Основные параметры, характеризующие щель в волноводе
Возбуждение щели в волноводе 'происходит тогда, когда она своей широкой стороной пересекает 'поверхностные токи, текущие по внутренним стенкам волновода.
При построении волноводно-щелевой антенны, -например : 'Н,а основе прямоугольного волновода с основным тидом волны Яю, .необходимо учитывать, что в волноводе имеют место продольный и поперечный токи на его широких стенках и поперечный ток на узких стенках;
На рис. 5.1 показаны четыре основных типа излучающих щелей в таком волноводе. Щели I, II и III расположены в широкой стенке волновода, щель IV —в уз-
кой. Продольная щель I пересекает поперечный ток, если она сдвинута относительно средней линии широкой стенки волновода. При x1=0 излучение отсутствует и при увеличении смещения X1 излучение возрастает. Поперечная щель II возбуждается продольными токами. Интенсивность ее возбуждения уменьшается при смещении от средней лийии. При x1 = 0 излучение ее максимально. Наклонно-смещенная щель III пересекается как продольными, так и поперечными токами. При
x1 = 0 и
6 = 0°, где; б — угол наклона щели относительно средней линии широкой стенки волновода/излучение щели отсутствует. Щель IV, прорезанная в боковой стенке, при угле наклона 6 = 0° (рис. 6.1) не возбуждается. Если б = 909, излучение максимально.
Путем совмещения центров щелей I и II можно получить крестообразную щель. При расположении центра крестообразной щели в соответствующем месте на широкой стенке прямоугольного волновода (Л 1] она излучает волны, поляризованные ino кругу.
Как только что указывалось- продольная щель, расположенная вдоль средней линии волновода = 0), и наклонная щель на боковой стенке (п,ри '6=0°) не излучают. Однако протекание токов в стенках вблизи от этих щелей можно изменить таким образом, чтобы излучение происходило. Для этого используются так называемые реактивные вибраторы, представляющие собой металлические стержни, ввинчиваемые -в волновод рядом со щелью, и нарушающие симметрию тока в стенке волновода ![Л О 1].
Наклонные щели в узкой -стенке (тип IV, рис. 5.1) обычно несколько вдаются в широкие стенки волновода. При прорезании таких щелей в волноводе оказывается [Л 1], что практически независимо от угла наклона щели б (если б^!15°) при фиксированной глубине выреза /о реактивная проводимость щели мала и незначительно влияет на постоянную распространения волновода. Кроме того, подобные щели обладают тем ценным качест- ; вом, что .их реактивная (проводимость при изменении частоты меняется значительно меньше, чем у щелей, прорезанных в широкой -стенке волновода. В соответствии с этим наклонные щели в узкой стенке волновода являются предпочтительными как с электрической, так и конструктивной точек зрения, особенно щ больших антенных системах. . ,
Внешняя и внутренняя проводимости излучения щели.
Эквивалентная нормированная проводимость щели
в волноводе
При возбуждении щели в волноводе токами, текущими по его внутренним стенкам, щель излучает электромагнитную энергию как во внешнее -пространству, так и в волновод. Проводимость излучения щели, которая
определяется внешним излучением, называют внешней проводимостью излучения:
Проводимость 'излучения, определяемую излучением энергии в волновод, называют внутренней проводимостью излучения щели:
С помощью принципа двойственности [Л 2] можно показать,., что внешняя проводимость излучения резонансной щели, прорезанной в стенке волновода, имеющей фланец бесконечных размеров, равна
где R— сопротивление излучения эквивалентного симметричного вибратора.
В реальных щелевых антеннах, прсхрезанных в экране конечных размеров, значение провб^димйсти излучения всегда меньше [Л 3] односторШней проводимости щели в бесконечном экране примерно на (10-15) %.
Следовательно, можно принять, что внешняя проводимость излучения щели в волноводе при обычно используемых типах волнов одно -щелевых антенн равна
Знание внутренних, проводимо стей щелей Увн, наряду с внешними, позволяет определить резонансную частоту щели различной длины и проследить ее зависимость от местоположения на стенке волновода |[Л 4].
Как известно, щель, прорезанная в волноводе, нарушает режим работы волновода, вызывая отражение электромагнитной энергии. При этом часть энергии излучается, остальная проходит дальше по волноводу. Таким образом, щель является нагрузкой для волновода,в которой рассеивается часть мощности, 'эквивалентная мощности излучения.
