Реферат: Щелевая антенна
<span Times New Roman",«serif»">
<st1:place w:st=«on»><span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">I.
</st1:place><span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"> <span Times New Roman",«serif»">СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Элементарныйщелевой излучатель представляет собой щель, прорезанную в идеально проводящемплоском экране неограниченных размеров. Параметры такого излучателя могут бытьопределены с помощью принципа двойственности. Принцип двойственностиприменительно к элементарному щелевому излучателю гласит: векторы Е и Нэлектромагнитного поля щели имеют такое же направление в пространстве иявляются такими же функциями координат, как соответственно Н и Е поляэлементарного электрического вибратора тех же размеров, что и щель.
<span Times New Roman",«serif»">Воспользовавшисьпринципом перестановочной двойственности можно показать, что поле, создаваемоесимметричным щелевым излучателем, совершенно такое же как и поле, создаваемоесимметричным электрическим вибратором, при взаимозамене направленийэлектрического и магнитного векторов.
<span Times New Roman",«serif»">Резонанснойщелью называют узкую щель, длина которой 2
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">l<span Times New Roman",«serif»"> приблизительно равна половинедлины волны в свободном пространстве. Ширина щели <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">d<span Times New Roman",«serif»"> составляет обычно менее десятойдоли длины волны. На рис.1 представлены диаграммы направленности элементарногоэлектрического вибратора (а) и элементарного щелевого излучателя (б)соответственно в магнитной и электрической плоскостях.<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/19228/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">
<span Times New Roman",«serif»">Характеристикинаправленности одиночной щели, в отличие от элементарного щелевого излучателядлиной 2
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">l<span Abadi MT Condensed Light",«sans-serif»"><img src="/cache/referats/19228/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026"><span Times New Roman",«serif»">2, прорезанной в бесконечномэкране, рассчитываются по формулам:<span Times New Roman",«serif»">в плоскости Н
<span Times New Roman",«serif»"> <img src="/cache/referats/19228/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> (1)
<span Times New Roman",«serif»">в плоскости Е
<span Times New Roman",«serif»"> <img src="/cache/referats/19228/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> (2)
<span Times New Roman",«serif»">где <img src="/cache/referats/19228/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1029"> и <img src="/cache/referats/19228/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> — угловые координатыточки наблюдения;
<span Times New Roman",«serif»"> 2
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">l<span Times New Roman",«serif»"> — длина щели;<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/19228/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1031">
<span Times New Roman",«serif»">Израссмотрения приведенных формул следует, что щель, прорезанная в экране, несоздает направленного излучения в Е-плоскости и ее диаграмма направленностиимеет форму полуокружности с каждой стороны экрана. В Н-плоскости направленностьизлучения щели определяется формулой (1) и зависит от длины щели.
<span Times New Roman",«serif»">Выводыо направленности излучения щели, прорезанной в безграничном экране, можноиспользовать для определения диаграммы направленности щели, прорезанной в стенкеволновода, учитывая, что излучение происходит лишь в полупространство. ВН-плоскости диаграмма направленности будет по-прежнему определяться формулой(1), так как излучение вдоль оси щели отсутствует, а, следовательно, размерыэкрана в этом направлении существенной роли не играют. В Е-плоскости диаграмманаправленности щели, прорезанной в волноводе, зависит от размеров стенкиволновода и, следовательно, будет отличаться от полуокружности.
<span Times New Roman",«serif»"> Поясним зависимость диаграммы направленностищели от размеров стенки волновода. Предположим, что щель прорезана в экранеконечных размеров. В Е-плоскости формируется за счет протекания поверхностныхтоков проводимости (рис.2) и создания на краю экрана резкой неоднородности враспределении электрического поля и возникновения так называемыхдиафрагмированных волн. В любом направлении от щели в Е-плоскостирезультирующий вектор электрического поля определяется геометрической суммойвектора электрических полей трех волн. Фаза результирующего поля в точкенаблюдения будет зависеть в основном от разности хода между диафрагмированнымиволнами и волной от щели. Соотношение фаз указанных векторов электрическихполей будет зависеть от размеров экрана.
<span Times New Roman",«serif»">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 экранеограниченных размеров, или в волноводе, будет иметь “волнистый характер”.Примеры диаграмм направленности волноводно-щелевых антенн в зависимости отразмеров экрана показаны на рис.2.
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/19228/image016.jpg" v:shapes="_x0000_i1032">
<span Times New Roman",«serif»">Болееточный расчет показывает, что размеры экрана в направлении, перпендикулярномоси щели, оказывают значительное влияние на диаграмму направленности и особеннотогда, когда щель располагается на площадке несимметрично, в то время какразмеры экрана в направлении оси щели мало влияют на ее направленные свойства.
