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Eine Antenne ist ein elektrisches Gerät, das Elektrizität in Radiowellen umwandelt und umgekehrt. Die Antenne wird nicht nur in Radargeräten, sondern auch in Störsendern, Strahlungswarnsystemen und Kommunikationssystemen eingesetzt. Beim Senden bündelt die Antenne die Energie des Radarsenders und formt einen in die gewünschte Richtung gerichteten Strahl. Beim Empfang sammelt die Antenne die in den reflektierten Signalen enthaltene zurückkommende Radarenergie und überträgt sie an den Empfänger. Antennen variieren häufig in Strahlform und Effizienz.

Links – isotrope Antenne, rechts – Richtantenne

Dipolantenne

Eine Dipolantenne oder Dipol ist die einfachste und beliebteste Antennenklasse. Besteht aus zwei identischen Leitern, Drähten oder Stäben, meist mit bilateraler Symmetrie. Bei Sendegeräten wird Strom zugeführt, bei Empfangsgeräten wird ein Signal zwischen den beiden Antennenhälften empfangen. Beide Seiten der Zuleitung am Sender bzw. Empfänger sind mit einem der Leiter verbunden. Dipole sind Resonanzantennen, das heißt, ihre Elemente dienen als Resonatoren, in denen stehende Wellen von einem Ende zum anderen wandern. Die Länge der Dipolelemente wird also durch die Länge der Radiowelle bestimmt.

Richtungsmuster

Dipole sind Rundstrahlantennen. Aus diesem Grund werden sie häufig in Kommunikationssystemen eingesetzt.

Antenne in Form eines asymmetrischen Vibrators (Monopol)

Eine asymmetrische Antenne ist die Hälfte einer Dipolantenne und wird senkrecht zur leitenden Oberfläche, einem horizontalen reflektierenden Element, montiert. Die Richtwirkung einer Monopolantenne ist doppelt so hoch wie die einer Dipolantenne doppelter Länge, da unterhalb des horizontalen reflektierenden Elements keine Strahlung vorhanden ist. In dieser Hinsicht ist der Wirkungsgrad einer solchen Antenne doppelt so hoch und sie ist in der Lage, Wellen mit der gleichen Sendeleistung weiter zu übertragen.

Richtungsmuster

Wellenkanalantenne, Yagi-Uda-Antenne, Yagi-Antenne

Richtungsmuster

Eckantenne

Ein Antennentyp, der häufig bei VHF- und UHF-Sendern verwendet wird. Es besteht aus einem Strahler (dies kann ein Dipol oder ein Yagi-Array sein), der vor zwei flachen, rechteckigen reflektierenden Bildschirmen montiert ist, die in einem Winkel von normalerweise 90° verbunden sind. Ein Metallblech oder ein Gitter (für Niederfrequenzradargeräte) kann als Reflektor dienen und so das Gewicht reduzieren und den Windwiderstand verringern. Eckantennen haben eine große Reichweite und der Gewinn beträgt etwa 10-15 dB.

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Logarithmisch-periodische (logarithmisch-periodische) Vibratorantenne oder logarithmisch-periodische Anordnung symmetrischer Vibratoren

Eine logarithmisch-periodische Antenne (LPA) besteht aus mehreren Halbwellen-Dipolstrahlern mit allmählich zunehmender Länge. Jedes besteht aus einem Paar Metallstäben. Die Dipole werden dicht hintereinander montiert und parallel mit entgegengesetzten Phasen an die Einspeisung angeschlossen. Diese Antenne ähnelt optisch einer Yagi-Antenne, funktioniert jedoch anders. Das Hinzufügen von Elementen zu einer Yagi-Antenne erhöht deren Richtwirkung (Verstärkung), und das Hinzufügen von Elementen zu einer LPA erhöht deren Bandbreite. Ihr Hauptvorteil gegenüber anderen Antennen ist ihr extrem großer Betriebsfrequenzbereich. Die Längen der Antennenelemente verhalten sich nach einem logarithmischen Gesetz zueinander. Die Länge des längsten Elements beträgt die Hälfte der Wellenlänge der niedrigsten Frequenz und die Länge des kürzesten Elements beträgt die Hälfte der Wellenlänge der höchsten Frequenz.

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Helix-Antenne

Eine Wendelantenne besteht aus einem spiralförmig verdrillten Leiter. Sie werden normalerweise über einem horizontalen reflektierenden Element montiert. Der Feeder ist mit der Unterseite der Spirale und der horizontalen Ebene verbunden. Sie können in zwei Modi arbeiten – normal und axial.

Normaler (Quer-)Modus: Die Helixabmessungen (Durchmesser und Neigung) sind klein im Vergleich zur Wellenlänge der übertragenen Frequenz. Die Antenne funktioniert auf die gleiche Weise wie ein kurzgeschlossener Dipol oder Monopol mit demselben Strahlungsmuster. Die Strahlung ist parallel zur Spiralachse linear polarisiert. Dieser Modus wird in kompakten Antennen für tragbare und mobile Funkgeräte verwendet.

Axialmodus: Die Abmessungen der Spirale sind vergleichbar mit der Wellenlänge. Die Antenne arbeitet als Richtantenne und sendet den Strahl vom Ende der Spirale entlang ihrer Achse. Sendet Radiowellen mit zirkularer Polarisation aus. Wird häufig für die Satellitenkommunikation verwendet.

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Rhombische Antenne

Eine Diamantantenne ist eine Breitband-Richtantenne, die aus ein bis drei parallelen Drähten besteht, die über dem Boden in Form einer Raute befestigt sind und an jedem Scheitelpunkt von Türmen oder Masten getragen werden, an denen die Drähte mit Isolatoren befestigt sind. Alle vier Seiten der Antenne sind gleich lang, normalerweise mindestens gleich lang oder länger. Wird häufig zur Kommunikation und zum Betrieb im Dekameterwellenbereich verwendet.

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Zweidimensionales Antennenarray

Multielement-Anordnung von Dipolen, die in den HF-Bändern (1,6 - 30 MHz) verwendet werden und aus Reihen und Spalten von Dipolen bestehen. Die Anzahl der Reihen kann 1, 2, 3, 4 oder 6 betragen. Die Anzahl der Spalten kann 2 oder 4 betragen. Die Dipole sind horizontal polarisiert und hinter der Dipolanordnung ist ein reflektierender Schirm angebracht, um einen verstärkten Strahl bereitzustellen. Die Anzahl der Dipolsäulen bestimmt die Breite des Azimutstrahls. Bei 2 Säulen beträgt die Strahlbreite ca. 50°, bei 4 Säulen 30°. Der Hauptstrahl kann um 15° oder 30° geneigt werden, um eine maximale Abdeckung von 90° zu erreichen.

