se formează o secțiune de sfert de undă scurtcircuitată a unei linii cu două fire. Având o rezistență mare de intrare, nu permite curenților să se ramifice spre carcasa exterioară a alimentatorului. Deoarece rezistența dintre punctele „a” și „b” este mare, brațele vibratorului la frecvența radiației sunt izolate electric, în ciuda conexiunii galvanice dintre ele. Marginile fantelor sunt de obicei lărgite pentru a asigura potrivirea impedanței undei a alimentatorului cu impedanța de intrare a vibratorului.

			λ /2					Cot în U (Fig. 3.20). Acest
								curbat	alimentator coaxial
								lungime λ /2,	la pro-
								a cărui apă este racordată
								umerii vibratorului. Extern
								tava de alimentare pentru alimentarea umerilor nu este
								folosit și împământat. Pe-
								tensiuni și curenți în punctele „a” și
			λ /2					„b” au dimensiuni egale și opuse
								sunt opuse în fază, după cum este necesar
								disponibil pentru simetric
alimentare aeriană. Cu exceptia							simetrie		U-genunchiul se reduce

impedanța de intrare a vibratorului este de 4 ori. În acest sens, este convenabil să-l folosiți pentru a alimenta vibratorul cu buclă Pistelkors, a cărui impedanță de intrare este de 300 ohmi, cu un alimentator standard cu ρ f = 75 ohmi.

3. 2. Slot antene

3.2.1. Tipuri de antene slot. Caracteristicile designului lor

O antenă cu fantă este o fantă îngustă tăiată în suprafața metalică a unui ecran, a carcasei rezonatorului sau a ghidului de undă. Lățimea fantei d<<λ , длина обычно близка к половине волны. Щели прорезаются так, чтобы они пересекали линии поверхностного тока, текущего по внутренней стенке волновода или резонатора (рис. 3.21). Возможны различные положения щелей (см. рис. 3.21): поперечная (1), продольная (2), наклонная (3), и разнообразные их формы: прямолинейные, уголковые, гантельные, крестообразные (рис. 3.22).

Un curent de suprafață de înaltă frecvență, care traversează spațiul, induce sarcini alternative (tensiune) de-a lungul marginilor sale și pe partea din spate (exterioară)

Nu suprafața sunt excitați curenții. Câmpul electric din gol și curenții de pe suprafață sunt surse de radiație și se formează în spațiu

		câmp electromagnetic.
			Cel mai simplu
		sunt
		de diferite dimensiuni cu slot,
		fantă pentru rezonator
		și fantă-ghid de undă
			Excitaţie
		fante de jumătate de undă în ex-
			efectuat în
		metru		gamă
		folosind simetric
		linie cu două fire și

iar în decimetru - folosind o linie de transmisie coaxială. În acest caz, conductorul exterior este conectat la o margine a fantei, iar conductorul interior este conectat la cealaltă. Pentru a potrivi linia de transmisie cu antena, punctul de alimentare este deplasat de la mijlocul slotului la marginea acestuia. O astfel de antenă poate radia în ambele emisfere. În intervalul de centimetri și partea adiacentă a domeniului decimetrului, sunt utilizate antene cu rezonanță și ghid de undă cu slot (vezi Fig. 3.21, 3.22). În ghidurile de undă coaxiale, sunt excitate doar fantele transversale sau înclinate, în ghidurile de undă dreptunghiulare sunt posibile diverse opțiuni de plasare a sloturilor (vezi Fig. 3.21).

Lățimea slotului afectează părțile active și reactive ale rezistenței de intrare. Ambele componente cresc odată cu creșterea lățimii fantei. Prin urmare, pentru a compensa Xin, este necesar să reduceți lungimea slotului (scurtați-l). O creștere a Rin duce la o extindere a lățimii de bandă a antenei slot. De obicei, lățimea slotului d este selectată în intervalul (0,03...0,15)λ. Pentru a extinde și mai mult lățimea de bandă, sunt folosite sloturi pentru gantere și modele speciale de dispozitive interesante.

Pe lângă gamă, alegerea lățimii slotului este influențată de condiția de asigurare a rezistenței electrice. Concentrarea sarcinilor electrice la marginile golului duce la supratensiuni locale și la apariția de electricitate.

unde E ь max este intensitatea câmpului electric la antinod. Luând E ь max = E μ (tensiune de rupere, pentru aer uscat E μ = 30 kV/m), găsim

d min= U ы max/ E pr.

În practică, alegeți d ≥ K rezerva d min, unde K rezerva =2...4 este coeficientul de rezervă

Sloturile de forme mai complexe decât cele dreptunghiulare pot fi considerate combinații ale celor simple. Sunt folosite pentru a produce unde electromagnetice cu proprietățile de polarizare necesare. De exemplu, un slot în formă de cruce vă permite să obțineți o antenă cu polarizare eliptică și circulară. Direcția de rotație depinde de direcția de deplasare a fantei față de axa peretelui larg al ghidului de undă.

Antenele cu slot se disting prin designul lor simplu, fiabilitatea ridicată și absența pieselor proeminente, ceea ce le permite să fie utilizate în sistemele de antene aeronave și terestre ca antene independente, alimente pentru sisteme complexe de antene și elemente ale rețelelor de antene.

3.2.2. Un singur slot. Principiul dualității lui Pistelkors

Să luăm în considerare caracteristicile și parametrii așa-numitei antene cu slot ideal, i.e. o singură fantă tăiată într-un ecran plat perfect conducător. Calcularea câmpului unei astfel de antene folosind ecuațiile electrodinamicii prezintă dificultăți semnificative. Este mult simplificat dacă folosim principiul dualității formulat de Pistelkors în 1944. Acest principiu se bazează pe dualitatea permutațională a ecuațiilor lui Maxwell, cunoscută din teoria câmpului electromagnetic. Pentru un gol, aceste ecuații au forma:

Dacă ecranul este îndepărtat și fanta este înlocuită cu un vibrator plat ideal de aceleași dimensiuni ca fanta (Fig. 3.23), și cu aceeași distribuție a curentului ca și distribuția tensiunii de-a lungul fantei (un vibrator echivalent tăiat de la ecran la formează fanta), atunci câmpul emis vor de asemenea

va satisface ecuațiile lui Maxwell

rotHr B = iωε 0 EB ,

rotEB = − iωμ 0 H B ,

dar în alte condiții de limită:

în locul ecranului - E τ

≠ 0, H τ = 0; pe vibrator - E τ B = 0, H τ B ≠ 0. (3,29)

Comparând condițiile la limită ale fantei (3.27) și ale vibratorului echivalent (3.29), putem verifica că structurile câmpului electric din apropierea fantei și ale câmpului magnetic din apropierea vibratorului coincid. Condițiile limită pentru vibratorul echivalent sunt obținute din condițiile limită pentru slot prin rearanjarea E ↔ H. Ținând cont de cele de mai sus, pentru câmpul complet din întreg spațiul putem scrie:

E r = C 1 H B , H = C 2 E B ,

unde C 1 şi C 2 sunt coeficienţi constanţi.

În practică, se folosesc de obicei fante de jumătate de undă. În acest caz, indiferent de metoda de excitare, amplitudinea câmpului electric în gol este maximă în centru și scade spre margini, adică. corespunde legii distribuției curentului într-un vibrator cu semiundă. Pentru o fantă îngustă (vibrator subțire), condițiile la limită și, prin urmare, coeficienții constanți, pot fi exprimate ca

tensiune în centrul fantei U 0 și curent în centrul vibratorului I 0 (vezi Fig. 3.23):

	U0, H				De unde provine C = 2 U 0.

Atunci prima expresie din (3.31) va fi rescrisă ca:

E =			H B .

Astfel, principiul dualității aplicat antenelor slot este formulat astfel: câmpul electric al unei antene slot, până la un factor constant, coincide cu câmpul magnetic al unui vibrator suplimentar de aceleași dimensiuni ca slotul și cu același distribuția amplitudinii.

Aceasta înseamnă că EMF-ul slotului și vibratorul echivalent sunt diferite

între ele numai prin rotirea vectorilor corespunzători E r ы și E B cu 90°,

H r sch și H B .

Aplicând principiul dualității, putem scrie pentru modelele de radiație:

Fu (θ) H = F B (θ) E;

F u(θ) E = F B (θ) H,

unde F sch (θ ) H , F sch (θ ) E - goluri DN normalizate în planurile H și E corespunzătoare

responsabil; F B (θ ) H , F B (θ ) E sunt modelele normalizate corespunzătoare ale vibratorului cu semiundă.

Când unghiul θ este măsurat de la normal la planul fantei, diagrama de radiație a fantei de semiundă va fi scris în conformitate cu egalitatea (3.33) sub forma:

	cos(π sinθ )
F ы(θ ) H =				F ы (θ )E = 1.y				există măsuri de ecran
					forma DN și sub-
					rectifica
					avioane.

Rezistența fantei, precum și a vibratorului, este complexă și depinde de dimensiunile acesteia (lungime 2l și lățime d). Valorile lui Rw in și X w in sunt calculate pentru diferite valori ale lui l / λ și sunt date sub formă de grafice în literatura de referință și educațională. Componenta reactivă a decalajului este de natură capacitivă. Cu toate acestea, decalajul poate fi ajustat și prin scurtarea acestuia. Cantitatea de scurtare se calculează folosind formula:

							ln(2λ π d )

După cum rezultă din (3.35), fantele mai largi sunt scurtate cu o cantitate mai mare.

Rezistența de intrare a slotului este legată de rezistența de intrare a vibratorului care o completează. Este mai convenabil să exprimăm această relație în termeni de conductanță complexă a decalajului de intrare:

Z inv

(60π )2

Astfel, conductivitatea de intrare a intervalului este determinată de expresie

(60π )2

unde ρ A = 120 ln

− 0,577

Impedanța undei a slotului.

π d

Conductanță complexă de intrare a unui slot de jumătate de undă

• Traducere

Articolul pentru traducere a fost propus de alessandro893. Materialul este preluat de pe un site de referință extins, care descrie, în special, principiile de funcționare și proiectare a radarelor.

O antenă este un dispozitiv electric care transformă electricitatea în unde radio și invers. Antena este folosită nu numai în radare, ci și în bruiaj, sisteme de avertizare asupra radiațiilor și sisteme de comunicații. În timpul transmisiei, antena concentrează energia emițătorului radar și formează un fascicul îndreptat în direcția dorită. La recepție, antena colectează energia radar de întoarcere conținută în semnalele reflectate și le transmite receptorului. Antenele variază adesea ca formă și eficiență a fasciculului.

În stânga este o antenă izotropă, în dreapta este o antenă direcțională

Antena dipol

O antenă dipol, sau dipol, este cea mai simplă și mai populară clasă de antene. Este format din doi conductori identici, fire sau tije, de obicei cu simetrie bilaterală. Pentru dispozitivele de transmisie, i se furnizează curent, iar pentru dispozitivele de recepție, se primește un semnal între cele două jumătăți ale antenei. Ambele părți ale alimentatorului de la emițător sau receptor sunt conectate la unul dintre conductori. Dipolii sunt antene rezonante, adică elementele lor servesc drept rezonatoare în care undele staționare trec de la un capăt la altul. Deci lungimea elementelor dipol este determinată de lungimea undei radio.

Model direcțional

Dipolii sunt antene omnidirecționale. Din acest motiv, ele sunt adesea folosite în sistemele de comunicații.

Antenă sub formă de vibrator asimetric (monopol)

O antenă asimetrică este jumătate dintr-o antenă dipol și este montată perpendicular pe suprafața conducătoare, un element reflector orizontal. Directivitatea unei antene monopol este de două ori mai mare decât a unei antene dipol cu ​​lungime dublă, deoarece nu există radiație sub elementul reflectorizant orizontal. În acest sens, eficiența unei astfel de antene este de două ori mai mare și este capabilă să transmită mai departe unde folosind aceeași putere de transmisie.

Model direcțional

Antenă cu canal de undă, antenă Yagi-Uda, antenă Yagi

Model direcțional

Antena de colt

Un tip de antenă folosit adesea pe transmițătoarele VHF și UHF. Este alcătuit dintr-un iradiator (acesta poate fi un dipol sau o matrice Yagi) montat în fața a două ecrane reflectorizante dreptunghiulare plate conectate la un unghi, de obicei 90°. O foaie de metal sau un grătar (pentru radarele de joasă frecvență) poate acționa ca un reflector, reducând greutatea și reducând rezistența vântului. Antenele de colț au o gamă largă, iar câștigul este de aproximativ 10-15 dB.

Model direcțional

Antenă log-periodică a vibratorului (periodic logaritmic) sau matrice log-periodică de vibratoare simetrice

O antenă log-periodică (LPA) constă din mai mulți emițători dipol cu ​​jumătate de undă de lungime treptat. Fiecare constă dintr-o pereche de tije metalice. Dipolii sunt atașați strâns, unul în spatele celuilalt, și conectați la alimentator în paralel, cu faze opuse. Această antenă arată similar cu antena Yagi, dar funcționează diferit. Adăugarea de elemente la o antenă Yagi crește directivitatea (câștigul), iar adăugarea de elemente la un LPA crește lățimea de bandă. Principalul său avantaj față de alte antene este gama extrem de largă de frecvențe de operare. Lungimile elementelor antenei se raportează între ele conform unei legi logaritmice. Lungimea celui mai lung element este 1/2 din lungimea de undă a frecvenței celei mai joase, iar cel mai scurt este 1/2 din lungimea de undă a frecvenței celei mai înalte.

Model direcțional

Antena helix

O antenă elicoidală constă dintr-un conductor răsucit într-o spirală. Ele sunt de obicei montate deasupra unui element reflectorizant orizontal. Alimentatorul este conectat la partea inferioară a spiralei și la planul orizontal. Ele pot funcționa în două moduri - normal și axial.

