• Prevod

Članak za prijevod predložio je alessandro893. Materijal je preuzet sa opsežnog referentnog sajta, koji opisuje, posebno, principe rada i dizajn radara.

Antena je električni uređaj koji pretvara električnu energiju u radio talase i obrnuto. Antena se koristi ne samo u radarima, već i u ometačima, sistemima upozorenja na zračenje i komunikacijskim sistemima. Tokom prijenosa, antena koncentriše energiju radarskog predajnika i formira snop usmjeren u željenom smjeru. Prilikom prijema, antena prikuplja povratnu radarsku energiju sadržanu u reflektovanim signalima i prenosi ih prijemniku. Antene se često razlikuju po obliku snopa i efikasnosti.

Na lijevoj strani je izotropna antena, na desnoj je usmjerena antena

Dipolna antena

Dipolna antena ili dipol je najjednostavnija i najpopularnija klasa antena. Sastoji se od dva identična vodiča, žica ili šipki, obično obostrane simetrije. Za odašiljajuće uređaje na njega se dovodi struja, a za prijemne uređaje signal se prima između dvije polovice antene. Obje strane fidera na predajniku ili prijemniku su povezane na jedan od provodnika. Dipoli su rezonantne antene, odnosno njihovi elementi služe kao rezonatori u kojima stojeći talasi prelaze s jednog kraja na drugi. Dakle, dužina dipolnih elemenata je određena dužinom radio talasa.

Smjerni obrazac

Dipoli su omnidirekcione antene. Iz tog razloga se često koriste u komunikacijskim sistemima.

Antena u obliku asimetričnog vibratora (monopola)

Asimetrična antena je polovina dipolne antene i postavljena je okomito na provodnu površinu, horizontalni reflektujući element. Usmjerenost monopolne antene je dvostruko veća od dipolne antene dvostruke dužine jer nema zračenja ispod horizontalnog reflektirajućeg elementa. S tim u vezi, efikasnost takve antene je dvostruko veća, a ona je sposobna da dalje prenosi talase koristeći istu snagu prenosa.

Smjerni obrazac

Talasna antena, Yagi-Uda antena, Yagi antena

Smjerni obrazac

Ugaona antena

Vrsta antene koja se često koristi na VHF i UHF predajnicima. Sastoji se od iradijatora (ovo može biti dipol ili Yagi niz) postavljenog ispred dva ravna pravougaona reflektujuća ekrana povezana pod uglom, obično 90°. Metalni lim ili rešetka (za niskofrekventne radare) može djelovati kao reflektor, smanjujući težinu i smanjujući otpor vjetra. Ugaone antene imaju širok domet, a pojačanje je oko 10-15 dB.

Smjerni obrazac

Vibrator logaritamska (logaritamska periodična) antena, ili log-periodični niz simetričnih vibratora

Log-periodična antena (LPA) sastoji se od nekoliko polutalasnih dipolnih emitera postepeno rastuće dužine. Svaki se sastoji od para metalnih šipki. Dipoli su postavljeni usko, jedan iza drugog, i spojeni na napojnik paralelno, sa suprotnim fazama. Ova antena izgleda slično kao Yagi antena, ali radi drugačije. Dodavanje elemenata Yagi anteni povećava njenu usmjerenost (pojačanje), a dodavanje elemenata LPA povećava njenu propusnost. Njegova glavna prednost u odnosu na druge antene je izuzetno širok raspon radnih frekvencija. Dužine elemenata antene međusobno se odnose prema logaritamskom zakonu. Dužina najdužeg elementa je 1/2 talasne dužine najniže frekvencije, a najkraće je 1/2 talasne dužine najviše frekvencije.

Smjerni obrazac

Helix antena

Zavojna antena se sastoji od provodnika uvijenog u spiralu. Obično se postavljaju iznad horizontalnog reflektirajućeg elementa. Ulagač je spojen na dno spirale i horizontalnu ravninu. Mogu raditi u dva načina rada - normalnom i aksijalnom.

Normalni (poprečni) mod: Dimenzije spirale (prečnik i nagib) su male u poređenju sa talasnom dužinom emitovane frekvencije. Antena radi na isti način kao kratko spojeni dipol ili monopol, sa istim dijagramom zračenja. Zračenje je linearno polarizovano paralelno sa osi spirale. Ovaj način rada se koristi u kompaktnim antenama za prijenosne i mobilne radio stanice.

Aksijalni režim: dimenzije spirale su uporedive sa talasnom dužinom. Antena radi kao usmjerena, prenoseći snop s kraja spirale duž svoje ose. Emituje radio talase kružne polarizacije. Često se koristi za satelitske komunikacije.

Smjerni obrazac

Rombična antena

Dijamantska antena je širokopojasna usmjerena antena koja se sastoji od jedne do tri paralelne žice pričvršćene iznad zemlje u obliku dijamanta, oslonjene na svakom vrhu kulama ili stupovima na koje su žice pričvršćene pomoću izolatora. Sve četiri strane antene su iste dužine, obično barem iste talasne dužine ili duže. Često se koristi za komunikaciju i rad u dekametarskom opsegu talasa.

Smjerni obrazac

Dvodimenzionalni antenski niz

Višeelementni niz dipola koji se koristi u VF opsezima (1,6 - 30 MHz), koji se sastoji od redova i kolona dipola. Broj redova može biti 1, 2, 3, 4 ili 6. Broj kolona može biti 2 ili 4. Dipoli su horizontalno polarizirani i reflektirajući ekran je postavljen iza niza dipola kako bi se dobio pojačani snop. Broj dipolnih stubova određuje širinu azimutnog snopa. Za 2 stuba širina grede je oko 50°, za 4 stuba je 30°. Glavni snop može se nagnuti za 15° ili 30° za maksimalnu pokrivenost od 90°.

Broj redova i visina najnižeg elementa iznad tla određuju ugao elevacije i veličinu servisiranog prostora. Niz od dva reda ima ugao od 20°, a niz od četiri ima ugao od 10°. Zračenje iz dvodimenzionalnog niza obično se približava jonosferi pod malim uglom, a zbog svoje niske frekvencije često se reflektuje nazad na površinu zemlje. Pošto se zračenje može mnogo puta reflektovati između jonosfere i zemlje, delovanje antene nije ograničeno na horizont. Kao rezultat toga, takva se antena često koristi za komunikaciju na velikim udaljenostima.

Smjerni obrazac

Sirena antena

Rožna antena se sastoji od metalnog talasovoda u obliku roga koji se širi koji sakuplja radio talase u snop. Rožne antene imaju vrlo širok raspon radnih frekvencija, mogu raditi sa 20-strukim razmakom u svojim granicama - na primjer, od 1 do 20 GHz. Pojačanje varira od 10 do 25 dB, a često se koriste kao feedovi za veće antene.

Smjerni obrazac

Parabolična antena

Jedna od najpopularnijih radarskih antena je parabolički reflektor. Dovod se nalazi u fokusu parabole, a radarska energija je usmjerena na površinu reflektora. Najčešće se kao napajanje koristi rog antena, ali se mogu koristiti i dipolna i spiralna antena.

Pošto je tačkasti izvor energije u fokusu, on se pretvara u talasni front konstantne faze, što parabolu čini dobrom za upotrebu u radaru. Promjenom veličine i oblika reflektirajuće površine mogu se stvoriti snopovi i obrasci zračenja različitih oblika. Usmjerenost paraboličkih antena je mnogo bolja od one kod Yagi ili dipola, pojačanje može doseći 30-35 dB. Njihova glavna mana je nesposobnost da podnose niske frekvencije zbog svoje veličine. Druga stvar je da iradijator može blokirati dio signala.

Smjerni obrazac

Cassegrain antena

Cassegrain antena je vrlo slična konvencionalnoj paraboličnoj anteni, ali koristi sistem od dva reflektora za kreiranje i fokusiranje radarskog zraka. Glavni reflektor je paraboličan, a pomoćni hiperboličan. Iradijator se nalazi u jednom od dva fokusa hiperbole. Energija radara od predajnika se reflektuje sa pomoćnog reflektora na glavni i fokusira. Energija koja se vraća iz mete prikuplja se glavnim reflektorom i reflektuje u obliku snopa koji konvergira u jednoj tački na pomoćni. Zatim se reflektuje pomoću pomoćnog reflektora i sakuplja na mestu gde se nalazi iradijator. Što je veći pomoćni reflektor, to može biti bliži glavnom. Ovaj dizajn smanjuje aksijalne dimenzije radara, ali povećava sjenčanje otvora blende. Mali pomoćni reflektor, naprotiv, smanjuje zasjenjenje otvora, ali mora biti udaljen od glavnog. Prednosti u odnosu na paraboličnu antenu: kompaktnost (uprkos prisutnosti drugog reflektora, ukupna udaljenost između dva reflektora je manja od udaljenosti od napajanja do reflektora paraboličke antene), smanjeni gubici (prijemnik se može postaviti blizu do emitera sire), smanjene smetnje bočnih režnjeva za zemaljske radare. Glavni nedostaci: snop je jače blokiran (veličina pomoćnog reflektora i feed je veći od veličine feeda konvencionalne paraboličke antene), ne radi dobro sa širokim rasponom valova.

Smjerni obrazac

Antena Gregory

Na lijevoj strani je Gregory antena, na desnoj je Cassegrain antena

Gregory parabolična antena je po strukturi vrlo slična Cassegrain anteni. Razlika je u tome što je pomoćni reflektor zakrivljen u suprotnom smjeru. Gregoryjev dizajn može koristiti manji sekundarni reflektor u odnosu na Cassegrain antenu, što rezultira manjim blokiranjem zraka.

Offset (asimetrična) antena

Kao što naziv govori, emiter i pomoćni reflektor (ako je Gregory antena) ofset antene su pomaknuti od centra glavnog reflektora kako ne bi blokirali snop. Ovaj dizajn se često koristi na paraboličnim i Gregory antenama radi povećanja efikasnosti.

Cassegrain antena sa ravnom faznom pločom

Drugi dizajn dizajniran za borbu protiv blokiranja snopa pomoću pomoćnog reflektora je ravna ploča Cassegrain antena. Radi uzimajući u obzir polarizaciju talasa. Elektromagnetski val ima 2 komponente, magnetsku i električnu, koje su uvijek okomite jedna na drugu i na smjer kretanja. Polarizacija vala određena je orijentacijom električnog polja, može biti linearna (vertikalna/horizontalna) ili kružna (kružna ili eliptična, uvijena u smjeru kazaljke na satu ili suprotno). Zanimljiva stvar kod polarizacije je polarizator, ili proces filtriranja valova, ostavljajući samo valove polarizirane u jednom smjeru ili ravni. Obično je polarizator napravljen od materijala sa paralelnim rasporedom atoma, ili može biti rešetka paralelnih žica, među kojima je udaljenost manja od valne dužine. Često se pretpostavlja da bi udaljenost trebala biti otprilike polovina valne dužine.

Uobičajena zabluda je da elektromagnetski val i polarizator rade na sličan način kao oscilirajući kabel i ograda od dasaka - to jest, na primjer, horizontalno polarizirani val mora biti blokiran ekranom s vertikalnim prorezima.

U stvari, elektromagnetski talasi se ponašaju drugačije od mehaničkih talasa. Rešetka paralelnih horizontalnih žica potpuno blokira i reflektira horizontalno polarizirani radio val i odašilje vertikalno polarizirani - i obrnuto. Razlog je sljedeći: kada je električno polje, ili val, paralelan sa žicom, ono pobuđuje elektrone duž dužine žice, a budući da je dužina žice višestruko veća od njene debljine, elektroni se lako mogu kretati i apsorbuju većinu energije talasa. Kretanje elektrona dovest će do pojave struje, a struja će stvoriti vlastite valove. Ovi valovi će poništiti prijenosne valove i ponašati se kao reflektirani valovi. S druge strane, kada je električno polje vala okomito na žice, ono će pobuđivati ​​elektrone po širini žice. Budući da se elektroni neće moći aktivno kretati na ovaj način, vrlo malo energije će se reflektirati.

Važno je napomenuti da iako u većini ilustracija radio talasi imaju samo 1 magnetsko i 1 električno polje, to ne znači da oni osciliraju striktno u istoj ravni. Zapravo, može se zamisliti da se električna i magnetna polja sastoje od nekoliko podpolja koja se vektorski zbrajaju. Na primjer, za vertikalno polarizirani val iz dva potpolja, rezultat zbrajanja njihovih vektora je okomit. Kada su dva potpolja u fazi, rezultirajuće električno polje će uvijek biti stacionarno u istoj ravni. Ali ako je jedno od potpolja sporije od drugog, tada će rezultirajuće polje početi rotirati oko smjera kretanja vala (ovo se često naziva eliptična polarizacija). Ako je jedno potpolje sporije od ostalih za tačno četvrtinu talasne dužine (faza se razlikuje za 90 stepeni), dobijamo kružnu polarizaciju:

Da bi se linearna polarizacija talasa pretvorila u kružnu polarizaciju i nazad, potrebno je usporiti jedno od potpolja u odnosu na ostala za tačno četvrtinu talasne dužine. Za to se najčešće koristi rešetka (četvrtvalna fazna ploča) paralelnih žica s razmakom između njih od 1/4 valne duljine, smještene pod kutom od 45 stupnjeva prema horizontali.
Za val koji prolazi kroz uređaj, linearna polarizacija se pretvara u kružnu, a kružna u linearnu.

Cassegrain antena sa ravnom faznom pločom koja radi na ovom principu sastoji se od dva reflektora jednake veličine. Pomoćni reflektuje samo horizontalno polarizovane talase i prenosi vertikalno polarizovane talase. Glavni reflektuje sve talase. Pomoćna reflektorska ploča nalazi se ispred glavne. Sastoji se iz dva dela - ploče sa prorezima koji se kreću pod uglom od 45° i ploče sa horizontalnim prorezima širine manje od 1/4 talasne dužine.

Recimo da napajanje prenosi talas sa kružnom polarizacijom u smeru suprotnom od kazaljke na satu. Talas prolazi kroz četvrttalasnu ploču i postaje horizontalno polarizovan talas. Odbija se od horizontalnih žica. Ponovo prolazi kroz četvrttalasnu ploču, sa druge strane, i za nju su žice ploča već orijentisane kao ogledalo, odnosno kao da su zakrenute za 90°. Prethodna promjena polarizacije je obrnuta, tako da val ponovo postaje kružno polariziran u smjeru suprotnom od kazaljke na satu i putuje natrag do glavnog reflektora. Reflektor mijenja polarizaciju iz suprotnom od kazaljke na satu. Prolazi kroz horizontalne proreze pomoćnog reflektora bez otpora i odlazi u smjeru ciljeva, vertikalno polarizirano. U načinu prijema dešava se suprotno.