Die Anzahl der Reihen und die Höhe des untersten Elements über dem Boden bestimmen den Höhenwinkel und die Größe der versorgten Fläche. Eine Anordnung aus zwei Reihen hat einen Winkel von 20° und eine Anordnung aus vier Reihen hat einen Winkel von 10°. Die Strahlung eines zweidimensionalen Arrays nähert sich der Ionosphäre normalerweise in einem leichten Winkel und wird aufgrund ihrer niedrigen Frequenz häufig zur Erdoberfläche zurückreflektiert. Da Strahlung zwischen der Ionosphäre und dem Boden viele Male reflektiert werden kann, ist die Wirkung der Antenne nicht auf den Horizont beschränkt. Daher wird eine solche Antenne häufig für die Fernkommunikation verwendet.

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Hornantenne

Eine Hornantenne besteht aus einem expandierenden hornförmigen Metallwellenleiter, der Radiowellen in einem Strahl sammelt. Hornantennen verfügen über einen sehr breiten Betriebsfrequenzbereich; sie können mit einer 20-fachen Lücke in ihren Grenzen arbeiten – beispielsweise von 1 bis 20 GHz. Der Gewinn variiert zwischen 10 und 25 dB und sie werden häufig als Speisung für größere Antennen verwendet.

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Parabolantenne

Eine der beliebtesten Radarantennen ist der Parabolreflektor. Die Einspeisung erfolgt im Brennpunkt der Parabel und die Radarenergie wird auf die Oberfläche des Reflektors gerichtet. Am häufigsten wird eine Hornantenne als Einspeisung verwendet, es können jedoch auch eine Dipol- und eine Wendelantenne verwendet werden.

Da sich die punktförmige Energiequelle im Fokus befindet, wird sie in eine Wellenfront mit konstanter Phase umgewandelt, wodurch sich die Parabel gut für den Einsatz im Radar eignet. Durch Veränderung der Größe und Form der reflektierenden Oberfläche können Strahlen und Strahlungsmuster unterschiedlicher Form erzeugt werden. Die Richtwirkung von Parabolantennen ist viel besser als die von Yagi- oder Dipolantennen; der Gewinn kann 30-35 dB erreichen. Ihr größter Nachteil besteht darin, dass sie aufgrund ihrer Größe nicht in der Lage sind, niedrige Frequenzen zu verarbeiten. Eine andere Sache ist, dass der Strahler einen Teil des Signals blockieren kann.

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Cassegrain-Antenne

Eine Cassegrain-Antenne ähnelt stark einer herkömmlichen Parabolantenne, verwendet jedoch ein System aus zwei Reflektoren, um den Radarstrahl zu erzeugen und zu fokussieren. Der Hauptreflektor ist parabolisch und der Hilfsreflektor ist hyperbolisch. Der Strahler befindet sich in einem der beiden Brennpunkte der Hyperbel. Die Radarenergie des Senders wird vom Hilfsreflektor auf den Hauptreflektor reflektiert und fokussiert. Die vom Ziel zurückkehrende Energie wird vom Hauptreflektor gesammelt und in Form eines Strahls reflektiert, der an einem Punkt auf den Hilfsreflektor konvergiert. Anschließend wird es von einem Hilfsreflektor reflektiert und an der Stelle gesammelt, an der sich der Strahler befindet. Je größer der Hilfsreflektor ist, desto näher kann er am Hauptreflektor sein. Dieses Design verringert die axialen Abmessungen des Radars, erhöht jedoch die Abschattung der Apertur. Ein kleiner Hilfsreflektor hingegen verringert die Abschattung der Öffnung, muss jedoch vom Hauptreflektor entfernt angebracht werden. Vorteile gegenüber einer Parabolantenne: Kompaktheit (trotz des Vorhandenseins eines zweiten Reflektors ist der Gesamtabstand zwischen den beiden Reflektoren geringer als der Abstand von der Einspeisung zum Reflektor einer Parabolantenne), reduzierte Verluste (der Empfänger kann nahe beieinander platziert werden). zum Hornstrahler), reduzierte Nebenkeulenstörungen für Bodenradare. Hauptnachteile: Der Strahl wird stärker blockiert (die Größe des Hilfsreflektors und der Einspeisung ist größer als die Größe der Einspeisung einer herkömmlichen Parabolantenne), funktioniert bei einem breiten Wellenbereich nicht gut.

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Antenne Gregory

Links ist die Gregory-Antenne, rechts die Cassegrain-Antenne

Die Gregory-Parabolantenne ist im Aufbau der Cassegrain-Antenne sehr ähnlich. Der Unterschied besteht darin, dass der Hilfsreflektor in die entgegengesetzte Richtung gekrümmt ist. Gregorys Design kann im Vergleich zu einer Cassegrain-Antenne einen kleineren Sekundärreflektor verwenden, was dazu führt, dass weniger Strahl blockiert wird.

Offset-Antenne (asymmetrisch).

Wie der Name schon sagt, sind der Sender und der Hilfsreflektor (wenn es sich um eine Gregory-Antenne handelt) einer Offset-Antenne von der Mitte des Hauptreflektors versetzt, um den Strahl nicht zu blockieren. Dieses Design wird häufig bei Parabol- und Gregory-Antennen verwendet, um die Effizienz zu steigern.

Cassegrain-Antenne mit flacher Phasenplatte

Ein weiteres Design zur Bekämpfung der Strahlblockierung durch einen Hilfsreflektor ist die Cassegrain-Flachplattenantenne. Es funktioniert unter Berücksichtigung der Polarisation von Wellen. Eine elektromagnetische Welle besteht aus zwei Komponenten, der magnetischen und der elektrischen, die immer senkrecht zueinander und zur Bewegungsrichtung stehen. Die Polarisation der Welle wird durch die Ausrichtung des elektrischen Feldes bestimmt, sie kann linear (vertikal/horizontal) oder kreisförmig (kreisförmig oder elliptisch, im oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht) sein. Das Interessante an der Polarisation ist der Polarisator oder der Prozess des Filterns der Wellen, sodass nur Wellen übrig bleiben, die in einer Richtung oder Ebene polarisiert sind. Typischerweise besteht der Polarisator aus einem Material mit einer parallelen Anordnung von Atomen oder es kann sich um ein Gitter aus parallelen Drähten handeln, deren Abstand kleiner als die Wellenlänge ist. Oft wird davon ausgegangen, dass der Abstand etwa die halbe Wellenlänge betragen sollte.

Ein weit verbreitetes Missverständnis ist, dass die elektromagnetische Welle und der Polarisator auf ähnliche Weise wie ein oszillierendes Kabel und ein Bretterzaun funktionieren – das heißt, dass beispielsweise eine horizontal polarisierte Welle durch einen Schirm mit vertikalen Schlitzen blockiert werden muss.