Mod normal (transvers): Dimensiunile helixului (diametrul și înclinarea) sunt mici în comparație cu lungimea de undă a frecvenței transmise. Antena funcționează în același mod ca un dipol sau monopol scurtcircuitat, cu același model de radiație. Radiația este polarizată liniar paralel cu axa spiralei. Acest mod este utilizat în antene compacte pentru radiouri portabile și mobile.

Modul axial: dimensiunile spiralei sunt comparabile cu lungimea de undă. Antena funcționează ca una direcțională, transmitend fasciculul de la capătul spiralei de-a lungul axei acesteia. Emite unde radio de polarizare circulară. Adesea folosit pentru comunicații prin satelit.

Model direcțional

Antena rombica

O antenă diamant este o antenă direcțională de bandă largă constând din unul până la trei fire paralele fixate deasupra solului în formă de diamant, susținute la fiecare vârf de turnuri sau stâlpi de care sunt atașate firele cu ajutorul izolatorilor. Toate cele patru laturi ale antenei au aceeași lungime, de obicei cel puțin aceeași lungime de undă sau mai lungă. Adesea folosit pentru comunicare și operare în domeniul undelor decametrice.

Model direcțional

Matrice de antene bidimensionale

Matrice multi-element de dipoli utilizată în benzile HF (1,6 - 30 MHz), constând din rânduri și coloane de dipoli. Numărul de rânduri poate fi 1, 2, 3, 4 sau 6. Numărul de coloane poate fi 2 sau 4. Dipolii sunt polarizați orizontal și un ecran reflectorizant este plasat în spatele matricei de dipoli pentru a oferi un fascicul amplificat. Numărul de coloane dipol determină lățimea fasciculului azimutal. Pentru 2 coloane lățimea fasciculului este de aproximativ 50°, pentru 4 coloane este de 30°. Faza principală poate fi înclinată cu 15° sau 30° pentru o acoperire maximă de 90°.

Numărul de rânduri și înălțimea celui mai jos element deasupra solului determină unghiul de elevație și dimensiunea zonei deservite. O matrice de două rânduri are un unghi de 20°, iar o matrice de patru are un unghi de 10°. Radiația dintr-o matrice bidimensională se apropie de obicei de ionosferă sub un unghi ușor și, datorită frecvenței sale scăzute, este adesea reflectată înapoi la suprafața pământului. Deoarece radiația poate fi reflectată de multe ori între ionosferă și sol, acțiunea antenei nu se limitează la orizont. Drept urmare, o astfel de antenă este adesea folosită pentru comunicații la distanță lungă.

Model direcțional

Antena corn

O antenă corn constă dintr-un ghid de undă metalic în formă de corn care se extinde care colectează undele radio într-un fascicul. Antenele corn au o gamă foarte largă de frecvențe de operare; ele pot funcționa cu un decalaj de 20 de ori în limitele sale - de exemplu, de la 1 la 20 GHz. Câștigul variază de la 10 la 25 dB și sunt adesea folosiți ca fluxuri pentru antene mai mari.

Model direcțional

Antena parabolica

Una dintre cele mai populare antene radar este reflectorul parabolic. Alimentarea este situată în centrul parabolei, iar energia radarului este direcționată către suprafața reflectorului. Cel mai adesea, o antenă cu corn este folosită ca alimentare, dar pot fi folosite atât o antenă dipol, cât și o antenă elicoidală.

Deoarece sursa punctuală de energie se află la focalizare, aceasta este convertită într-un front de undă de fază constantă, făcând parabola potrivită pentru utilizare în radar. Prin modificarea dimensiunii și formei suprafeței reflectorizante, pot fi create fascicule și modele de radiații de diferite forme. Directivitatea antenelor parabolice este mult mai bună decât cea a unui Yagi sau a unui dipol; câștigul poate ajunge la 30-35 dB. Principalul lor dezavantaj este incapacitatea lor de a gestiona frecvențele joase din cauza dimensiunii lor. Un alt lucru este că iradiatorul poate bloca o parte a semnalului.

Model direcțional

Antena Cassegrain

O antenă Cassegrain este foarte asemănătoare cu o antenă parabolică convențională, dar folosește un sistem de două reflectoare pentru a crea și focaliza fasciculul radar. Reflectorul principal este parabolic, iar reflectorul auxiliar este hiperbolic. Iradiatorul este situat la unul dintre cele două focare ale hiperbolei. Energia radar de la transmițător este reflectată de reflectorul auxiliar pe cel principal și focalizată. Energia care se întoarce de la țintă este colectată de reflectorul principal și reflectată sub forma unui fascicul care converge într-un punct spre cel auxiliar. Acesta este apoi reflectat de un reflector auxiliar și colectat în punctul în care se află iradiatorul. Cu cât reflectorul auxiliar este mai mare, cu atât poate fi mai aproape de cel principal. Acest design reduce dimensiunile axiale ale radarului, dar crește umbrirea diafragmei. Un mic reflector auxiliar, dimpotrivă, reduce umbrirea deschiderii, dar trebuie amplasat departe de cea principală. Avantaje în comparație cu o antenă parabolică: compactitate (în ciuda prezenței unui al doilea reflector, distanța totală dintre cele două reflectoare este mai mică decât distanța de la alimentarea la reflectorul unei antene parabolice), pierderi reduse (receptorul poate fi plasat aproape la emițătorul claxonului), interferența redusă a lobilor laterali pentru radarele de sol. Principalele dezavantaje: fasciculul este blocat mai puternic (dimensiunea reflectorului auxiliar și a alimentării este mai mare decât dimensiunea alimentării unei antene parabolice convenționale), nu funcționează bine cu o gamă largă de unde.

Model direcțional

Antena Grigore

În stânga este antena Gregory, în dreapta este antena Cassegrain

Antena parabolică Gregory este foarte asemănătoare ca structură cu antena Cassegrain. Diferența este că reflectorul auxiliar este curbat în direcția opusă. Designul lui Gregory poate folosi un reflector secundar mai mic în comparație cu o antenă Cassegrain, ceea ce duce la blocarea mai puțină a fasciculului.

Antenă offset (asimetrică).

După cum sugerează și numele, emițătorul și reflectorul auxiliar (dacă este o antenă Gregory) ale unei antene offset sunt deplasate față de centrul reflectorului principal pentru a nu bloca fasciculul. Acest design este adesea folosit pe antenele parabolice și Gregory pentru a crește eficiența.

Antenă Cassegrain cu placă de fază plată

Un alt design conceput pentru a combate blocarea fasciculului de către un reflector auxiliar este antena plată Cassegrain. Funcționează ținând cont de polarizarea undelor. O undă electromagnetică are 2 componente, magnetică și electrică, care sunt întotdeauna perpendiculare între ele și direcția de mișcare. Polarizarea undei este determinată de orientarea câmpului electric, acesta poate fi liniar (vertical/orizontal) sau circular (circular sau eliptic, răsucit în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic). Lucrul interesant despre polarizare este polarizatorul, sau procesul de filtrare a undelor, lăsând doar undele polarizate într-o direcție sau plan. De obicei, polarizatorul este realizat dintr-un material cu un aranjament paralel de atomi sau poate fi o rețea de fire paralele, distanța dintre care este mai mică decât lungimea de undă. Se presupune adesea că distanța ar trebui să fie aproximativ jumătate din lungimea de undă.

O concepție greșită comună este că unda electromagnetică și polarizatorul funcționează într-un mod similar cu un cablu oscilant și un gard de scânduri - adică, de exemplu, o undă polarizată orizontal trebuie blocată de un ecran cu fante verticale.

De fapt, undele electromagnetice se comportă diferit de undele mecanice. O rețea de fire paralele orizontale blochează complet și reflectă o undă radio polarizată orizontal și transmite una polarizată vertical - și invers. Motivul este acesta: atunci când un câmp electric, sau undă, este paralel cu un fir, el excită electroni pe lungimea firului și, deoarece lungimea firului este de multe ori mai mare decât grosimea sa, electronii se pot mișca cu ușurință și absorb cea mai mare parte a energiei undei. Mișcarea electronilor va duce la apariția unui curent, iar curentul își va crea propriile unde. Aceste unde vor anula undele de transmisie și se vor comporta ca unde reflectate. Pe de altă parte, atunci când câmpul electric al undei este perpendicular pe fire, va excita electroni pe toată lățimea firului. Deoarece electronii nu se vor putea mișca activ în acest mod, foarte puțină energie va fi reflectată.

Este important de menționat că, deși în majoritatea ilustrațiilor undele radio au doar 1 câmp magnetic și 1 câmp electric, aceasta nu înseamnă că ele oscilează strict în același plan. De fapt, ne putem imagina că câmpurile electrice și magnetice constau din mai multe subcâmpuri care se adună vectorial. De exemplu, pentru o undă polarizată vertical din două subcâmpuri, rezultatul adunării vectorilor acestora este vertical. Când două subcâmpuri sunt în fază, câmpul electric rezultat va fi întotdeauna staționar în același plan. Dar dacă unul dintre subcâmpuri este mai lent decât celălalt, atunci câmpul rezultat va începe să se rotească în jurul direcției unde se mișcă (aceasta este adesea numită polarizare eliptică). Dacă un subcâmp este mai lent decât celelalte cu exact un sfert de lungime de undă (faza diferă cu 90 de grade), atunci obținem polarizare circulară:

Pentru a converti polarizarea liniară a unei unde în polarizare circulară și înapoi, este necesar să încetiniți unul dintre subcâmpuri față de celelalte cu exact un sfert din lungimea de undă. Pentru aceasta, cel mai des este folosit un grătar (placă de fază cu sfert de undă) de fire paralele cu o distanță între ele de 1/4 lungime de undă, situată la un unghi de 45 de grade față de orizontală.
Pentru o undă care trece prin dispozitiv, polarizarea liniară se transformă în circulară și circulară în liniară.

O antenă Cassegrain cu o placă de fază plată care funcționează pe acest principiu este formată din doi reflectoare de dimensiuni egale. Asistenta reflectă numai unde polarizate orizontal și transmite unde polarizate vertical. Cel principal reflectă toate valurile. Placa reflector auxiliară se află în fața celei principale. Este format din două părți - o placă cu fante care rulează la un unghi de 45° și o placă cu fante orizontale mai mici de 1/4 lungime de undă lățime.

Să presupunem că fluxul transmite o undă cu polarizare circulară în sens invers acelor de ceasornic. Unda trece prin placa sfert de undă și devine o undă polarizată orizontal. Este reflectat de firele orizontale. Trece din nou prin placa cu sfert de undă, pe cealaltă parte, și pentru aceasta firele plăcii sunt deja orientate în oglindă, adică parcă ar fi rotite cu 90°. Schimbarea anterioară a polarizării este inversată, astfel încât unda devine din nou polarizată circular în sens invers acelor de ceasornic și călătorește înapoi la reflectorul principal. Reflectorul schimbă polarizarea din sens invers acelor de ceasornic în sensul acelor de ceasornic. Trece fără rezistență prin fantele orizontale ale reflectorului auxiliar și pleacă în direcția țintelor, polarizat vertical. În modul de recepție, se întâmplă invers.

Slot antenă

Deși antenele descrise au un câștig destul de mare în raport cu dimensiunea deschiderii, toate au dezavantaje comune: susceptibilitate mare a lobilor laterali (susceptibilitate la reflexiile neplăcute de la suprafața pământului și sensibilitate la ținte cu o zonă de împrăștiere eficientă scăzută), eficiență redusă datorită blocarea fasciculului (radarele mici, care pot fi folosite pe aeronave, au o problemă cu blocarea; radarele mari, unde problema blocării este mai mică, nu pot fi folosite în aer). Ca rezultat, a fost inventat un nou design de antenă - o antenă cu slot. Este realizat sub forma unei suprafețe metalice, de obicei plană, în care sunt tăiate găuri sau fante. Când este iradiat la frecvența dorită, unde electromagnetice sunt emise din fiecare slot - adică sloturile acționează ca antene individuale și formează o matrice. Deoarece fasciculul care vine din fiecare fantă este slab, lobii lor laterali sunt, de asemenea, foarte mici. Antenele cu slot se caracterizează prin câștig mare, lobi laterali mici și greutate redusă. Este posibil să nu aibă părți proeminente, ceea ce în unele cazuri este avantajul lor important (de exemplu, atunci când sunt instalate pe aeronave).

Model direcțional

Antenă pasiv phased array (PFAR)

Radar cu MIG-31

Încă din primele zile ale dezvoltării radarului, dezvoltatorii au fost afectați de o problemă: echilibrul dintre precizie, rază de acțiune și timpul de scanare al radarului. Apare deoarece radarele cu o lățime a fasciculului mai îngustă cresc precizia (rezoluție crescută) și raza de acțiune la aceeași putere (concentrație de putere). Dar cu cât lățimea fasciculului este mai mică, cu atât radarul scanează mai mult întreg câmpul vizual. Mai mult, un radar cu câștig mare va necesita antene mai mari, ceea ce este incomod pentru scanarea rapidă. Pentru a obține o precizie practică la frecvențe joase, radarul ar necesita antene atât de mari încât ar fi greu de rotit mecanic. Pentru a rezolva această problemă, a fost creată o antenă pasivă în fază. Nu se bazează pe mecanică, ci pe interferența undelor pentru a controla fasciculul. Dacă două sau mai multe valuri de același tip oscilează și se întâlnesc într-un punct din spațiu, amplitudinea totală a undelor se adună aproape în același mod ca și undele de pe apă. În funcție de fazele acestor unde, interferența le poate întări sau slăbi.

Fasciculul poate fi modelat și controlat electronic prin controlul diferenței de fază a unui grup de elemente de transmisie - controlând astfel unde apare interferența de amplificare sau atenuare. De aici rezultă că radarul aeronavei trebuie să aibă cel puțin două elemente de transmisie pentru a controla fasciculul dintr-o parte în alta.