Slot antena

Iako opisane antene imaju prilično veliko pojačanje u odnosu na veličinu otvora, sve one imaju zajedničke nedostatke: visoku osjetljivost na bočne režnjeve (osjetljivost na neugodne refleksije sa zemljine površine i osjetljivost na mete sa niskom efektivnom površinom raspršenja), smanjenu efikasnost zbog blokiranje snopa (mali radari, koji se mogu koristiti u avionima, imaju problem sa blokiranjem; veliki radari, kod kojih je problem sa blokiranjem manji, ne mogu se koristiti u zraku). Kao rezultat toga, izumljen je novi dizajn antene - prorezna antena. Izrađuje se u obliku metalne površine, obično ravne, u kojoj su izrezane rupe ili prorezi. Kada se ozrači na željenoj frekvenciji, elektromagnetski valovi se emituju iz svakog slota - to jest, prorezi djeluju kao pojedinačne antene i formiraju niz. Budući da je snop koji dolazi iz svakog proreza slab, njihovi bočni režnjevi su također vrlo mali. Slot antene se odlikuju visokim pojačanjem, malim bočnim režnjevima i malom težinom. Možda nemaju izbočene dijelove, što je u nekim slučajevima njihova važna prednost (na primjer, kada se ugrađuju u avion).

Smjerni obrazac

Pasivna fazna antena (PFAR)

Radar sa MIG-31

Od ranih dana razvoja radara, programere je mučio jedan problem: ravnoteža između tačnosti, dometa i vremena skeniranja radara. Nastaje zato što radari sa užom širinom snopa povećavaju preciznost (povećana rezolucija) i domet pri istoj snazi ​​(koncentracija snage). Ali što je širina zraka manja, radar duže skenira cijelo vidno polje. Štaviše, radar s velikim pojačanjem će zahtijevati veće antene, što je nezgodno za brzo skeniranje. Da bi se postigla praktična preciznost na niskim frekvencijama, radaru bi bile potrebne antene toliko ogromne da bi ih bilo mehanički teško rotirati. Da bi se riješio ovaj problem, napravljena je pasivna fazna antenska rešetka. Ne oslanja se na mehaniku, već na interferenciju talasa za kontrolu zraka. Ako dva ili više talasa istog tipa osciliraju i susreću se u jednoj tački u prostoru, ukupna amplituda talasa se zbraja na isti način kao što se zbrajaju talasi na vodi. U zavisnosti od faza ovih talasa, interferencija ih može ojačati ili oslabiti.

Zraka se može oblikovati i kontrolirati elektronski kontroliranjem fazne razlike grupe odašiljačkih elemenata - na taj način kontrolirajući gdje dolazi do interferencije pojačanja ili slabljenja. Iz ovoga proizilazi da radar aviona mora imati najmanje dva predajna elementa za upravljanje snopom s jedne na drugu stranu.

Tipično, PFAR radar se sastoji od 1 napajanja, jednog LNA (niskošumnog pojačivača), jednog razdjelnika energije, 1000-2000 odašiljačkih elemenata i jednakog broja faznih pomjernika.

Predajni elementi mogu biti izotropne ili usmjerene antene. Neki tipični tipovi elemenata prijenosa:

Na prvim generacijama borbenih aviona najčešće su se koristile patch antene (trakaste antene) jer ih je bilo najlakše razviti.

Moderni nizovi aktivne faze koriste groove emitere zbog svojih širokopojasnih mogućnosti i poboljšanog pojačanja:

Bez obzira na vrstu antene koja se koristi, povećanje broja zračećih elemenata poboljšava karakteristike usmjerenosti radara.

Kao što znamo, za istu frekvenciju radara povećanje otvora blende dovodi do smanjenja širine snopa, što povećava domet i preciznost. Ali za fazne nizove ne vrijedi povećavati udaljenost između elemenata koji emitiraju u pokušaju povećanja otvora blende i smanjenja cijene radara. Jer ako je razmak između elemenata veći od radne frekvencije, mogu se pojaviti bočni režnjevi, što značajno pogoršava performanse radara.

Najvažniji i najskuplji dio PFAR-a su fazni pomjernici. Bez njih je nemoguće kontrolirati fazu signala i smjer snopa.

Dolaze u različitim tipovima, ali generalno se mogu podijeliti u četiri tipa.

Fazni menjači sa vremenskim kašnjenjem

Najjednostavniji tip faznih pomerača. Potrebno je vrijeme da signal prođe kroz dalekovod. Ovo kašnjenje, jednako faznom pomaku signala, zavisi od dužine dalekovoda, frekvencije signala i fazne brzine signala u materijalu za prenos. Prebacivanjem signala između dva ili više dalekovoda određene dužine, može se kontrolisati fazni pomak. Preklopni elementi su mehanički releji, pin diode, tranzistori sa efektom polja ili mikroelektromehanički sistemi. Pin diode se često koriste zbog njihove velike brzine, malih gubitaka i jednostavnih krugova prednapona koji pružaju promjene otpora od 10 kΩ do 1 Ω.

Kašnjenje, sek = fazni pomak ° / (360 * frekvencija, Hz)

Njihov nedostatak je što se fazna greška povećava sa povećanjem frekvencije i povećava sa smanjenjem frekvencije. Takođe, promena faze varira sa frekvencijom, tako da nisu primenljive za veoma niske i visoke frekvencije.

Reflektivni/kvadraturni fazni pomerač

Obično je ovo kvadraturni uređaj za spajanje koji dijeli ulazni signal na dva signala 90° van faze, koji se zatim reflektiraju. Zatim se kombinuju u fazi na izlazu. Ovo kolo radi jer refleksije signala od provodnih vodova mogu biti van faze u odnosu na upadni signal. Fazni pomak varira od 0° (otvoreni krug, nulti varaktorski kapacitet) do -180° (kratki spoj, beskonačna kapacitivnost varaktora). Takvi fazni pomjernici imaju širok raspon djelovanja. Međutim, fizička ograničenja varaktora znače da u praksi fazni pomak može doseći samo 160°. Ali za veći pomak moguće je kombinirati nekoliko takvih lanaca.

Vektorski IQ modulator

Baš kao kod reflektivnog pomerača faze, ovde se signal deli na dva izlaza sa faznim pomakom od 90 stepeni. Faza nepristrasnog ulaza naziva se I-kanal, a kvadratura sa pomakom od 90 stepeni naziva se Q-kanal. Svaki signal se zatim propušta kroz dvofazni modulator koji može pomjeriti fazu signala. Svaki signal je fazno pomaknut za 0° ili 180°, što omogućava odabir bilo kojeg para kvadraturnih vektora. Dva signala se zatim rekombinuju. Pošto se slabljenje oba signala može kontrolisati, kontroliše se ne samo faza već i amplituda izlaznog signala.

Fazni menjač na visoko/niskopropusnim filterima

Proizveden je kako bi riješio problem vremenski kašnjenja faznih pomakača koji ne mogu raditi u velikom frekventnom opsegu. Radi tako što mijenja putanju signala između visokopropusnih i niskopropusnih filtera. Slično faznom pomeraču vremenskog kašnjenja, ali koristi filtere umesto dalekovoda. Visokopropusni filtar se sastoji od niza induktora i kondenzatora koji osiguravaju napredovanje faze. Takav fazni pomerač obezbeđuje konstantan fazni pomak u opsegu radne frekvencije. Takođe je mnogo manjih dimenzija od prethodnih navedenih faznih pomerača, zbog čega se najčešće koristi u radarskim aplikacijama.

Ukratko, u odnosu na konvencionalnu reflektirajuću antenu, glavne prednosti PFAR-a će biti: velika brzina skeniranja (povećavanje broja praćenih ciljeva, smanjenje vjerovatnoće da stanica detektuje upozorenje o zračenju), optimizacija vremena provedenog na meti, visoko pojačanje i mali bočni režnjevi (teško za ometanje i detektovanje), nasumična sekvenca skeniranja (teže za zaglavljivanje), mogućnost upotrebe posebnih tehnika modulacije i detekcije za izdvajanje signala iz šuma. Glavni nedostaci su visoka cijena, nemogućnost skeniranja širine šire od 60 stupnjeva (vidno polje stacionarnog faznog niza je 120 stupnjeva, mehanički radar ga može proširiti na 360).

Aktivna fazna antena

Spolja, AFAR (AESA) i PFAR (PESA) je teško razlikovati, ali iznutra se radikalno razlikuju. PFAR koristi jedno ili dva pojačala velike snage za prijenos jednog signala, koji se zatim dijeli na hiljade putanja za hiljade faznih pomjernika i elemenata. AFAR radar se sastoji od hiljada modula za prijem/prenos. Pošto se predajnici nalaze direktno u samim elementima, on nema odvojene prijemnik i predajnik. Razlike u arhitekturi su prikazane na slici.

U AFAR-u, većina komponenti, kao što su pojačalo slabog signala, pojačalo velike snage, duplekser i fazni pomerač, smanjene su u veličini i sastavljene u jednom kućištu koje se zove modul za prenos/prijem. Svaki od modula je mali radar. Njihova arhitektura je sledeća:

Iako AESA i PESA koriste interferenciju talasa za oblikovanje i skretanje zraka, jedinstveni dizajn AESA pruža mnoge prednosti u odnosu na PFAR. Na primjer, malo pojačalo signala se nalazi blizu prijemnika, prije komponenti gdje se gubi dio signala, tako da ima bolji odnos signal-šum od PFAR-a.

Štaviše, sa jednakim mogućnostima detekcije, AFAR ima niži ciklus rada i vršnu snagu. Takođe, pošto se pojedinačni APAA moduli ne oslanjaju na jedno pojačalo, oni mogu istovremeno prenositi signale na različitim frekvencijama. Kao rezultat, AFAR može kreirati nekoliko odvojenih zraka, dijeleći niz na podnipove. Mogućnost rada na više frekvencija donosi multitasking i mogućnost postavljanja elektronskih sistema za ometanje bilo gdje u odnosu na radar. Ali formiranje previše istovremenih zraka smanjuje domet radara.

Dva glavna nedostatka AFAR-a su visoka cijena i ograničeno vidno polje na 60 stepeni.

Hibridne elektronsko-mehaničke fazne antene

Veoma velika brzina skeniranja faznog niza je kombinovana sa ograničenim vidnim poljem. Kako bi riješili ovaj problem, moderni radari postavljaju fazne nizove na pokretni disk, što povećava vidno polje. Nemojte brkati vidno polje sa širinom snopa. Širina snopa se odnosi na radarski snop, a vidno polje se odnosi na ukupnu veličinu područja koje se skenira. Uski snopovi su često potrebni za poboljšanje tačnosti i dometa, ali usko vidno polje obično nije potrebno.

Oznake: Dodaj oznake

Radio časopis, broj 9, 1999.

Sudeći po stranoj radio-amaterskoj literaturi, skelet-slot antena je popularna na frekvencijama iznad 20 MHz. Objavljeni članak pokušava odgovoriti na pitanje - u kojoj mjeri njegov usmjereni koeficijent koji je naveden u literaturi odgovara stvarnosti.

U knjigama o VHF antenama, takozvana skelet-slot antena je više puta opisana, a sve publikacije, bez izuzetka, izvještavaju o njenim vrlo visokim parametrima, velikom koeficijentu usmjerenosti (DA), širokom frekvencijskom opsegu i lakoći podešavanja. Ideju o anteni predložio je J. Ramsey još 1949. godine, njen dizajn je prikazan na slici 1,pozajmljeno od . Aktivni element antene sastoji se od tri paralelna polutalasna dipola smještena tri nivoa jedan iznad drugog.

Da bi se smanjila veličina antene, krajevi gornjeg i donjeg dipola su savijeni pod pravim uglom prema srednjem dipolu i povezani s njim. To je ono što ih uzbuđuje. Srednji dipol je napravljen razdvojenim i spojen na odgovarajuću četvrttalasnu dvožičnu liniju, koja takođe služi za montiranje reflektora. Reflektor je dizajniran kao talasni kanal u obliku jednog vibratora, čija je električna dužina nešto veća od polutalasa. Dimenzije antene u talasnim dužinama i vrednosti koeficijenta skraćivanja k, u zavisnosti od prečnika provodnika (cevi) d, prikazane su na sl. 1. Pomeranjem tačke napajanja XX duž dvožične linije, možete promeniti ulaznu impedanciju antene od nule (blizu reflektora) na približno 400 Ohma (u tački YY blizu aktivnog elementa).

Raspodjela struje u aktivnom elementu prikazana je na Sl. 2. Vidi se da se antinodi (maksimumi) struje nalaze tačno u sredini horizontalnih delova elementa, formirajući trospratni sistem u fazi. U vertikalnim dijelovima aktivnog elementa struje su male i usmjerene jedna prema drugoj. Osim toga, ovdje postoje četiri strujna čvora, tako da iz vertikalnih dijelova nema zračenja dalekog polja. Podsjetimo da je u dalekoj zoni dijagram zračenja antene gotovo u potpunosti formiran. Udaljenost do daleke zone je nekoliko valnih dužina. Što je veća efikasnost antene, to je veća.

Aktivni element skelet-slot antene se takođe može smatrati kao dva kvadrata, u kombinaciji sa jednom stranom i tačkama napajanja. Međutim, u poređenju sa dva kvadrata pune veličine, obim aktivnog elementa skeletno-slot antene je nešto manji, verovatno zbog efekta skraćivanja kapacitivnosti između vertikalnih provodnika elementa. Sličnu antenu je predložio K. Kharchenko, ali u njoj se dva kvadrata napajaju iz uglova i kombinuju sa tačkama napajanja.

Jednostavna antena sa skeletnim prorezom ima reflektor koji nije dovoljno efikasan. Ovaj nedostatak se može otkloniti konstruiranjem reflektora na potpuno isti način kao i aktivni element (u obliku iste trokatne strukture vibratora). Dvožične linije se više ne mogu postavljati između elemenata, ali se niko ne trudi da ih povuče u ravni svakog elementa do tačke sa nultim potencijalom u sredini donjeg horizontalnog vibratora.