Tatsächlich verhalten sich elektromagnetische Wellen anders als mechanische Wellen. Ein Gitter aus parallelen horizontalen Drähten blockiert und reflektiert eine horizontal polarisierte Radiowelle vollständig und überträgt eine vertikal polarisierte – und umgekehrt. Der Grund dafür ist folgender: Wenn ein elektrisches Feld oder eine Welle parallel zu einem Draht verläuft, regt es Elektronen entlang der Länge des Drahtes an, und da die Länge des Drahtes um ein Vielfaches größer ist als seine Dicke, können sich die Elektronen leicht bewegen und bewegen absorbieren den größten Teil der Energie der Welle. Durch die Bewegung von Elektronen entsteht ein Strom, der seine eigenen Wellen erzeugt. Diese Wellen löschen die Sendewellen aus und verhalten sich wie reflektierte Wellen. Wenn andererseits das elektrische Feld der Welle senkrecht zu den Drähten verläuft, regt es Elektronen über die gesamte Breite des Drahtes an. Da sich die Elektronen auf diese Weise nicht aktiv bewegen können, wird nur sehr wenig Energie reflektiert.

Es ist wichtig zu beachten, dass Radiowellen zwar in den meisten Abbildungen nur ein magnetisches Feld und ein elektrisches Feld aufweisen, dies jedoch nicht bedeutet, dass sie streng in derselben Ebene schwingen. Tatsächlich kann man sich vorstellen, dass elektrische und magnetische Felder aus mehreren Teilfeldern bestehen, die sich vektoriell addieren. Für eine vertikal polarisierte Welle aus zwei Teilfeldern ist das Ergebnis der Addition ihrer Vektoren beispielsweise vertikal. Wenn zwei Teilfelder in Phase sind, bleibt das resultierende elektrische Feld immer stationär in derselben Ebene. Wenn jedoch eines der Teilfelder langsamer ist als das andere, beginnt sich das resultierende Feld um die Richtung zu drehen, in der sich die Welle bewegt (dies wird oft als elliptische Polarisation bezeichnet). Wenn ein Teilfeld genau um eine Viertelwellenlänge langsamer ist als die anderen (die Phase unterscheidet sich um 90 Grad), dann erhalten wir eine zirkulare Polarisation:

Um die lineare Polarisation einer Welle in eine zirkulare Polarisation und zurück umzuwandeln, ist es notwendig, eines der Teilfelder gegenüber den anderen um genau ein Viertel der Wellenlänge abzubremsen. Hierzu wird am häufigsten ein Gitter (Viertelwellen-Phasenplatte) aus parallelen Drähten mit einem Abstand von 1/4 Wellenlänge verwendet, die in einem Winkel von 45 Grad zur Horizontalen angeordnet sind.
Bei einer Welle, die das Gerät passiert, wird die lineare Polarisation in eine zirkuläre und die zirkuläre in eine lineare umgewandelt.

Eine nach diesem Prinzip arbeitende Cassegrain-Antenne mit flacher Phasenplatte besteht aus zwei gleich großen Reflektoren. Das Hilfsgerät reflektiert nur horizontal polarisierte Wellen und überträgt vertikal polarisierte Wellen. Der Hauptspiegel reflektiert alle Wellen. Die Hilfsreflektorplatte befindet sich vor der Hauptreflektorplatte. Es besteht aus zwei Teilen – einer Platte mit Schlitzen, die in einem Winkel von 45° verlaufen, und einer Platte mit horizontalen Schlitzen, die weniger als 1/4 Wellenlänge breit sind.

Nehmen wir an, die Einspeisung sendet eine Welle mit zirkularer Polarisation gegen den Uhrzeigersinn. Die Welle durchläuft die Viertelwellenplatte und wird zu einer horizontal polarisierten Welle. Es wird von horizontalen Drähten reflektiert. Es durchläuft auf der anderen Seite noch einmal die Viertelwellenplatte, und für sie sind die Plattendrähte bereits spiegelbildlich, also wie um 90° gedreht, ausgerichtet. Der bisherige Polarisationswechsel wird rückgängig gemacht, sodass die Welle wieder gegen den Uhrzeigersinn zirkular polarisiert wird und zurück zum Hauptreflektor läuft. Der Reflektor ändert die Polarisation von links nach rechts. Es durchdringt ohne Widerstand die horizontalen Schlitze des Hilfsreflektors und tritt vertikal polarisiert in Richtung der Ziele aus. Im Empfangsmodus geschieht das Gegenteil.

Schlitzantenne

Obwohl die beschriebenen Antennen im Verhältnis zur Aperturgröße einen relativ hohen Gewinn aufweisen, haben sie alle gemeinsame Nachteile: hohe Anfälligkeit für Nebenkeulen (Anfälligkeit für störende Reflexionen von der Erdoberfläche und Empfindlichkeit gegenüber Zielen mit geringer effektiver Streufläche), verringerte Effizienz aufgrund von Strahlblockierung (kleine Radargeräte, die in Flugzeugen verwendet werden können, haben ein Problem mit der Blockierung; große Radargeräte, bei denen das Problem mit der Blockierung geringer ist, können in der Luft nicht verwendet werden). Infolgedessen wurde ein neues Antennendesign erfunden – eine Schlitzantenne. Es besteht aus einer meist flachen Metalloberfläche, in die Löcher oder Schlitze geschnitten sind. Wenn es mit der gewünschten Frequenz eingestrahlt wird, werden von jedem Schlitz elektromagnetische Wellen abgestrahlt – das heißt, die Schlitze fungieren als einzelne Antennen und bilden ein Array. Da der von jedem Schlitz kommende Strahl schwach ist, sind auch ihre Nebenkeulen sehr klein. Schlitzantennen zeichnen sich durch hohen Gewinn, kleine Nebenkeulen und geringes Gewicht aus. Sie dürfen keine hervorstehenden Teile haben, was in manchen Fällen ein wichtiger Vorteil ist (z. B. beim Einbau in Flugzeuge).