În mod obișnuit, un radar PFAR constă dintr-o alimentare, un LNA (amplificator cu zgomot scăzut), un distribuitor de putere, 1000-2000 de elemente de transmisie și un număr egal de schimbători de fază.

Elementele de transmisie pot fi antene izotrope sau direcționale. Câteva tipuri tipice de elemente de transmisie:

La primele generații de avioane de luptă, antenele cu patch (antene cu bandă) au fost folosite cel mai des, deoarece erau cel mai ușor de dezvoltat.

Rețelele moderne de fază activă folosesc emițători groove datorită capacităților lor de bandă largă și câștig îmbunătățit:

Indiferent de tipul de antenă utilizat, creșterea numărului de elemente radiante îmbunătățește caracteristicile de directivitate ale radarului.

După cum știm, pentru aceeași frecvență radar, creșterea diafragmei duce la o scădere a lățimii fasciculului, ceea ce mărește raza de acțiune și precizia. Dar pentru rețelele în faze, nu merită să măriți distanța dintre elementele emițătoare în încercarea de a crește deschiderea și de a reduce costul radarului. Pentru că dacă distanța dintre elemente este mai mare decât frecvența de funcționare, pot apărea lobi laterali, degradând semnificativ performanțele radarului.

Cea mai importantă și costisitoare parte a PFAR sunt defazatoarele. Fără ele, este imposibil să controlezi faza semnalului și direcția fasciculului.

Ele vin în diferite tipuri, dar în general pot fi împărțite în patru tipuri.

Schimbătoare de fază cu întârziere

Cel mai simplu tip de schimbătoare de fază. Este nevoie de timp pentru ca un semnal să circule printr-o linie de transmisie. Această întârziere, egală cu defazarea semnalului, depinde de lungimea liniei de transmisie, de frecvența semnalului și de viteza de fază a semnalului în materialul de transmisie. Prin comutarea unui semnal între două sau mai multe linii de transmisie de o lungime dată, defazarea poate fi controlată. Elementele de comutare sunt relee mecanice, diode pin, tranzistoare cu efect de câmp sau sisteme microelectromecanice. Diodele cu pin sunt adesea folosite din cauza vitezei mari, a pierderilor reduse și a circuitelor de polarizare simple care oferă modificări de rezistență de la 10 kΩ la 1 Ω.

Întârziere, sec = defazare ° / (360 * frecvență, Hz)

Dezavantajul lor este că eroarea de fază crește odată cu creșterea frecvenței și crește în dimensiune odată cu descreșterea frecvenței. De asemenea, schimbarea de fază variază în funcție de frecvență, deci nu sunt aplicabile pentru frecvențe foarte joase și înalte.

Defazator reflectorizant/cadratura

De obicei, acesta este un dispozitiv de cuplare în cuadratura care împarte semnalul de intrare în două semnale defazate la 90°, care sunt apoi reflectate. Ele sunt apoi combinate în fază la ieșire. Acest circuit funcționează deoarece reflexiile semnalului de la liniile conductoare pot fi defazate în raport cu semnalul incident. Defazatul variază de la 0° (circuit deschis, capacitate varactor zero) la -180° (circuit scurtcircuitat, capacitate varactor infinit). Astfel de schimbătoare de fază au o gamă largă de funcționare. Cu toate acestea, limitările fizice ale varactorilor înseamnă că, în practică, schimbarea de fază poate ajunge doar la 160°. Dar pentru o schimbare mai mare este posibil să combinați mai multe astfel de lanțuri.

Modulator IQ vectorial

La fel ca un schimbător de fază reflectorizant, aici semnalul este împărțit în două ieșiri cu o schimbare de fază de 90 de grade. Faza de intrare imparțială se numește canal I, iar cuadratura cu un offset de 90 de grade se numește canal Q. Fiecare semnal este apoi trecut printr-un modulator bifazic capabil să schimbe faza semnalului. Fiecare semnal este defazat cu 0° sau 180°, permițând selectarea oricărei perechi de vectori în cuadratura. Cele două semnale sunt apoi recombinate. Deoarece atenuarea ambelor semnale poate fi controlată, nu este controlată doar faza, ci și amplitudinea semnalului de ieșire.

Schimbător de fază pe filtre trece-înalt/jos

A fost fabricat pentru a rezolva problema schimbărilor de fază cu întârziere în timp care nu pot funcționa într-un interval mare de frecvență. Funcționează prin comutarea căii semnalului între filtrele trece-înalt și trece-jos. Similar cu un comutator de fază cu întârziere, dar folosește filtre în loc de linii de transmisie. Filtrul de trecere înaltă este format dintr-o serie de inductori și condensatori care asigură avans de fază. Un astfel de schimbător de fază asigură o schimbare constantă de fază în domeniul de frecvență de funcționare. De asemenea, este mult mai mic ca dimensiune decât defazatoarele enumerate anterior, motiv pentru care este cel mai des folosit în aplicațiile radar.

Pentru a rezuma, în comparație cu o antenă reflectorizantă convențională, principalele avantaje ale PFAR vor fi: viteza mare de scanare (creșterea numărului de ținte urmărite, reducerea probabilității ca stația să detecteze o avertizare de radiații), optimizarea timpului petrecut pe țintă, câștig mare și lobi laterali mici (dificil de blocat și detectat), secvență de scanare aleatorie (mai greu de blocat), capacitatea de a utiliza tehnici speciale de modulare și detecție pentru a extrage semnalul din zgomot. Principalele dezavantaje sunt costul ridicat, incapacitatea de a scana mai mult de 60 de grade în lățime (câmpul vizual al unei rețele de fază staționară este de 120 de grade, un radar mecanic îl poate extinde la 360).

Antenă activă în fază

În exterior, AFAR (AESA) și PFAR (PESA) sunt greu de distins, dar în interior sunt radical diferite. PFAR folosește unul sau două amplificatoare de mare putere pentru a transmite un singur semnal, care este apoi împărțit în mii de căi pentru mii de defazatoare și elemente. Un radar AFAR este format din mii de module de recepție/transmisie. Deoarece emițătoarele sunt amplasate direct în elementele în sine, nu are un receptor și un transmițător separat. Diferențele de arhitectură sunt prezentate în imagine.

În AFAR, majoritatea componentelor, cum ar fi un amplificator de semnal slab, un amplificator de mare putere, un duplexor și un comutator de fază, sunt reduse în dimensiune și asamblate într-o carcasă numită modul de transmisie/recepție. Fiecare dintre module este un radar mic. Arhitectura lor este următoarea:

Deși AESA și PESA folosesc interferența undelor pentru a modela și a devia fasciculul, designul unic al AESA oferă multe avantaje față de PFAR. De exemplu, un mic amplificator de semnal este situat aproape de receptor, înaintea componentelor unde se pierde o parte din semnal, astfel încât are un raport semnal-zgomot mai bun decât un PFAR.

Mai mult, cu capacități de detectare egale, AFAR are un ciclu de lucru și o putere de vârf mai scăzute. De asemenea, deoarece modulele individuale APAA nu se bazează pe un singur amplificator, ele pot transmite semnale la frecvențe diferite simultan. Ca rezultat, AFAR poate crea mai multe fascicule separate, împărțind matricea în subbariere. Abilitatea de a opera pe mai multe frecvențe aduce multitasking și capacitatea de a implementa sisteme electronice de bruiaj oriunde în raport cu radarul. Dar formarea prea multor fascicule simultane reduce raza de acțiune a radarului.

Cele două dezavantaje principale ale AFAR sunt costul ridicat și câmpul vizual limitat la 60 de grade.

Antene hibride electronice-mecanice phased array

Viteza foarte mare de scanare a matricei în fază este combinată cu un câmp vizual limitat. Pentru a rezolva această problemă, radarele moderne plasează rețele în faze pe un disc mobil, ceea ce mărește câmpul vizual. Nu confundați câmpul vizual cu lățimea fasciculului. Lățimea fasciculului se referă la fasciculul radar, iar câmpul vizual se referă la dimensiunea totală a zonei scanate. Fasciculele înguste sunt adesea necesare pentru a îmbunătăți precizia și raza de acțiune, dar un câmp vizual îngust nu este de obicei necesar.

Etichete: Adăugați etichete

UDC 621.396.677.71

DOI: 10.14529/ctcr150203

ANTENA CILINDRICĂ FANTĂ

D.S. Klygach, V.A. Dumchev, N.N. Repin, N.I. Voitovici

Universitatea de Stat din Uralul de Sud, Chelyabinsk

Este prezentată o antenă cilindrică cu fante cu un dispozitiv original pentru asortarea cu alimentatorul. Antena este realizată sub formă de fantă longitudinală pe o țeavă metalică cu un diametru mult mai mic decât lungimea de undă; lungimea fantei este mai mică decât lungimea de undă în spațiul liber. Parametrii antenei au fost găsiți folosind o metodă numerică într-o formulare electrodinamică strictă a problemei. În același timp, designul dispozitivului de potrivire este luat în considerare în modelul electrodinamic al antenei. Rezultatele teoretice în domeniul de frecvență de funcționare sunt în concordanță cantitativă bună cu rezultatele experimentale obținute pe prototipuri de antene. Metoda și dispozitivul propuse în articol fac posibilă coordonarea simplă și convenabilă a antenei cu alimentatorul.

Cuvinte cheie: antenă cu slot, bandă potrivită, SWR.

Introducere

Antena cilindrică cu slot a fost propusă pentru prima dată în 1938 de către Alan D. Blumlein pentru a fi utilizată în emisiunile de televiziune în domeniul de unde ultrascurte cu polarizare orizontală și un model de radiație circular (RP) în plan orizontal. Antenele cu slot nu perturbă aerodinamica obiectelor pe care sunt instalate, ceea ce a determinat ulterior utilizarea lor pe scară largă pe submarine, avioane, rachete și alte obiecte în mișcare. Antenele cu slot sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă ca antene terestre.

În antena A. D. Blumlein, o fantă este tăiată pe toată lungimea unui tub cilindric vertical cu jumătate de undă. Pentru a regla antena în acord cu alimentatorul, se folosește un dispozitiv de reglare a lățimii slotului, ceea ce este incomod pentru utilizare practică.

A. Este cunoscută antena cilindrică cu fantă Alford, care conține o țeavă metalică cu o fantă longitudinală continuă, un scurtcircuit la un capăt al fantei și un dispozitiv de excitare a antenei la celălalt capăt al fantei. Diametrul conductei este de 0,12X...0,15X, unde X este lungimea de undă în spațiul liber. În această antenă, golul este acoperit de suprafețele exterioare și interioare ale țevii. Antena, datorită diametrului relativ mic al conductei în raport cu lungimea de undă, reprezintă o reactanță inductivă. O altă consecință a șuntării decalajului este o creștere a vitezei de fază în raport cu lungimea de undă din spațiul liber; cu cât este mai mare, cu atât diametrul conductei este mai mic. Prin urmare, lungimea fantei este aleasă să fie egală cu mai multe lungimi de undă în spațiul liber.

Este cunoscută o antenă cu fantă cilindrică pentru emiterea undelor de înaltă frecvență polarizate orizontal, care conține un cilindru conductor cu o fantă longitudinală, scurtcircuitat la ambele capete ale cilindrului, excitat de un cablu coaxial, al cărui conductor exterior este conectat galvanic la prima margine a fantei, iar conductorul central este conectat galvanic la a doua margine a fantului.

Un dezavantaj comun al acestor antene este că nu au dispozitive suficient de simple pentru a se potrivi cu alimentatorul. Din această cauză, procesul de reglare a antenei în coordonare cu alimentatorul la o anumită frecvență de operare devine mai complicat.

Scopul lucrării este de a dezvolta o antenă cilindrică cu fantă cu un dispozitiv simplu de asortare cu alimentatorul. Lungimea antenei nu trebuie să depășească o lungime de undă în spațiul liber. Dispozitivul de potrivire ar trebui să fie convenabil atunci când reglați o antenă cu slot cilindric prin potrivirea la banda de frecvență de funcționare.

Pentru a atinge acest obiectiv, au fost efectuate experimente numerice și la scară completă.

1. Enunțarea problemei

Există o opțiune cunoscută pentru excitarea unei antene cu fantă folosind un cablu coaxial, în care conductorul exterior al cablului coaxial este conectat galvanic la o margine largă a fantei, iar conductorul central este conectat galvanic la marginea lată opusă a slotului. În zona golului, mantaua și conductorul exterior al cablului coaxial sunt îndepărtate, iar conductorul central din dielectric este așezat peste gol. Dacă diametrul țevii este relativ mare, atunci potrivirea cu cablul cu această metodă de excitare a fantei se realizează prin alegerea distanței I de la punctul de excitare la marginea îngustă a fantei. Cu un diametru relativ mic al conductei, această metodă nu atinge scopul dorit.

Există o altă opțiune cunoscută pentru excitarea unei antene cu slot folosind ca dispozitiv de potrivire o secțiune deschisă a unei linii de transmisie coaxiale la capăt, care s-a dovedit a fi eficientă atunci când fanta este realizată pe o bandă metalică.

Este necesară investigarea comportamentului de potrivire a antenei cu alimentatorul pentru metodele menționate de excitare a unei antene cu fantă cilindrice, cu condiția ca diametrul conductei în care este realizată fanta să fie mult mai mic decât lungimea de undă.