Šta se dešava nakon ove modifikacije prikazano je na Sl. 3. Dimenzije samih elemenata ostaju iste, a razmak između aktivnog elementa i reflektora je smanjen na 0,18. Ova antena ima još jednu prednost. Pomicanjem kratkospojnih kratkospojnika duž dvožičnih vodova, elementi se mogu podesiti na željenu frekvenciju, a pomicanjem kratkospojnika reflektora lako je podesiti antenu na maksimalnu efikasnost ili omjer zračenja naprijed-nazad.

Za takvu dvoelementnu antenu, opisanu u [i], prijavljena je neobično visoka efikasnost od 14...16 dB! Da druga od navedenih knjiga nije ozbiljna publikacija, onda bi se ipak moglo odustati i ne shvatiti ovu cifru ozbiljno. Ali ova knjiga je općenito vrlo dobra i gotovo da nema grešaka. Njegov autor, naravno, nije mogao testirati sve brojne konstrukcije date u njemu. Dakle, ako je ovo greška, onda se pojavila ranije, u nekim drugim publikacijama, a sada je teško pronaći izvorni izvor. Sasvim je jasno da bi infazni sistem vibratora trebao dati veću efikasnost od jednog vibratora, ali se postavlja pitanje - koliko? Iako na str. 100 i navodi se da je antena „... zapravo šesteroelementna, trospratna infazna antena“, ali su vibratori prilično blizu jedan drugom, a takođe i skraćeni. Ovo će sigurno smanjiti efikasnost. Dakle, bilo je više pitanja nego odgovora. Osim toga, autoru poznati radio-amateri planirali su izgraditi upravo takvu antenu za domet od 10 metara i bili su spremni potrošiti novac na materijal, koji ovih dana nije jeftin!

Da bi se dobio jasan i precizan odgovor na pitanje o faktoru usmjerenosti, sproveden je eksperiment u opsegu od 432 MHz. Elementi su savijeni u skladu sa sl. 3 komada emajlirane bakarne žice prečnika 1,5 mm, priključci su zalemljeni, a provodnici vodova na mestima gde se postavljaju kratkospojnici za zatvaranje i priključuje kabl su skinuti izolaciju. Cijela konstrukcija je montirana na drveni okvir od suhih tankih letvica. Kabl za napajanje išao je od napojnih tačaka duž dvožičnog vodova na koji je pletenica bila spojena, okomito prema dolje i spojena direktno na izlaz standardnog generatora signala. Indikator polja bio je polutalasni dipol sa detektorom i mikroampermetrom. Nalazila se na stativu na udaljenosti od nekoliko metara od antene. Antena je također bila postavljena na primitivni rotirajući tronožac, što je omogućilo promjenu njezine orijentacije.

Antena je podešena prilično lako i brzo, samo za maksimalno zračenje u glavnom pravcu. Sa naznačenim dimenzijama na frekvenciji od 432 MHz, udaljenosti zatvarača skakača od osnove dvožičnih vodova za podešenu antenu su se pokazale kao sljedeće: za reflektor - 43 mm, za aktivni element - 28 mm. Udaljenost do priključne tačke kabla od 50 oma bila je 70 mm.

Kada se podesi na maksimalnu usmjerenost, detektuje se mali zadnji režanj. Podešavanjem reflektora može se skoro potpuno potisnuti. Nije bilo bočnog, gore ili dolje radijacije.

Efikasnost, tačnije, pojačanje antene, jednako umnošku efikasnosti i efikasnosti, određivano je na sledeći način: nivo signala koji antena stvara u glavnom pravcu beleži se na indikatoru, a zatim, umesto antene, polutalasni dipol koji se nalazi na istoj tački u prostoru bio je povezan na kabl za napajanje. Nivo signala iz generatora se povećao dovoljno da dobije ista očitanja na indikatoru. Promjena nivoa signala mjerena atenuatorom generatora numerički je jednaka pojačanju antene u odnosu na polutalasni dipol. Za ovu antenu ispostavilo se da je 7 dBd. U poređenju sa izotropnim (omnidirekcionim) emiterom, biće 2,15 dB više i oko 9,2 dBi.

Obratite pažnju na slova d i i u označavanju decibela - u literaturi o antenama je uobičajeno da se naznači u odnosu na koji se emiter mjeri usmjerenost. Širina dijagrama zračenja pri pola snage bila je oko 60° u horizontalnoj ravni (u azimutu), i oko 90° u vertikalnoj ravni (u elevaciji). Imajući ove podatke, usmjerenost se može izračunati na još jedan način: čvrsti ugao u koji antena zrači jednak je proizvodu linearnih uglova koji odgovaraju širini dijagrama i izražen u radijanima. Dobijamo vrijednost od oko 1,5 steradiana. Istovremeno, izotropna antena zrači u čvrsti ugao od 4, odnosno 12,6 steradiana. Direktivnost je, po definiciji, odnos ovih solidnih uglova i iznosi 12,6/1,5 = 8,4 ili 9,2 dBi.

Postigavši ​​tako dobro slaganje vrijednosti usmjerenosti određene dvije metode, autor je odlučio da nema više šta za mjerenje i, uz malo razočaranje, još jednom se uvjerio da se čuda ne dešavaju u antenskoj tehnologiji. Ipak, antena radi veoma dobro i uprkos malim dimenzijama (330x120x120 mm u opsegu od 432 MHz), pruža veoma pristojan dobitak.

Pronalazak se odnosi na antensko-feeder uređaje, odnosno na ultrakratke radiotalasne antene i mikrotalasne antene za emitovanje horizontalno polarizovanih talasa sa kružnim dijagramom zračenja u horizontalnoj ravni. Tehnički rezultat ostvaren implementacijom predloženog izuma je proširenje radnog frekventnog opsega prorezne cilindrične antene, obezbeđujući antenu uređaje za usklađivanje sa fiderom, koji nisu kritični za veličinu pri podešavanju antene na radnu rezonanciju. frekvencija. Prorezna cilindrična antena sadrži provodljivo cilindrično tijelo s uzdužnim prorezom s prvim i drugim rubom i fiderom, koji dodatno sadrži prvu provodnu stezaljku, drugu provodnu stezaljku i odgovarajući kabelski dio, pri čemu je prva stezaljka smještena tako da formira galvanski kontakt na prvoj ivici utora, druga stezaljka se nalazi sa formiranjem galvanskog kontakta na drugom rubu utora, dovod na površini cilindra je položen duž prave linije dijametralno suprotno od uzdužne osi proreza , sa krivinom u blizini tačke pobuđivanja utora, položenog kroz prvu stezaljku sa vanjskim provodnikom napojnika koji formira galvanski kontakt sa prvom stezaljkom, odgovarajući dio kabla se polaže kroz drugu stezaljku, centralni provodnik napojnika je galvanski povezan sa centralnim provodnikom odgovarajućeg kablovskog dela. 1 plata f-ly, 6 ill.

Crteži za RF patent 2574172

Područje tehnologije na koje se izum odnosi

Pronalazak se odnosi na antensko-feeder uređaje, odnosno na ultrakratke radiotalasne antene i mikrotalasne antene za emitovanje horizontalno polarizovanih talasa sa kružnim dijagramom zračenja u horizontalnoj ravni.

Stanje tehnike

Slot antenu je prvi put predložio 1938. Alan D. Blumlein za upotrebu u televizijskom emitovanju u ultrakratkom talasnom opsegu sa horizontalnom polarizacijom i kružnim uzorkom zračenja (RP) u horizontalnoj ravni [Britanski patent br. 515684. HF električni provodnici. Alan Blumlein, publ. 1938. Patent SAD br. 2,238,770 Visokofrekventni električni provodnik ili radijator]. Antena je cijev sa uzdužnim prorezom. Jednostavnost dizajna, odsustvo izbočenog dijela iznad površine u kojoj je urezan utor, privukli su pažnju stručnjaka koji su projektirali radio sisteme za podmornice. Slot antene ne remete aerodinamiku objekata na kojima su ugrađene, što je odredilo njihovu široku upotrebu na avionima, projektilima i drugim pokretnim objektima. Takve antene sa prorezima urezanim u zidove talasovoda pravougaonog, kružnog ili drugog oblika poprečnog preseka se široko koriste kao vazdušne i zemaljske antene za radarske i radio-navigacione sisteme.

Dakle, poznata je prva prorezna cilindrična antena A.D. Blumlein za emitiranje horizontalno polariziranih valova visokih frekvencija, koji sadrži provodni cilindar sa uzdužnim prorezom, uređaje za pobuđivanje proreza na jednom kraju cilindra i kratki spoj na drugom kraju cilindra, uređaj za podešavanje širine cilindra prorez. Provodni cilindar ima dužinu jednaku polovini talasne dužine u slobodnom prostoru.

Nedostaci poznate prve slot antene su:

Antena ne sadrži uređaje za podešavanje antene na rezonantnu frekvenciju,

Antena ima dužinu jednaku polovini talasne dužine u slobodnom prostoru, što otežava postizanje prihvatljivih performansi antene u smislu svojstava usmerenosti i usklađivanja antena-feed.

Druga cilindrična prorezna antena poznata je po emitiranju horizontalno polariziranih visokofrekventnih valova, koja sadrži provodni cilindar s uzdužnim prorezom, fider, kratki spoj na jednom kraju proreza i uređaje za pobuđivanje antene na drugom kraju proreza. , navedeni cilindar ima prečnik između 0,151 i 0,121, gde je 1 - talasna dužina u slobodnom prostoru na radnoj frekvenciji. Navedeni cilindar ima dužinu blizu devet desetina četvrtine dužine stojećeg vala uspostavljenog duž linije proreza na cilindru (valna dužina u liniji proreza na cilindru je nekoliko puta veća od valne dužine u slobodnom prostoru) .

Kada je cilindar vertikalno orijentisan, antena ima skoro kružni dijagram zračenja sa horizontalnom polarizacijom polja zračenja i ima visok koeficijent usmerenosti (DA). Antena je kompaktna, pogodna za ugradnju na krovove visokih zgrada, njene glatke konture površine sprečavaju nakupljanje mokrog snijega i stvaranje leda. Zbog svog kružnog cilindričnog oblika, antena ima relativno malo opterećenje vjetrom.

Poznata druga antena prevazilazi nedostatke prve poznate antene zbog svoje veličine od pola talasne dužine u slobodnom prostoru. Svesmjerna slot antena Andrewa Alforda, kreirana 1946. godine i instalirana na Chrysler Skyscraper u New Yorku, korištena je za prve televizijske emisije u boji.

Međutim, poznata cilindrična antena drugog proreza ima sljedeće nedostatke:

antena ima veliku uzdužnu veličinu u smislu talasnih dužina u slobodnom prostoru, što otežava njeno korišćenje kao zrači element antenskog niza koji formira dijagram zračenja posebnog tipa u ravni vektora H;

antena nema uređaje za usklađivanje sa fiderom.

Treća cilindrična antena je poznata po tome što emituje horizontalno polarizovane talase visokih frekvencija, koja sadrži provodni cilindar sa uzdužnim prorezom, kratko spojen na oba kraja cilindra, pobuđen koaksijalnim kablom, čiji je spoljni provodnik galvanski povezan sa prvu ivicu utora, a centralni provodnik je galvanski povezan sa drugom ivicom utora.

Poznata cilindrična antena trećeg proreza ima nedostatke:

Zbog asimetrične pobude antene pobuđuje se val koji se širi u liniji koju čine vanjski provodnik koaksijalnog kabela i cilindra, uslijed čega se uočava primjetno zračenje kabla (efekat antenskog fidera), njegovo karakteristike značajno zavise od eksternih operativnih faktora;

Ne postoje uređaji za usklađivanje antene sa fiderom (da se antena podesi na rezonanciju na radnoj frekvenciji),

Poznata cilindrična antena trećeg proreza ima uzak opseg radnih frekvencija, koji ne prelazi 1% na nivou SWR u dalekovodu.

Treća poznata slot cilindrična antena, napajana koaksijalnim kablom, je, u smislu svojih bitnih karakteristika, najbliža ovom pronalasku. Ovu antenu su autori odabrali kao prototip.

Otkrivanje pronalaska

Tehnički cilj ovog pronalaska je da proširi opseg radne frekvencije cilindrične antene sa prorezima, obezbeđujući antenu uređaje za usklađivanje sa fiderom, koji nisu kritični za veličinu pri podešavanju antene na radnu (rezonantnu) frekvenciju.

Ovaj zadatak se postiže time što prorezna cilindrična antena koja sadrži provodljivo cilindrično tijelo (u daljnjem tekstu tijelo) s uzdužnim prorezom sa prvim i drugim rubom i fiderom, dodatno sadrži prvu provodnu stezaljku, drugu provodnu stezaljku (u daljnjem tekstu kao prva stezaljka, druga stezaljka) i odgovarajući komad kabla, pri čemu je prva stezaljka smeštena da formira galvanski kontakt na prvoj ivici proreza, druga stezaljka koja se nalazi da formira galvanski kontakt na drugoj ivici utor, dovod na površini cilindra je položen duž prave linije dijametralno suprotno od uzdužne osi utora, sa krivinom u blizini utora tačke pobude, položenog kroz prvu stezaljku uz formiranje galvanskog kontakta vanjskim provodnikom napojnika sa prvom stezaljkom, odgovarajući dio kabela se polaže kroz drugu stezaljku, središnji provodnik napojnika je galvanski povezan sa središnjim provodnikom odgovarajućeg kabelskog dijela.

