Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств

Подождите немного. Документ загружается.

Кроме тою, поле высших пространственных гармоник

быстрей убывает при удалении от ребристой поверх-

ности. Поэтому связь полуволновых щелей, прорезанных

в гладких стенках ребристого волновода, в основном

определяется нулевой поверхностной гармоникой. Бла-

годаря более сложной структуре поля в ребристом вол-

новоде по сравнению с полем обычной волны #ю увели-

чиваются возможности размещения щелей на стенках

волновода: например, поперечная щель в узкой стенке

ребристого волновода является излучающей.

Размещение продольных и поперечных щелей на

гладких стенках ребристого волновода показано на

рис.

4-33. Здесь же показана наклонная щель, прорезан-

ная в металлической крышке, находящейся над плоской

ребристой структурой.

Эквивалентная схема любой щели для основной гар-

моники показана на рис. 4-17,г. Для продольных щелей

= 6

=0, следовательно, эти щели эквивалентны па-

раллельно включенной в линию проводимости g. Для по-

перечных шелей в ребристом волноводе и наклонной

щели в крышке над открытой ребристой структурой

6,= л/2 и 6

=—я/2, следовательно, эти щели эквива-

лентны последовательно включенному в линию сопро-

тивлению г, по величине равному g эквивалентной схемы

рис.

4-17,?. Проводимость g определяется для указанных

щелей следующими выражениями

. Для продольной

щели на широкой стенке волновода (рис. 4-33,а)

40п

/г-( cos

(-г- ~ ) sin

( ~ л \

(f - Vf(ab + ~ sh 2аб)

Для продольной щели на узкой стенке

(рис.

4-33,0)

40п

/гу cos

(-j- -!тJ ch

(6 _ i,,)]

*= 7 a Г*

Эти выражения получены Г. А. Евстроновым.

221

волновода

(4-50)

Для поперечной щели на широкой стенке волновода

(рис.

4-33,в)

/К п \

406 cos

— -г- cos

* = V Ч

—-• (4-5D

;

(

а6

+~£"

2с

Для поперечной щели на узкой стенке волновода

(рис.

4-33,г)

40я

[а

(6—1/,)] ch* (-у- -у- )

= Г 7ТТ

/ «

" <

)

+ ^(-2^J J

(d>

+-^

>h 2abJ

Для наклонной щели над „открытой" ребристой структу-

рой (рис. 4-33 ,<?)

10fe

cos

f 4- 4- cos

) sin

, k 2

g = 7 ^ Ч-- (4-53)

(£

—

cos

[aft +

T^-

sh 2a6 j

4-7.

ЩЕЛИ, ПРОРЕЗАННЫЕ В П-ВОЛНОВОДЕ

Для наклонной смещенной полуволновой щели, про-

резанной в широкой стенке П-волновода (рис. 4-34),

справедлива эквивалентная схема, представленная на

рис.

4-17,г. Параметры этой схемы определяются выра-

(А2)

(4-54)

9,—f-arctgA

--JL + arctgJL, (4-55)

Все формулы этого параграфа записаны в гауссовой системе

единиц.

Выражения получили В. И. Егоров, Ю. В. Тыжнов и

Г.

X. Фридман.

222

где

вй^

С/

cos

>Ci

2/г cos

п—0

COS

(ч-т

2/г cos ( £„

•fn

k*-&

^-S

bin6

2fe cos f 7j„

-j-

j 2ijcos[^,»

•x

p-ii

; (4-56)

-t

-<b*-

^__i

с*

Рис.

4-34.

а —наклонная смещенная щель,

прорезанная в широкой стенке П-

образного волноводам б

—

сечение

П образного волновода

=8i£rJ]

sinS

»-*'

2fecos f Tjn-^-J 2/г cos f \n~^\

*'-V„

2/г cos

+-^r-S

,sin

(l»^r)

2/c cos

k* — n

^(^T)^

~»

<~]

; (4-57)

223

ф^

si + s'

5]с;.==вг-"

«'-+

n=0

Г 0° 2 | '2

-,2 ''n "T

TS<,.»'

n-0

(4-58)

Tj„

= S„sinO — ycosO; r

^=•1/r

-«";

«=j^; | (4-59)

^^^.S^sinS-j-YcosO; £„

—

-\~2n\ j

^'кр

—

критическая длина волны П-волновода; она может

быть определена по графикам, приведенным на рис. 8-16.

Коэффициенты С

1п

и С

Пп

связаны с размерами попе-

речного сечения П-волновода:

где

1п=ж&й(

'«+

>»У'

с.

Dn , , .

