Štěrbinová anténa

Štěrbinová anténa - anténa vyrobená ve formě kovového rádiového vlnovodu , tuhého koaxiálního vedení, dutinového rezonátoru nebo plochého plechu (síta), v jehož vodivém povrchu jsou vyříznuty otvory (štěrbiny) sloužící k vyzařování (resp. přijímat) rádiové vlny . K záření dochází v důsledku buzení štěrbin: ve vlnovodech, rezonátorech a koaxiálních vedeních - vnitřním elektromagnetickým polem , v plochých obrazovkách - pomocí vysokofrekvenčního kabelu připojeného přímo k okrajům štěrbiny. Štěrbinové antény mají poměrně jednoduchý design; mohou postrádat vyčnívající části, což je v některých případech jejich důležitá výhoda (například při instalaci do letadla).

Historie

Navzdory tomu, že difrakci elektromagnetických vln dírami a štěrbinami v nekonečné ploché obrazovce studovali Schwarzschild a Rayleigh v letech 1902 a 1903, z hlediska anténní techniky bylo elektromagnetické záření z děr uvažováno teoreticky M.S. Neumann [1]
V roce 1944 A.A. Pistohlkors studoval prstencovou štěrbinovou anténu [1] . Výsledkem práce bylo, že Alexander Aleksandrovich formuloval princip duality pro štěrbinové antény.
Přibližně v polovině 50. let se začaly používat štěrbinové antény v metrovém pásmu [1] .

Obecné informace

Když povrchové proudy proudí podél vnitřních stěn vlnovodu, štěrbina, která protíná čáry šíření těchto proudů, je odpovídajícím způsobem vybuzena. Povrchový proud částečně obtéká mezeru ve formě posuvného proudu, který odpovídá elektrickému poli uvnitř mezery, a poté pokračuje ve stejném směru. Distribuční zákon tohoto pole je blízký sinusoidě. Protože se při výrobě štěrbinových antén nejčastěji používají obdélníkové vlnovody buzené vlnou H 10 , skládá se magnetické pole ze dvou složek H x a H z , což znamená, že povrchové podélné (js pr ) a příčné (js p ) proudy proudí na stěnách vlnovodu. V tomto případě protékají podélné proudy na širokých stěnách vlnovodu a příčné proudy na úzkých. V souladu s tím tyto proudy využívají příčné a podélné štěrbiny; příčné jsou obvykle umístěny pouze na širokých stěnách, zatímco podélné jsou umístěny jak na širokých, tak na úzkých stěnách vlnovodu.

Existují tři hlavní typy štěrbinových antén:

rezonanční;
nerezonanční;
s odpovídajícími sloty.

Rezonanční antény

Rezonanční štěrbinové antény jsou antény, ve kterých je vzdálenost mezi sousedními štěrbinami . Takové antény jsou koordinovány pouze v úzkém frekvenčním pásmu a buzení jejich štěrbin je ve fázi, respektive vyzařuje podél normály k ose antény. $\lambda _{\text{in))/2$

Podélné štěrbiny takových antén jsou posunuty vzhledem ke střední linii široké stěny vlnovodu kvůli absenci příčných proudů. Soufázové buzení štěrbin umístěných na jedné straně střední čáry je zajištěno vzdáleností mezi sousedními štěrbinami rovna , a soufázové buzení štěrbin na obou stranách střední čáry vzdáleností rovnou . Tím vznikne fázový posun o 180°. A vzhledem k tomu, že příčné proudy tečou v opačných směrech na obou stranách středové čáry, vzniká dodatečný fázový posun o 180°, který zajišťuje buzení štěrbin ve fázi. $\lambda _{\text{in))$ $\lambda _{\text{in))/2$

Soufázové buzení příčných štěrbin je dosaženo tím, že vzdálenost mezi sousedními štěrbinami je . Na stejné délce vlnovodu je dvakrát méně příčných štěrbin než podélných štěrbin, což vede k vážnému nedostatku - zvětšení postranních laloků. $\lambda _{\text{in))$

Nevýhodou rezonančních antén je prudká změna přizpůsobení antény se změnou frekvence. Při jiných než rezonančních frekvencích není vzdálenost mezi zářiči stejná , proto k buzení štěrbin dochází nerovnoměrně a fázově, vyzařovací diagram je zkreslený. $\lambda _{\text{in))/2$