Uvođenje prve provodne stezaljke, druge provodne stezaljke i odgovarajućeg dijela kabla u antenu, njihov relativni položaj i povezivanje u anteni kako je gore navedeno rješava sljedeće probleme:

Kreirati antenu koja, zahvaljujući simetričnom sistemu napajanja, daje simetričan dijagram zračenja u ravni vektora H, bez bifurkacije dijagrama i bez odstupanja maksimuma dijagrama zračenja od ravni okomite na osu cilindra;

Napravite antenu koja daje kružni uzorak zračenja u vektorskoj ravnini zbog činjenice da je prečnik cilindra mnogo manji od talasne dužine;

Za stvaranje antene koja pruža stabilne karakteristike zračenja kada se koriste i uski prorezi sa niskom talasnom impedancijom i široki prorezi sa visokom talasnom impedancijom;

Kreirajte antenu koja obezbeđuje kompenzaciju za reaktivnu komponentu ulazne impedanse antene u širokom frekventnom opsegu;

Napravite antenu čija otpornost na zračenje varira unutar malog opsega u širokom frekventnom opsegu;

Kreirajte antenu koja obezbeđuje nizak SWR u napojnoj liniji usklađivanjem ulazne impedancije antene sa karakterističnom impedansom fidera u širokom frekventnom opsegu;

Smanjite nivo snage koji se vraća predajniku kada antena emituje tako što ćete uskladiti antenu sa fiderom;

Smanjite nivo izobličenja spektra signala koji antena emituje (prima) zbog uniformne amplitudno-fazne karakteristike antene u frekvencijskom opsegu;

Povećati otpornost antene na kvar visoke frekvencije smanjenjem jačine polja u radio-frekvencijskom konektoru zbog smanjenja SWR-a u dalekovodu kada antena radi u načinu odašiljanja;

Omogućiti anteni odgovarajući uređaj promjenom reaktancije uređaja za usklađivanje i time proširiti radni frekvencijski opseg antene;

Obezbedite jednostavnu metodu za podešavanje antene u koordinaciji sa fiderom u frekvencijskom opsegu;

Osigurajte maksimalan prijenos snage usklađivanjem karakteristične impedancije napojnika;

Povećajte nivo potencijalne snage u unapred odabranom napajaču smanjenjem SWR-a u njemu;

Minimizirajte gubitke u dovodu i, kao rezultat, smanjite zagrijavanje dovoda prilikom prijenosa energije kroz njega;

Minimizirati emisiju (prijem) elektromagnetnih talasa od strane fidera (spoljna strana spoljašnjeg provodnika koaksijalnog kabla);

Napravite slot antenu koja bi se mogla koristiti kao nezavisna antena, kao i element antenskog niza;

Napravite antenu pogodnu za montažu na cijev ili pojas rešetkastog tornja.

Antena je kompaktna kada je cilindar orijentisan okomito, emituje horizontalno polarizovane talase. Može poslužiti kao zračeći element antenskog niza. Antenski niz slot emitera može se instalirati direktno na površinu zemlje i na krovove visokih zgrada. Glatke konture površine antene sprečavaju nakupljanje mokrog snijega i stvaranje leda na njoj. Zbog svog kružnog cilindričnog oblika, antena ima relativno malo opterećenje vjetrom.

Uključivanjem radara u antenu rešava se problem zaštite prorezne cilindrične antene u skladu sa ovim pronalaskom od uticaja spoljašnjih faktora rada.

Rješenje gore navedenih problema ukazuje na to da je stvorena nova cilindrična antena koja pruža karakteristike performansi u širokom frekventnom opsegu.

Rješenje prvog od ovih problema je dobiveno kao rezultat činjenice da je predložena cilindrična antena utora pobuđena simetrično u odnosu na sredinu proreza.

Opseg radne frekvencije predložene antene na strani kraćih talasa ograničen je promjenama oblika dijagrama zračenja (DP). Koristite proreze takve dužine da uzorak ima samo jedan maksimum, orijentisan okomito na osu antene. Smanjenje talasne dužine sa konstantnim dimenzijama proreza može dovesti do pojave dva maksimuma odstupljena od ose antene.

Povećanje talasne dužine ograničeno je smanjenjem koeficijenta usmerenosti (DA). Pokazalo se da je značajno ako je promjer cilindra manji od 0,12 valnih dužina u slobodnom prostoru.

Predložena antena se može podesiti u određenom frekvencijskom opsegu.

Rješenje problema stvaranja kružnog uzorka zračenja u vektorskoj ravnini dobiva se zbog činjenice da je promjer cilindra mnogo manji od valne dužine u slobodnom prostoru.

Rešenje trećeg problema, odnosno obezbeđivanje širokog opsega radnih frekvencija sa uskim i širokim slotovima, dobijeno je kompenzacijom reaktivne komponente ulazne impedanse antene.

Rješenje problema pružanja jednostavne metode kompenzacije reaktivne komponente ulazne impedanse antene u frekvencijskom opsegu postiže se korištenjem dva serijski spojena kondenzatora za kompenzaciju.

Rješenje problema: minimiziranje emisije (prijema) elektromagnetnih valova od strane fidera - dobijeno racionalnim postavljanjem fidera na površinu cilindra, uvođenjem prve provodne stezaljke u antenu, osiguravajući galvanski kontakt vanjskog provodnika sa prvo stegnite duž cijelog obima na izlazu iz stezaljke.

Kratak opis crteža

Na sl. 1a) prikazuje proreznu cilindričnu antenu 1 u skladu sa ovim pronalaskom. Na sl. 1b) prikazuje prednji pogled na proreznu cilindričnu antenu, Sl. 1c) prikazuje pogled odozgo na proreznu cilindričnu antenu. Na sl. 1b) i sl. 1c) uvedena je sljedeća oznaka:

1 - prorez cilindrična antena,

2 - cilindrično tijelo,

4 - prva ivica utora,

5 - druga ivica utora,

7 - prva stezaljka,

8 - druga stezaljka,

9 - odgovarajući cilindar,

10 - odgovarajući presjek kabla,

11 - savijanje ulagača (na skretanju od vertikalnog do horizontalnog dijela koji se nalazi u blizini točke pobude proreza),

A - područje pobude jaza.

Na sl. 2a) prikazuje područje A pobude jaza. Na sl. 2b) prikazuje vezu vanjskog provodnika fidera sa prvom stezaljkom i prvom ivicom utora, uređajem za usklađivanje ulazne impedanse antene i njegovu vezu sa drugom ivicom utora. Na sl. 2c) prikazuje u presjeku vezu vanjskog provodnika napojnika sa drugom stezaljkom i drugom ivicom proreza, odgovarajućim cilindrom i odgovarajućim presjekom kabla. Na sl. 2b) i sl. 2c) dodatno se uvode sljedeće oznake:

12 - centralni provodnik odgovarajućeg kabla,

13 - centralni provodnik dovoda,

14 - vanjski provodnik dovoda.

Na sl. 3 prikazuje ekvivalentno kolo antene; na sl. Uvedene su 3 nove oznake:

15 - kapacitet kondenzatora formiranog od unutrašnje površine odgovarajućeg cilindra 9 i vanjske površine vanjskog provodnika odgovarajućeg kabelskog dijela 10,

16 - kapacitet kondenzatora formiranog od unutrašnje površine vanjskog provodnika i centralnog provodnika odgovarajućeg dijela kabela 10,

17 - induktivnost zbog protoka struja duž unutrašnje i vanjske površine cijevi od prve ivice do druge ivice utora (u nedostatku kondenzatora 15 i 16),

18 - stvarni dio ulazne impedanse antene (prije spajanja kondenzatora 15 i 16),

19 - uslovni terminal koji odgovara tački galvanskog kontakta vanjskog vodiča napojnog voda kroz prvu provodnu stezaljku sa rubom 4,

20 - uslovni terminal koji odgovara tački na ulazu centralnog provodnika odgovarajućeg kabelskog dijela,

21 - tačka galvanskog kontakta odgovarajućeg cilindra kroz provodnu stezaljku 2 sa ivicom 5 proreza 3.

Na sl. Na slici 4 prikazane su eksperimentalne zavisnosti realnog i imaginarnog dijela ulaznog otpora i SWR-a od frekvencije prvog i drugog uzorka prorezne cilindrične antene; na sl. 4 uvedena notacija:

221 - frekvencijska ovisnost stvarnog dijela ulazne impedanse prvog uzorka s odgovarajućim presjekom kabla dužine 10,5 mm,

222 - ovisnost o frekvenciji imaginarnog dijela ulaznog otpora prvog uzorka s odgovarajućim presjekom kabla dužine 10,5 mm,

223 - ovisnost o frekvenciji SWR antene prvog uzorka s odgovarajućim presjekom kabla dužine 10,5 mm,

231 - ovisnost o frekvenciji stvarnog dijela ulaznog otpora drugog uzorka s odgovarajućim cilindrom dužine 11,5 mm i odgovarajućim presjekom kabla dužine 20,5 mm,

232 - ovisnost o frekvenciji imaginarnog dijela ulaznog otpora drugog uzorka s odgovarajućim cilindrom dužine 11,5 mm i odgovarajućim presjekom kabla dužine 20,5 mm,

233 - frekventna zavisnost SWR antene drugog uzorka drugog uzorka sa odgovarajućim cilindrom dužine 11,5 mm i odgovarajućim segmentom kabla dužine 20,5 mm,

241 - ovisnost o frekvenciji stvarnog dijela ulaznog otpora drugog uzorka s odgovarajućim cilindrom dužine 7 mm i odgovarajućim presjekom kabla dužine 24 mm,

242 - ovisnost o frekvenciji imaginarnog dijela ulaznog otpora drugog uzorka s odgovarajućim cilindrom dužine 7 mm i odgovarajućim presjekom kabla dužine 24 mm,

243 - frekventna zavisnost SWR antene drugog uzorka sa odgovarajućim cilindrom dužine 7 mm i odgovarajućim presekom kabla dužine 24 mm,

251 - frekvencijska ovisnost stvarnog dijela ulaznog otpora drugog uzorka s odgovarajućim cilindrom dužine 5 mm i odgovarajućim presjekom kabla dužine 30 mm,

252 - ovisnost o frekvenciji imaginarnog dijela ulaznog otpora drugog uzorka s odgovarajućim cilindrom dužine 5 mm i odgovarajućim presjekom kabla dužine 30 mm,

253 - frekventna zavisnost SWR antene drugog uzorka sa odgovarajućim cilindrom dužine 5 mm i odgovarajućim presekom kabla dužine 30 mm,

Na sl. Na slici 5 prikazani su primjeri raspodjele jakosti električnog polja duž dalekovoda 26, koji je uzdužni prorez na cilindru, i duž dvožičnog voda koji se koristi za pobuđivanje navedenog dalekovoda: a) frekvencija generatora je manja od kritične frekvencije glavnog talasa prorezne linije na kružnom cilindru, b) frekvencija generatora približno jednaka kritičnoj frekvenciji glavnog talasa prorezne linije na kružnom cilindru, c) frekvencija generator je veći od kritične frekvencije glavnog vala prorezne linije na kružnom cilindru.

Na sl. 5 uvode se sljedeće oznake:

27 - koncentrirani izvor napona,

28 - dvožični dalekovod,

29 - vektori jakosti električnog polja.

Na sl. Na slici 6 prikazana je struktura električnog polja u određenom trenutku u unutrašnjim i vanjskim dijelovima prorezne cilindrične antene u presjeku okomitom na osu antene. Na sl. 6 uvode se sljedeće oznake: 30 - linije električnog polja.

Na sl. Slika 7 prikazuje primjer upotrebe prorezne cilindrične antene ovog pronalaska kao elementa antenskog niza.

Sprovođenje izuma

Pozivajući se na Sl. 1b, koja prikazuje slot antenu 1 u skladu sa ovim pronalaskom. Antena je izrađena u obliku cilindričnog tela 2 sa prorezom 3 sa prvom ivicom 4 i drugom ivicom 5, fiderom 6, prvom provodnom stegom 7, drugom provodnom stegom 8, odgovarajućim cilindrom 9, odgovarajućim presjek kabla 10 i pričvršćivači.

Cilindrično tijelo 2 je napravljeno od provodljivog materijala kao što je, na primjer, mesing, legura aluminijuma, čelik ili drugi metal, ili metalna legura sa dobrom vodljivošću. Cilindrično tijelo sa 2 u poprečnom presjeku ima oblik kruga. Poprečni presjek tijela može imati oblik kvadrata, pravokutnika, elipse ili drugog zakrivljenog profila.

Prorez 3 se izrađuje u cilindričnom tijelu 2 do cijele dubine zida tijela glodanjem, laserskim rezanjem ili drugom mehaničkom operacijom kako bi se formirala prva ivica 4 i druga ivica 5, paralelne uzdužnoj osi cilindričnog tijela.

Serijski koaksijalni kabl se može koristiti kao fider 6. Radi jasnoće, odgovarajući cilindar 9 prikazan je kao segment kružnog cilindra.

Radi jasnoće, odgovarajući dio kabla 10 prikazan je kao kratki dio koaksijalne linije. Odgovarajući dio kabla 10 je djelimično smješten unutar odgovarajućeg cilindra 9, a dijelom izvan 9.

Odgovarajući cilindar 9, obujmice 7 i 8 izrađeni su od visoko provodljivog materijala, na primjer od mesinga ili legure aluminija. Da bi se osiguralo lemljenje, obloženi su, na primjer, legurom kalaja i bizmuta.

Kraj odgovarajućeg kabelskog dijela 10, nasuprot utoru, je otvoren i nije povezan ni sa čim. Centralni provodnik 11 odgovarajućeg dela kabla 10 izlazi iz odgovarajućeg cilindra 9 i pruža se do sredine proreza 3.

Gore navedeni uređaji i dijelovi međusobno su locirani jedan u odnosu na drugi i međusobno su povezani na sljedeći način.

Prva stezaljka 7 je fiksirana da formira galvanski kontakt na prvoj ivici 4 proreza, druga stezaljka 8 je fiksirana da formira galvanski kontakt na drugoj ivici 5 proreza, dovod 6 na površini cilindra 2 je fiksiran duž prave linije dijametralno suprotno uzdužnoj osi utora, sa krivinom 13 u blizini tačke pobude utora, zatim položen kroz prvu stezaljku 7 uz formiranje galvanskog kontakta od strane vanjskog provodnika 14 utora. napojnika sa prvom obujmom 7, odgovarajući dio kabla 10 položen je unutar odgovarajućeg cilindra, koji je pokriven drugom stezaljkom, centralni provodnik 12 napojnika je galvanski povezan sa centralnim provodnikom 11 odgovarajućeg kabelskog dijela.

Drugi kraj fidera 6 je ugrađen u konektor za radio frekvenciju. U ovom slučaju, kao podudarni dio kabla 10, koristi se ili dio standardnog koaksijalnog kabela ili dio posebnog dalekovoda koji se sastoji od vanjskog provodnika u obliku cijevi, središnjeg provodnika u obliku štap ili cijev i šuplji dielektrični cilindar koji se nalazi između njih.

Za pričvršćivanje ulagača 6 na cilindrično tijelo 2 mogu se koristiti standardizirane stezaljke, vijci i matice.