Пп—

ch r'„d

зЧ«>

—

xsiaxd '

^—мГ

;

(4-60)

\ B

(

-l£-smb

; b

= Sj;

n=0

224

^£ G

ra=0

(4-61)

^.=-^-[(4-*:-36

б)

т6

я+

-\-(b

— 6b

)cosb

~\;

=—ctgxd; G

=^r-ct\\S'

-=~ci\\r'

„==~~-4 (nW — 6rait).

Размер

/ при

расчете принимается равным ТЕ/2, остальные

размеры нормируются

этой величине,

т. е.

умножаются

на

ТЕ/2/.

Для частных случаев положения щели выражения

для

Oj и б

значительно упрощаются.

Для продольной щели (6

= 0)

120л

73ЛуФ

COS'

(

£c

sinS

x, , (4-62)

,r=tf

== 0,

т. е. в

эквивалентной схеме остается одна

активная проводимость

(рис.

4-17,а).

Для наклонной несмещенной щели

(^ = 0)

^Sw

(yVC0s6+yMsin6)S:

(4_63)

здесь

л=0

п=0

е,=-

т>

*=~

cos N""4")

Чп

^1я^к

/ X

COS

/ Sn -4"

[

v-t

1С

cos

Sn-4-J

}

") co.(v4)

»-П*п

(4-64)

Эквивалентная схема 4-17,г

при

значениях 8, =•.-£-

равноценна схеме

одним последовательным

со-

противлением

г (рис.

4-17,6), величина которого равна

15—2541

225

Для поперечной смещенной щели

_ 12(Ыгу

~~ 73,1Ф

V C

{cosS„x

) S„-

1-/1=0

/ х

, (4-63,a)

Таким образом, поперечная смещенная щель тоже экви-

валентна последовательно включенному сопротивлению

r=g-

Во всех случаях для получения точности не хуже

10%

достаточно в каждом ряде ограничиваться че-

тырьмя членами.

Литература к гл. 4

Пистолькорс А. А., Общая теория дифракционных ан-

тенн, ЖТФ, т. XIV, 1944, № 12, стр. 693.

1а. Пистолькорс А. А., Распространение электромагнитной

волны вдоль щели в проводящем экране, ЖТФ, т. XVI, 1946, № 1,

Фельд Я.Н., О принципе двойственности в теории дифрак-

ции электромагнитных воли у плоских экранов, ДАН СССР, т. LX,

1948,

№7, стр. 1165.

Кочержевский Г. Н., ДН плоских щелевых антенн

ограниченных размеров, «Радиотехника», т. 8, 1953, № 3, стр. 49.

Модель А. М., Анализ направленных свойств щелевых

антенн, «Радиотехника», т. 7, 1952, № 5, стр. 57.

Стретт М. Д., Функции Ляме, Матье и родственные им

в физике и технике, Гос. научно-технич. изд-во Украины, 1935.

6. Пистолькорс А. А., О сосредоточенном электромагнит-

ном возбуждении проводящего желоба, ЖТФ, т. XVI, 1946, № 10.

6а. П

с т о л ь к о р с А. А., Теория кольцевой дифракционной

антенны, ЖТФ, т. XIV, 1944, № 12, стр. 681.

L е v i п е Н., Papas С, Theory of the Circular Dilraction

Antenna, J. Appl. ,Phys., vol. 22, 1951, № 1, p. 29.

8. С u m m i n g W. A., Cormier M., Design Data

Annular Slot Antennas, IRE Trans, vol AP-6, 1958, №

9. Granger I. V. N.. В о

j a h n I. Т., Aircraft

Proc.

IRE, vol. 43, 1955, May, № 5, p. 533.

10.

Johnson W. A., The Notch Aerial and Same Applications

to Aircraft Radio Installations, Proc. IEE, pt, vol. 102, 1955, May,

№5,

p. 211.

11.

Tang R., A Slot with Vaiiable Coupling and Ints Application

to a Linear Array, IRE Trans., vol. AP-8, 1960, I, № 1, p. 97.

'Ifi.

D u d

ey D. G., An Iris-excited Slot Radiator in the Narrow

Wall of Rectangular Waveguide, IRE Trans, vol. AP-9, 1961, № 4,

361.

for Small

p. 210.

Antennas,

226

13 Пистолькорс А А, Излучение из поперечных щелей

на поверхности кругового цилиндра, ЖТФ, т. XVII, 1947, № 3,

стр 377.

14 Papas С Н, Radiation from a Transverse Slot in an Infi-

nite Cylinder, J Math a Phys, vol. 28, 1950, I, № 4, p 227.

15 Пистолькорс А А, Излучение из продольных щелей

в круговом цилиндре, ЖТФ, т. XVII, 1947, № 3, стр. 365.