<span Times New Roman",«serif»">Щельв волноводе возбуждается тогда, когда она широкой стороной пересекаетповерхностные токи, текущие по стенкам волновода. При возбуждении волноводаволной Н<img src="/cache/referats/19228/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> имеет место поперечныйток и продольный ток на широких стенках волновода (рис.3, а). Эпюрыраспределения токов по поперечному сечению волновода приведены на рис.3, б.Поперечный ток в середине широкой стенки волновода равен нулю и нарастает досвоего максимального значения к краям стенок. Распределение продольного токапредставлено на рис.3, в.
<span Times New Roman",«serif»">sitednl.narod.ru/1.zip- база сотовых по Петербургу
<span Times New Roman",«serif»">Какизвестно, плотность поверхностного тока <img src="/cache/referats/19228/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1034"> связана с напряжениеммагнитного поля соотношением:
<span Times New Roman",«serif»"> <img src="/cache/referats/19228/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> (3)
<span Times New Roman",«serif»">где <img src="/cache/referats/19228/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1036">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/19228/image026.jpg" v:shapes="_x0000_i1037">
<span Times New Roman",«serif»">Длятого чтобы щель излучала, ее следует прорезать вдоль силовых линий магнитногополя в волноводе или, что то же самое, поперек силовых линий тока проводимости,наводимого магнитным полем в стенках волновода. На рис.4 показаны возможныеспособы прорезания щели на широкой стенке волновода прямоугольного сечения,возбуждаемого волной типа Н<img src="/cache/referats/19228/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1038">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/19228/image028.jpg" v:shapes="_x0000_i1039">
<span Times New Roman",«serif»">Интенсивностьвозбуждения щели зависит от ее положения на стенке волновода. Так, например,продольная щель при х<img src="/cache/referats/19228/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1040"> не излучает и поэтомуне оказывает влияния на режим работы волновода. Примером такой щели являетсящель, по которой перемещается зонд в волноводной измерительной линии. По мереувеличения х<img src="/cache/referats/19228/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1041">
<span Times New Roman",«serif»">Интенсивностьвозбуждения щели зависит не только от ее расстояния от средней линии волноводах<img src="/cache/referats/19228/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1042"> от расстояниямежду 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 идеальнойметаллической поверхности существует узел составляющей <img src="/cache/referats/19228/image034.gif" v:shapes="_x0000_i1043"> и пучность <img src="/cache/referats/19228/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1044"> (рис.5).
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/19228/image038.jpg" v:shapes="_x0000_i1045">
<span Times New Roman",«serif»">Чтобыпродольная возбуждалась с максимальной интенсивностью, ее центр надо поместитьв пучность <img src="/cache/referats/19228/image034.gif" v:shapes="_x0000_i1046">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">z<img src="/cache/referats/19228/image040.gif" v:shapes="_x0000_i1047"><span Times New Roman",«serif»">- должно равняться нечетному числу <img src="/cache/referats/19228/image042.gif" v:shapes="_x0000_i1048"><img src="/cache/referats/19228/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1049"><img src="/cache/referats/19228/image043.gif" v:shapes="_x0000_i1050"> от поршня.<span Times New Roman",«serif»">Известно,что волновод прямоугольного сечения с волной типа Н<img src="/cache/referats/19228/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1051"> можно представитьэквивалентной двухпроводной линией с волновой проводимостью
<span Times New Roman",«serif»"> <img src="/cache/referats/19228/image045.gif" v:shapes="_x0000_i1052"> (4)
<span Times New Roman",«serif»">где <img src="/cache/referats/19228/image047.gif" v:shapes="_x0000_i1053"> — волновоесопротивление.