Princip rada antene

Antena radi na sljedeći način. Elektromagnetne oscilacije u anteni se pobuđuju kao rezultat primene razlike potencijala u dve tačke 19 i 20, jedna naspram druge na prvih 4 i drugih 5 ivica proreza 3. Da bi se antena efikasno pobuđivala, prečnik cijev 2 mora biti odabrana tako da frekvencija generatora bude viša od kritične frekvencije glavnog vala H 00 slot linije na cilindričnom talasovodu. Da bi se ovo ilustrovalo, razmatrane su tri situacije prikazane na slici 1 (koristeći rigorozno rješenje graničnog problema elektrodinamike) koristeći problem modela. 5.

Na sl. Na slici 5 prikazan je prorez na kružnom talasovodu, povezan serijski sa dvožičnom linijom, na čiji je kraj priključen generator napona. Na sl. Na slici 5 prikazani su primjeri raspodjele jakosti električnog polja duž dalekovoda za sljedeće slučajeve: a) frekvencija generatora je manja od kritične frekvencije glavnog talasa prorezne linije na kružnom cilindru, b) frekvencija generatora je približno jednaka kritičnoj frekvenciji glavnog talasa prorezne linije na kružnom cilindru, c) frekvencija generatora je veća kritična frekvencija osnovnog talasa prorezne linije na kružnom cilindru. Na sl. 5, jačina električnog polja je proporcionalna dužini vektora. Kao što se može videti sa sl. 5, u slučaju a) elektromagnetski talas se odbija praktično od ulaza u dalekovod. Talas prodire u liniju proreza do dubine koja je zanemarljivo mala u dužinama volje. U slučaju b) eksponencijalno opadajuća distribucija polja uspostavljena je u proreznom cilindričnom dalekovodu. U slučaju c) u proreznom cilindričnom dalekovodu se uspostavlja stojeći talas. U ovom slučaju, dužina stojećeg talasa u proreznom dalekovodu je veća od dužine stojećeg talasa u dvožičnom dalekovodu.

Poželjno je odabrati promjer cijevi jednak 0,14 valne dužine u slobodnom prostoru. Preporučljivo je odabrati dužinu proreza blizu polovine valne dužine glavnog talasa H 00 linije proreza na cilindričnom talasovodu

Širina proreza 3 ne prelazi jednu tridesetinu talasne dužine. Stoga se neravnomjernost u raspodjeli struje na središnjem provodniku kabela unutar proreza 3 može praktično zanemariti. Posljedično, jednostrani koaksijalni kabel se uvodi u područje pobude antene na takav način da ne narušava ni fizičku ni električnu simetriju antene. Struje pomaka koje nastaju između vanjskog vodiča napojnog voda 6 i kućišta 2 u području od krivine dovoda do utora su male zbog činjenice da vanjski provodnik napojnika 6 i kućišta 2 imaju galvanski kontakt sa jedan drugog kroz prvu provodnu stezaljku 7. Galvanski kontakt vanjskog provodnika napojnika 6 i kućišta 2 uzrokuje da jačina električnog polja bude jednaka nuli na mjestu njihovog spoja. U dijelu dovodnika koji se nalazi duž prave linije dijametralno suprotno od osi utora, struje pomaka između vanjskog vodiča napojnika 6 i kućišta 2 se ne pobuđuju, jer je u ovom dijelu puta potencijal jednak nuli. Stoga se potencijalno zračenje iz zazora formiranog između vanjskog provodnika napojnika 6 i kućišta 2 može zanemariti. Tako se eliminišu antenski efekat fidera i povezana nepredvidiva izobličenja dijagrama zračenja antene, promene ulazne impedanse antene i zračenje unakrsno polarizovanog polja. Koristeći rigorozno rješenje Maksvelovih jednačina pod datim idealnim graničnim uslovima, linije električnog polja su izračunate metodom vremena u različitim vremenima tokom jednog perioda oscilacija napona generatora. Linije polja u nekom trenutku prikazane su na Sl. 6. Radi praktičnosti označavanja elemenata antene brojevima, odabran je trenutak u vremenu kada je jačina električnog polja u neposrednoj blizini proreza mala, stoga u ovoj blizini na slici 6 nema linija sile. Daleko od proreza uočavaju se već formirani vrtlozi polja, predstavljeni linijama sile koje nisu podržane naelektrisanjem na zidovima cilindra. U međuzoni, linije sila polaze od donje polovine cilindra na prikazanom crtežu i završavaju svoj put na gornjem dijelu cilindra. U tački nasuprot centru proreza, linija sile ne zauzima i ne završava svoju putanju, jer je potencijal u ovoj tački nula. Ova tačka je granična tačka između donje i gornje polovine cilindra. Prema gore navedenom pravilu, linija sila treba da započne i završi svoju putanju ovdje. Međutim, ispostavilo se da je to nemoguće, jer vektori jakosti električnog polja tangenti na donji i gornji dio linije polja su u ovoj tački suprotni jedan drugom i stoga se međusobno poništavaju. Iz tog razloga, blizina linije nasuprot osi proreza se ispostavlja pogodnom za postavljanje fidera duž nje kako bi se minimizirao efekat antene fidera.

Gore navedeni dizajn antene omogućava praktično podešavanje poravnanja antene sa fiderom. Razmotrimo ovo detaljnije pozivajući se na ekvivalentno antensko kolo na Sl. 3. Na Sl. 3, broj 15 označava prvi kondenzator kapaciteta C 1, formiran od unutrašnje površine odgovarajućeg cilindra 9 i vanjske površine vanjskog provodnika odgovarajućeg kabelskog dijela 10. U ovom slučaju, omotač kabela igra ulogu dielektrik. Broj 16 označava drugi kondenzator kapaciteta C 2, formiran od unutrašnje površine vanjskog provodnika i površine središnjeg provodnika odgovarajućeg dijela kabla 10. Broj 17 označava induktivnost L, uzrokovanu protokom struja duž unutrašnje i vanjske površine cijevi od prve ivice 4 do druge ivice 5 proreza. Broj 18 označava otpor R, zbog gubitaka zračenja antene. Terminal 19 odgovara tački galvanskog kontakta vanjskog provodnika napojnika kroz prvu provodnu stezaljku sa rubom 4. Terminal 20 odgovara tački na ulazu centralnog provodnika odgovarajućeg kabelskog dijela. Broj 21 označava tačku galvanskog kontakta odgovarajućeg cilindra kroz provodnu stezaljku 8 sa rubom 5 proreza 3.

Dva serijski spojena kondenzatora 15 i 16 imaju ekvivalentnu kapacitivnost C 3:

Ulazni otpor na stezaljkama 19, 20 Zin, zbog serijskog povezivanja ekvivalentne kapacitivnosti C 3 i lanca paralelno povezanih otpora R i induktivnosti L, na frekvenciji je jednak:

Na rezonantnoj frekvenciji imaginarni dio ulaznog otpora je nula, tj.

Zamjenom faktora u nazivniku u uglastim zagradama u (2) njegovom vrijednošću iz (3), dobijamo vrijednost ulaza na rezonantnoj frekvenciji:

Idealno usklađivanje sa fiderom se postiže kada je ulazna impedansa antene jednaka karakterističnoj impedansi fidera. Za date L i R prilagođavanje po dogovoru se postiže odabirom vrijednosti ekvivalentne kapacitivnosti C 3 .

U graničnom slučaju, kada ne postoji odgovarajući cilindar (C 1 ), ekvivalentna kapacitivnost C 3 jednaka je kapacitivnosti C 2 - kapacitetu odgovarajućeg dijela kabla. Obično, da bi se antena uskladila sa fiderom, potrebno je imati malu vrijednost od C 2. Ponekad, kada se radi u opsegu talasnih dužina metar i decimetar, potreban je odgovarajući segment dužine ne više od deset milimetara. Male apsolutne promjene u dužini dijela kabela dovode do relativno velikih relativnih promjena u vrijednosti C2. Stoga, prilikom preciznog podešavanja antene na radnu frekvenciju, potrebno je promijeniti dužinu odgovarajućeg segmenta za dijelove milimetra. Potreba za odabirom dužine odgovarajućeg segmenta kabela s točnošću od djelića milimetra komplicira proces podešavanja antene.

Situacija je potpuno drugačija kada imamo posla sa dva kondenzatora spojena u nizu: kapacitivnost C1 i kapacitivnost C2. Poznato je da serijskim povezivanjem dva kondenzatora dobijamo ekvivalentni kondenzator sa kapacitetom manjim od kapacitivnosti svakog kondenzatora pojedinačno. Sada, sa fiksnom vrijednošću C 1, mijenjajući kapacitivnost C 2 u velikim granicama, dobijamo promjene u vrijednosti ekvivalentne kapacitivnosti u malim granicama.

Početna dužina odgovarajućeg dijela kabela bi očigledno trebala biti veća u odnosu na slučaj kada ovaj drugi kondenzator nije prisutan. Posljedično, promjena dužine odgovarajućeg dijela kabela je sada veća u relativnim jedinicama, a postavka je tačnija.

One. Podešavanje antene na radnu frekvenciju promjenom dužine odgovarajućeg dijela kabela, na primjer, rezanjem, ne izaziva poteškoće, jer promjene dužine se vrše u količinama mjerenim u milimetrima.

Antena ima sljedeću prednost, a to je da se uvođenjem odgovarajućeg cilindra u antenu povećava električna snaga antene. Najveća jačina električnog polja kada je antena pobuđena javlja se u odgovarajućem dijelu kabla. U anteni sa odgovarajućim cilindrom, razlika potencijala između centralnog provodnika i ivice cevi je sada raspoređena između dva kondenzatora, od kojih prvi čine centralni provodnik i spoljašnji provodnik kabla, drugi kondenzator je formiran od vanjskog provodnika kabela i odgovarajućeg cilindra. Zbir padova napona na ova dva kondenzatora jednak je razlici potencijala između središnjeg vodiča i ruba. One. napon na svakom kondenzatoru je manji od ukupnog napona, što povećava električnu snagu antene.

Proizvedena su dva uzorka prorezne cilindrične antene. Prvi uzorak je sadržavao provodni cilindar s uzdužnim prorezom, dovod i odgovarajući dio kabela. Prvi uzorak nije imao odgovarajući cilindar, prvu provodnu stezaljku i drugu provodnu stezaljku. Vanjski provodnik odgovarajućeg fidera imao je galvanski kontakt direktno sa rubom 4. Drugi uzorak se razlikuje od prvog po tome što dodatno sadrži odgovarajući cilindar, prvu provodnu stezaljku i drugu provodnu stezaljku. Drugi uzorak koristi odgovarajući dio kabela koji je duži od prvog uzorka. U drugom uzorku, odgovarajući dio kabela je položen unutar odgovarajućeg cilindra i nastavlja se izvan njega. Ispod će biti opis drugog uzorka koji odgovara ovom pronalasku. Kada opisujemo uzorak antene, osvrnut ćemo se na oznaku na sl. 1 i sl. 2.

Uzorak antene sastoji se od cilindričnog tijela 2 sa prorezom 3 sa prvom ivicom 4 i drugom ivicom 5, fidera 6, odgovarajućeg dijela kabla 10, odgovarajućeg cilindra 9, prve obujmice 7 i druge stezaljke 8, i zatvarači.

Kućište 2, dužine 720 mm i prečnika 130 mm, izrađeno je od kalajisanog lima debljine 0,3 mm. Poprečni presjek tijela ima oblik kruga. Prorez 3 dužine 640 mm i širine 30 mm urezan je u tijelo kako bi se formirala prva ivica 4 i druga ivica 5, paralelne uzdužnoj osi cilindričnog tijela.

Kao fider 6 korišten je serijski koaksijalni kabel RK-50-2-11.

Odgovarajuća sekcija fidera 10 izrađena je u obliku kratkog dijela koaksijalnog kabla RK-50-2-11. Deo 10 koaksijalnog kabla nalazi se unutar odgovarajućeg cilindra 9.

Odgovarajući cilindar 9 je napravljen od mesingane cijevi unutrašnjeg prečnika 4 mm. U ovom slučaju mjerenja su obavljena na tri dužine cijevi: 11,5 mm; 7 mm; 5 mm.

Kraj odgovarajućeg kabla 10, nasuprot utoru, je otvoren i nije povezan ni sa čim. Centralni provodnik 11 odgovarajućeg dijela 10 koaksijalne linije izlazi iz cilindra 9 i proteže se do sredine proreza 3.

Feeder 6 je fiksiran na površini cilindra duž prave linije, dijametralno suprotno od uzdužne osi utora, savijen u blizini tačke pobude antene, položen unutar prve stezaljke 7, a zatim se nalazi iznad proreza 3, položen unutar odgovarajućeg cilindra 9, a zatim se nastavlja izvan cilindra 9. Vanjska izolacija dodavača seče i uklanja po dužini proreza. Spoljni provodnik (pletenica) je isečen po obodu na ulazu u drugu stezaljku 8, pletenica je češljana prema ivici 4. Češljana pletenica je ravnomerno raspoređena po krugu i zalemljena na stezaljku 7. Dakle, spoljni provodnik odvoda 6 je galvanski spojen preko stezaljke 7 na prvu ivicu 4 utora, a centralni provodnik 12 napojnika 6 je povezan sa centralnim provodnikom 11 odgovarajućeg dela kabla 10. Drugi kraj koaksijalnog odvoda 6 je ugrađen u konektor za radio frekvenciju.

Za pričvršćivanje ulagača 6 na kućište 2 koriste se standardizirane stezaljke, vijci i matice.

Vrijednosti stvarnog ReZ i imaginarnog ImZ dijela ulazne impedanse prototipa antene i antene ovog izuma u frekvencijskom opsegu mjerenom na uzorcima prikazane su u obliku grafikona na Sl. 4a).

Zavisnosti SWR-a od frekvencije izmjerene na prvom i drugom uzorku antene prikazane su u obliku grafikona na Sl. 4b). Grafikon 22 odgovara prvom uzorku antene. U ovom slučaju, dužina odgovarajućeg preseka kabla je 10,5 mm. Grafikoni 23, 24 i 25 odgovaraju drugom uzorku antene sa odgovarajućom dužinom cilindra od 11,5 mm, 7 mm i 5 mm, respektivno. U ovom slučaju, dužina odgovarajućeg preseka kabla je 20,5 mm, 24 mm i 30 mm, respektivno.