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Passive Phased-Array-Antenne (PFAR)

Radar mit MIG-31

Seit den Anfängen der Radarentwicklung waren Entwickler mit einem Problem konfrontiert: dem Gleichgewicht zwischen Genauigkeit, Reichweite und Scanzeit des Radars. Dies liegt daran, dass Radare mit einer schmaleren Strahlbreite die Genauigkeit (höhere Auflösung) und die Reichweite bei gleicher Leistung (Leistungskonzentration) erhöhen. Doch je kleiner die Strahlbreite, desto länger scannt das Radar das gesamte Sichtfeld. Darüber hinaus erfordert ein Radar mit hoher Verstärkung größere Antennen, was für eine schnelle Abtastung unpraktisch ist. Um eine praktische Genauigkeit bei niedrigen Frequenzen zu erreichen, wären für das Radar Antennen erforderlich, die so groß sind, dass sie sich mechanisch nur schwer drehen lassen. Um dieses Problem zu lösen, wurde eine passive Phased-Array-Antenne entwickelt. Es beruht nicht auf Mechanik, sondern auf der Interferenz von Wellen, um den Strahl zu steuern. Wenn zwei oder mehr Wellen desselben Typs oszillieren und an einem Punkt im Raum aufeinandertreffen, summiert sich die Gesamtamplitude der Wellen in etwa auf die gleiche Weise wie Wellen auf dem Wasser. Abhängig von der Phase dieser Wellen können Interferenzen sie verstärken oder abschwächen.

Der Strahl kann elektronisch geformt und gesteuert werden, indem die Phasendifferenz einer Gruppe von Sendeelementen gesteuert wird – und so gesteuert wird, wo Verstärkungs- oder Dämpfungsinterferenzen auftreten. Daraus folgt, dass das Flugzeugradar über mindestens zwei Sendeelemente verfügen muss, um den Strahl von einer Seite zur anderen zu steuern.

Typischerweise besteht ein PFAR-Radar aus 1 Einspeisung, einem LNA (rauscharmer Verstärker), einem Leistungsverteiler, 1000–2000 Sendeelementen und einer gleichen Anzahl von Phasenschiebern.

Sendeelemente können isotrope oder gerichtete Antennen sein. Einige typische Arten von Übertragungselementen:

Bei den ersten Generationen von Kampfflugzeugen wurden am häufigsten Patchantennen (Streifenantennen) verwendet, da diese am einfachsten zu entwickeln waren.

Moderne aktive Phasenarrays verwenden aufgrund ihrer Breitbandfähigkeit und verbesserten Verstärkung Rillenemitter:

Unabhängig vom verwendeten Antennentyp verbessert die Erhöhung der Anzahl der Strahlungselemente die Richtcharakteristik des Radars.

Wie wir wissen, führt eine Vergrößerung der Apertur bei gleicher Radarfrequenz zu einer Verringerung der Strahlbreite, was die Reichweite und Genauigkeit erhöht. Bei Phased-Arrays lohnt es sich jedoch nicht, den Abstand zwischen den emittierenden Elementen zu vergrößern, um die Apertur zu vergrößern und die Kosten des Radars zu senken. Denn wenn der Abstand zwischen den Elementen größer als die Betriebsfrequenz ist, können Nebenkeulen auftreten, die die Leistung des Radars erheblich beeinträchtigen.

Der wichtigste und teuerste Teil des PFAR sind die Phasenschieber. Ohne sie ist es unmöglich, die Signalphase und Strahlrichtung zu steuern.

Es gibt sie in verschiedenen Ausführungen, im Allgemeinen lassen sie sich jedoch in vier Typen einteilen.

Phasenschieber mit Zeitverzögerung

Die einfachste Art von Phasenschiebern. Es dauert einige Zeit, bis ein Signal eine Übertragungsleitung passiert. Diese Verzögerung, die der Phasenverschiebung des Signals entspricht, hängt von der Länge der Übertragungsleitung, der Frequenz des Signals und der Phasengeschwindigkeit des Signals im Übertragungsmaterial ab. Durch Umschalten eines Signals zwischen zwei oder mehr Übertragungsleitungen einer bestimmten Länge kann die Phasenverschiebung gesteuert werden. Schaltelemente sind mechanische Relais, Pin-Dioden, Feldeffekttransistoren oder mikroelektromechanische Systeme. Pin-Dioden werden aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit, ihres geringen Verlusts und ihrer einfachen Vorspannungsschaltung, die Widerstandsänderungen von 10 kΩ auf 1 Ω ermöglicht, häufig verwendet.

Verzögerung, Sek. = Phasenverschiebung ° / (360 * Frequenz, Hz)

Ihr Nachteil besteht darin, dass der Phasenfehler mit zunehmender Frequenz zunimmt und mit abnehmender Frequenz größer wird. Außerdem variiert die Phasenänderung mit der Frequenz, sodass sie nicht für sehr niedrige und hohe Frequenzen anwendbar sind.

Reflektierender/Quadratur-Phasenschieber

Typischerweise handelt es sich dabei um eine Quadraturkopplungseinrichtung, die das Eingangssignal in zwei um 90° phasenverschobene Signale aufteilt, die dann reflektiert werden. Am Ausgang werden sie dann phasengleich zusammengeführt. Diese Schaltung funktioniert, weil Signalreflexionen von Leiterbahnen in Bezug auf das einfallende Signal phasenverschoben sein können. Die Phasenverschiebung variiert von 0° (offener Stromkreis, Varaktorkapazität Null) bis -180° (Kurzschluss, Varaktorkapazität unendlich). Solche Phasenschieber haben einen weiten Einsatzbereich. Aufgrund der physikalischen Einschränkungen von Varaktoren kann die Phasenverschiebung in der Praxis jedoch nur 160° erreichen. Für eine größere Schicht ist es jedoch möglich, mehrere solcher Ketten zu kombinieren.

Vektor-IQ-Modulator

Wie bei einem reflektierenden Phasenschieber wird hier das Signal mit einer Phasenverschiebung von 90 Grad in zwei Ausgänge aufgeteilt. Die unverzerrte Eingangsphase wird als I-Kanal bezeichnet, und die Quadratur mit einem 90-Grad-Versatz wird als Q-Kanal bezeichnet. Jedes Signal wird dann durch einen zweiphasigen Modulator geleitet, der die Phase des Signals verschieben kann. Jedes Signal ist um 0° oder 180° phasenverschoben, sodass jedes Paar von Quadraturvektoren ausgewählt werden kann. Anschließend werden die beiden Signale wieder zusammengeführt. Da die Dämpfung beider Signale gesteuert werden kann, wird nicht nur die Phase, sondern auch die Amplitude des Ausgangssignals gesteuert.

