, замыкающимися на внутренней поверхности
пластины. В свою очередь щель возбуждает систему токов на внешней
поверхности торца волновода или экрана. Резонансное эквивалентное
сопротивление такой щели при симметричном расположении ее относительно
широких стенок волновода определяется по формуле (6).
Продольная щель прерывает линии плотности поперечной составляющей
поверхностного тока. Поперечные токи как бы ответвляются от проводов
эквивалентной линии в параллельно присоединенные к ним шлейфы. Поэтому
продольную щель следует рассматривать как сопротивление, присоединенное
параллельно двухпроводной линии, т.е. как проводимость G[pic] (рис.6,б).
Нормированная входная проводимость резонансной продольной щели
рассчитывается по формуле:
Из рассмотрения формулы (7) следует, что входная проводимость
продольной резонансной щели равна нулю, если щель находится в центре
широкой стенки (х[pic]= 0), и максимальна, если щель находится на краю
широкой стенки (х[pic]= a / 2) или на боковой стенке. К аналогичному выводу
можно придти из рассмотрения рис.3 и 4.
Приведенные формулы для эквивалентного приведенного входного
сопротивления и эквивалентной приведенной входной проводимости получены для
полуволновых щелей. Эта длина весьма близка к резонансной длине щели, при
которой эквивалентное реактивное сопротивление х[pic] и эквивалентная
реактивная проводимость b[pic] равны нулю. Так как [pic] и [pic]мало
меняются вблизи резонанса, то этими формулами можно пользоваться и для
Как указывалось ранее, резонансная длина щели несколько меньше [pic]/ 2
и тем меньше, чем шире щель. Кроме этого, резонансная длина щели зависит от
смещения ее х[pic]относительно широкой стенки волновода. При фиксированной
ширине продольной щели и увеличении смещения х[pic]от нуля до [pic]/ 4
относительно середины широкой стенки волновода резонансная длина
увеличивается, приближаясь к [pic]/ 2. При дальнейшем увеличении смещения
щели ее резонансная длина начинает уменьшаться.
Резонансная длина поперечной щели в широкой стенке прямоугольного
волновода при смещении х[pic]= 0 равна 2 l = 0,488[pic], т.е. незначительно
отличается от половины длины волны генератора. Наклонные щели в узкой
стенке имеют резонансную длину, приближенно равную половине длины волны в
В тех случаях, когда излучатель должен быть более широкополосным,
находят применение гантельные щели. Зависимость входного сопротивления
гантельной щели от ее размеров приведена на рис.8. С увеличением диаметра
закругления D точка резонанса смещается в сторону больших длин волн и
полоса пропускания увеличивается.
II. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
Структурная схема установки для измерения эквивалентной проводимости,
сопротивления и характеристики направленности щелей приведены на рис.9.
Полуволновые резонансные излучатели прорезаны в металлической пластине,
которая может перемещаться относительно оси волновода (рис.10). Величина
смещения щели ( х[pic]) отсчитывается по шкале. В одном крайнем положении
волновод полностью закрыт, что соответствует короткому замыканию
исследуемого щелевого излучателя.
1. Измерение входного эквивалентного сопротивления резонансной щели,
прорезанной в бесконечной проводящей поверхности:
— подключить к генератору торцевой щелевой излучатель (см. рис.7);
— установить частоту генератора (задается преподавателем);
— с помощью измерительной линии определить КСВ и запомнить положение
одного из минимумов напряжения в линии. Закоротить излучающую щель.
Определить, на сколько и в какую сторону смещается при закорачивании
щели зафиксированный ранее минимум напряжения в измерительной линии.
Определить на круговой диаграмме полных сопротивлений величину
эквивалентного входного сопротивления щели.
Рассчитать входное эквивалентное сопротивление торцевой полуволновой
щели по формуле (6). Сравнить величины, полученные экспериментальным и
2. Измерение эквивалентного входного сопротивления и проводимости
поперечной и продольной резонансной щели, прорезанных в широкой стенке
— подключить к генератору согласно схеме (рис.9) волновод с продольной
и поперечной щелями. Переместить пластины со щелями так, чтобы середина
поперечной щели оказалась симметричной оси волновода. Направить максимум
излучения на приемную рупорную антенну. Зафиксировать наличие излучения с
помощью приемника. Короткозамыкателем настроить щелевой излучатель на
Снять нормированную характеристику направленности в плоскости Н.
Сравнить с расчетной.
Аналогично п.1 определить входное эквивалентное сопротивление
поперечной резонансной щели и сравнить с расчетными значениями (6).
Повернуть на 90[pic] излучающую поперечную щель и рупорную приемную
антенну. Снять нормированную диаграмму направленности в плоскости Е.
Сравнить с расчетной.
3. Определить эквивалентную входную проводимость продольной излучающей
щели для трех положений ( х[pic]= 0, х[pic]= 6 мм, х[pic]=12 мм).