<span Times New Roman",«serif»">Щель,прорезанная в стенке волновода, представляет для последнего некоторую нагрузкуи влияет на режим его работы. Часть энергии, идущей по волноводу, излучаетсящелью, часть отражается от нее, как от всякой неоднородности, и направляетсяобратно к генератору, часть проходит дальше. Влияние щели на режим работы волноводахарактеризуется входной проводимостью
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">Y<img src="/cache/referats/19228/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1054"><span Times New Roman",«serif»"> <span Times New Roman",«serif»">и входным сопротивлением<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">Z<img src="/cache/referats/19228/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1055"><span Times New Roman",«serif»">. Входное сопротивление (проводимость)щели произвольной длины есть величина комплексная. В основном применяютсярезонансные щели (Х<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/19228/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1056"><span Times New Roman",«serif»">= В<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/19228/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1057"><span Times New Roman",«serif»">= 0). Чтобы щель была резонансной, еедлина должна быть несколько меньше <img src="/cache/referats/19228/image043.gif" v:shapes="_x0000_i1058"><span Times New Roman",«serif»"> <img src="/cache/referats/19228/image051.gif" v:shapes="_x0000_i1059"> (5)
<span Times New Roman",«serif»">Поперечнаящель, прорезанная в широкой стенке волновода, прерывает линии плотностипродольной составляющей поверхностного тока. Поэтому эту щель следуетрассматривать как сопротивление, последовательно включенное в провода эквивалентнойволноводу двухпроводной согласованной линии (рис.6, а). В случае резонанснойпоперечной щели нормированное входное сопротивление рассчитывается по формуле:
<span Times New Roman",«serif»"> <img src="/cache/referats/19228/image053.gif" v:shapes="_x0000_i1060"> , (6) где <img src="/cache/referats/19228/image043.gif" v:shapes="_x0000_i1061"> — длина волны вволноводе;
<span Times New Roman",«serif»"> <img src="/cache/referats/19228/image055.gif" v:shapes="_x0000_i1062"> — длина волны всвободном пространстве;
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">a<span Times New Roman",«serif»"> — ширина широкой стенки волновода;<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">d<span Times New Roman",«serif»"> — ширина узкой стенки волновода;<span Times New Roman",«serif»"> х<img src="/cache/referats/19228/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1063">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/19228/image057.jpg" v:shapes="_x0000_i1064">
<span Times New Roman",«serif»">Израссмотрения формулы (6) видно, что входное сопротивление резонанснойпоперечной щели максимально, если центр этой щели совпадает с центром широкойстенки волновода (х<img src="/cache/referats/19228/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1065">
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">R<img src="/cache/referats/19228/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1066"><span Times New Roman",«serif»"> уменьшается по мере удаления центра поперечнойщели от центра широкой стенки.<span Times New Roman",«serif»">Однимиз видов поперечных щелей является щель, прорезанная в пластине, закрывающейторец волновода (рис.7). Для улучшения направленных свойств торцеваяволноводная щелевая антенна снабжается специальным экраном. Щель возбуждаетсяпродольными токами, замыкающимися на внутренней поверхности пластины. В своюочередь щель возбуждает систему токов на внешней поверхности торца волноводаили экрана. Резонансное эквивалентное сопротивление такой щели при симметричномрасположении ее относительно широких стенок волновода определяется по формуле(6).
<span Times New Roman",«serif»">Продольнаящель прерывает линии плотности поперечной составляющей поверхностного тока.Поперечные токи как бы ответвляются от проводов эквивалентной линии впараллельно присоединенные к ним шлейфы. Поэтому продольную щель следуетрассматривать как сопротивление, присоединенное параллельно двухпроводнойлинии, т.е. как проводимость
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">G<img src="/cache/referats/19228/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1067"><span Times New Roman",«serif»"> (рис.6, б). Нормированная входная проводимостьрезонансной продольной щели рассчитывается по формуле:<span Times New Roman",«serif»"> <img src="/cache/referats/19228/image059.gif" v:shapes="_x0000_i1068"> (7)
<span Times New Roman",«serif»">Израссмотрения формулы (7) следует, что входная проводимость продольнойрезонансной щели равна нулю, если щель находится в центре широкой стенки (х<img src="/cache/referats/19228/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1069"><img src="/cache/referats/19228/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1070">
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">a<span Times New Roman",«serif»">/ 2) или на боковой стенке. К аналогичному выводу можно придти из рассмотрениярис.3 и 4.<span Times New Roman",«serif»">Приведенныеформулы для эквивалентного приведенного входного сопротивления и эквивалентнойприведенной входной проводимости получены для полуволновых щелей. Эта длинавесьма близка к резонансной длине щели, при которой эквивалентное реактивноесопротивление х
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/19228/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1071"><span Times New Roman",«serif»"> иэквивалентная реактивная проводимость <span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">b<img src="/cache/referats/19228/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1072"><span Times New Roman",«serif»"> равны нулю. Так как <img src="/cache/referats/19228/image061.gif" v:shapes="_x0000_i1073"> и <img src="/cache/referats/19228/image063.gif" v:shapes="_x0000_i1074"><span Times New Roman",«serif»">Какуказывалось ранее, резонансная длина щели несколько меньше <img src="/cache/referats/19228/image055.gif" v:shapes="_x0000_i1075"><img src="/cache/referats/19228/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1076"><img src="/cache/referats/19228/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1077"><img src="/cache/referats/19228/image055.gif" v:shapes="_x0000_i1078">
<span Times New Roman",«serif»">относительносередины широкой стенки волновода резонансная длина увеличивается, приближаяськ <img src="/cache/referats/19228/image055.gif" v:shapes="_x0000_i1079">
<span Times New Roman",«serif»">Резонанснаядлина поперечной щели в широкой стенке прямоугольного волновода при смещении х<img src="/cache/referats/19228/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1080">
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US">l<span Times New Roman",«serif»"> = 0,488<img src="/cache/referats/19228/image055.gif" v:shapes="_x0000_i1081"><span Times New Roman",«serif»">Втех случаях, когда излучатель должен быть более широкополосным, находятприменение гантельные щели. Зависимость входного сопротивления гантельной щелиот ее размеров приведена на рис.8. С увеличением диаметра закругления
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">D<span Times New Roman",«serif»"> точка резонанса смещается всторону больших длин волн и полоса пропускания увеличивается.<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/19228/image065.jpg" v:shapes="_x0000_i1082">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">II.