Phasenschieber bei Hoch-/Tiefpassfiltern

Es wurde entwickelt, um das Problem zu lösen, dass zeitverzögerte Phasenschieber nicht über einen großen Frequenzbereich arbeiten können. Es funktioniert durch Umschalten des Signalpfads zwischen Hochpass- und Tiefpassfiltern. Ähnlich einem zeitverzögerten Phasenschieber, verwendet jedoch Filter anstelle von Übertragungsleitungen. Der Hochpassfilter besteht aus einer Reihe von Induktivitäten und Kondensatoren, die für eine Phasenvorverlegung sorgen. Ein solcher Phasenschieber sorgt für eine konstante Phasenverschiebung im Betriebsfrequenzbereich. Außerdem ist er wesentlich kleiner als die zuvor aufgeführten Phasenschieber, weshalb er am häufigsten in Radaranwendungen eingesetzt wird.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Hauptvorteile von PFAR im Vergleich zu einer herkömmlichen reflektierenden Antenne folgende sind: hohe Scangeschwindigkeit (Erhöhung der Anzahl verfolgter Ziele, Verringerung der Wahrscheinlichkeit, dass die Station eine Strahlungswarnung erkennt), Optimierung der für das Ziel aufgewendeten Zeit, hohe Verstärkung und kleine Nebenkeulen (schwer zu stören und zu erkennen), zufällige Scansequenz (schwerer zu stören), Fähigkeit, spezielle Modulations- und Erkennungstechniken zu verwenden, um das Signal aus dem Rauschen zu extrahieren. Die Hauptnachteile sind hohe Kosten und die Unfähigkeit, einen Scan mit einer Breite von mehr als 60 Grad durchzuführen (das Sichtfeld eines stationären Phasenarrays beträgt 120 Grad, ein mechanisches Radar kann es auf 360 erweitern).

Aktive Phased-Array-Antenne

Äußerlich sind AFAR (AESA) und PFAR (PESA) schwer zu unterscheiden, aber im Inneren unterscheiden sie sich grundlegend. PFAR verwendet einen oder zwei Hochleistungsverstärker zur Übertragung eines einzelnen Signals, das dann in Tausende von Pfaden für Tausende von Phasenschiebern und Elementen aufgeteilt wird. Ein AFAR-Radar besteht aus Tausenden von Empfangs-/Sendemodulen. Da sich die Sender direkt in den Elementen selbst befinden, gibt es keinen separaten Empfänger und Sender. Die Unterschiede in der Architektur sind im Bild dargestellt.

Bei AFAR werden die meisten Komponenten, wie ein Verstärker für schwache Signale, ein Hochleistungsverstärker, ein Duplexer und ein Phasenschieber, verkleinert und in einem Gehäuse, einem sogenannten Sende-/Empfangsmodul, zusammengebaut. Jedes der Module ist ein kleines Radar. Ihre Architektur ist wie folgt:

Obwohl AESA und PESA Welleninterferenz nutzen, um den Strahl zu formen und abzulenken, bietet das einzigartige Design von AESA viele Vorteile gegenüber PFAR. Beispielsweise befindet sich ein kleiner Signalverstärker in der Nähe des Empfängers, vor den Komponenten, bei denen ein Teil des Signals verloren geht, sodass er ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis als ein PFAR aufweist.

Darüber hinaus weist AFAR bei gleichen Erkennungsfähigkeiten einen geringeren Arbeitszyklus und eine geringere Spitzenleistung auf. Da einzelne APAA-Module außerdem nicht auf einen einzigen Verstärker angewiesen sind, können sie gleichzeitig Signale mit unterschiedlichen Frequenzen übertragen. Dadurch kann AFAR mehrere separate Strahlen erzeugen und das Array in Unterarrays unterteilen. Die Fähigkeit, auf mehreren Frequenzen zu arbeiten, ermöglicht Multitasking und die Möglichkeit, elektronische Störsysteme überall in Bezug auf das Radar einzusetzen. Durch die gleichzeitige Bildung zu vieler Strahlen verringert sich jedoch die Reichweite des Radars.

Die beiden Hauptnachteile von AFAR sind die hohen Kosten und das begrenzte Sichtfeld auf 60 Grad.

Hybride elektronisch-mechanische Phased-Array-Antennen

Die sehr hohe Scangeschwindigkeit des Phased Array geht mit einem begrenzten Sichtfeld einher. Um dieses Problem zu lösen, platzieren moderne Radargeräte Phased-Arrays auf einer beweglichen Scheibe, wodurch das Sichtfeld vergrößert wird. Verwechseln Sie das Sichtfeld nicht mit der Breite des Strahls. Die Strahlbreite bezieht sich auf den Radarstrahl und das Sichtfeld auf die Gesamtgröße des gescannten Raums. Um Genauigkeit und Reichweite zu verbessern, sind häufig schmale Strahlen erforderlich, ein enges Sichtfeld ist jedoch normalerweise nicht erforderlich.

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Radiomagazin, Nummer 9, 1999.

Der ausländischen Amateurfunkliteratur zufolge ist die Skelettschlitzantenne bei Frequenzen über 20 MHz beliebt. Der veröffentlichte Artikel versucht, die Frage zu beantworten, inwieweit der in der Literatur angegebene Richtungskoeffizient der Realität entspricht.

In Büchern über UKW-Antennen wurde die sogenannte Skeleton-Slot-Antenne immer wieder beschrieben, und ausnahmslos alle Veröffentlichungen berichteten über ihre sehr hohen Parameter, den großen Richtkoeffizienten (DA), das breite Frequenzband und die einfache Abstimmung. Die Idee der Antenne wurde bereits 1949 von J. Ramsey vorgeschlagen, ihr Aufbau ist in Abb. 1 dargestellt,ausgeliehen von . Das aktive Element der Antenne besteht aus drei parallelen Halbwellendipolen, die in drei Ebenen übereinander angeordnet sind.

Um die Größe der Antenne zu verringern, werden die Enden des oberen und unteren Dipols rechtwinklig zum mittleren Dipol gebogen und mit diesem verbunden. Das ist es, was sie begeistert. Der mittlere Dipol wird geteilt ausgeführt und mit einer passenden Viertelwellen-Zweidrahtleitung verbunden, die auch zur Halterung des Reflektors dient. Der Reflektor ist wie ein Wellenkanal in Form eines einzelnen Vibrators ausgebildet, dessen elektrische Länge etwas größer als eine Halbwelle ist. Die Abmessungen der Antenne in Wellenlängen und die Werte des Verkürzungskoeffizienten k, abhängig vom Durchmesser der Leiter (Röhren) d, sind in Abb. dargestellt. 1. Durch Verschieben des Einspeisepunkts XX entlang der Zweidrahtleitung können Sie die Eingangsimpedanz der Antenne von Null (in der Nähe des Reflektors) auf etwa 400 Ohm (am Punkt YY in der Nähe des aktiven Elements) ändern.