Снять нормированную диаграмму направленности в плоскостях Е, Н.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. М., “Связь”,
2. Жук М.С., Молочков Ю.Е. Проектирование антенно-фидерных
устройств. М-Л, “Энергия”, 1966
3. Айзенберг Г.З. Антенны ультракоротких волн. М., “Связь”, 1967
4. Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и
их излучающих элементов. Под ред. Д.И. Воскресенского. М., “Сов.
Мини-лекции. Антенны. Щелевые
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ. ПОЛЯ.
Так как мы в основном будем рассматривать антенны на основе волноводов, то и все поля будут привязаны к этим самым волноводам. На рис.1 Вы видите два примера волн в волноводах, типа ТЕ и ТМ. Что означают эти буковки и вообще какие-такие волны применяются в волноводах? Итак! Мы имеем следующие типы (классы) волн: 1. ТЕМ-волны волны типа Т, поперечные волны, у которых оба вектора E и H перпендикулярны оси Oz и не имеют продольных составляющих: Ez = 0, Hz = 0. Под продольными понимают направленными по длине волновода, оси Z. 1. Аббревиатура ТЕМ происходит от английского Transverse Electromagnetic. Примером ТЕМ-волны является плоская электромагнитная волна в неограниченном пространстве. С помощью ТЕМ-волн переносится энергия в двухпроводных (энергоснабжающих, телефонных), коаксиальных и полосковых линиях передачи. 2. ТЕ-волны (Transverse Electric), или магнитные волны, или волны типа Н, имеющие продольную составляющую магнитного вектора Hz при Ez = 0. 3. ТМ-волны (Transverse Magnetic), или электрические волны, или волны типа Е, имеющие продольную составляющую электрического вектора Еz при Hz = 0. При всём, что собственные волны полых металлических волноводов могут быть только волнами типа Е или Н. 4. Смешанные (гибридные) волны, обладающие обеими продольными составляющими (Ez, Hz). На практике такие волны не наблюдаются.
Чтобы нам хоть немного соображать в этих чёртовых волноводах посмотрим на рис.2 и рис.3. На рис.2 чертёжик прямоугольного волновода. Так как стенки волновода имеют какую-то толщину никем не гарантированную, то? То размеры играющие основную роль в волноводных процессах отсчитываются от внутренних поверхностей. Длина входного отверстия волновода, [а] (ось Х), ширина [b] (ось Y).
На рис.3 Вы видите попытку показать как формируется волновод?! Синими полосками показана линия передачи, нагруженная на Zн сопротивление нагрузки. Линия как бы согласована по всем статьям. Чтобы всё это хозяйство поддерживать применим четвертьволновые шлейфы в виде перевёрнутой П. Это металлический изолятор у которого сопротивление Z стремится к бесконечности. Аналогичный изолятор [П] опущен вниз до стыковки с нижним. Получается такая прямоугольная [О]! :-)) Если увеличивать число таких [О] до бесконечности и промежуток между ними уменьшать до нуля, то и получится наш прямоугольный волновод. Правда он стоит на узкой стенке. Но это ничего не меняет, в наших рассуждениях. Кроме? Кроме того, что длина стенки [а] должна быть равна половине длины волны, естественно в волноводе! Самые ходовые волны, это H10 и E11. Что это для нас означает? В смысле цифорки?
В общем виде волны обозначают так: Hmn и Emn. Где m и n числа (0,1,2,3. ) количество стоячих полуволн на сторонах волновода: m на стороне [a], а n на стороне [b]. Так волне Н10 соответствует m =1, а n =0 как на рис.4. Густоту силовых линий Е отображено в виде знакомой кривой красного цвета! Числа m и n показывают какое количество стоячих полуволн расположено на внутренних стенках волновода. Такое разнообразие волн в волноводах называют ТИПАМИ или МОДАМИ. Кстати! Для волн Е, m и n не могут быть равными нулю! При нулевых значениях такие волны просто не могут существовать! По этой причине на рис.1 [ТМ], распределение полей изображено ошибочно?! Я так думаю. Возможно из-за нежелания загромождать рисунок. А, поле предполагаемое, это Е11. То самое, что и отображено на рис.5.
На рис.4 и рис.5 показаны поля основных мод соответственно: Н10 и Е11, а на рис.1а моды Н20 и Е32. Н20, на стороне [а] вмещаются две полуволны (целая волна), а на стороне [b] не одной! Зато мода Е32 наоборот, на [а] три, а на [b] только две! То есть та же Е11 размножена в виде того, что на рис.5, уменьшено в масштабе.
Итак, поверхность, прорезали щель и? И, что потом? Потом каким-то способом мы должны возбудить в щели те самые электромагнитные волны. При этом по проводящей поверхности, естественно будут течь ПОВЕРХНОСТНЫЕ токи. На рис.6 поперечные токи или щель поперечная. В данном случае на краях щели появляются заряды разной (+/-) полярности. Внутри образуется электрическое поле силовые линии которого перпендикулярны краям. В таком случае распределение линий будет происходить по синусоидальному закону, как и в случае с волноводом на рис.4. Красная кривая и есть полупериод и по совместительству полволны. По центру Е максимально, а на краях нуль! Напротив, на рис.7 Те же токи но обтекают щель двигаясь вдоль её длины. В данном случае поле внутри щели отсутствует или слишком мало, чтобы о нём говорить.