<span Times New Roman",«serif»">ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Структурнаясхема установки для измерения эквивалентной проводимости, сопротивления и характеристикинаправленности щелей приведены на рис.9. Полуволновые резонансные излучателипрорезаны в металлической пластине, которая может перемещаться относительно осиволновода (рис.10). Величина смещения щели ( х<img src="/cache/referats/19228/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1083">
<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/19228/image067.jpg" v:shapes="_x0000_i1084">
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">1. <span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Измерениевходного эквивалентного сопротивления резонансной щели, прорезанной вбесконечной проводящей поверхности:<span Times New Roman",«serif»">-подключить к генератору торцевой щелевой излучатель (см. рис.7);
<span Times New Roman",«serif»">-установить частоту генератора (задается преподавателем);
<span Times New Roman",«serif»">-с помощью измерительной линии определить КСВ и запомнить положение одного изминимумов напряжения в линии. Закоротить излучающую щель. Определить, насколько и в какую сторону смещается при закорачивании щели зафиксированныйранее минимум напряжения в измерительной линии. Определить на круговойдиаграмме полных сопротивлений величину эквивалентного входного сопротивлениящели.
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/19228/image069.jpg" v:shapes="_x0000_i1085">
<span Times New Roman",«serif»">Рассчитатьвходное эквивалентное сопротивление торцевой полуволновой щели по формуле (6).Сравнить величины, полученные экспериментальным и расчетным путем.
<span Times New Roman",«serif»">2. Измерение эквивалентного входногосопротивления и проводимости поперечной и продольной резонансной щели,прорезанных в широкой стенке волновода;
<span Times New Roman",«serif»">-подключить к генератору согласно схеме (рис.9) волновод с продольной ипоперечной щелями. Переместить пластины со щелями так, чтобы середина поперечнойщели оказалась симметричной оси волновода. Направить максимум излучения на приемнуюрупорную антенну. Зафиксировать наличие излучения с помощью приемника.Короткозамыкателем настроить щелевой излучатель на максимум излучения.
<span Times New Roman",«serif»"> Снять нормированную характеристикунаправленности в плоскости Н. Сравнить с расчетной.
<span Times New Roman",«serif»">Аналогичноп.1 определить входное эквивалентное сопротивление поперечной резонансной щелии сравнить с расчетными значениями (6).
<span Times New Roman",«serif»">Повернутьна 90<img src="/cache/referats/19228/image071.gif" v:shapes="_x0000_i1086"> излучающую поперечнующель и рупорную приемную антенну. Снять нормированную диаграмму направленностив плоскости Е. Сравнить с расчетной.
<span Times New Roman",«serif»">3. <span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Определитьэквивалентную входную проводимость продольной излучающей щели для трехположений ( х<img src="/cache/referats/19228/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1087"> х<img src="/cache/referats/19228/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1088"> х<img src="/cache/referats/19228/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1089"><span Times New Roman",«serif»">Снятьнормированную диаграмму направленности в плоскостях Е, Н.
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">ЛИ Т Е Р А Т У Р А
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">1. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. М., “Связь”, 1967
<span Times New Roman",«serif»">2. Жук М.С., Молочков Ю.Е. Проектирование антенно-фидерных устройств. М-Л, “Энергия”, 1966
<span Times New Roman",«serif»">3. Айзенберг Г.З. Антенны ультракоротких волн. М., “Связь”, 1967
<span Times New Roman",«serif»">4. <span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Антенныи устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающихэлементов. Под ред. Д.И.Воскресенского. М., “Сов. радио”, 1972.<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">