Prilikom podešavanja prvog uzorka antene na rezonantnu frekvenciju, dužina odgovarajućeg preseka kabla se menjala u koracima od 0,25 mm. Promjena dužine odgovarajućeg segmenta za 0,25 mm dovela je do promjene rezonantne frekvencije za 0,5 MHz. Prilikom podešavanja drugog uzorka antene na rezonantnu frekvenciju, dužina odgovarajućeg preseka kabla se menjala u koracima od 2 mm. Promjena dužine odgovarajućeg segmenta za 2 mm dovela je do promjene rezonantne frekvencije za 0,5 MHz. Kao što se može vidjeti iz pregleda grafikona na Sl. 4, antena podešena na istu rezonantnu frekvenciju u različitim omjerima dužine odgovarajućeg cilindra i dužine odgovarajućeg dijela kabela ima gotovo istu ovisnost SWR-a o frekvenciji. Pogodnije je koristiti odgovarajući cilindar kraće dužine.

Zaista, prirast DC 2 ekvivalentnog kapaciteta C 3 može se naći iz relacije:

Iz ovog odnosa proizilazi: što je manji kapacitet odgovarajućeg cilindra C 1 (što je kraća dužina odgovarajućeg cilindra), to se manje ekvivalentna kapacitivnost mijenja sa istim priraštajima kapacitivnosti C 2 (prirast dužine odgovarajućeg kabla odjeljak). U ovom slučaju moguće je koristiti duže odgovarajuće presjeke kabela.

Sa dužim odgovarajućim presjecima kabla zgodnije je podesiti antenu, jer možete koristiti tradicionalni alat za rezanje kablova.

Mjerenja polarizacijskih karakteristika antene pokazala su da antena ima linearnu polarizaciju. Mjerenja obavljena na anteni pokazuju da antena nema efekte fider antene.

Primena pronalaska

Pronalazak se može koristiti kao samostalna antena, kao elementi složenijih antena, zračeći elementi antenskih nizova, fidovi zrcalnih i leća antena.

Antena se može koristiti ili kao nezavisna antena ili kao element linearnog antenskog niza.

Predložena širokopojasna dipolna antena se pokazala korisnom u svim slučajevima kada je potrebna ili nezavisna slot antena ili zračeći (prijemni) element složenijeg antenskog uređaja ili antenskog sistema, od čega su mali gubici u fideru, visoka efikasnost antene, i potreban je nizak nivo unakrsne polarizacije zračenja.

TVRDITI

1. Prorezna cilindrična antena koja sadrži vodljivo cilindrično tijelo u kojem je napravljen uzdužni prorez s prvim i drugim rubom i fider, naznačen time što sadrži prvu stezaljku pričvršćenu na prvu ivicu proreza kako bi se formirao galvanski kontakt, a druga stezaljka pričvršćena na drugu ivicu utora sa formiranjem galvanskog kontakta, odgovarajući cilindar i odgovarajući presek kabla, odgovarajući cilindar je pričvršćen na drugu ivicu utora i položen kroz drugu stezaljku, odgovarajući presek kabla je instaliran na drugom rubu utora i položen kroz odgovarajući cilindar, dovodnik je fiksiran na površini cilindra duž prave linije dijametralno suprotne uzdužne osi utora, sa savijanjem prema prorezu u blizini tačke pobude utora i položenog kroz prvu stezaljku uz formiranje galvanskog kontakta od strane vanjskog provodnika napojnika sa prvom stezaljkom, centralni provodnik napojnika je galvanski povezan sa centralnim provodnikom odgovarajućeg kabelskog dijela.

2. Prorezna cilindrična antena prema zahtjevu 1, naznačena time što je odgovarajući cilindar izrađen u obliku kružnog provodnog cilindra.

UDC 621.396.677.71

DOI: 10.14529/ctcr150203

CILINDRIČNA SLOT ANTENA

D.S. Klygach, V.A. Dumčev, N.N. Repin, N.I. Voitovich

Državni univerzitet Južno-Ural, Čeljabinsk

Prikazana je prorezna cilindrična antena sa originalnim uređajem za usklađivanje sa fiderom. Antena je napravljena u obliku uzdužnog proreza na metalnoj cijevi promjera mnogo manjeg od valne dužine; dužina proreza je manja od talasne dužine u slobodnom prostoru. Parametri antene su pronađeni numeričkom metodom u strogoj elektrodinamičkoj formulaciji problema. Istovremeno, dizajn uređaja za usklađivanje uzet je u obzir u elektrodinamičkom modelu antene. Teorijski rezultati u opsegu radnih frekvencija su u dobroj kvantitativnoj saglasnosti sa eksperimentalnim rezultatima dobijenim na prototipovima antena. Metoda i uređaj predloženi u članku omogućavaju jednostavnu i praktičnu koordinaciju antene s fiderom.

Ključne riječi: slot antena, odgovarajući opseg, SWR.

Uvod

Slot cilindričnu antenu je prvi put predložio 1938. Alan D. Blumlein za upotrebu u televizijskom emitovanju u ultrakratkom talasnom opsegu sa horizontalnom polarizacijom i kružnim uzorkom zračenja (RP) u horizontalnoj ravni. Slot antene ne remete aerodinamiku objekata na kojima su ugrađene, što je kasnije odredilo njihovu široku upotrebu na podmornicama, avionima, projektilima i drugim pokretnim objektima. Slot antene se takođe široko koriste kao zemaljske antene.

U anteni A. D. Blumlein, prorez je izrezan duž cijele dužine polutalasne vertikalne cilindrične cijevi. Za podešavanje antene u skladu sa fiderom koristi se uređaj za podešavanje širine utora, što je nezgodno za praktičnu upotrebu.

A. Poznata je Alford prorezna cilindrična antena koja sadrži metalnu cijev sa kontinuiranim uzdužnim prorezom, kratkim spojem na jednom kraju proreza i uređajem za pobuđivanje antene na drugom kraju proreza. Prečnik cevi je 0,12X...0,15X, gde je X talasna dužina u slobodnom prostoru. Kod ove antene, jaz se premošćuje vanjskom i unutrašnjom površinom cijevi. Antena, zbog relativno malog prečnika cevi u odnosu na talasnu dužinu, predstavlja induktivnu reaktansu. Još jedna posljedica ranžiranja razmaka je povećanje fazne brzine u odnosu na talasnu dužinu slobodnog prostora; što je veći to je manji prečnik cevi. Stoga je dužina proreza odabrana da bude jednaka nekoliko valnih dužina u slobodnom prostoru.

Cilindrična prorezna antena je poznata po tome što emituje horizontalno polarizovane visokofrekventne talase, koja sadrži provodni cilindar sa uzdužnim prorezom, kratko spojen na oba kraja cilindra, pobuđen koaksijalnim kablom, čiji je spoljni provodnik galvanski povezan sa prvu ivicu utora, a centralni provodnik je galvanski povezan sa drugom ivicom utora.

Uobičajeni nedostatak ovih antena je što nemaju dovoljno jednostavne uređaje za usklađivanje sa fiderom. Zbog toga, proces podešavanja antene u koordinaciji sa fiderom na datoj radnoj frekvenciji postaje složeniji.

Svrha rada je razvoj cilindrične prorezne antene sa jednostavnim uređajem za usklađivanje sa fiderom. Dužina antene ne bi trebalo da prelazi jednu talasnu dužinu u slobodnom prostoru. Uređaj za usklađivanje bi trebao biti zgodan kada podešavate cilindričnu proreznu antenu usklađivanjem s radnim frekvencijskim opsegom.

Da bi se postigao ovaj cilj, izvedeni su numerički i potpuni eksperimenti.

1. Izjava o problemu

Poznata je opcija za pobuđivanje slot antene pomoću koaksijalnog kabla, pri čemu je spoljni provodnik koaksijalnog kabla galvanski spojen na jednu široku ivicu utora, a centralni provodnik je galvanski povezan sa suprotnom širokom ivicom utora. U području razmaka uklanjaju se plašt i vanjski provodnik koaksijalnog kabela, a središnji provodnik u dielektriku se polaže preko otvora. Ako je promjer cijevi relativno velik, onda se usklađivanje s kabelom ovom metodom pobuđivanja proreza postiže odabirom udaljenosti I od točke pobude do uskog ruba proreza. Uz relativno mali promjer cijevi, ova metoda ne postiže željeni cilj.

Postoji još jedna poznata opcija za pobuđivanje prorezne antene koristeći kao uređaj za usklađivanje otvoreni dio koaksijalnog dalekovoda na kraju, što se pokazalo efikasnim kada je utor napravljen na metalnoj traci.

Za navedene metode pobuđivanja cilindrične prorezne antene potrebno je proučiti ponašanje uparivanja antene sa fiderom, pod uslovom da je prečnik cijevi u kojoj je napravljen prorez mnogo manji od valne dužine.

2. Metode rješavanja problema

2.1. Teorijska metoda

Za proreznu antenu na cilindru konačne dužine, izveden je numerički eksperiment u rigoroznoj formulaciji korištenjem direktne prostorno-vremenske metode za rješavanje Maxwellovih jednadžbi u integralnom obliku. Metoda direktnog vremena rješava granični elektrodinamički problem generaliziran na četverodimenzionalni prostor. Problem graničnih vrijednosti formuliran za kontinuirani kontinuum sveden je na varijacione i projekcijsko-mrežne modele. Ovo uzima u obzir stvarni dizajn uzbuđivača i odgovarajućeg uređaja. Na elektrodinamičku strukturu utiče kratki video puls, koji pobuđuje gotovo sve moguće vrste prirodnih oscilacija posmatranog objekta, što posmatranu reakciju koja se odvija u vremenu čini visoko informativnom.

2.2. Eksperimentalna metoda

Za provođenje eksperimentalnih studija napravljena su tri modela cilindrične prorezne antene. Štaviše, u sva tri modela dužina proreza je bila ista, jednaka 0,888 talasnih dužina u slobodnom prostoru.

U prvom prototipu antena se pobuđuje koaksijalnim kablom čija je pletenica galvanski povezana sa jednom ivicom utora, a njen centralni provodnik je galvanski povezan sa drugom ivicom utora.

U drugom prototipu, antena je pobuđena koaksijalnim kablom, čija je pletenica galvanski spojena na jednu ivicu utora, a njen centralni provodnik je povezan sa centralnim provodnikom odgovarajućeg kabla koji se nalazi na drugom rubu utora. slot. Oplet odgovarajućeg dijela kabla je galvanski povezan sa drugom ivicom proreza.

U trećem rasporedu antena se pobuđuje koaksijalnim kablom, čija je pletenica galvanski spojena na jednu ivicu utora, a njen centralni provodnik je povezan sa centralnim provodnikom odgovarajućeg dela kabla, koji je položen kroz odgovarajući cilindar galvanski povezan sa drugom ivicom proreza. U ovom slučaju, pletenica odgovarajućeg dijela kabela nije galvanski povezana ni sa čim.

Mjerenja parametara cilindrične prorezne antene obavljena su u skladu sa dijagramom prikazanim na sl. 1, koristeći kompleksni merač koeficijenta prenosa i refleksije OZOR-YUZ prema uputstvu za upotrebu. Kalibracija uređaja sa mjerama kalibracije - broj obrtaja u praznom hodu “XX”, kratki spoj “Kratki spoj”, usklađeno opterećenje “Oterećenje”. izvedene su sa priključkom etalona za baždarenje na mjerni kabel preko tranzicije E2-113/4.

Rice. 1. Šema za mjerenje parametara cilindrične prorezne antene

Koristeći metar kompleksnih koeficijenata transmisije i refleksije, -SWR, mjere se stvarni i imaginarni dijelovi kompleksnog otpora u dijelu koji odgovara spoju mjernog kabela sa antenskim kablom, koji je u nastavku označen kao dio T2T2.

Mjerenja su obavljena na mjestu antene bez reflektirajućih objekata na udaljenosti do 5 m. Prorezna antena je postavljena okomito s donjim dijelom cilindra oslonjenog na drveno postolje koje je pričvršćeno za mjerni tronožac. Visina ugradnje prorezne antene (donji dio njenog cilindra) u odnosu na površinu ispitnog mjesta bila je najmanje 1,7 m.

Iz teorije dalekovoda konačne dužine (slika 2) poznato je da ukupni ekvivalentni otpor

dalekovod Zg

u sekciji T2T2,

primijenjen na udaljenosti / od opterećenja sa otporom, određuje se sljedećom formulom: 2n + iZvtg (r/)

Zv + jnČ (r/) "

Rice. 2. dalekovod konačne dužine

Ovdje je 2b karakteristična impedansa dalekovoda; P - fazni koeficijent; Zn - otpornost na opterećenje; Zg - unutrašnji otpor generatora; / je rastojanje od opterećenja do predmetne sekcije u dalekovodu.

U eksperimentima ulogu komada kabla dužine / igra antenski kabl, ulogu komada kabla između sekcija T2T2 i TT ima merni kabl.

Kada se meri prema dijagramu na sl. 2, merač kompleksnog koeficijenta prenosa pokazuje vrednosti realnog i imaginarnog dela ulazne impedanse antene, transformisane u ulaz antenskog kabla, odnosno 2(/) .

Da bismo pronašli otpor direktno na ulazu antene (bez uticaja transformacije otpora od strane mjernog kabla), izražavamo ga iz formule (1), uz pretpostavku da znamo 2 (/).

2 (/)-iZ in^ (p/)

Zv - iZ (/) ^ (r/)■

Rezultati mjerenja dati u nastavku se preračunavaju pomoću ove formule.

3. Dobijeni rezultati

3.1. Opcija uzbude antene sa galvanskim kontaktom centralnog provodnika koaksijalnog kabla sa ivicom utora

Za izvođenje eksperimenata u punoj veličini napravljen je prvi prototip cilindrične prorezne antene (slika 3).

Model 1 antene sadrži kućište 2 sa uzdužnim prorezom 3 i koaksijalni kabl 6. Kućište 2 je izrađeno od komada cilindrične aluminijumske cevi dužine 1DA, spoljnog prečnika 0D4A i debljine zida 0,0044 ^. Uzdužni prorez 3 sa prvim 4 i drugim 5 ivicama ima dužinu 0,888^ i širinu 0,033^. Dužina koaksijalnog kabla 6 RK-50-2-11 je 640 mm, što je polovina talasne dužine u kablu na radnoj frekvenciji od 332 MHz.