Die Stromverteilung im aktiven Element ist in Abb. dargestellt. 2. Es ist zu erkennen, dass die Bäuche (Maxima) des Stroms genau in der Mitte der horizontalen Teile des Elements liegen und ein dreistöckiges Gleichphasensystem bilden. In den vertikalen Teilen des aktiven Elements sind die Ströme klein und aufeinander zu gerichtet. Darüber hinaus gibt es hier vier Stromknoten, sodass von den vertikalen Teilen keine Fernfeldstrahlung ausgeht. Erinnern wir uns daran, dass in der Fernzone das Strahlungsmuster der Antenne fast vollständig ausgebildet ist. Der Abstand zur Fernzone beträgt mehrere Wellenlängen. Je höher die Antenneneffizienz, desto höher ist sie.

Das aktive Element einer Skeleton-Slot-Antenne kann auch als zwei Quadrate betrachtet werden, kombiniert mit einer Seite und Speisepunkten. Allerdings ist der Umfang des aktiven Elements der Skeleton-Slot-Antenne im Vergleich zu zwei Quadraten voller Größe etwas kleiner, was wahrscheinlich auf den Verkürzungseffekt der Kapazität zwischen den vertikalen Leitern des Elements zurückzuführen ist. Eine ähnliche Antenne wurde von K. Kharchenko vorgeschlagen, jedoch werden darin zwei Quadrate aus den Ecken gespeist und mit Speisepunkten kombiniert.

Eine einfache Skelettschlitzantenne hat einen Reflektor, der nicht effizient genug ist. Dieser Nachteil kann beseitigt werden, indem der Reflektor genauso konstruiert wird wie das aktive Element (in Form der gleichen dreistöckigen Struktur aus Vibratoren). Zwischen den Elementen können keine Zweidrahtleitungen mehr verlegt werden, aber niemand macht sich die Mühe, sie in der Ebene jedes Elements zu einem Punkt mit Nullpotential in der Mitte des unteren Horizontalvibrators zu ziehen.

Was nach dieser Änderung passiert, ist in Abb. dargestellt. 3. Die Abmessungen der Elemente selbst bleiben gleich und der Abstand zwischen aktivem Element und Reflektor verringert sich auf 0,18. Diese Antenne hat noch einen weiteren Vorteil. Durch Verschieben von Kurzschlussbrücken entlang von Zweidrahtleitungen können die Elemente auf die gewünschte Frequenz eingestellt werden, und durch Verschieben der Reflektorbrücke lässt sich die Antenne einfach auf maximale Effizienz bzw. Vorwärts-Rückwärts-Strahlungsverhältnis einstellen.

Für eine solche Zwei-Element-Antenne, beschrieben in [und], wird ein ungewöhnlich hoher Wirkungsgrad von 14...16 dB angegeben! Wenn das zweite der genannten Bücher keine seriöse Veröffentlichung wäre, dann könnte man immer noch aufgeben und diese Zahl nicht ernst nehmen. Aber dieses Buch ist insgesamt sehr gut und enthält fast keine Fehler. Der Autor konnte natürlich nicht alle darin enthaltenen Konstruktionen testen. Wenn es sich also um einen Fehler handelt, ist er bereits früher in einigen anderen Veröffentlichungen aufgetaucht und es ist jetzt schwierig, die Originalquelle zu finden. Es ist ganz klar, dass ein In-Phase-Vibratorsystem eine höhere Effizienz bieten sollte als ein einzelner Vibrator, aber die Frage ist: Wie viel? Obwohl auf S. 100 und es wird angegeben, dass die Antenne „... tatsächlich eine dreistöckige Inphase-Antenne mit sechs Elementen ist“, aber die Vibratoren liegen ziemlich nahe beieinander und sind auch verkürzt. Dies muss zwangsläufig die Effizienz verringern. Es gab also mehr Fragen als Antworten. Darüber hinaus planten dem Autor bekannte Funkamateure den Bau einer solchen Antenne für den 10-Meter-Bereich und waren bereit, Geld für das heutzutage nicht gerade billige Material auszugeben!

Um eine klare und präzise Antwort auf die Frage nach dem Richtfaktor zu erhalten, wurde ein Experiment im 432-MHz-Bereich durchgeführt. Die Elemente wurden gemäß Abb. gebogen. 3 Stück Kupferlackdraht mit einem Durchmesser von 1,5 mm, die Anschlüsse sind verlötet und die Außenleiter an den Stellen, an denen die Schließbrücken angebracht und das Kabel angeschlossen sind, abisoliert. Die gesamte Struktur wurde auf einem Holzrahmen aus trockenen, dünnen Lamellen montiert. Das Stromkabel verlief von den Steckdosen entlang des zweiadrigen Außenleiters, an den das Geflecht angeschlossen war, senkrecht nach unten und wurde direkt mit dem Ausgang des Normsignalgenerators verbunden. Der Feldindikator war ein Halbwellendipol mit einem Detektor und einem Mikroamperemeter. Es befand sich auf einem Stativ in einer Entfernung von mehreren Metern von der Antenne. Die Antenne war außerdem auf einem primitiven Drehstativ montiert, was es ermöglichte, ihre Ausrichtung zu ändern.

Die Antenne ließ sich recht einfach und schnell auf maximale Strahlung in der Hauptrichtung abstimmen. Bei den angegebenen Abmessungen bei einer Frequenz von 432 MHz ergaben sich für die abgestimmte Antenne folgende Abstände der Schließbrücken von der Basis der Zweidrahtleitungen: für den Reflektor - 43 mm, für das aktive Element - 28 mm. Der Abstand zum Anschlusspunkt des 50-Ohm-Kabels betrug 70 mm.

Bei Einstellung auf maximale Richtwirkung wird eine kleine Rückkeule erkannt. Durch Verstellen des Reflektors kann dieser nahezu vollständig unterdrückt werden. Es gab keine Seitwärts-, Auf- oder Abstrahlung.

Der Wirkungsgrad, oder genauer gesagt der Gewinn der Antenne, gleich dem Produkt aus Wirkungsgrad und Wirkungsgrad, wurde wie folgt bestimmt: Auf dem Indikator wurde dann anstelle des von der Antenne in der Hauptrichtung erzeugten Signalpegels notiert Antenne, ein Halbwellendipol, der sich am selben Punkt im Raum befand, wurde an das Stromkabel angeschlossen. Der Signalpegel vom Generator stieg ausreichend an, um die gleichen Messwerte auf dem Indikator zu erhalten. Die vom Generatordämpfer gemessene Änderung des Signalpegels entspricht numerisch dem Gewinn der Antenne relativ zum Halbwellendipol. Für diese Antenne ergab sich ein Wert von 7 dBd. Im Vergleich zu einem isotropen (omnidirektionalen) Sender sind es 2,15 dB mehr und liegen bei etwa 9,2 dBi.