2. Metode de rezolvare a problemei

2.1. Metoda teoretică

Pentru o antenă slot pe un cilindru de lungime finită, a fost efectuat un experiment numeric într-o formulare riguroasă folosind o metodă directă spațiu-timp pentru rezolvarea ecuațiilor lui Maxwell în formă integrală. Metoda timpului direct rezolvă problema electrodinamică a valorii la limită generalizată la spațiu cu patru dimensiuni. Problema valorii la limită formulată pentru un continuum continuu este redusă la modele variaționale și de proiecție-grilă. Acest lucru ia în considerare designul real al excitatorului și al dispozitivului de potrivire. Structura electrodinamică este afectată de un impuls video scurt, care excită aproape toate tipurile posibile de oscilații naturale ale obiectului studiat, ceea ce face ca reacția observată să se desfășoare în timp să fie extrem de informativă.

2.2. Metoda experimentala

Pentru a efectua studii experimentale, au fost realizate trei machete ale unei antene cu slot cilindric. Mai mult, în toate cele trei modele lungimea fantei a fost aceeași, egală cu 0,888 lungimi de undă în spațiul liber.

În primul prototip, antena este excitată de un cablu coaxial, a cărui împletitură este conectată galvanic la o margine a slotului, iar conductorul său central este conectat galvanic la cealaltă margine a slotului.

În cel de-al doilea prototip, antena este excitată de un cablu coaxial, a cărui împletitură este conectată galvanic la o margine a fantei, iar conductorul său central este conectat la conductorul central al secțiunii de cablu potrivite situat pe a doua margine a fantei. slot. Impletitura secțiunii de cablu potrivite este conectată galvanic la a doua margine a fantei.

În a treia configurație, antena este excitată de un cablu coaxial, a cărui împletitură este conectată galvanic la o margine a fantei, iar conductorul său central este conectat la conductorul central al secțiunii potrivite a cablului, care este așezat prin un cilindru potrivit conectat galvanic la a doua margine a fantei. În acest caz, împletitura secțiunii de cablu potrivite nu este conectată galvanic la nimic.

Măsurătorile parametrilor unei antene cu slot cilindric au fost efectuate în conformitate cu diagrama prezentată în Fig. 1, folosind contorul de coeficient de transmisie și reflexie complex OZOR-YUZ conform instrucțiunilor sale de utilizare. Calibrarea dispozitivului cu măsuri de calibrare - turație în gol „XX”, scurtcircuit „Scurtcircuit”, sarcină potrivită „Încărcare”. au fost realizate cu conectarea etaloanelor de calibrare la cablul de măsurare prin trecerea E2-113/4.

Orez. 1. Schema de masurare a parametrilor unei antene cu fanta cilindrica

Folosind un metru de coeficienți de transmisie și reflexie complecși, -SWR, părțile reale și imaginare ale rezistenței complexe sunt măsurate în secțiunea corespunzătoare conexiunii cablului de măsurare cu cablul antenei, care este desemnată mai jos ca secțiunea T2T2.

Măsurătorile au fost efectuate la un loc de antenă fără obiecte reflectorizante la o distanță de până la 5 m. Antena cu fantă a fost instalată vertical, cu partea inferioară a cilindrului sprijinită pe un suport de lemn, care a fost atașat de trepiedul de măsurare. Înălțimea de instalare a antenei cu fantă (partea inferioară a cilindrului său) față de suprafața locului de testare a fost de cel puțin 1,7 m.

Din teoria unei linii de transmisie de lungime finită (Fig. 2) se știe că rezistența totală echivalentă

linia de transmisie Zg

în secțiunea T2T2,

aplicat la distanță / față de sarcina cu rezistență, este determinat de următoarea formulă: 2н + iZвtg (р/)

Zв + йнЧ (р/) "

Orez. 2. Linie de transmisie cu lungime finită

Aici 2b este impedanța caracteristică a liniei de transmisie; P - coeficientul de fază; Zn - rezistența la sarcină; Zg - rezistența internă a generatorului; / este distanța de la sarcină până la secțiunea în cauză din linia de transport.

În experimente, rolul unei bucăți de cablu de lungime / este jucat de cablul de antenă, rolul unei bucăți de cablu între secțiunile T2T2 și TT îl joacă cablul de măsurare.

Când se măsoară conform diagramei din Fig. 2, contorul de coeficient de transmisie complex arată valorile părților reale și imaginare ale impedanței de intrare a antenei, transformate la intrarea cablului de antenă, adică 2(/) .

Pentru a găsi rezistența direct la intrarea antenei (fără influența transformării rezistenței de către cablul de măsurare), o exprimăm din formula (1), presupunând că cunoaștem 2 (/).

2 (/)-iZ în^ (p/)

Zв - iZ (/) ^ (р/)■

Rezultatele măsurătorilor prezentate mai jos sunt recalculate folosind această formulă.

3. Rezultate obţinute

3.1. Opțiune de excitare antenă cu contact galvanic al conductorului central al cablului coaxial cu marginea fantului

Pentru a efectua experimente la scară completă, a fost realizat primul prototip al unei antene cu slot cilindric (Fig. 3).

Modelul de antenă 1 conține o carcasă 2 cu fantă longitudinală 3 și un cablu coaxial 6. Carcasa 2 este realizată dintr-o bucată de țeavă cilindrică de aluminiu cu lungimea de 1DA, cu diametrul exterior de 0D4A și grosimea peretelui de 0,0044 ^. Fantul longitudinal 3 cu primele 4 și a doua 5 margini are o lungime de 0,888^ și o lățime de 0,033^. Lungimea cablului coaxial 6 RK-50-2-11 este de 640 mm, ceea ce reprezintă jumătate din lungimea de undă a cablului la o frecvență de operare de 332 MHz.

Conductorul exterior al cablului coaxial este fixat de prima margine a fantei pentru a forma contact galvanic cu corpul antenei. În zona slotului, mantaua și conductorul exterior al cablului coaxial sunt îndepărtate; conductorul central este conectat galvanic la a doua margine a fantei.

Cablul este fixat pe suprafața cilindrului de-a lungul unei linii drepte, diametral opusă axei longitudinale a fantei, cu o îndoire spre fantă într-un punct opus punctului de excitație al fantei. Dependențele părților reale și imaginare ale rezistenței de intrare a antenei obținute prin recalcularea rezultatelor experimentale folosind formula (2) sunt prezentate în Fig. 4 și, respectiv, 5.

Orez. 3. Dispunerea unei antene cu slot cilindric

Experimental * Teoretic

Frecvență, MHz

Experimentează Georetical Youkaya

Frecvență. MHz

Orez. 4. Dependenţa părţii reale a impedanţei de intrare a antenei de frecvenţă: a - în domeniul de frecvenţă de operare; b - într-o gamă largă de frecvențe

Orez. 5. Dependenţa părţii imaginare a rezistenţei de intrare de frecvenţă: a - în domeniul de frecvenţă de lucru; b - într-o gamă largă de frecvențe

Dependența SWR de frecvență pe o gamă largă de frecvențe ale antenei este prezentată în Fig. 6.

Experiment * * Teoretic

300 400 500 600 700 800 900 1000

Frecvență, MHz

Orez. 6. Dependența SWR de frecvență pe o gamă largă de frecvențe

Din examinarea graficelor prezentate în fig. 5, se poate observa că partea imaginară a rezistenței de intrare a antenei într-un domeniu larg de frecvență ia valori pozitive, adică este inductivă. Prin urmare, pentru a compensa componenta inductivă a impedanței de intrare a antenei, este necesar să se utilizeze un dispozitiv de potrivire de tip capacitiv. În al doilea prototip, vom folosi ca dispozitiv de potrivire un segment deschis al unei linii de transmisie coaxiale cu o lungime mai mică de un sfert din lungimea de undă. Rezistența de intrare a unui astfel de segment este capacitivă. Ca rezultat, un astfel de dispozitiv de potrivire compensează partea inductivă a impedanței de intrare a antenei cu slot cilindric.

3.2. Opțiune de excitare a antenei folosind o secțiune de cablu potrivită

Deci, în cea de-a doua versiune a excitației antenei, o secțiune a unei linii de transmisie coaxiale deschisă la capăt, mai puțin de un sfert din lungimea de undă, este utilizată ca dispozitiv de potrivire (Fig. 7).

După cum este cunoscut, impedanța de intrare a unui segment de linie de transmisie deschis la capăt cu o lungime mai mică de un sfert din lungimea de undă este capacitivă. Ca rezultat al includerii secvenţiale a unui astfel de dispozitiv de potrivire la frecvenţa de operare, partea inductivă a impedanţei de intrare a antenei este compensată.

În cel de-al doilea prototip al unei antene cu slot cilindric, o secțiune a liniei de transmisie coaxiale 7 este utilizată ca dispozitiv de potrivire, la fel cum autorii au folosit-o într-o antenă cu fantă turnichet de bandă largă cu un model de radiație circular cu polarizare orizontală a câmpului de radiație. Un segment de potrivire cu o lungime de 0,028X, unde X este lungimea de undă la frecvența medie a intervalului de frecvență de funcționare, este plasat pe a doua margine a fantei pentru a forma un contact galvanic între conductorul exterior al segmentului de cablu și țeavă. . Conductorul central al cablului de antenă este conectat galvanic la conductorul central al secțiunii de cablu potrivite. Lungimea cablului antenei este de 640 mm.

Ca și în primul aspect, cablul este fixat pe suprafața cilindrului de-a lungul unei linii drepte, diametral opusă axei longitudinale a fantei, cu o îndoire spre fantă în vecinătatea punctului de excitare a fantei.

Graficul dependenței părții reale a rezistenței de intrare de frecvență (Fig. 8) arată că în intervalul de frecvență 330-450 MHz, valoarea părții reale este egală cu (50 ± 10) ohmi. Partea imaginară a rezistenței de intrare în acest interval crește de la -50 la +120 Ohm, la o frecvență de 332 MHz, valoarea părții imaginare a rezistenței de intrare este zero (Fig. 9). În fig. Figura 10 arată dependența SWR de frecvență pe o gamă largă de frecvențe ale antenei.

Orez. 7. Antenă cu slot cilindric

Experiment teoretic

" G " 1 " -1- i

Experiment teoretic

1 ■ ■ ■ -,- -

Frecvență. MHz

Frecvență, MHz

Orez. 8. Dependența părții reale a impedanței de intrare a antenei de frecvență: a - în domeniul de frecvență de funcționare; b - într-o gamă largă de frecvențe

Okciicj „Gsors HIMCHT si chesk

Experiment teoretic

Frecvență, MHz

Frecvență, MHz

Orez. 9. Dependența părții imaginare a rezistenței de intrare a antenei de frecvență: a - în domeniul de frecvență de funcționare; b - într-o gamă largă de frecvențe

Experiment * teoretic

■ ■ 1 1 ■ « ■ ■

Frecvență. MHz

Orez. 10. Dependența SWR de frecvența în intervalul de frecvență de operare

Rezultatele unui studiu folosind o metodă numerică a dependenței frecvenței de rezonanță a antenei de lungimea secțiunii cablului de potrivire sunt prezentate în Fig. unsprezece.

La frecvența de rezonanță, partea imaginară a impedanței de intrare a antenei este zero, în timp ce SWR ia o valoare minimă. După cum rezultă din examinarea graficelor din fig. 11, pe măsură ce lungimea secțiunii de cablu potrivită crește, SWR-ul minim se schimbă în regiunea de frecvență joasă. Când lungimea secțiunii de cablu potrivite se modifică cu 3 mm, frecvența de rezonanță se schimbă cu 3,5 MHz, adică atunci când lungimea secțiunii de cablu potrivite se modifică cu 1 mm, punctul se schimbă

frecvența de rezonanță este de aproximativ 1,2 MHz. Prin urmare, atunci când reglați cu precizie antena la frecvența de operare, este necesar să modificați lungimea secțiunii de cablu potrivite cu fracțiuni de milimetru. Necesitatea de a selecta lungimea segmentului de cablu potrivit cu o precizie de fracțiuni de milimetru complică procesul de reglare a antenei.

Ek "-Te spriment eretic

Frecvență, MHz

Orez. 11. Dependența SWR antenei de frecvența la diferite lungimi ale segmentului de potrivire:

a - 12 mm; b - 15 mm; c - 18 mm; g - 21 mm

3.3. Opțiune de excitare a antenei folosind o secțiune de cablu potrivită și un cilindru potrivit

Pentru a realiza o reglare mai convenabilă a antenei prin acord, în antenă a fost introdus un dispozitiv suplimentar sub forma unui cilindru tubular scurt, denumit în continuare cilindru de potrivire (Fig. 12, 13). Un cilindru potrivit cu o lungime de 0,011^ și un diametru de 0,0044^ este amplasat pe țeavă în vecinătatea celei de-a doua muchii pentru a forma contact galvanic cu țeavă. Secțiunea de cablu potrivită este așezată în interiorul cilindrului potrivit. Conductorul central al cablului de antenă este conectat galvanic la conductorul central al secțiunii de cablu potrivite. În fig. 12 această legătură este prezentată în mod convenţional sub forma unei conexiuni mecanice prin răsucirea conductoarelor centrale. Într-un aspect real, secțiunea de cablu potrivită este o continuare naturală a cablului excitant, pe care mantaua și conductorul exterior au fost îndepărtate în zona fantei. Pentru a asigura o zonă mai mare de contact galvanic cu țeavă, cablul este atașat la țeavă folosind cuplaje cu un orificiu cilindric și o suprafață cilindrică adiacentă țevii.

Ideea includerii unui cilindru potrivit în dispozitivul de potrivire este următoarea. Suprafața interioară a cilindrului de potrivire și suprafața exterioară a conductorului exterior al secțiunii de cablu potrivite formează un condensator cilindric. (Între plăcile acestui condensator se află carcasa dielectrică a cablului coaxial). Acest condensator format suplimentar este conectat în serie cu condensatorul format de secțiunea de cablu potrivită. După cum se știe, doi condensatori conectați în serie împreună au o capacitate mai mică decât capacitatea mai mică a condensatoarelor conectate.