Spoljni provodnik koaksijalnog kabla je fiksiran za prvu ivicu utora da formira galvanski kontakt sa telom antene. U području utora uklanjaju se omotač i vanjski provodnik koaksijalnog kabela; centralni provodnik je galvanski povezan sa drugom ivicom proreza.

Kabel je pričvršćen na površini cilindra duž prave linije, dijametralno suprotno uzdužnoj osi utora, sa savijanjem prema utoru u tački suprotnoj točki pobude proreza. Zavisnosti stvarnog i imaginarnog dijela ulaznog otpora antene dobivene ponovnim izračunavanjem eksperimentalnih rezultata primjenom formule (2) prikazane su na Sl. 4 i 5, respektivno.

Rice. 3. Izgled cilindrične prorezne antene

Eksperimentalno * Teorijsko

Frekvencija, MHz

Experimente Georetical Youkaya

Frekvencija. MHz

Rice. 4. Zavisnost realnog dijela ulazne impedanse antene od frekvencije: a - u radnom frekvencijskom opsegu; b - u širokom frekventnom opsegu

Rice. 5. Zavisnost imaginarnog dijela ulaznog otpora od frekvencije: a - u radnom frekvencijskom opsegu; b - u širokom frekventnom opsegu

Ovisnost SWR-a o frekvenciji u širokom rasponu frekvencija antene prikazana je na Sl. 6.

Eksperiment * * Teoretski

300 400 500 600 700 800 900 1000

Frekvencija, MHz

Rice. 6. Ovisnost SWR-a o frekvenciji u širokom frekventnom opsegu

Iz pregleda grafikona prikazanih na Sl. 5, može se vidjeti da imaginarni dio ulaznog otpora antene u širokom frekventnom opsegu poprima pozitivne vrijednosti, odnosno induktivan je. Stoga, da bi se kompenzirala induktivna komponenta ulazne impedanse antene, potrebno je koristiti uređaj za usklađivanje kapacitivnog tipa. U drugom prototipu koristićemo kao uređaj za usklađivanje otvoreni segment koaksijalnog dalekovoda dužine manje od četvrtine valne dužine. Ulazni otpor takvog segmenta je kapacitivan. Kao rezultat, takav uređaj za usklađivanje kompenzira induktivni dio ulazne impedanse cilindrične prorezne antene.

3.2. Opcija pobude antene korištenjem odgovarajućeg dijela kabela

Dakle, u drugoj verziji pobuđivanja antene, dio koaksijalnog dalekovoda otvoren na kraju, manje od četvrtine valne dužine, koristi se kao uređaj za usklađivanje (slika 7).

Kao što je poznato, ulazna impedansa segmenta dalekovoda otvorenog na kraju sa dužinom manjom od četvrtine talasne dužine je kapacitivna. Kao rezultat sekvencijalnog uključivanja takvog uređaja za usklađivanje na radnoj frekvenciji, kompenzira se induktivni dio ulazne impedanse antene.

U drugom prototipu cilindrične prorezne antene, dio koaksijalnog dalekovoda 7 koristi se kao uređaj za usklađivanje, kao što su ga autori koristili u širokopojasnoj proreznoj anteni s kružnim dijagramom zračenja s horizontalnom polarizacijom polja zračenja. Odgovarajući segment dužine 0,028X, gdje je X valna dužina na srednjoj frekvenciji opsega radne frekvencije, postavlja se na drugu ivicu proreza kako bi se formirao galvanski kontakt između vanjskog vodiča segmenta kabela i cijevi . Centralni provodnik antenskog kabla je galvanski povezan sa centralnim provodnikom odgovarajućeg kabla. Dužina antenskog kabla je 640 mm.

Kao iu prvom rasporedu, kabel je pričvršćen na površinu cilindra duž prave linije, dijametralno suprotno uzdužnoj osi proreza, sa zavojom prema prorezu u blizini točke pobude proreza.

Grafik zavisnosti realnog dela ulaznog otpora od frekvencije (slika 8) pokazuje da je u opsegu frekvencija 330-450 MHz vrednost realnog dela jednaka (50 ± 10) Ohma. Imaginarni dio ulaznog otpora u ovom rasponu raste od -50 do +120 Ohm na frekvenciji od 332 MHz, vrijednost imaginarnog dijela ulaznog otpora je nula (slika 9). Na sl. Slika 10 prikazuje zavisnost SWR-a od frekvencije u širokom rasponu frekvencija antene.

Rice. 7. Cilindrična slot antena

Teorijski eksperiment

" G " 1 " -1- i

Teorijski eksperiment

1 ■ ■ ■ -,- -

Frekvencija. MHz

Frekvencija, MHz

Rice. 8. Zavisnost realnog dijela ulazne impedanse antene od frekvencije: a - u radnom frekvencijskom opsegu; b - u širokom frekventnom opsegu

Okciicj "Gsors HIMCHT i chesk

Teorijski eksperiment

Frekvencija, MHz

Frekvencija, MHz

Rice. 9. Zavisnost imaginarnog dijela ulaznog otpora antene od frekvencije: a - u radnom frekvencijskom opsegu; b - u širokom frekventnom opsegu

Eksperiment * Teoretski

■ ■ 1 1 ■ « ■ ■

Frekvencija. MHz

Rice. 10. Ovisnost SWR-a o frekvenciji u radnom frekvencijskom opsegu

Rezultati numeričke studije zavisnosti rezonantne frekvencije antene od dužine odgovarajućeg preseka kabla prikazani su na Sl. jedanaest.

Na rezonantnoj frekvenciji, imaginarni dio ulazne impedanse antene je nula, dok SWR poprima minimalnu vrijednost. Kao što slijedi iz pregleda grafova na sl. 11, kako se dužina odgovarajućeg dijela kabela povećava, SWR minimum se pomjera u područje niske frekvencije. Kada se dužina odgovarajućeg preseka kabla promeni za 3 mm, rezonantna frekvencija se pomera za 3,5 MHz, tj. kada se dužina odgovarajućeg preseka kabla promeni za 1 mm, tačka se pomera

rezonantna frekvencija je približno 1,2 MHz. Stoga, prilikom preciznog podešavanja antene na radnu frekvenciju, potrebno je promijeniti dužinu odgovarajućeg dijela kabela za dijelove milimetra. Potreba za odabirom dužine odgovarajućeg segmenta kabela s točnošću od djelića milimetra komplicira proces podešavanja antene.

Ek "-Te spsriment heretic

Frekvencija, MHz

Rice. 11. Zavisnost antenskog SWR-a o frekvenciji na različitim dužinama odgovarajućeg segmenta:

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

3.3. Opcija pobude antene pomoću odgovarajućeg dijela kabela i odgovarajućeg cilindra

Da bi se po dogovoru izvršilo pogodnije podešavanje antene, u antenu je uveden dodatni uređaj u obliku kratkog cilindara u obliku cijevi, u daljem tekstu podudarni cilindar (sl. 12, 13). Odgovarajući cilindar dužine 0,011^ i prečnika 0,0044^ nalazi se na cevi u blizini druge ivice da formira galvanski kontakt sa cevi. Odgovarajući dio kabela položen je unutar odgovarajućeg cilindra. Centralni provodnik antenskog kabla je galvanski povezan sa centralnim provodnikom odgovarajućeg kabla. Na sl. 12 ova veza je konvencionalno prikazana u obliku mehaničke veze uvijanjem središnjih provodnika. U stvarnom rasporedu, odgovarajući odsjek kabla je prirodan nastavak uzbudljivog kabela, na kojem je uklonjen omotač i vanjski provodnik u području proreza. Kako bi se osigurala veća površina galvanskog kontakta s cijevi, kabel je pričvršćen na cijev pomoću spojnica s cilindričnim otvorom i cilindričnom površinom uz cijev.

Ideja uključivanja odgovarajućeg cilindra u odgovarajući uređaj je sljedeća. Unutrašnja površina odgovarajućeg cilindra i vanjska površina vanjskog provodnika odgovarajućeg kabelskog dijela čine cilindrični kondenzator. (Između ploča ovog kondenzatora je dielektrična školjka koaksijalnog kabla). Ovaj dodatno formirani kondenzator je povezan serijski sa kondenzatorom formiranim od odgovarajućeg preseka kabla. Kao što je poznato, dva serijski spojena kondenzatora imaju kapacitet koji je manji od manjeg kapaciteta spojenih kondenzatora.

ditch Duljinu odgovarajućeg cilindra treba odabrati tako da rezultirajući kondenzator ima kapacitet blizu potrebnog kapaciteta za usklađivanje. Zatim, podešavanje antene po dogovoru može se izvršiti promjenom kapacitivnosti velike veličine. To jest, kao odgovarajući dio kabela, možete odabrati relativno dug dio kabela i prilagoditi ga rezanjem. Ispada da će izrezani dijelovi kabela imati relativno veliku dužinu. Ova okolnost čini podešavanje antene praktičnijim.

Rice. 12. Model cilindrične prorezne antene sa odgovarajućim cilindrom i odgovarajućim presjekom kabla: 1 - cijev; 2 - odgovarajući presek kabla; 3 - odgovarajući cilindar;

4 - utor; 5 - hranilica

Rice. 13. Sekcija A-A odgovarajućeg uređaja na Sl. 12: 1 - odgovarajući cilindar; 2 - omotač kabla; 3 - spoljni provodnik koaksijalnog kabla; 4 - dielektrik; 5 - centralni provodnik koaksijalnog kabla; 6 - zid cijevi

Dužina odgovarajućeg segmenta 32 mm - "- Eksperiment - Teorijska Dužina odgovarajućeg segmenta 28 mm - Eksperiment "- Teorijska dužina odgovarajućeg segmenta 26 mm --- Eksperiment - Teorijska

\ V Y\ V\ y\ V\ \\ u V V i \\ 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

Frekvencija, MHz

Rice. 14. Zavisnost SWR-a antene o frekvenciji na različitim dužinama uparnog segmenta

Na sl. Na slici 14 prikazane su izračunate zavisnosti SWR-a od frekvencije za različite vrednosti dužine odgovarajućeg segmenta sa konstantnom dužinom i prečnikom cilindra za usklađivanje.

Elektrodinamički model antene uzima u obzir sve strukturne elemente, uključujući spojnice. Kako se dužina podudarnog segmenta povećava, minimalni SWR se pomiče u područje niske frekvencije. Kada se dužina podudarnog segmenta promijeni za 4 mm, rezonantna frekvencija se pomjera za 2 MHz, odnosno kada se dužina podudarnog segmenta promijeni za 1 mm, rezonantna frekvencija se pomjera za 0,5 MHz. Dakle, s uvođenjem odgovarajućeg cilindra u dizajn antene, podešavanje antene na datu frekvenciju pokazuje se praktičnijim.

4. Diskusija o rezultatima

Dakle, razmatrali smo proreznu cilindričnu antenu napravljenu na metalnoj cijevi prečnika mnogo manjeg od valne dužine. Cijev ima dužinu veću od valne dužine, a dužina proreza je manja od jedne valne dužine u slobodnom prostoru, pa je prorez kratko spojen

sa oba kraja.

Ulazna impedancija takve antene, kada se pobuđuje u sredini koaksijalnim kablom na način da njen vanjski provodnik ima galvanski kontakt sa jednom ivicom utora, a centralni provodnik ima galvanski kontakt sa drugom ivicom utora, ima veliku induktivnu komponentu. Kao rezultat toga, antena je loše usklađena sa fiderom. Pomeranjem tačke pobude duž široke ivice proreza, nije moguće uskladiti antenu sa fiderom.

Sekvencijskim povezivanjem kratkog podudarnog dijela kabla moguće je kompenzirati reaktivnu (induktivnu) komponentu ulazne impedanse antene na jednoj frekvenciji i na taj način postići idealno usklađivanje na jednoj radnoj frekvenciji. Međutim, ovo otkriva veću kritičnost prema dužini odgovarajućeg dijela kabela.

Uvođenje odgovarajućeg cilindra u dizajn čini pogodnijim podešavanje antene na radnu frekvenciju. Ova pogodnost leži u činjenici da je da bi se rezonantna frekvencija pomjerila za određeni iznos, potrebno promijeniti dužinu odgovarajućeg kabela za veći iznos u odnosu na količinu koja je potrebna u njegovom odsustvu.

Predložena metoda i uređaj omogućavaju prikladno usklađivanje antene sa fiderom u kojem je promjer cijevi mnogo manji od valne dužine, a dužina proreza je manja od valne dužine.

Kao što slijedi iz pregleda grafova na sl. 8-10, 14 u opsegu radnih frekvencija antene (330...334 MHz) postoji dobro kvantitativno slaganje između izračunatih i eksperimentalnih rezultata. Proračunske i eksperimentalne ovisnosti o frekvenciji realnog i imaginarnog dijela ulaznog otpora i SWR međusobno se podudaraju sa grafičkom tačnošću. Izvan radnog opsega (na f< 328 МГц и при f >332 MHz) primjetna je razlika u proračunskim i eksperimentalnim rezultatima. Ova razlika se može objasniti činjenicom da se antenski kabl u eksperimentima manifestuje kao prolazni rezonator formiran od preseka dalekovoda, srazmernog talasnoj dužini, opterećenog na jednom kraju na ulaznu impedanciju antene, a na drugi kraj - na otpor koji nastaje nehomogenošću u obliku prijelaza sa jednog tipa kabla na drugi tip kabla preko radio-frekventnih konektora. Navedena heterogenost nastaje kao rezultat činjenice da svaki od kablova ima karakterističnu impedanciju koja se za određenu količinu razlikuje od 50 Ohma. Osim toga, RF konektori nisu savršeno usklađeni. Dodatna greška se unosi u rezultate merenja jer se prilikom kalibracije uređaja “0bzor-103” koristi dodatni prelaz sa RTS konektora na konektor “Expertise”. Rezonantna svojstva prolaznog rezonatora pojavljuju se u obliku oscilirajuće komponente na grafovima zavisnosti realnog i imaginarnog dijela ulazne impedanse antene od frekvencije. U blizini radne frekvencije, na kojoj se može postići idealno usklađivanje, eliminiše se uticaj prolaznog rezonatora.

Zaključak

Tako su provedena teorijska i eksperimentalna istraživanja na tri opcije za cilindričnu proreznu antenu sa tri opcije za pobudne uređaje:

Sa poznatim uzbudnim uređajem (bez upotrebe uređaja za usklađivanje);

Sa uzbudnim uređajem pomoću uređaja za usklađivanje antene sa fiderom u obliku kratkog komada kabla otvorenog na kraju;

Sa uređajem za pobudu koji koristi originalni uređaj za usklađivanje, koji uključuje odgovarajući dio koaksijalnog kabela i odgovarajući cilindar.