Achten Sie bei der Bezeichnung von Dezibel auf die Buchstaben d und i – in der Literatur zu Antennen ist es üblich, auf diese Weise anzugeben, relativ zu welchem ​​Emitter die Richtwirkung gemessen wird. Die Breite des Strahlungsmusters bei halber Leistung betrug etwa 60° in der horizontalen Ebene (in Azimut) und etwa 90° in der vertikalen Ebene (in Elevation). Mit diesen Daten kann die Richtwirkung auf eine weitere Art berechnet werden: Der Raumwinkel, in den die Antenne strahlt, ist gleich dem Produkt der linearen Winkel, die der Breite des Diagramms entsprechen und im Bogenmaß ausgedrückt werden. Wir erhalten einen Wert von etwa 1,5 Steradianten. Gleichzeitig strahlt eine isotrope Antenne in einem Raumwinkel von 4 bzw. 12,6 Steradianten ab. Die Richtwirkung ist per Definition das Verhältnis dieser Raumwinkel und beträgt 12,6/1,5 = 8,4 oder 9,2 dBi.

Nachdem der Autor eine so gute Übereinstimmung zwischen den mit den beiden Methoden ermittelten Richtwerten erzielt hatte, kam er zu dem Schluss, dass nichts mehr zu messen sei, und war mit leichter Enttäuschung erneut davon überzeugt, dass in der Antennentechnik keine Wunder geschehen. Dennoch funktioniert die Antenne sehr gut und liefert trotz ihrer geringen Abmessungen (330x120x120 mm im 432-MHz-Bereich) einen sehr ordentlichen Gewinn.

Die Erfindung betrifft Antennenspeisegeräte, nämlich Ultrakurzwellen-Radiowellenantennen und Mikrowellenantennen zur Aussendung horizontal polarisierter Wellen mit kreisförmigem Strahlungsmuster in der horizontalen Ebene. Das durch die Umsetzung der vorgeschlagenen Erfindung erzielte technische Ergebnis ist die Erweiterung des Betriebsfrequenzbereichs der zylindrischen Schlitzantenne, wodurch die Antenne mit Vorrichtungen zur Anpassung an die Speiseleitung ausgestattet wird, die für die Größe beim Abstimmen der Antenne auf die Betriebsresonanz nicht kritisch sind Frequenz. Die zylindrische Schlitzantenne enthält einen leitenden zylindrischen Körper mit einem Längsschlitz mit ersten und zweiten Kanten und einer Einspeisung, der zusätzlich eine erste leitende Klemme, eine zweite leitende Klemme und einen passenden Kabelabschnitt enthält, wobei die erste Klemme so angeordnet ist, dass sie einen galvanischen Kontakt bildet An der ersten Kante des Schlitzes wird die zweite Klemme angebracht, wobei durch Bildung eines galvanischen Kontakts an der zweiten Kante des Schlitzes die Zuleitung auf der Oberfläche des Zylinders entlang einer geraden Linie diametral gegenüber der Längsachse des Schlitzes verlegt wird , mit einer Biegung in der Nähe des Erregungspunktes des Schlitzes, durch die erste Klemme verlegt, wobei der Außenleiter des Abzweigs einen galvanischen Kontakt mit der ersten Klemme bildet, wird ein passender Kabelabschnitt durch die zweite Klemme verlegt, der Der Zentralleiter des Einspeisers ist galvanisch mit dem Zentralleiter des passenden Kabelabschnitts verbunden. 1 Gehalt f-ly, 6 Abb.

Zeichnungen für RF-Patent 2574172

Technologiegebiet, auf das sich die Erfindung bezieht

Die Erfindung betrifft Antennenspeisegeräte, nämlich Ultrakurzwellen-Radiowellenantennen und Mikrowellenantennen zur Aussendung horizontal polarisierter Wellen mit kreisförmigem Strahlungsmuster in der horizontalen Ebene.

Stand der Technik

Die Schlitzantenne wurde erstmals 1938 von Alan D. Blumlein für den Einsatz bei Fernsehübertragungen im Ultrakurzwellenbereich mit horizontaler Polarisation und einem kreisförmigen Strahlungsmuster (RP) in der horizontalen Ebene vorgeschlagen [Britisches Patent Nr. 515684. Elektrische HF-Leiter. Alan Blumlein, Hrsg. 1938. US-Patent Nr. 2,238,770 Elektrischer Hochfrequenzleiter oder -strahler]. Die Antenne ist ein Rohr mit einem Längsschlitz. Die Einfachheit des Designs und das Fehlen eines über der Oberfläche hervorstehenden Teils, in den ein Schlitz geschnitten ist, erregten die Aufmerksamkeit von Spezialisten, die Funksysteme für U-Boote entwerfen. Schlitzantennen stören nicht die Aerodynamik der Objekte, auf denen sie installiert sind, was zu ihrer weit verbreiteten Verwendung in Flugzeugen, Raketen und anderen beweglichen Objekten geführt hat. Solche Antennen mit Schlitzen, die in die Wände von Wellenleitern mit rechteckigem, kreisförmigem oder anderem Querschnitt geschnitten sind, werden häufig als luftgestützte und bodengestützte Antennen für Radar- und Funknavigationssysteme verwendet.

Damit ist die erste zylindrische Schlitzantenne A.D. bekannt. Blumlein zur Emission horizontal polarisierter Wellen hoher Frequenz, bestehend aus einem leitenden Zylinder mit einem Längsspalt, Vorrichtungen zur Anregung des Schlitzes an einem Ende des Zylinders und einem Kurzschluss am anderen Ende des Zylinders, einer Vorrichtung zur Einstellung der Breite des Schlitz. Der leitende Zylinder hat eine Länge, die der halben Wellenlänge im freien Raum entspricht.

Die Nachteile der bekannten ersten Schlitzantenne bestehen darin, dass:

Die Antenne enthält keine Vorrichtungen zum Abstimmen der Antenne auf die Resonanzfrequenz.

Die Länge der Antenne entspricht der halben Wellenlänge im freien Raum, was es schwierig macht, eine akzeptable Antennenleistung in Bezug auf Richtungseigenschaften und Anpassung der Antenne an die Einspeisung zu erzielen.

Zur Aussendung horizontal polarisierter Hochfrequenzwellen ist eine zweite zylindrische Schlitzantenne bekannt, die einen leitenden Zylinder mit einem Längsschlitz, eine Speiseleitung, einen Kurzschluss am einen Ende des Schlitzes und Vorrichtungen zur Erregung der Antenne am anderen Ende des Schlitzes enthält Der Zylinder hat einen Durchmesser zwischen 0,151 und 0,121, wobei 1 die Wellenlänge im freien Raum bei der Betriebsfrequenz ist. Der besagte Zylinder hat eine Länge von etwa neun Zehnteln eines Viertels der Länge der stehenden Welle, die sich entlang der Schlitzlinie auf dem Zylinder bildet (die Wellenlänge in der Schlitzlinie auf dem Zylinder ist um ein Vielfaches größer als die Wellenlänge im freien Raum). .