şanţ Lungimea cilindrului de potrivire trebuie aleasă astfel încât condensatorul rezultat să aibă o capacitate apropiată de capacitatea necesară pentru potrivire. Apoi, reglarea antenei prin acord se poate face prin schimbarea capacității unei dimensiuni mari. Adică, ca secțiune de cablu potrivită, puteți selecta o secțiune de cablu relativ lungă și o puteți regla tăind-o. Se pare că părțile tăiate ale cablului vor avea o lungime relativ mare. Această circumstanță face ca reglarea antenei să fie mai convenabilă.

Orez. 12. Modelul unei antene cu fantă cilindrice cu un cilindru potrivit și o secțiune de cablu potrivită: 1 - conductă; 2 - secțiune de cablu potrivită; 3 - cilindru potrivit;

4 - slot; 5 - alimentator

Orez. 13. Secțiunea A-A a dispozitivului de potrivire din Fig. 12: 1 - cilindru potrivit; 2 - manta cablu; 3 - conductor exterior al cablului coaxial; 4 - dielectric; 5 - conductorul central al cablului coaxial; 6 - perete conductă

Lungimea segmentului de potrivire 32 mm - "- Experiment - Lungimea teoretică a segmentului de potrivire 28 mm - Experiment "- Lungimea teoretică a segmentului de potrivire 26 mm --- Experiment - Teoretic

\ V Y\ V\ y\ V\ \\ u V V și \\ v

\\ V \\ \ \ \ \\ v k\ V 1 \ L \

\\ \ u \ v y- \ \v \v yU J?" X/ A V J /U // (/ / / // y

300 310 320 330 340 350 360

Frecvență, MHz

Orez. 14. Dependența SWR antenei de frecvența la diferite lungimi ale segmentului de potrivire

În fig. Figura 14 arată dependențele calculate ale SWR de frecvență pentru diferite valori ale lungimii segmentului de potrivire cu o lungime și un diametru constant al cilindrului de potrivire.

Modelul electrodinamic al antenei ia în considerare toate elementele structurale, inclusiv cuplajele. Pe măsură ce lungimea segmentului de potrivire crește, SWR minim se schimbă în regiunea de frecvență joasă. Când lungimea segmentului de potrivire se modifică cu 4 mm, frecvența de rezonanță se schimbă cu 2 MHz, adică atunci când lungimea segmentului de potrivire se modifică cu 1 mm, frecvența de rezonanță se schimbă cu 0,5 MHz. Astfel, odată cu introducerea unui cilindru potrivit în designul antenei, reglarea antenei la o anumită frecvență se dovedește a fi mai convenabilă.

4. Discuția rezultatelor

Deci, am luat în considerare o antenă cilindrică cu fante realizată pe o țeavă metalică cu un diametru mult mai mic decât lungimea de undă. Țeava are o lungime mai mare decât lungimea de undă, iar lungimea fantei are o lungime mai mică de o lungime de undă în spațiul liber, astfel încât fanta este scurtcircuitată

de la ambele capete.

Impedanța de intrare a unei astfel de antene, atunci când este excitată la centru de un cablu coaxial, astfel încât conductorul său exterior să aibă contact galvanic cu o margine a fantului, iar conductorul central să aibă contact galvanic cu cealaltă margine a fantului, are o componentă inductivă mare. Ca urmare, antena este prost potrivită cu alimentatorul. Prin deplasarea punctului de excitare de-a lungul marginii late a fantei, nu este posibilă potrivirea antenei cu alimentatorul.

Prin conectarea secvenţială a unei secţiuni de cablu de potrivire scurtă, este posibil să se compenseze componenta reactivă (inductivă) a impedanţei de intrare a antenei la o frecvenţă şi astfel să se realizeze potrivirea ideală la o frecvenţă de operare. Cu toate acestea, acest lucru dezvăluie o mai mare criticitate pentru lungimea secțiunii de cablu potrivite.

Introducerea unui cilindru potrivit în design face mai convenabilă reglarea antenei la frecvența de operare. Această comoditate constă în faptul că, pentru a deplasa frecvența de rezonanță cu o anumită cantitate, este necesară modificarea lungimii cablului de potrivire cu o cantitate mai mare în comparație cu cantitatea necesară în absența acestuia.

Metoda și dispozitivul propuse fac posibilă potrivirea convenabilă a antenei cu un alimentator, în care diametrul țevii este mult mai mic decât lungimea de undă, iar lungimea slotului este mai mică decât lungimea de undă.

După cum rezultă din examinarea graficelor din fig. 8-10, 14 în gama de frecvențe de operare a antenei (330...334 MHz) există un bun acord cantitativ între rezultatele calculate și cele experimentale. Dependența calculată și experimentală de frecvența părților reale și imaginare ale rezistenței de intrare și SWR coincid unele cu altele cu acuratețe grafică. În afara domeniului de funcționare (la f< 328 МГц и при f >332 MHz) există o diferență notabilă în rezultatele calculate și experimentale. Această diferență poate fi explicată prin faptul că cablul antenei în experimente se manifestă ca un rezonator de trecere format dintr-o secțiune a liniei de transmisie, proporțională cu lungimea de undă, încărcată la un capăt pe impedanța de intrare a antenei și la celălalt capăt - pe rezistența formată de neomogenitatea sub forma unei tranziții de la un tip de cablu la un alt tip de cablu prin conectori de radiofrecvență. Eterogenitatea menționată se formează ca urmare a faptului că fiecare dintre cabluri are o impedanță caracteristică care diferă de 50 Ohmi cu o anumită cantitate. În plus, conectorii RF nu se potrivesc perfect. O eroare suplimentară este introdusă în rezultatele măsurătorii, deoarece la calibrarea dispozitivului „0bzor-103”, se folosește o tranziție suplimentară de la conectorul RTS la conectorul „Expertise”. Proprietățile rezonante ale unui rezonator de trecere apar sub forma unei componente oscilante pe grafice ale dependenței părților reale și imaginare ale impedanței de intrare a antenei de frecvență. În vecinătatea frecvenței de funcționare, la care se poate realiza o potrivire ideală, influența rezonatorului de trecere este eliminată.

Concluzie

Astfel, au fost efectuate studii teoretice și experimentale pe trei opțiuni pentru o antenă cu slot cilindric cu trei opțiuni pentru dispozitivele de excitație:

Cu un dispozitiv de excitare cunoscut (fără utilizarea dispozitivelor de potrivire);

Cu un dispozitiv de excitare care utilizează dispozitive pentru potrivirea antenei cu alimentatorul sub forma unei bucăți scurte de cablu deschisă la capăt;

Cu un dispozitiv de excitare care utilizează un dispozitiv de potrivire original, care include o secțiune de cablu coaxial potrivită și un cilindru potrivit.

Mai mult, în toate cele trei opțiuni, diametrul țevii este mult mai mic decât lungimea de undă, iar lungimea antenei nu depășește o lungime de undă în spațiul liber. Dispozitivul original de potrivire oferă potrivirea și reglarea simplă și convenabilă a unei antene cu slot cilindric la frecvența de operare. Rezultatele teoretice și experimentale în intervalul de frecvență de funcționare sunt în concordanță cantitativă bună.

Lucrarea a fost realizată cu sprijinul financiar al Ministerului Educației și Științei al Federației Ruse în cadrul proiectului complex „Crearea producției de înaltă tehnologie de antene și module hardware pentru un complex de radiofar cu frecvență duală pentru un contor. -sistem de aterizare în bandă în format ILSIII din categoria ICAO pentru aerodromuri de aviație civilă, inclusiv aerodromuri cu nivel ridicat de zăpadă și teren dificil. localitate" conform acordului nr. 02.G25.31.0046 între Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse și Compania pe acțiuni deschise „Uzina de radio din Chelyabinsk „Polyot” în cooperare cu contractantul principal de cercetare și dezvoltare - Instituția de învățământ de învățământ profesional superior bugetar de stat federal „Universitatea de stat din Ural de Sud” (universitate națională de cercetare).

Literatură/Referințe

1. Brevet britanic nr. 515684. Conductori electrici HF.

2. Voytovich N.I., Klygach D.S., Repin N.N. Antena turnichet cu fantă. 7th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP - 2013), 8-12 aprilie 2013, Göteborg, Suedia, 2013, p. 1208-1212.

3. Alford A. Antene cu slot lung. Proc. al Conferinţei Naţionale de Electronică, Chicago, IL 3-5 octombrie 1946, p.143.

4. Kraus J.D. Antene - 1988, Ediția TATA McGRAW-HILL, New Delhi, 1997. 894 p.

5. Voytovich N.I., Klygach D.S., Repin N.N. Slot Turnstyle Antenă. 2013 a 7-a Conferință Europeană pentru Antene și Propagare (EuCAP), IEEE Xplore, pp. 1209-1212.

6. Weiland T. A Discretization Method for the Solution of Maxwell's Equations For Six-Component Fields. Electronics and Communication, (AEU), 1977, vol. 31, pp. 116-120.

7. Pimenov A.D. Electrodinamica tehnica. M.: Radio și comunicare, 2005. 483 p.

Klygach Denis Sergeevich, Ph.D. tehnologie. Științe, Universitatea de Stat din Uralul de Sud, Chelyabinsk; [email protected].

Dumchev Vladimir Anatolyevich, inginer, Universitatea de Stat Ural de Sud, Chelyabinsk; [email protected].

Repin Nikolay Nikolaevich, inginer, Universitatea de Stat Ural de Sud, Chelyabinsk; [email protected].

Voitovici Nikolai Ivanovici, doctor în inginerie. Științe, Universitatea de Stat din Uralul de Sud, Chelyabinsk; [email protected].

DOI: 10.14529/ctcr150203

O ANTENA CILINDRICĂ FANTASĂ

D.S. Klygach, Universitatea de Stat Ural de Sud, Chelyabinsk, Federația Rusă, [email protected], V.A. Dumchev, Universitatea de Stat din Uralul de Sud, Chelyabinsk, Federația Rusă, vladimir. [email protected],

N.N. Repin, Universitatea de Stat Ural de Sud, Chelyabinsk, Federația Rusă, [email protected],

N.I. Voytovich, Universitatea de Stat Ural de Sud, Chelyabinsk, Federația Rusă, [email protected]

În lucrare este prezentată o antenă cilindră cu fante cu dispozitivul original de potrivire. O antenă cilindru cu fante este realizată în formă de fantă longitudinală pe baza unui tub metalic cu diametrul mult mai mic decât lungimea de undă. Lungimea slotului este mult mai mică decât lungimea de undă în

spatiu liber. Parametrii antenei se regăsesc prin metoda numerică în formularea electrodinamică strictă a problemei. În acest scop construcția dispozitivului de potrivire este luată în considerare în modelul electrodinamic al antenei. Rezultatele teoretice atinse în lățimea de bandă a antenei a antenei examinate demonstrează o potrivire cantitativă bună cu rezultatele experimentale. Metoda și dispozitivul original de potrivire sugerate în lucrare sunt caracterizate prin simplitatea potrivirii antenei cu un alimentator.

Cuvinte cheie: antenă cu slot, model, lățime de bandă, VSWR.

DESCRIEREA BIBLIOGRAFICĂ A ARTICOLULUI

TRIMITERE LA ARTICOL

Antenă cu slot cilindric / D.S. Klygach,

B.A. Dumchev, N.N. Repin, N.I. Voitovich // Buletinul SUSU. Seria „Tehnologii computerizate, control, electronică radio”. - 2015. - T. 15, nr. 2. -

pp. 21-31. DOI: 10.14529/ctcr150203

Klygach D.S., Dumchev V.A., Repin N.N., Voytovich N.I. O antenă cu cilindru fante. Buletinul Universității de Stat din Uralul de Sud. Ser. Tehnologii computerizate, control automat, electronică radio, 2015, vol. 15, nr. 2, pp. 21-31. (în rusă) DOI: 10.14529/ctcr150203

Detalii Publicate 18.11.2019

Dragi cititori! Din 18 noiembrie 2019 până în 17 decembrie 2019, universitatea noastră a primit acces gratuit la o nouă colecție unică în Lan EBS: „Afaceri militare”.
O caracteristică cheie a acestei colecții este materialul educațional de la mai multe edituri, selectat special pe teme militare. Colecția include cărți de la edituri precum: „Lan”, „Infra-Inginerie”, „New Knowledge”, Universitatea de Stat de Justiție din Rusia, MSTU. N. E. Bauman și alții.

Testați accesul la sistemul electronic de bibliotecă IPRbooks

Detalii Publicate 11.11.2019

Dragi cititori! În perioada 8 noiembrie 2019 - 31 decembrie 2019, universitatea noastră a beneficiat de acces gratuit de testare la cea mai mare bază de date cu text integral din Rusia - Sistemul de bibliotecă electronică IPR BOOKS. EBS IPR BOOKS conține peste 130.000 de publicații, dintre care peste 50.000 sunt publicații educaționale și științifice unice. Pe platformă, aveți acces la cărți curente care nu pot fi găsite în domeniul public pe Internet.

Accesul este posibil de pe toate calculatoarele din rețeaua universității.

„Hărți și diagrame în colecțiile Bibliotecii Prezidențiale”

Detalii Publicate 06.11.2019

Dragi cititori! Pe 13 noiembrie, ora 10:00, biblioteca LETI, în cadrul unui acord de cooperare cu Biblioteca Prezidențială B.N. Elțin, invită angajații și studenții Universității să participe la conferința-webinar „Hărți și diagrame în colecțiile Biblioteca Prezidențială.” Evenimentul se va desfășura în format difuzat în sala de lectură a secției de literatură socio-economică a bibliotecii LETI (cladirea 5 sala 5512).