Посмотрим на рис.11. Это ДВУХСТОРОННЯЯ щель и её диаграмма направленности (ДН). Вверху в плоскости перпендикулярной плоскости экрана, внизу в плоскости перпендикулярной оси щели. Если сравнить с ДН полуволнового вибратора, то визуально один в один. Получается, что щель и вибратор близнецы. Ну, почти. На рис.12 показаны близнецы: вибратор из тонкой металлической полосы и щель таких же размеров. В чём отличие? В расположении силовых линий Е и Н! У вибратора линии Н пересекают вибратор по ширине, а в щели линии Е! О чём это говорит? О разности поляризаций! Они повёрнуты относительно друг-друга на 90°! Естественно, всё это учитывается. А, как будет выглядеть ДН ОДНОСТОРОННЕЙ щели? А односторонняя это как? На рис.8 щель расположенная не на бесконечной металлической поверхности, а на прямоугольнике. Прямоугольном экране с сторонами 2Н и 2L. Но это ещё не всё. Щель с одной и поверхности экрана закрыта как в разрезе, на рис.9! Пространство (жёлтым цветом), место где организуется возбуждение щели. Противоположная сторона экрана называется ОСВЕЩЁННОЙ. Как же в данном случае будет выглядеть ДН? При Н = L и равны бесконечности, ДН будет выглядеть как на рис.9, внизу. Половина от ДН двухсторонней щели. При отношении Н и L к длине волны равной 1, ДН выглядит как на рис.7а. При отношении Н и L к длине волны менее 1 ДН будет стремиться как односторонняя от ДН вибратора, так ещё к окружности!
А, к чему это я завёлся про односторонние щели? Потому как их в основном-то и применяют на практике! В частности как на рис.18 и рис.15. Это круглая щель и тоже односторонняя. На рис.15а поперечный разрез. С низу щель закрыта питание приходит оттуда, снизу. Коробочка выполняет роль согласователя антенны. А все остальные антенны? Остальные проектируются как щель (щели) вырезанные на стенках волноводов. Как и в случае антенн рис.15, 18 также будут односторонними. На рис.13 джентльментский набор волноводов с щелями разных типов (прямоугольных). Чёрные чёрточки и есть те самые щели.
При быстром взгляде кажется, что все антенны построены одинаково и лишь расположение щелей разнообразит эту унылую картину,но? Но это не совсем так?! Во-первых, антенны подразделяются на резонансные и не резонансные. Во-вторых, расположение щелей на сторонах волноводов не от балды, а по особым правилам. Резонансные антенны, это такие, которые возбуждаются стоячей волной. Стало быть геометрия волновода имеет значение! И чтобы свести дебит с кредитом существуют так называемые короткозамыкающие ПОРШНИ. Либо с одного торца волновода, так и с двух, как на рис.14, 16. Это, чтобы архитектура типа (МОДЫ) волны попала куда надо. А куда надо, это куда? Вот на рис.17 как раз и показано куда? Вспомните начало мини-лекции и рис.6,7. Щель должна располагаться поперёк направления электрических линий (токов) в волноводе. И не просто так, а в месте где эти линии ГУЩЕ. Зелёные щели на рис.17 именно так и расположены. А вот красная, также как и на рис.7 она возбуждаться не будет. Двигая поршни мы можем во-первых, настроиться в резонанс с волной, точно подогнать геометрию волновода к архитектуре волны. Во-вторых подогнать ГУСТОТУ электрических линий под щели. В других источниках показывают расположение щелей вдоль магнитных линий. Ведь векторы Н и Е перпендикулярны друг-другу. Хотя для наглядности первый вариант лучше!
А, что это там, на рис.13 с красными пирамидами? Пирамиды, это поглощающие нагрузки, создающие режим бегущих волн (в направление пирамид). Щели периодически пересекаются бегущей волной, а щели разобидевшись от такой наглости, шибко начинают возбуждаться. А, зачем столько много щелей на рис.14? Как показано на рис.7а ДН одной щели не шибко остро-направленная и посему строится решётка. Для создания нужной формы ДН! С учётом и поляризации излучения. Вот на рис.16 кусочек волновода с поперечными щелями. По-видимому преследовались какие-то особые цели?! По поводу косых щелей чёткого, короткого ответа я не нашёл?! Могу только предположить, что это расширит полосу частот, но уменьшит КПД!
На чём базируется расчёт и проектирование щелевых антенн?
1) На критической длине волны для данного волновода. Волны длиннее которой остальные существовать просто не могут! В общем виде это рис.10, зелёная формула. Для ходовой волны Н10 эта длина равна [2а]. Где [а] длина самой широкой стороне раскрыва волновода. По-другому на стороне должно уместиться полволны той самой критической.
2) Длина волны в свободном пространстве (воздух) вне волновода.
3) Длина волны в волноводе рис.10 пурпурного цвета формула. Формула подкручена под моду Н10 (критическая длина волны 2а). На рис.14 пример щелевой антенны и размеры для её изготовления.