Nerezonanční antény

Nerezonanční štěrbinové antény se nazývají antény, ve kterých je vzdálenost mezi sousedními štěrbinami v provozním pásmu o něco menší nebo větší . Odpovídající pásmo nerezonančních antén je širší než u rezonančních antén. Rozdíl ve vzdálenosti mezi štěrbinami vede k mimofázovému buzení dopadající vlnou, což vede k lineární změně fáze a odchylce maxima záření od normály k ose. Může dojít k odrazu od konce antény, což je nežádoucí, protože to vede ke vzniku laloku, který svírá s normálou úhel. Pro odstranění tohoto laloku je anténa obvykle opatřena absorbční zátěží. $\lambda _{\text{in))/2$ $\theta$

Protože jsou štěrbiny umístěny podél vlnovodu ve vzdálenosti ne rovné , jsou buzeny postupující vlnou. Vzhledem k mimofázovému buzení štěrbin svírá směr maximálního záření určitý úhel s normálou k ose vlnovodu. Úhel sklonu čela fáze (povrchy stejných fází) a směr maximálního vyzařování závisí na poměru vlnové délky ve vzduchu a vlnovodu. Úhel sklonu měřený od normály k ose vlnovodu , kde je fázový rozdíl mezi sousedními štěrbinami a d je vzdálenost mezi sousedními štěrbinami. Kvůli zvýšené fázové rychlosti ve vlnovodu . Aby se zmenšil fázový rozdíl mezi sousedními sloty a zmenšil úhel , je anténa vyrobena tak, aby každý následující slot obdržel dodatečný fázový posun o 180° vzhledem k předchozímu. v tomto případě fázový rozdíl mezi sloty: . $\lambda _{\text{in))/2$ ${\displaystyle \theta _{0}=\arcsin {\psi _{0}\lambda \over 2\pi d))$ $\psi_{0}$ $\psi _{0}<{2\pi \over \lambda }d$ $\psi_{0}$ $\psi '_{0}=\psi _{0}+\pi$

Rozdíl mezi tímto typem antény a předchozím je v dobré shodě v širokém frekvenčním pásmu.

Antény s odpovídajícími sloty

V anténách tohoto typu jsou sloty obvykle umístěny ve vzdálenosti rovné . Nejsou zde žádné odražené vlny, rozložení pole je ve fázi a směr maximálního záření se shoduje s normálou k ose antény. $\lambda _{\text{in))/2$

Fraktální štěrbinové antény

Při syntéze štěrbinových antén lze použít fraktální a kvazifraktální geometrické tvary [2] . Frézování obrysů štěrbiny pomocí křivek vyplňujících prostor ( ang. Space-Filling Curves ) umožňuje rozšířit šířku pásma prvků štěrbinové antény.

Viz také

Anténa Vivaldi

Literatura

Aizenberg G. Z. VHF antény, část 2, ed.: "Komunikace", Moskva, 1977
Rothammel Carl . Antény, ed.: LITE Ltd, 2005 ( ISBN 3-440-07018-2 )
Příručka radioelektroniky Ed. A.A. Kulikovsky svazek 2, ed.: "Energy", Moskva, 1968

Poznámky

↑ 1 2 3 Pistohlkors A.A. Současný stav teorie štěrbinových antén // Radiotechnika, v.2 listopad-prosinec 1947, č. 1, s. 35-38
↑ Slyusar, V. Fraktální antény. Zásadně nový typ „rozbitých“ antén. . Elektronika: věda, technika, obchod. - 2007. - č. 5. S. 78-83. (2007). (neurčitý)

Antény
Princip fungování	Anténa Vivaldi Anténa pro povrchové vlny Anténa Uda Yagi aperturní anténa vlnovodná anténa Gravitační anténa Zrcadlová anténa Měřicí anténa koaxiální anténa Linková anténa čočková anténa vícepaprsková anténa patch anténa Klaksónová anténa Prutová anténa Anténa Helix Satelitní anténa Turniketová anténa Pin Kulikov štěrbinová anténa
Snímání	mechanické skenování elektrické skenování Elektromechanické skenování
Anténní pole	Adaptivní anténní pole Sfázovaná anténa Digitální anténní pole
dodatečně	Tlumič Boční laloky DN Vibrátor Dělič výkonu vyzařovací diagram Dipól Hertzův dipól Přepínač Poměr postupné vlny poměr stojatých vln Směrový koeficient Mikrovlnný můstek půlvlnný vibrátor Polarizátor Symetrický vibrátor Posuvník fáze Podavač Huygensův prvek