Invenţia se referă la dispozitive de alimentare cu antenă, şi anume la antene cu unde radio ultrascurte şi antene cu microunde pentru emiterea de unde polarizate orizontal cu un model de radiaţie circular în plan orizontal. Rezultatul tehnic obținut în urma implementării invenției propuse este extinderea domeniului de frecvență de funcționare a antenei cilindrice cu fantă, oferind antenei dispozitive de potrivire cu alimentatorul, care nu sunt critice pentru dimensiune la reglarea antenei la rezonantul de funcționare. frecvență. Antena cilindrică cu fantă conține un corp cilindric conducător cu o fantă longitudinală cu prima și a doua margine și un alimentator, care conține în plus o primă clemă conductivă, o a doua clemă conducătoare și o secțiune de cablu potrivită, în care prima clemă este amplasată pentru a forma un contact galvanic. pe prima margine a fantei, a doua clemă este amplasată prin formarea unui contact galvanic pe a doua margine a fantei, alimentatorul de pe suprafața cilindrului este așezat de-a lungul unei linii drepte diametral opusă axei longitudinale a fantei , cu o îndoire în vecinătatea punctului de excitare a fantei, așezat prin prima clemă cu conductorul exterior al alimentatorului formând un contact galvanic cu prima clemă, o secțiune potrivită de cablu este așezată prin a doua clemă, conductorul central al alimentatorului este conectat galvanic la conductorul central al secțiunii de cablu potrivite. 1 salariu f-ly, 6 ill.

Desene pentru brevetul RF 2574172

Domeniul tehnologiei la care se referă invenția

Invenţia se referă la dispozitive de alimentare cu antenă, şi anume la antene cu unde radio ultrascurte şi antene cu microunde pentru emiterea de unde polarizate orizontal cu un model de radiaţie circular în plan orizontal.

De ultimă oră

Antena cu slot a fost propusă pentru prima dată în 1938 de către Alan D. Blumlein pentru a fi utilizată în emisiunile de televiziune în domeniul de unde ultrascurte cu polarizare orizontală și un model de radiație circular (RP) în plan orizontal [brevet britanic nr. 515684. Conductori electrici HF. Alan Blumlein, publ. 1938. Brevetul SUA nr. 2.238.770 Conductor sau radiator electric de înaltă frecvenţă]. Antena este o conductă cu fantă longitudinală. Simplitatea designului, absența unei părți proeminente deasupra suprafeței în care este tăiată o fantă, au atras atenția specialiștilor care proiectează sisteme radio pentru submarine. Antenele cu slot nu perturbă aerodinamica obiectelor pe care sunt instalate, ceea ce a determinat utilizarea lor pe scară largă pe avioane, rachete și alte obiecte în mișcare. Astfel de antene cu fante tăiate în pereții ghidurilor de undă de forme dreptunghiulare, circulare sau alte forme de secțiune transversală sunt utilizate pe scară largă ca antene aeropurtate și terestre pentru sistemele de radar și radionavigație.

Deci, prima antenă cilindrică cu fante A.D. este cunoscută. Blumlein pentru emiterea de unde polarizate orizontal de înalte frecvențe, care conține un cilindru conductor cu o fantă longitudinală, dispozitive pentru excitarea fantei la un capăt al cilindrului și un scurtcircuit la celălalt capăt al cilindrului, un dispozitiv pentru reglarea lățimii fantă. Cilindrul conductor are o lungime egală cu jumătate din lungimea de undă în spațiul liber.

Dezavantajele primei antene cu slot cunoscute sunt că:

Antena nu conține dispozitive pentru reglarea antenei la frecvența de rezonanță,

Antena are o lungime egală cu jumătate din lungimea de undă în spațiul liber, ceea ce face dificilă obținerea unei performanțe acceptabile a antenei în ceea ce privește proprietățile direcționale și potrivirea antenă la alimentare.

O a doua antenă cilindrică cu fantă este cunoscută pentru emiterea undelor de înaltă frecvență polarizate orizontal, care conține un cilindru conductor cu o fantă longitudinală, un alimentator, un scurtcircuit la un capăt al fantului și dispozitive pentru excitarea antenei la celălalt capăt al slotului. , respectivul cilindru are un diametru cuprins între 0,151 și 0,121, unde 1 - lungimea de undă în spațiul liber la frecvența de funcționare. Cilindrul menționat are o lungime apropiată de nouă zecimi dintr-un sfert din lungimea undei staționare stabilită de-a lungul liniei de fante pe cilindru (lungimea de undă în linia de fante de pe cilindru este de câteva ori mai mare decât lungimea de undă în spațiul liber) .

Când cilindrul este orientat vertical, antena are un model de radiație aproape circular cu polarizarea orizontală a câmpului de radiație și are un coeficient de directivitate (DA) ridicat. Antena este compactă, convenabilă pentru instalarea pe acoperișurile clădirilor înalte, contururile sale netede ale suprafeței împiedică acumularea de zăpadă umedă și formarea gheții. Datorită formei sale cilindrice circulare, antena are o sarcină de vânt relativ scăzută.

A doua antenă cunoscută depășește dezavantajele primei antene cunoscute datorită dimensiunii sale de jumătate de lungime de undă în spațiul liber. Antena slot omnidirecțională a lui Andrew Alford, creată în 1946 și instalată pe Chrysler Skyscraper din New York, a fost folosită pentru primele emisiuni de televiziune color.

Cu toate acestea, cea de-a doua antenă cilindrică cu slot cunoscută are următoarele dezavantaje:

antena are o dimensiune longitudinală mare în ceea ce privește lungimile de undă în spațiul liber, ceea ce face dificilă utilizarea acesteia ca element radiant al unei rețele de antene care formează un model de radiație de tip special în planul vectorului H;

antena nu are dispozitive de potrivire cu alimentatorul.

O a treia antenă cilindrică cu fantă este cunoscută pentru emiterea de unde polarizate orizontal de frecvențe înalte, care conține un cilindru conductor cu o fantă longitudinală, scurtcircuitat la ambele capete ale cilindrului, excitat de un cablu coaxial, al cărui conductor exterior este conectat galvanic la prima margine a fantei, iar conductorul central este conectat galvanic la a doua margine a fantului.

Cea de-a treia antenă cilindrică cu slot cunoscută are dezavantaje:

Datorită excitației asimetrice a antenei, este excitată o undă care se propagă în linia formată de conductorul exterior al cablului coaxial și cilindrul, în urma căreia se observă o radiație vizibilă a cablului (efectul de alimentare al antenei), sa caracteristicile depind semnificativ de factorii operaționali externi;

Nu există dispozitive pentru potrivirea antenei cu alimentatorul (pentru a regla antena la rezonanță la frecvența de operare),

Cea de-a treia antenă cilindrică cu slot cunoscută are o gamă restrânsă de frecvențe de operare, care nu depășește 1% la nivelul SWR în linia de alimentare.

A treia antenă cilindrică cu fantă cunoscută, alimentată de un cablu coaxial, este, din punct de vedere al caracteristicilor sale esențiale, cea mai apropiată de prezenta invenție. Această antenă este selectată de autori ca prototip.

Dezvăluirea invenției

Obiectivul tehnic al prezentei invenţii este extinderea domeniului de frecvenţă de operare a unei antene cilindrice cu fante, oferind antenei dispozitive de potrivire cu alimentatorul, care nu sunt critice de dimensiune la reglarea antenei la frecvenţa de operare (rezonantă).

Această sarcină este realizată prin faptul că o antenă cilindrică cu fante care conține o carcasă cilindrică conducătoare (denumită în continuare carcasă) cu o fantă longitudinală cu prima și a doua margine și un alimentator, conține în plus o primă clemă conducătoare, o a doua clemă conducătoare ( denumită în continuare prima clemă, a doua clemă) și o bucată de cablu potrivită, cu prima clemă situată pentru a forma un contact galvanic pe prima margine a fantei, a doua clemă situată pentru a forma un contact galvanic pe a doua. marginea fantei, alimentatorul de pe suprafața cilindrului este așezat de-a lungul unei linii drepte diametral opusă axei longitudinale a fantei, cu o îndoire în apropierea fantei punctului de excitare, așezat prin prima clemă cu formarea de contact galvanic de către conductorul exterior al alimentatorului cu prima clemă, secțiunea de cablu potrivită este așezată prin a doua clemă, conductorul central al alimentatorului este conectat galvanic la conductorul central al secțiunii de cablu potrivite.

Introducerea unei prime cleme conductoare, a unei a doua cleme conductoare și a unei secțiuni de cablu potrivite în antenă, poziția lor relativă și conexiunea în antenă așa cum este indicat mai sus rezolvă următoarele probleme:

Creați o antenă care, datorită unui sistem de putere simetric, asigură un model de radiație simetric în planul vectorului H, fără bifurcare a diagramei și fără abatere a maximului diagramei de radiație de la planul perpendicular pe axa cilindrului;

Creați o antenă care oferă un model circular de radiație în planul vectorial datorită faptului că diametrul cilindrului este mult mai mic decât lungimea de undă;

Pentru a crea o antenă care oferă caracteristici stabile de radiație atunci când se utilizează atât fante înguste cu impedanță de undă scăzută, cât și fante largi cu impedanță de undă mare;

Creați o antenă care să ofere compensare pentru componenta reactivă a impedanței de intrare a antenei într-o gamă largă de frecvențe;

Creați o antenă a cărei rezistență la radiații variază într-un interval mic pe o gamă largă de frecvențe;

Creați o antenă care oferă SWR scăzut în linia de alimentare prin potrivirea impedanței de intrare a antenei cu impedanța caracteristică a alimentatorului pe o bandă largă de frecvență;

Reduceți nivelul de putere care revine la transmițător atunci când antena transmite prin potrivirea antenei cu alimentatorul;

Reduceți nivelul de distorsiune a spectrului semnalului transmis (primit) de antenă datorită caracteristicii uniforme de amplitudine-fază a antenei în domeniul de frecvență;

Creșteți rezistența antenei la defalcarea de înaltă frecvență prin reducerea intensității câmpului în conectorul de radiofrecvență din cauza scăderii SWR în linia de alimentare atunci când antena funcționează în modul de transmisie;

Furnizați antena un dispozitiv de potrivire schimbând reactanța dispozitivului de potrivire și, prin urmare, extinde banda de frecvență de funcționare a antenei;

Furnizați o metodă simplă de reglare a antenei în coordonare cu alimentatorul în domeniul de frecvență;

Asigurați transferul maxim de putere prin potrivirea impedanței caracteristice a alimentatorului;

Creșteți nivelul de putere potențial într-un alimentator preselectat prin reducerea SWR din acesta;

Minimizați pierderile în alimentator și, ca urmare, reduceți încălzirea alimentatorului la transmiterea energiei prin acesta;

Minimizați emisia (recepția) undelor electromagnetice de către alimentator (partea exterioară a conductorului exterior al cablului coaxial);

Creați o antenă cu slot care ar putea fi folosită ca antenă independentă, precum și ca element al unei rețele de antene;

Creați o antenă convenabilă pentru montarea pe o țeavă sau o centură a unui turn cu zăbrele.

Antena este compactă; atunci când cilindrul este orientat vertical, emite unde polarizate orizontal. Poate servi ca element radiant al unei rețele de antene. Matricea de antene de emițători slot poate fi instalată atât direct pe suprafața pământului, cât și pe acoperișurile clădirilor înalte. Contururile netede ale suprafeței antenei împiedică acumularea de zăpadă umedă și formarea de gheață pe aceasta. Datorită formei sale cilindrice circulare, antena are o sarcină de vânt relativ scăzută.

Prin includerea unui radom în antenă, se rezolvă problema protecției antenei cilindrice cu fante în conformitate cu această invenție de influența factorilor operaționali externi.

Soluția la problemele de mai sus indică faptul că a fost creată o nouă antenă cilindrică cu slot care oferă caracteristici de performanță într-o gamă largă de frecvențe.

Soluția la prima dintre aceste probleme a fost obținută ca urmare a faptului că antena cilindrică cu fantă propusă este excitată simetric față de mijlocul slotului.

Gama de frecvență de funcționare a antenei propuse pe partea undelor mai scurte este limitată de modificările formei modelului de radiație (DP). Utilizați fante de o astfel de lungime încât modelul să aibă un singur maxim, orientat perpendicular pe axa antenei. O scădere a lungimii de undă cu dimensiuni constante ale fantei poate duce la apariția a două maxime deviate de la axa antenei.

Creșterea lungimii de undă este limitată de o scădere a coeficientului de directivitate (DA). Se dovedește a fi semnificativ dacă diametrul cilindrului este mai mic de 0,12 lungimi de undă în spațiul liber.

Antena propusă poate fi reglată în intervalul de frecvență specificat.

Soluția la problema creării unui model de radiație circular în planul vectorial se obține datorită faptului că diametrul cilindrului este mult mai mic decât lungimea de undă în spațiul liber.

Soluția celei de-a treia probleme, și anume furnizarea unei game largi de frecvențe de operare atât cu sloturi înguste, cât și late, a fost obținută prin compensarea componentei reactive a impedanței de intrare a antenei.

Soluția la problema furnizării unei metode simple de compensare a componentei reactive a impedanței de intrare a antenei în domeniul de frecvență este obținută prin utilizarea a doi condensatori conectați în serie pentru compensare.

Soluția problemei: pentru a minimiza emisia (recepția) undelor electromagnetice de către alimentator - obținută prin așezarea rațională a alimentatorului pe suprafața cilindrului, introducerea primei cleme conductoare în antenă, asigurând contactul galvanic al conductorului exterior cu prima clemă de-a lungul întregii sale circumferințe la ieșirea din clemă.

Scurtă descriere a desenelor

În fig. 1a) prezintă o antenă cilindrică cu fante 1 în conformitate cu prezenta invenţie. În fig. 1b) prezintă o vedere frontală a unei antene cilindrice cu fante, Fig. 1c) prezintă o vedere de sus a unei antene cilindrice cu fantă. În fig. 1b) și fig. 1c) a fost introdusă următoarea notație:

1 - antenă cilindrică cu fantă,

2 - corp cilindric,

4 - prima margine a slotului,

5 - a doua margine a slotului,

7 - prima clemă,

8 - a doua clemă,

9 - cilindru potrivit,

10 - secțiune de cablu potrivită,

11 - îndoirea alimentatorului (la viraj de la secțiunea verticală la secțiunea orizontală situată în vecinătatea punctului de excitare a fantei),

A - regiunea de excitație a golului.