Štoviše, u sve tri opcije, promjer cijevi je mnogo manji od valne dužine, a dužina antene ne prelazi jednu valnu dužinu u slobodnom prostoru. Originalni uređaj za usklađivanje omogućava jednostavno i praktično usklađivanje i podešavanje cilindrične prorezne antene na radnu frekvenciju. Teorijski i eksperimentalni rezultati u opsegu radnih frekvencija su u dobroj kvantitativnoj saglasnosti.

Rad je izveden uz finansijsku podršku Ministarstva obrazovanja i nauke Ruske Federacije u okviru kompleksnog projekta „Stvaranje visokotehnološke proizvodnje antena i hardverskih modula za dvofrekventni kompleks radio farova za metar. -pojasni sistem sletanja u formatu ILSIII ICAO kategorije za aerodrome civilnog vazduhoplovstva, uključujući aerodrome sa visokim nivoom snežnog pokrivača i teškim terenom" prema sporazumu br. 02.G25.31.0046 između Ministarstva obrazovanja i nauke Ruske Federacije. i Otvoreno akcionarsko društvo "Čeljabinsk radio postrojenje "Polyot" u saradnji sa glavnim izvođačem istraživanja i razvoja - Federalnom državnom budžetskom obrazovnom ustanovom visokog stručnog obrazovanja "South Ural State University" (nacionalni istraživački univerzitet).

Literatura/Reference

1. Britanski patent br. 515684. HF Electrical Conductors.

2. Voytovich N.I., Klygach D.S., Repin N.N. Slot Turnstile Antena. 7. evropska konferencija o antenama i propagaciji (EuCAP - 2013), 8-12 april 2013, Geteborg, Švedska, 2013, str. 1208-1212.

3. Alford A. Long Slot Antennas. Proc. Nacionalne konferencije o elektronici, Čikago, IL, 3-5. oktobar 1946, str.143.

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

5. Voytovich N.I., Klygach D.S., Repin N.N. Slot Turnstyle antena. 2013. 7. evropska konferencija o antenama i propagaciji (EuCAP), IEEE Xplore, pp. 1209-1212.

6. Weiland T. Metoda diskretizacije za rješenje Maxwell-ovih jednačina za šestokomponentna polja, (AEU), 1977, vol. 116-120.

7. Pimenov A.D. Tehnička elektrodinamika. M.: Radio i komunikacija, 2005. 483 str.

Klygach Denis Sergeevich, dr. tech. nauke, Južno-uralski državni univerzitet, Čeljabinsk; [email protected].

Dumchev Vladimir Anatolyevich, inžinjer, South Ural State University, Chelyabinsk; [email protected].

Repin Nikolaj Nikolajevič, inženjer, Južno-uralski državni univerzitet, Čeljabinsk; [email protected].

Vojtovič Nikolaj Ivanovič, doktor tehničkih nauka. nauke, Južno-uralski državni univerzitet, Čeljabinsk; [email protected].

DOI: 10.14529/ctcr150203

CILINDARSKA ANTENA S PROJEKOVIMA

D.S. Klygach, Južno-uralski državni univerzitet, Čeljabinsk, Ruska Federacija, [email protected], V.A. Dumčev, Južno-uralski državni univerzitet, Čeljabinsk, Ruska Federacija, vladimir. [email protected],

N.N. Repin, Južno-uralski državni univerzitet, Čeljabinsk, Ruska Federacija, [email protected],

N.I. Voytovich, Južno-uralski državni univerzitet, Čeljabinsk, Ruska Federacija, [email protected]

U radu je prikazana prorezna cilindrična antena sa originalnim uređajem za usklađivanje. Prorezana cilindrična antena je napravljena u obliku uzdužnog proreza na bazi metalne cijevi prečnika mnogo manjeg od valne dužine. Dužina proreza je mnogo manja od valne dužine u

slobodan prostor. Parametri antene su pronađeni numeričkom metodom u strogoj elektrodinamičkoj formulaciji problema. U tu svrhu se u elektrodinamičkom modelu antene uzima u obzir konstrukcija uređaja za usklađivanje. Postignuti teorijski rezultati u propusnom opsegu antene ispitivane antene pokazuju dobro kvantitativno poklapanje sa eksperimentalnim rezultatima. Metoda i originalni uređaj za usklađivanje predloženi u radu odlikuju se jednostavnošću usklađivanja antene sa fiderom.

Ključne riječi: slot antena, dijagram, propusni opseg, VSWR.

BIBLIOGRAFSKI OPIS ČLANKA

POZIV NA ČLAN

Cilindrična prorezna antena / D.S. Kligach,

B.A. Dumčev, N.N. Repin, N.I. Voitovich // Bilten SUSU. Serija “Računarske tehnologije, upravljanje, radio elektronika”. - 2015. - T. 15, br. 2. -

str. 21-31. DOI: 10.14529/ctcr150203

Klygach D.S., Dumchev V.A., Repin N.N., Voytovich N.I. Antena sa cilindričnim prorezima. Bilten Državnog univerziteta Južnog Urala. Ser. Računarske tehnologije, automatsko upravljanje, radioelektronika, 2015, vol. 15, br. 2, str. 21-31. (na ruskom) DOI: 10.14529/ctcr150203

formira se kratko spojeni četvrttalasni dio dvožilnog voda. Imajući visok ulazni otpor, ne dozvoljava strujama da se granaju na vanjsku ljusku napojnika. Budući da je otpor između tačaka “a” i “b” velik, krakovi vibratora na frekvenciji zračenja su električni izolovani, uprkos galvanskoj vezi između njih. Rubovi utora se obično proširuju kako bi se osiguralo usklađivanje valne impedanse napojnika sa ulaznom impedansom vibratora.

			λ /2					U-koljeno (sl. 3.20). Ovo
								zakrivljena	koaksijalni fider
								dužina λ /2,	internim pro-
								čija je voda priključena
								vibrator ramena. Eksterni
								ležište za hranjenje ramena nije
								korišćen i uzemljen. Na-
								naponi i struje u tačkama "a" i
			λ /2					"b" su jednake veličine i suprotne
								su suprotne u fazi, prema potrebi
								dostupan za simetrične
antensko napajanje. Osim							simetrija		U-koleno se smanjuje

ulazna impedansa vibratora je 4 puta. U tom smislu, zgodno ga je koristiti za napajanje Pistelkors petlje vibratora, čija je ulazna impedancija 300 Ohma, sa standardnim fiderom sa ρ f = 75 Ohma.

3. 2. Slot antene

3.2.1. Vrste slot antena. Karakteristike njihovog dizajna

Slot antena je uski prorez urezan u metalnu površinu ekrana, školjke rezonatora ili talasovoda. Širina proreza 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).

Visokofrekventna površinska struja, prelazeći prazninu, indukuje naizmjenične naboje (napon) duž svojih rubova, a na obrnutoj (vanjskoj) strani

Struje se ne pobuđuju na površini. Električno polje u procjepu i struje na površini su izvori zračenja i formiraju se u prostoru

		elektromagnetno polje.
			Najjednostavniji
		su
		različitih veličina sa utorom,
		slot za rezonator
		i talasovod-prorez
			Uzbuđenje
		polutalasni prorezi u ex-
			sprovedeno u
		metar		domet
		koristeći simetrično
		dvožičnu liniju, i

a u decimetru - pomoću koaksijalnog dalekovoda. U ovom slučaju, vanjski provodnik je spojen na jednu ivicu utora, a unutrašnji provodnik na drugu. Da bi se transmisioni vod uskladio sa antenom, tačka napajanja se pomera od sredine utora do njegove ivice. Takva antena može zračiti u obje hemisfere. U centimetarskom opsegu i susednom delu decimetarskog opsega koriste se rezonatorske i talasovodne prorezne antene (videti slike 3.21, 3.22). U koaksijalnim talasovodima su pobuđeni samo poprečni ili nagnuti prorezi u pravougaonim talasovodima, moguće su različite opcije postavljanja proreza (vidi sliku 3.21).

Širina proreza utječe na aktivne i reaktivne dijelove ulaznog otpora. Obje komponente se povećavaju sa povećanjem širine proreza. Stoga, da bi se kompenzirao Xin, potrebno je smanjiti dužinu utora (skratiti ga). Povećanje Rin-a dovodi do proširenja propusnog opsega slot antene. Obično se širina proreza d bira u rasponu (0,03...0,15)λ. Za dodatno proširenje propusnog opsega koriste se utori za bučice i posebni dizajni uzbudljivih uređaja.

Osim raspona, na izbor širine proreza utječe i uvjet za osiguranje električne čvrstoće. Koncentracija električnih naboja na rubovima jaza dovodi do lokalnih prenapona i pojave električnih

gdje je E ʹ max jačina električnog polja na antičvoru. Uzimajući E ʹ max = E μ (probojni napon, za suvi vazduh E μ = 30 kV/m), nalazimo

d min= U y max/ E pr.

U praksi odaberite d ≥ K rezervni d min, gdje je K rezervni =2…4 koeficijent rezerve

Prorezi složenijih oblika od pravokutnih mogu se smatrati kombinacijama jednostavnih. Koriste se za proizvodnju elektromagnetnih valova sa potrebnim polarizacijskim svojstvima. Na primjer, utor u obliku križa omogućava vam da dobijete antenu s eliptičnom i kružnom polarizacijom. Smjer rotacije ovisi o smjeru pomaka proreza od ose širokog zida valovoda.

Slot antene odlikuju se jednostavnim dizajnom, visokom pouzdanošću i odsustvom izbočenih dijelova, što im omogućava da se koriste u avionskim i zemaljskim antenskim sistemima kao samostalne antene, fidovi za složene antenske sisteme i elementi antenskih nizova.

3.2.2. Single slot. Pistelkorov princip dualnosti

Razmotrimo karakteristike i parametre takozvane idealne slot antene, tj. jedan prorez izrezan u savršeno vodljiv ravan ekran. Proračun polja takve antene pomoću jednačina elektrodinamike predstavlja značajne poteškoće. To je uvelike pojednostavljeno ako koristimo princip dualnosti koji je formulirao Pistelkors 1944. Ovaj princip se zasniva na permutacionoj dualnosti Maksvelovih jednačina, poznatih iz teorije elektromagnetnog polja. Za prazninu ove jednadžbe imaju oblik:

Ako se ekran ukloni i prorez zameni idealnim ravnim vibratorom istih dimenzija kao i prorez (slika 3.23), i sa istom raspodelom struje kao i raspodela napona duž proreza (ekvivalentno vibratoru isečenom iz sita da formiraju prorez), tada polje koje emituje takođe bu-

će zadovoljiti Maxwellove jednačine

rotHr B = iωε 0 EB ,

rotEB = − iωμ 0 H B ,

ali pod drugim graničnim uslovima:

umjesto ekrana - E τ

≠ 0, H τ = 0 ; na vibratoru - E τ B = 0, H τ B ≠ 0. (3.29)

Upoređujući granične uslove proreza (3.27) i ekvivalentnog vibratora (3.29), možemo potvrditi da se strukture električnog polja u blizini proreza i magnetnog polja u blizini vibratora poklapaju. Granični uslovi za ekvivalentni vibrator dobijaju se iz graničnih uslova za utor preuređivanjem E ↔ H. Uzimajući u obzir navedeno, za kompletno polje u cijelom prostoru možemo napisati:

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

gdje su C 1 i C 2 konstantni koeficijenti.

U praksi se obično koriste polutalasni prorezi. U ovom slučaju, bez obzira na način pobude, amplituda električnog polja u procjepu je maksimalna u centru i opada prema rubovima, tj. odgovara zakonu raspodjele struje u polutalasnom vibratoru. Za uski prorez (tanki vibrator), granični uslovi, a samim tim i konstantni koeficijenti, mogu se izraziti kao

napon u centru proreza U 0 i struja u centru vibratora I 0 (vidi sliku 3.23):

	U 0 , H				Odakle dolazi C = 2 U 0?

Tada će prvi izraz u (3.31) biti prepisan kao:

E =			H B .

Dakle, princip dualnosti primijenjen na slot antene je formuliran na sljedeći način: električno polje prorezne antene, do konstantnog faktora, poklapa se s magnetskim poljem dodatnog vibratora istih dimenzija kao i prorez i sa istim distribucija amplitude.

To znači da su EMF utora i ekvivalentnog vibratora različiti

između sebe samo rotacijom odgovarajućih vektora E r y i E B za 90°,

H r sch i H B .

Primjenjujući princip dualnosti, možemo napisati za obrasce zračenja:

F u (θ ) H = F B (θ ) E ;

F u(θ) E = F B (θ) H,

gdje je F sch (θ ) H , F sch (θ ) E - normalizirani DN praznine u ravninama H i E koje odgovaraju

odgovorno; F B (θ ) H , F B (θ ) E su odgovarajući normalizovani obrasci polutalasnog vibratora.

Kada se ugao θ izmeri od normale do ravni proreza, dijagram zračenja polutalasnog proreza biće zapisan u skladu sa jednakošću (3.33) u obliku:

	cos(π sinθ )
F y(θ ) H =				F y (θ )E = 1.y				mere ekrana postoje
					DN obrazac i njihov pod-
					ispraviti
					avioni.

Otpor proreza, kao i vibratora, je složen i zavisi od njegovih dimenzija (dužina 2l i širina d). Vrijednosti Rw in i X w in izračunate su za različite vrijednosti l / λ i date su u obliku grafikona u referentnoj i obrazovnoj literaturi. Reaktivna komponenta jaza je kapacitivna po prirodi. Međutim, razmak se može podesiti i skraćivanjem. Količina skraćivanja izračunava se pomoću formule:

							ln(2λ π d )

Kao što slijedi iz (3.35), širi prorezi se skraćuju za veći iznos.

Ulazni otpor utora povezan je sa ulaznim otporom vibratora koji ga nadopunjuje. Pogodnije je ovaj odnos izraziti u smislu složene provodljivosti ulaznog jaza:

Z inv

(60π )2

Dakle, ulazna provodljivost jaza je određena izrazom

(60π )2

gdje je ρ A = 120 ln

− 0,577

Talasna impedansa slota.

π d

Kompleksna ulazna provodljivost polutalasnog slota