16 Jordan Е. С, Miller W Е, Sloted-cylmder Antenna,

Electronics, vol 20,11947,

111,

№ 2, p 90

17 Левин M Л,К теории щелевых антенн в круглом волно-

воде,

ЖТФ, т XXI, 1951, № 7, стр 772

18 Вешнякова И Е, Евстропов Г. А, Теория согла-

сованных щелевых излучателей, «Радиотехника и электроника»,

т X, 1965, №7, стр. 1181.

15*

Глава

РЕШЕТКИ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

5-1.

ОБЩИЕ СООТНОШЕНИЯ. ЛИНЕЙНЫЕ РЕШЕТКИ

Под решеткой излучателей обычно понимается систе-

ма одинаково ориентированных

пространстве идентич-

ных излучателей. Так как обычно интересуются полем

решетки

дальней зоне, то 'каждый излучатель можег

рассматриваться

как

точечный, обладающий заданной

ДН и расположенный в той точке реального излучателя,

относительно которой определена его ДМ. ДН решетки

квазиточечных идентичных излучателей определяется

выражением (см.

2-5)

F(b,?)^F

(b,9)f

cos

(5-1)

л=1

где F

(0,tp) —ДН одного излучателя;

— комплексная амплитуда тока

п-м из-

лучателе;

г„ — модуль радиуса-вектора точки разме-

щения

n-го

излучателя относительно

произвольно выбранной

качестве на-

чала координат точки, которую назы-

вают центром решетки (рис. 5-1);

—

угол между г„

направлением на точку

наблюдения, определяемым углами

ф.

Сумма

формуле (5-1) называется множителем ре-

шетки

,-,

. Ikr cos ft ._ _,

(e.

p)=S

(5_2)

и представляет собой ДН системы гипотетических нена-

правленных излучателей, расположенных

гех же точ-

228

ках, в которых находятся реальные излучатели, и воз-

буждаемых такими же токами А„.

ДН излучателя значительно шире, чем ДН всей ан-

тенны, поэтому основную роль в направленных свойст-

вах системы излучателей играет второй множитель Ни-

же подробно рассматри-

ваются решетки нена-

правленных излучателей

Главное внимание уделе-

но линейным решеткам,

так как они являются

основными элементами

более сложных плоскост-

ных и объемных решеток.

ДН таких сложных ре-

шеток определяются с

помощью последователь-

ного применения теоремы

умножения.

Под линейной решет-

кой понимается система

идентичных излучателей,

центры излучения которых расположены на прямой, на-

зываемой осью решетки Множитель линейной решетки

определяется выражением (5-2) с заменой Ф

на 6.

Для эквидистантной линейной решетки (рис 5-2) при

изменении нумерации излучателей, так что первый излу-

чатель получает нулевой номер, множитель решетки при-

обретает вид:

здесь положено, что комплексная амплитуда тока в п-м

излучателе равна

=\А

\е~'*\

(5-4)

Рис 5 1

Решетка квазиточечных

излучателей

ДН линейной решетки не зависит от <р, следовательно,

она симметрична относительно оси решетки. Максимум ДН

соответствует тем направлениям 6

1Л

, в которых поля от-

дельных излучателей складываются в фазе. При этом

сумма

(Q)

равна сумме модулей А

. След>ет иметь в виду,

что из-за произвольности ф

это условие может не вы-

полняться ни для какого б и тогда такой максим)

не будет

229

достигаться. Однако и в этом случае функция FJQ) может

иметь в интервале 0<6<it максимумы и минимумы.

Наибольший лепесток ДН называют главным максиму-

мом, а соответствующие ему направления 0

ГЛ

—

направле-

ниями главного излучения. В

прост ране1ве

этим направле-

Рис. 5-2. Линейная эквидистантная ре-

шетка излучателей.

ниям соответствует» конус, образующая которого составляет

угол б

гл

с осью решетки oz, принятой нами за полярную

ось.

сферической системы координат R, 6, <р.

-$<Е>

а) 6) 6)

Рис 5-3. ДН линейных решеток.

в —с поперечным; б

—

с наклонным; а —с осевым излу-

чением.

В зависимости от ориентации главного максимума от-

носительно оси решетки различают решетки с попереч-

ным, наклонным и осевым 'излучением (рис. 5-3). При

заданной геометрии решетки характер излучения опреде-

ляется величинами \А

\ и 1|з

. Последовательность ампли-

туд токов излучателей \А

\ называется амплитудным рас-

пределением, а последовательность фаз ip„ токов излуча-

телей

—

фазовым распределением.

Наиболее распространены решетки с линейным фа-

зовым распределением, у которых сдвиг между токами

соседних излучателей постоянен:

i|5„=mpi. (5-5)

230