În fig. 2a) arată regiunea A a excitației intervalului. În fig. 2b) prezintă legătura conductorului exterior al alimentatorului cu prima clemă și prima margine a fantei, dispozitivul de adaptare a impedanței de intrare a antenei și conexiunea acestuia cu a doua margine a fantei. În fig. 2c) prezintă în secțiune legătura conductorului exterior al alimentatorului cu a doua clemă și a doua margine a fantei, cilindrul potrivit și secțiunea cablului potrivită. În fig. 2b) și fig. 2c) se introduc suplimentar următoarele notații:

12 - conductorul central al secțiunii de cablu potrivite,

13 - conductorul central al alimentatorului,

14 - conductor extern al alimentatorului.

În fig. 3 prezintă circuitul echivalent al antenei; în fig. Au fost introduse 3 noi denumiri:

15 - capacitatea condensatorului format din suprafața interioară a cilindrului de potrivire 9 și suprafața exterioară a conductorului exterior al secțiunii de cablu potrivite 10,

16 - capacitatea condensatorului format din suprafața interioară a conductorului exterior și conductorul central al secțiunii de potrivire a cablului 10,

17 - inductanța datorată fluxului de curent de-a lungul suprafețelor interioare și exterioare ale țevii de la prima margine la a doua margine a fantei (în absența condensatoarelor 15 și 16),

18 - parte reală a impedanței de intrare a antenei (înainte de conectarea condensatoarelor 15 și 16),

19 - borna condiționată corespunzătoare punctului de contact galvanic al conductorului exterior al alimentatorului prin prima clemă conductivă cu muchia 4,

20 - borna condiționată corespunzătoare punctului de la intrarea conductorului central al secțiunii de cablu potrivite,

21 - punctul de contact galvanic al cilindrului de potrivire prin clema conductivă 2 cu marginea 5 a fantei 3.

În fig. Figura 4 prezintă dependențele experimentale ale părților reale și imaginare ale rezistenței de intrare și SWR de frecvența primei și celei de-a doua eșantioane ale unei antene cilindrice cu fante; în fig. 4 notație introdusă:

221 - dependența de frecvență a părții reale a impedanței de intrare a primului eșantion cu o secțiune de cablu potrivită de 10,5 mm lungime,

222 - dependență de frecvența părții imaginare a rezistenței de intrare a primului eșantion cu o secțiune de cablu potrivită de 10,5 mm lungime,

223 - dependență de frecvența antenei SWR a primului eșantion cu o secțiune de cablu potrivită de 10,5 mm lungime,

231 - dependență de frecvența părții reale a rezistenței de intrare a celui de-al doilea eșantion cu un cilindru potrivit de 11,5 mm lungime și o secțiune de cablu potrivită de 20,5 mm lungime,

232 - dependență de frecvența părții imaginare a rezistenței de intrare a celui de-al doilea eșantion cu un cilindru potrivit de 11,5 mm lungime și o secțiune de cablu potrivită de 20,5 mm lungime,

233 - dependența de frecvență a antenei SWR a celui de-al doilea eșantion al celui de-al doilea eșantion cu un cilindru potrivit de 11,5 mm lungime și un segment de cablu potrivit de 20,5 mm lungime,

241 - dependență de frecvența părții reale a rezistenței de intrare a celui de-al doilea eșantion cu un cilindru potrivit de 7 mm lungime și o secțiune de cablu potrivită de 24 mm lungime,

242 - dependență de frecvența părții imaginare a rezistenței de intrare a celui de-al doilea eșantion cu un cilindru potrivit de 7 mm lungime și o secțiune de cablu potrivită de 24 mm lungime,

243 - dependența de frecvență a antenei SWR a celui de-al doilea eșantion cu un cilindru potrivit de 7 mm lungime și o secțiune de cablu potrivită de 24 mm lungime,

251 - dependența de frecvență a părții reale a rezistenței de intrare a celui de-al doilea eșantion cu un cilindru potrivit de 5 mm lungime și o secțiune de cablu potrivită de 30 mm lungime,

252 - dependență de frecvența părții imaginare a rezistenței de intrare a celui de-al doilea eșantion cu un cilindru potrivit de 5 mm lungime și o secțiune de cablu potrivită de 30 mm lungime,

253 - dependența de frecvență a antenei SWR a celui de-al doilea eșantion cu un cilindru potrivit de 5 mm lungime și o secțiune de cablu potrivită de 30 mm lungime,

În fig. Figura 5 prezintă exemple de distribuție a intensității câmpului electric de-a lungul liniei de transmisie 26, care este o fantă longitudinală pe cilindru, și de-a lungul liniei cu două fire utilizate pentru a excita linia de transmisie menționată: a) frecvența generatorului este mai mică decât frecvența critică a undei principale a liniei de slot pe cilindrul circular, b) frecvența generatorului aproximativ egală cu frecvența critică a undei principale a liniei de slot pe un cilindru circular, c) frecvența generatorul este mai mare decât frecvența critică a undei principale a liniei de fante pe un cilindru circular.

În fig. 5 se introduc următoarele notații:

27 - sursă de tensiune concentrată,

28 - linie de transmisie cu două fire,

29 - vectori de intensitate a câmpului electric.

În fig. Figura 6 prezintă structura câmpului electric la un anumit moment în timp în regiunile interne și externe ale antenei cilindrice cu fantă într-o secțiune perpendiculară pe axa antenei. În fig. 6 se introduc următoarele notaţii: 30 - linii de câmp electric.

În fig. 7 prezintă un exemplu de utilizare a antenei cilindrice cu fantă din prezenta invenţie ca element al unui şir de antene.

Realizarea invenţiei

Referindu-ne la FIG. 1b, care prezintă o antenă cu fantă 1 în conformitate cu prezenta invenţie. Antena este realizată sub forma unui corp cilindric 2 cu o fantă 3 cu o primă muchie 4 și o a doua muchie 5, un alimentator 6, o primă clemă conductivă 7, o a doua clemă conductivă 8, un cilindru potrivit 9, o clemă potrivită. secțiunea cablului 10 și elementele de fixare.

Corpul cilindric 2 este realizat dintr-un material conductiv cum ar fi, de exemplu, alamă, aliaj de aluminiu, oțel sau alt metal, sau un aliaj metalic cu o bună conductivitate. Un corp cilindric cu 2 în secțiune transversală are forma unui cerc. Secțiunea transversală a corpului poate avea forma unui pătrat, dreptunghi, elipsă sau alt profil curbat.

Fântul 3 este realizat în corpul cilindric 2 pe toată adâncimea peretelui corpului prin frezare, tăiere cu laser sau altă operație mecanică pentru a forma prima muchie 4 și a doua muchie 5, paralele cu axa longitudinală a corpului cilindric.

Un cablu coaxial serial poate fi folosit ca alimentator 6. Pentru claritate, cilindrul potrivit 9 este prezentat ca un segment al unui cilindru circular.

Pentru claritate, secțiunea potrivită a cablului 10 este prezentată ca o secțiune scurtă a liniei coaxiale. Secțiunea de potrivire a cablului 10 este parțial situată în interiorul cilindrului de potrivire 9 și parțial în exteriorul 9.

Cilindrul potrivit 9, clemele 7 și 8 sunt realizate din material foarte conductiv, de exemplu alamă sau aliaj de aluminiu. Pentru a asigura lipirea, acestea sunt acoperite, de exemplu, cu un aliaj staniu-bismut.

Capătul secțiunii de cablu potrivite 10, vizavi de fantă, este deschis și nu este conectat la nimic. Conductorul central 11 al secțiunii de potrivire a cablului 10 iese din cilindrul de potrivire 9 și se extinde până la mijlocul fantei 3.

Dispozitivele și părțile de mai sus sunt amplasate reciproc unul față de celălalt și sunt conectate unul la altul după cum urmează.

Prima clemă 7 este fixată pentru a forma un contact galvanic pe prima margine 4 a fantei, a doua clemă 8 este fixată pentru a forma un contact galvanic pe a doua margine 5 a fantei, alimentatorul 6 pe suprafața cilindrului 2 este fixat de-a lungul unei linii drepte diametral opusă axei longitudinale a fantei, cu un cot 13 în vecinătatea punctului de excitație al fantei, apoi așezat prin prima clemă 7 cu formarea contactului galvanic de către conductorul exterior 14 al alimentator cu prima clemă 7, secțiunea potrivită a cablului 10 este așezată în interiorul cilindrului de potrivire, care este acoperit de a doua clemă, conductorul central 12 al alimentatorului este conectat galvanic la conductorul central 11 al secțiunii de cablu potrivite.

Al doilea capăt al alimentatorului 6 este instalat într-un conector de frecvență radio. În acest caz, ca secțiune de potrivire a cablului 10, este utilizată fie o secțiune a unui cablu coaxial standard, fie o secțiune a unei linii de transmisie specială, constând dintr-un conductor exterior sub formă de tub, un conductor central sub formă de o tijă sau un tub și un cilindru dielectric gol situat între ele.

Pentru a fixa alimentatorul 6 de corpul cilindric 2, pot fi utilizate cleme, șuruburi și piulițe standardizate.

Principiul de funcționare al antenei

Antena funcționează după cum urmează. Oscilațiile electromagnetice din antenă sunt excitate ca urmare a aplicării unei diferențe de potențial în două puncte 19 și 20, opuse unul altuia pe primele 4 și pe a doua 5 muchii ale fantei 3. Pentru a excita eficient antena, diametrul conducta 2 trebuie aleasă astfel încât frecvența generatorului să fie mai mare decât frecvența critică a undei principale H 00 pe un ghid de undă cilindric. Pentru a ilustra acest punct, au fost luate în considerare trei situații prezentate în Fig. 1 (folosind o soluție riguroasă a problemei valorii la limită a electrodinamicii) folosind o problemă model. 5.

În fig. 5 prezintă o linie de fante pe un ghid de undă circular, conectată în serie cu o linie cu două fire, la capătul căreia este conectat un generator de tensiune. În fig. Figura 5 prezintă exemple de distribuție a intensității câmpului electric de-a lungul liniei de transmisie pentru următoarele cazuri: a) frecvența generatorului este mai mică decât frecvența critică a undei principale a liniei de fante pe un cilindru circular, b) frecvența generatorului este aproximativ egală cu frecvența critică a undei principale a liniei slot pe un cilindru circular, c) frecvența generatorului este frecvența critică mai mare a undei fundamentale a liniei slot pe un cilindru circular. În fig. 5, intensitatea câmpului electric este proporțională cu lungimea vectorului. După cum se poate observa din fig. 5, în cazul a) unda electromagnetică este reflectată practic de la intrarea în linia de transmisie. Valul pătrunde în linia slotului la o adâncime care este neglijabil de mică în lungimea voinței. În cazul b) se stabilește o distribuție a câmpului exponențial descrescătoare în linia de transmisie cilindrică cu fante. În cazul c) o undă staționară se stabilește într-o linie de transmisie cilindrică cu fante. În acest caz, lungimea undei staţionare în linia de transmisie cu slot este mai mare decât lungimea undei staţionare în linia de transmisie cu două fire.

Este de preferat să selectați un diametru de țeavă egal cu 0,14 lungime de undă în spațiul liber. Este recomandabil să alegeți lungimea fantei aproape de jumătate din lungimea de undă a undei principale H 00 a liniei de fante pe un ghid de undă cilindric

Lățimea fantei 3 nu depășește o treizecime din lungimea de undă. Prin urmare, neuniformitatea în distribuția curentului pe conductorul central al cablului din fanta 3 poate fi practic neglijată. În consecință, cablul coaxial dezechilibrat este introdus în regiunea de excitație a antenei în așa fel încât să nu încalce nici simetria fizică, nici simetria electrică a antenei. Curenții de deplasare care apar între conductorul exterior al alimentatorului 6 și carcasa 2 în zona de la cotul alimentatorului la fantă sunt mici datorită faptului că conductorul exterior al alimentatorului 6 și carcasa 2 au contact galvanic cu reciproc prin prima clemă conductivă 7. Contactul galvanic al conductorului exterior al alimentatorului 6 și carcasa 2 face ca intensitatea câmpului electric să fie egală cu zero în punctul de conectare a acestora. Într-o secțiune a alimentatorului situată de-a lungul unei linii drepte diametral opusă axei fantei, curenții de deplasare între conductorul exterior al alimentatorului 6 și carcasa 2 nu sunt excitați, deoarece în această secțiune a traseului potențialul este zero. Prin urmare, radiația potențială din spațiul format între conductorul exterior al alimentatorului 6 și carcasa 2 poate fi neglijată. Astfel, efectul de antenă al alimentatorului și distorsiunile imprevizibile asociate ale modelului de radiație antenei, modificările impedanței de intrare a antenei și radiația câmpului polarizat încrucișat sunt eliminate. Folosind o soluție riguroasă a ecuațiilor lui Maxwell în condiții de limită ideale date, liniile câmpului electric au fost calculate prin metoda timpului în momente diferite în timpul unei perioade de oscilații ale tensiunii generatorului. Liniile de câmp la un moment dat în timp sunt prezentate în Fig. 6. Pentru comoditatea desemnării elementelor de antenă prin numere, s-a ales momentul în care intensitatea câmpului electric în imediata vecinătate a slotului este mică, prin urmare nu există linii de forță în această vecinătate în Fig. 6. Departe de fantă se observă vârtejuri de câmp deja formate, reprezentate de linii de forță care nu sunt susținute de sarcini pe pereții cilindrului. În zona intermediară, liniile de forță își au originea pe jumătatea inferioară a cilindrului din desenul prezentat și își termină traseul pe partea superioară a cilindrului. În punctul opus centrului fantei, linia de forță nu își ia și își termină traseul, deoarece potențialul în acest punct este zero. Acest punct este punctul de limita dintre jumătățile inferioare și superioare ale cilindrului. Conform regulii de mai sus, linia de forță ar trebui să înceapă și să se încheie aici. Cu toate acestea, acest lucru se dovedește a fi imposibil, deoarece vectorii intensității câmpului electric tangenți la părțile inferioare și superioare ale liniei de câmp sunt opuși unul față de celălalt în acest punct și, prin urmare, se anulează unul pe celălalt. Din acest motiv, vecinătatea liniei opusă axei fantei se dovedește a fi convenabilă pentru amplasarea unui alimentator de-a lungul acesteia, pentru a minimiza efectul de antenă al alimentatorului.