Поэтому представление, о 'Влиянии щели на волну в волноводе или соответственно об эквивалентной схеме щели можно получить, заменив волновод эквивалентной
Двухпроводной линией, в которую вклЮчёйы сойротивле- Н)ия параллельно {g+jb) или . последовательно (г+jx)• в зависимости от типа щели. Так, продольная щель эквивалентна параллельно включенному сопротивлению 'В линию, поп ер ечн а я В- поел е д ов а те л ын о м у [ЛО 14]. При расчете волноводно-щелевых антенн обычно пользуются последовательным сопротивлением ir, нормированным к волновому сопротивлению волновода, и параллельной проводимостью g, нормированной к волновой .проводи-: мости 'волновода. Как сопротивление г, так и проводимость g однозначно связац-к с внешней и .внутренней пров о дим остям и излучения щели и могут быть найдены из условия баланса мощностей ib сечении щели в волноводе [Л 3, л О 13].
Эквивалентная схема резонансной щели (см. рис. 5.8,а), произвольным образом прорезанной в волноводе i(тип III, рис. 5.1), сможет быть представлена двумя отрезками двухпроводной линии электрической длины Ai и А^ с шунтирующей проводимостью g ![Л. 5].
При этом справедливо равенство
т. е. произвольная резонансная щель в волноводе не меняет фазу прошедшей волны.
В табл. 5.1 показаны основные типы щелей, прорезаемых в 'волноводах, их •эквивалентные схемы, а также приведены соотношения для эквивалентных нормированных активных сопротивлений и лроводимостей полуволновых щелей iB волноводе.
При составлении та-бл. 5.1 приняты следующие обозначения: Я —длина волны генератора; 4вВ- длина волны в волноводё; а и b —внутренние размеры волновода (ширина и высота).
Резонансная длина щели
Формулы, приведенные в табл. 5.1 для эквивалентных проводимостей g. и эквив а л ентных сопротивл ений г щелей в волноводе, получены для полуволновых щелей.
Эта длина весьма 'близка к резонансной длине щели,' при которой эквивалентная реактивная проводимость Ь и эквивалентное реактивнее сопротивление х равны нулю. Так <как g и г мало меняются в близи р езон ан с а, то выражениями для g и г можно пользоваться и для резо-
наноных Щелей. Резонансная длина щели несколько меньше Я/2 и тем меньше, чем шире щель. Кроме того, резонансная длина щели зависит от смещения ее Xi относительно середины широкой стенки волновода. Для определения резонансной длины продольной щели, прорезанной в широкой стенке (волновода, можно воспользоваться расчетными кривыми [ЛО 1 ^приведенными на рис. 5.2 в виде, - удобн-ом для н еп о с р едет в ен н ого определения резонансной "длины щелей2L.
Данные приведены для ©олновода с замедлением Y^AbBo^Z^для трех значении шир®{ы щели di. Видно, что чем шире щель, тем больше резонансная длина щели отличается от Я/2. При фиксированной ширине щели и небольшом увеличении смещения х\ продольной щели относительно середины широкой стенки волновода резонансная длина увеличивается, приближаясь к Я/2. При дальнейшем увеличении смещения щели ее резонансная длина начинает уменьшаться.
Резонансная длина поперечной щели в широкой стенке прямоугольного волновода 3-см диапазона волн при смещении Xi=G равна 2L=0,488Я [Л4],' т. е. незначительно отличается от половины длины волны генератора. Наклонные щел и в. узкой стенке и;м еют р езон а ноную дли - ну, приближенно равную половине длины волны!в свободном пространстве [Л. 1] (точное ее значение обычно подбирается экспериментальным путем).
При расчетах волноводно-щелевых антенн важно
знать ширину йрлосы пропускания щели, которая харак-
теризуется добротностью. Зависимость ^:до б р отн ости продольной щели Q от ее относительной ширины ddk показана на рис. 5.3 для волновода с замедлением фазовой скорости у = 0,67 при смещений центра щели относительно средней линии, широкой стенки волновода на Xi/X=0,185. Из рисунка следует/ что при ширине щели, лежащей в пределах di/iX— (0,05-^0,1), ее добротность меняется незначительно и не превышает десяти, что соответствует при большой несущей частоте сигнала в диапазоне СВЧ значительной полосе пропускания'(2AfJf^ 10%).
График зависимости добротности продольной щели от ее относительной ширины можно использовать и для по-; перечной щели при ориентировочной оценке ее полосы', nip опускания .
Дата добавления: 2014-12-24; просмотров: 2209;