Щелевая антенна
Щелевая антенна состоит из металлической поверхности, обычно плоской пластины, с одним или несколькими вырезанными отверстиями или прорезями. [1] Когда пластина приводится в движение как антенна под действием приложенного радиочастотного тока, щель излучает электромагнитные волны аналогично дипольной антенне . Форма и размер щели, а также частота возбуждения определяют диаграмму направленности . Щелевые антенны обычно используются на частотах УВЧ и СВЧ , где длина волны достаточно мала, поэтому пластина и щель имеют небольшие размеры. На этих частотах радиоволны часто передаются волноводом , а антенна состоит из щелей в волноводе; это называется щелевой волноводной антенной . Несколько слотов действуют как направленная антенная решетка и могут излучать узкий веерообразный луч микроволн. Они используются в стандартных лабораторных микроволновых источниках, используемых для исследований, телевизионных передающих антеннах УВЧ, антеннах на ракетах и самолетах, секторных антеннах для базовых станций сотовой связи и, в частности, в антеннах морских радиолокаторов . Основными преимуществами щелевой антенны являются ее размер, простота конструкции и удобная адаптация к массовому производству с использованием волноводной технологии или технологии печатных плат.
Структура
[ редактировать ]
Как показал Герберт Букер в 1946 году, исходя из принципа Бабине в оптике, щель в металлической пластине или волноводе имеет ту же диаграмму направленности, что и ведомая стержневая антенна, стержень которой имеет ту же форму, что и щель, за исключением того, что электрическое поле и магнитное поле направления полей меняются местами; антенна представляет собой магнитный диполь вместо электрического диполя; магнитное поле параллельно длинной оси щели, а электрическое поле перпендикулярно. Таким образом, диаграмму направленности щели можно рассчитать по тем же хорошо известным уравнениям, которые используются для антенн со стержневыми элементами, таких как диполь . Волны линейно поляризованы перпендикулярно оси щели. Щели длиной до длины волны имеют один главный лепесток с максимальным излучением, перпендикулярным поверхности.
Антенны, состоящие из нескольких параллельных щелей в волноводе, представляют собой широко используемые антенные решетки . Они имеют диаграмму направленности, аналогичную соответствующей линейной решетке дипольных антенн, за исключением того, что щель может излучать только в пространство на одной стороне поверхности волновода, то есть на 180° окружающего пространства. Существует два широко используемых типа:
- Волноводная антенна с продольной щелью
- Ось щелей параллельна оси волновода. Она имеет диаграмму направленности, аналогичную коллинеарной дипольной антенне , и обычно устанавливается вертикально. Диаграмма направленности почти всенаправлена в горизонтальной плоскости, перпендикулярной антенне, по азимуту 180° перед щелью, но узкая в вертикальной плоскости, при этом усиление по вертикали увеличивается примерно на 3 дБ при каждом удвоении количества щелей. Излучение горизонтально поляризовано. Он используется для вертикальных всенаправленных передающих антенн для телевизионных станций УВЧ. Для радиовещания иногда используется цилиндрический или полукруглый волновод с несколькими столбцами прорезей, вырезанными с разных сторон, чтобы обеспечить всенаправленную диаграмму направленности на 360 °.
- Волноводная антенна с поперечной щелью
- Щели почти перпендикулярны оси волновода, но скошены под небольшим углом, а чередующиеся прорези скошены под противоположными углами. Он излучает дипольную диаграмму направленности в плоскости, перпендикулярной антенне, и очень острый луч в плоскости антенны. Наибольшее применение он находит в антеннах морских микроволновых радаров . Антенна установлена горизонтально на механическом приводе, который вращает антенну вокруг вертикальной оси, при каждом обороте сканируя вертикальный веерный луч антенны на 360° вокруг водной поверхности, окружающей корабль, до горизонта. Широкий вертикальный разброс луча гарантирует, что даже в плохую погоду, когда корабль и ось антенны раскачиваются под большим углом волнами, луч радара не ускользнет от поверхности.
История
[ редактировать ]Щелевая антенна была изобретена в 1938 году Аланом Блюмлейном , когда он работал на EMI . Он изобрел ее, чтобы создать практичный тип антенны для УКВ-телевещания, которая имела бы горизонтальную поляризацию, всенаправленную горизонтальную диаграмму направленности и узкую вертикальную диаграмму направленности. [2] [3]
До использования в радарах наземного поиска в таких системах использовался параболический сегментный отражатель, или « сырная антенна ». Волноводная антенна с прорезями стала результатом совместных радиолокационных исследований, проведенных Университетом Макгилла и Национальным исследовательским советом Канады во время Второй мировой войны . [4] Соавторы, У. Уотсон и Э. У. Гуптилл из McGill, в 1951 году получили патент США на устройство, описанное как «направляющая антенна для микроволн». [5]
Другое использование
[ редактировать ]В аналогичном приложении так называемые вытекающие волноводы также используются для определения положения железнодорожных вагонов в некоторых приложениях скоростного транспорта. Они используются в первую очередь для определения точного положения поезда, когда он останавливается на станции, чтобы положения дверных проемов правильно совпадали с точками очереди на платформе или со вторым комплектом защитных дверей, если таковые предусмотрены. .
См. также
[ редактировать ]- Микроволновой радиометр (Юнона) (имеет щелевую антенную решетку)
- RIMFAX (радар для марсохода имеет конструкцию щелевой антенны)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Чаудхури, С.; Кшетримаюм, РС; Сонкар, РК; Мишра, М. (2019). «Двойная щелевая антенная решетка бегущей волны с круговой поляризацией» . Электронные письма . 55 (20): 1071–1073. Бибкод : 2019ElL....55.1071C . дои : 10.1049/эл.2019.1972 . S2CID 201254746 .
- ^ Блюмлейн, Алан (1938-03-07), «Усовершенствования высокочастотных электрических проводников или радиаторов или относящиеся к ним», британский патент №. 515684
- ^ Бернс, Рассел (2000). Жизнь и времена А. Д. Блюмлейна . Институт техники и технологий . ISBN 0-85296-773-Х .
- ^ Ковингтон, Артур Э. (1991). «Некоторые воспоминания о радио- и электротехническом отделе Национального исследовательского совета Канады, 1946-1977» . Scientia Canadensis: Канадский журнал истории науки, технологий и медицины . 15 (2): 155–175. дои : 10.7202/800334ar .
- ^ Уотсон, Уильям Хериот; Гуптилл, Эрнест Уилмот (6 ноября 1951 г.), Директивная антенна для микроволновых печей , получено 20 декабря 2016 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Щелевые антенны» . Теория антенн .
- Щелевые волноводные антенны Antenna-Theory.com