Designul antenei de mai sus oferă o ajustare convenabilă a alinierii antenei cu alimentatorul. Să luăm în considerare acest lucru mai detaliat făcând referire la circuitul de antenă echivalent din FIG. 3. în fig. 3, numărul 15 desemnează primul condensator cu capacitatea C 1, format din suprafața interioară a cilindrului de potrivire 9 și suprafața exterioară a conductorului exterior al secțiunii de cablu potrivite 10. În acest caz, mantaua cablului joacă rolul de un dielectric. Numărul 16 desemnează al doilea condensator cu capacitate C 2, format din suprafața interioară a conductorului exterior și suprafața conductorului central al secțiunii de potrivire a cablului 10. Numărul 17 indică inductanța L, cauzată de fluxul de curenți. de-a lungul suprafețelor interioare și exterioare ale țevii de la prima margine 4 până la a doua margine 5 a fantei. Numărul 18 indică rezistența R, din cauza pierderilor de radiație ale antenei. Borna 19 corespunde punctului de contact galvanic al conductorului exterior al alimentatorului prin prima clemă conductivă cu muchia 4. Borna 20 corespunde punctului de la intrarea conductorului central al secțiunii de cablu potrivite. Numărul 21 indică punctul de contact galvanic al cilindrului potrivit prin clema conductivă 8 cu marginea 5 a fantei 3.

Două condensatoare conectate în serie 15 și 16 au o capacitate echivalentă C 3:

Rezistența de intrare la bornele 19, 20 Zin, datorită conexiunii în serie a unei capacități echivalente C 3 și a unui lanț de rezistență conectată paralel R și inductanță L, la o frecvență este egală cu:

La frecvența de rezonanță, partea imaginară a rezistenței de intrare este zero, adică.

Prin înlocuirea factorului din numitorul dintre paranteze drepte din (2) cu valoarea lui din (3), obținem valoarea intrării la frecvența de rezonanță:

Potrivirea ideală cu alimentatorul este realizată atunci când impedanța de intrare a antenei este egală cu impedanța caracteristică a alimentatorului. Pentru L și R dat, ajustarea prin acord se realizează prin selectarea valorii capacității echivalente C 3 .

În cazul limitativ, când nu există un cilindru de potrivire (C 1 ), capacitatea echivalentă C 3 este egală cu capacitatea C 2 - capacitatea secțiunii de cablu de potrivire. De obicei, pentru a potrivi antena cu alimentatorul, este necesar să existe o valoare mică de C 2. Uneori, atunci când lucrați în intervalele de lungimi de undă metru și decimetru, este necesar un segment de potrivire lung de cel mult zece milimetri. Modificările absolute mici ale lungimii unei secțiuni de cablu duc la modificări relative relativ mari ale valorii C2. Prin urmare, atunci când reglați cu precizie antena la frecvența de operare, este necesar să modificați lungimea segmentului de potrivire cu fracțiuni de milimetru. Necesitatea de a selecta lungimea segmentului de cablu potrivit cu o precizie de fracțiuni de milimetru complică procesul de reglare a antenei.

Situația este complet diferită atunci când avem de-a face cu doi condensatori conectați în serie: capacitatea C1 și capacitatea C2. Se știe că prin conectarea a doi condensatoare în serie, obținem un condensator echivalent cu o capacitate mai mică decât capacitatea fiecărui condensator individual. Acum, cu o valoare fixă ​​a lui C 1, schimbând capacitatea C 2 în limite mari, obținem modificări ale valorii capacității echivalente în limite mici.

Lungimea inițială a segmentului de cablu potrivit ar trebui să fie evident mai mare în comparație cu cazul în care acest alt condensator nu este prezent. În consecință, modificarea lungimii secțiunii de cablu potrivite este acum mai mare în unități relative, iar setarea este mai precisă.

Acestea. Reglarea antenei la frecvența de operare prin modificarea lungimii secțiunii de cablu potrivite, de exemplu, prin tăierea acesteia, nu provoacă dificultăți, deoarece modificările de lungime se efectuează în cantități măsurate în milimetri.

Antena are următorul avantaj și anume că odată cu introducerea unui cilindru potrivit în antenă, rezistența electrică a antenei crește. Cea mai mare putere a câmpului electric atunci când antena este excitată are loc în secțiunea potrivită a cablului. Într-o antenă cu un cilindru potrivit, diferența de potențial dintre conductorul central și marginea țevii este acum distribuită între doi condensatori, primul fiind format din conductorul central și conductorul exterior al cablului, al doilea condensator este format din conductorul exterior al cablului și cilindrul potrivit. Suma căderilor de tensiune pe aceste două condensatoare este egală cu diferența de potențial dintre conductorul central și margine. Acestea. tensiunea de pe fiecare condensator este mai mică decât tensiunea totală, ceea ce crește rezistența electrică a antenei.

Au fost fabricate două mostre de antenă cilindrică cu fante. Prima probă conținea un cilindru conductor cu o fantă longitudinală, un alimentator și o secțiune de cablu potrivită. Prima probă nu avea un cilindru potrivit, o primă clemă conductivă și o a doua clemă conductivă. Conductorul exterior al alimentatorului de potrivire a avut contact galvanic direct cu marginea 4. A doua probă diferă de prima prin faptul că conține în plus un cilindru potrivit, o primă clemă conductivă și o a doua clemă conductivă. Al doilea eșantion folosește o secțiune de cablu potrivită care este mai lungă decât prima probă. În a doua probă, secțiunea de cablu potrivită este așezată în interiorul cilindrului potrivit și continuă în afara acestuia. Mai jos va fi o descriere a celei de-a doua probe corespunzătoare prezentei invenţii. Când descriem eșantionul de antenă, ne vom referi la notația din Fig. 1 și fig. 2.

Eșantionul de antenă constă dintr-un corp cilindric 2 cu o fantă 3 cu o primă muchie 4 și o a doua muchie 5, un alimentator 6, o secțiune potrivită a cablului 10, un cilindru potrivit 9, o primă clemă 7 și o a doua clemă 8, și elemente de fixare.

Carcasa 2, 720 mm lungime si 130 mm diametru, este realizata din tabla cositorita de 0,3 mm grosime. Secțiunea transversală a corpului are forma unui cerc. O fantă 3 cu o lungime de 640 mm și o lățime de 30 mm este tăiată în corp pentru a forma prima muchie 4 și a doua muchie 5, paralele cu axa longitudinală a corpului cilindric.

Cablul coaxial serial RK-50-2-11 a fost folosit ca alimentator 6.

Secțiunea potrivită a alimentatorului 10 este realizată sub forma unei secțiuni scurte de cablu coaxial RK-50-2-11. Secțiunea 10 a cablului coaxial este situată în interiorul cilindrului potrivit 9.

Cilindrul potrivit 9 este realizat dintr-un tub de alamă cu diametrul interior de 4 mm. În acest caz, măsurătorile au fost efectuate la trei lungimi de tub: 11,5 mm; 7 mm; 5 mm.

Capătul secțiunii de cablu potrivite 10, vizavi de fantă, este deschis și nu este conectat la nimic. Conductorul central 11 al secțiunii de potrivire 10 a liniei coaxiale iese din cilindrul de potrivire 9 și se extinde până la mijlocul fantei 3.

Alimentatorul 6 este fixat pe suprafața cilindrului de-a lungul unei linii drepte, diametral opusă axei longitudinale a fantei, îndoit în vecinătatea punctului de excitare a antenei, așezat în interiorul primei cleme 7 și apoi situat deasupra fantei 3, așezat. în interiorul cilindrului de potrivire 9 și apoi continuă în afara cilindrului 9. Izolația exterioară a alimentatorului tăiată și îndepărtată pe lungimea fantei. Conductorul exterior (împletitura) este tăiat de-a lungul circumferinței la intrarea în a doua clemă 8, împletitura este pieptănată spre marginea 4. Impletitura pieptănată este distribuită uniform în jurul cercului și lipită la clema 7. Astfel, conductorul exterior al alimentatorului 6 este conectat galvanic prin clema 7 la prima margine 4 fante, iar conductorul central 12 al alimentatorului 6 este conectat la conductorul central 11 al secțiunii potrivite a cablului 10. Al doilea capăt al alimentatorului coaxial 6 este încorporat într-un conector de frecvență radio.

Pentru a fixa alimentatorul 6 de carcasa 2, se folosesc cleme, șuruburi și piulițe standardizate.

Valorile părților ReZ reale și ImZ imaginare ale impedanței de intrare a antenei prototip și a antenei prezentei invenții în domeniul de frecvență măsurat pe eșantioane sunt prezentate sub formă de grafice în Fig. 4a).

Dependența SWR de frecvența măsurată pe prima și a doua eșantion de antenă sunt prezentate sub formă de grafice în Fig. 4b). Graficul 22 corespunde primului eșantion de antenă. În acest caz, lungimea secțiunii de cablu potrivite este de 10,5 mm. Graficele 23, 24 și 25 corespund celui de-al doilea eșantion de antenă cu o lungime a cilindrului potrivită de 11,5 mm, 7 mm și, respectiv, 5 mm. În acest caz, lungimea secțiunii de cablu potrivite este de 20,5 mm, 24 mm și, respectiv, 30 mm.

La reglarea primului eșantion de antenă la frecvența de rezonanță, lungimea secțiunii de cablu potrivite a fost modificată în trepte de 0,25 mm. O modificare a lungimii segmentului de potrivire cu 0,25 mm a dus la o modificare a frecvenței de rezonanță cu 0,5 MHz. La reglarea celei de-a doua mostre de antenă la frecvența de rezonanță, lungimea secțiunii de cablu potrivite a fost modificată în trepte de 2 mm. O modificare a lungimii segmentului de potrivire cu 2 mm a dus la o modificare a frecvenței de rezonanță cu 0,5 MHz. După cum se poate observa din examinarea graficelor din fig. 4, o antenă reglată la aceeași frecvență de rezonanță la diferite rapoarte ale lungimii cilindrului de potrivire și a lungimii secțiunii cablului de potrivire are aproape aceeași dependență a SWR de frecvență. Este mai avantajos să folosiți un cilindru potrivit de lungime mai mică.

Într-adevăr, incrementul DC 2 al capacității echivalente C 3 poate fi găsit din relația:

Din această relație rezultă: cu cât capacitatea cilindrului de potrivire C 1 este mai mică (cu cât lungimea cilindrului de potrivire este mai mică), cu atât capacitatea echivalentă se modifică mai puțin cu aceleași creșteri ale capacității C 2 (incrementul lungimii cablului de potrivire). secțiune). În acest caz, este posibil să utilizați secțiuni de cablu mai lungi potrivite.

Cu secțiuni de cablu mai lungi potrivite, este mai convenabil să reglați antena, deoarece puteți folosi o unealtă tradițională de tăiere a cablurilor.

Măsurătorile caracteristicilor de polarizare ale antenei au arătat că antena are polarizare liniară. Măsurătorile efectuate pe antenă indică faptul că antena este lipsită de efectele antenei de alimentare.

Aplicarea invenţiei

Invenția poate fi utilizată ca antenă independentă, ca elemente ale antenelor mai complexe, elemente radiante ale rețelelor de antene, fluxuri de antene de oglindă și lentile.

Antena poate fi folosită fie ca antenă independentă, fie ca element al unei rețele de antene liniare.

Antena dipol de bandă largă propusă se dovedește a fi utilă în toate cazurile în care este necesară fie o antenă cu slot independentă, fie un element radiant (de recepție) al unui dispozitiv de antenă sau un sistem de antenă mai complex, de la care pierderi mici în alimentator, eficiență ridicată a antenei, și sunt necesare un nivel scăzut de radiații de polarizare încrucișată.

REVENDICARE

1. O antenă cilindrică cu fantă care conține un corp cilindric conductiv în care este realizată o fantă longitudinală cu prima și a doua margine și un alimentator, caracterizată prin aceea că conține o primă clemă atașată la prima margine a fantei pentru a forma un contact galvanic, a doua clemă atașată la a doua margine a fantei cu formarea contactului galvanic, cilindrul potrivit și secțiunea de cablu potrivită, cilindrul potrivit este fixat pe a doua margine a fantei și așezat prin a doua clemă, secțiunea cablului potrivită este instalat pe a doua margine a fantei și așezat prin cilindrul potrivit, alimentatorul este fixat pe suprafața cilindrului de-a lungul unei linii drepte diametral opuse axei longitudinale a fantei, cu o îndoire spre fantă în vecinătatea punctului de excitarea fantei și așezat prin prima clemă cu formarea contactului galvanic de către conductorul extern al alimentatorului cu prima clemă, conductorul central al alimentatorului este conectat galvanic la conductorul central al secțiunii de cablu potrivite.

2. Antenă cilindrică cu fantă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că cilindrul de potrivire este realizat sub forma unui cilindru conductor circular.