Bei vertikaler Ausrichtung des Zylinders weist die Antenne ein nahezu kreisförmiges Strahlungsdiagramm mit horizontaler Polarisation des Strahlungsfeldes und einen hohen Richtwirkungskoeffizienten (DA) auf. Die Antenne ist kompakt und lässt sich bequem auf Dächern hoher Gebäude installieren. Ihre glatten Oberflächenkonturen verhindern die Ansammlung von nassem Schnee und die Bildung von Eis. Aufgrund ihrer kreiszylindrischen Form weist die Antenne eine relativ geringe Windlast auf.

Die bekannte zweite Antenne überwindet aufgrund ihrer Größe von einer halben Wellenlänge im freien Raum die Nachteile der ersten bekannten Antenne. Die 1946 entwickelte und im Chrysler Skyscraper in New York installierte Rundstrahl-Schlitzantenne von Andrew Alford wurde für die ersten Farbfernsehübertragungen verwendet.

Die bekannte Zylinderantenne mit zweitem Schlitz weist jedoch folgende Nachteile auf:

die Antenne hat eine große Längsgröße in Bezug auf die Wellenlängen im freien Raum, was ihre Verwendung als strahlendes Element eines Antennenarrays erschwert, das in der Ebene des Vektors H ein Strahlungsmuster einer besonderen Art bildet;

Die Antenne verfügt nicht über Vorrichtungen zur Anpassung an den Speiser.

Es ist eine Zylinderantenne mit drittem Schlitz zum Aussenden horizontal polarisierter Wellen hoher Frequenz bekannt, die einen leitenden Zylinder mit einem Längsschlitz enthält, der an beiden Enden des Zylinders kurzgeschlossen ist und durch ein Koaxialkabel angeregt wird, dessen Außenleiter galvanisch mit diesem verbunden ist der erste Rand des Schlitzes, und der Mittelleiter ist galvanisch mit dem zweiten Rand des Schlitzes verbunden.

Die bekannte zylindrische Antenne mit drittem Schlitz hat Nachteile:

Durch die asymmetrische Erregung der Antenne wird eine Welle angeregt, die sich in der vom Außenleiter des Koaxialkabels und dem Zylinder gebildeten Linie ausbreitet, wodurch eine merkliche Abstrahlung des Kabels beobachtet wird (Antennen-Feeder-Effekt), seine Eigenschaften hängen erheblich von externen Betriebsfaktoren ab;

Es gibt keine Vorrichtungen zum Anpassen der Antenne an die Speiseleitung (um die Antenne auf Resonanz bei der Betriebsfrequenz abzustimmen).

Die bekannte zylindrische Antenne mit drittem Schlitz weist einen schmalen Betriebsfrequenzbereich auf, der 1 % auf dem SWR-Pegel in der Stromleitung nicht überschreitet.

Die dritte bekannte, über ein Koaxialkabel gespeiste Schlitzzylinderantenne kommt in ihren wesentlichen Merkmalen der vorliegenden Erfindung am nächsten. Diese Antenne wird von den Autoren als Prototyp ausgewählt.

Offenlegung der Erfindung

Das technische Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Betriebsfrequenzbereich einer geschlitzten zylindrischen Antenne zu erweitern und die Antenne mit Vorrichtungen zur Anpassung an die Speiseleitung auszustatten, die beim Abstimmen der Antenne auf die Betriebsfrequenz (Resonanzfrequenz) nicht größenkritisch sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine geschlitzte zylindrische Antenne, die einen leitfähigen zylindrischen Körper (im Folgenden als Körper bezeichnet) mit einem Längsschlitz mit ersten und zweiten Kanten und einer Einspeisung enthält, zusätzlich eine erste leitfähige Klemme, eine zweite leitfähige Klemme (im Folgenden als Körper bezeichnet) enthält die erste Klemme, die zweite Klemme) und ein dazu passendes Stück Kabel, wobei die erste Klemme so angeordnet ist, dass sie einen galvanischen Kontakt am ersten Rand des Schlitzes bildet, und die zweite Klemme so angeordnet ist, dass sie einen galvanischen Kontakt am zweiten Rand des Schlitzes bildet der Schlitz, der Speiser auf der Oberfläche des Zylinders wird entlang einer geraden Linie diametral gegenüber der Längsachse des Schlitzes verlegt, mit einer Biegung in der Nähe des Anregungspunktschlitzes, durch die erste Klemme unter Bildung eines galvanischen Kontakts verlegt Durch den Außenleiter des Abzweigs mit der ersten Klemme wird der passende Kabelabschnitt durch die zweite Klemme verlegt, der Mittelleiter des Abzweigs wird galvanisch mit dem Zentralleiter des passenden Kabelabschnitts verbunden.

Die Einführung einer ersten leitenden Klemme, einer zweiten leitenden Klemme und eines passenden Kabelabschnitts in die Antenne, ihre relative Position und Verbindung in der Antenne wie oben angegeben löst die folgenden Probleme:

Erstellen Sie eine Antenne, die aufgrund eines symmetrischen Stromversorgungssystems ein symmetrisches Strahlungsmuster in der Ebene des Vektors H liefert, ohne Verzweigung des Diagramms und ohne Abweichung des Maximums des Strahlungsmusters von der Ebene senkrecht zur Zylinderachse;

Erstellen Sie eine Antenne, die aufgrund der Tatsache, dass der Durchmesser des Zylinders viel kleiner als die Wellenlänge ist, ein kreisförmiges Strahlungsmuster in der Vektorebene liefert.

Schaffung einer Antenne, die stabile Strahlungseigenschaften bietet, wenn sowohl schmale Schlitze mit niedriger Wellenimpedanz als auch breite Schlitze mit hoher Wellenimpedanz verwendet werden;

Erstellen Sie eine Antenne, die die Blindkomponente der Antenneneingangsimpedanz in einem weiten Frequenzbereich kompensiert.

Erstellen Sie eine Antenne, deren Strahlungswiderstand über einen großen Frequenzbereich in einem kleinen Bereich variiert.

Erstellen Sie eine Antenne, die ein niedriges SWR in der Stromleitung bietet, indem Sie die Eingangsimpedanz der Antenne über ein breites Frequenzband an die charakteristische Impedanz der Zuleitung anpassen.

Reduzieren Sie den zum Sender zurückkehrenden Leistungspegel, wenn die Antenne sendet, indem Sie die Antenne an die Speiseleitung anpassen.

Reduzieren Sie den Grad der Verzerrung des Spektrums des von der Antenne gesendeten (empfangenen) Signals aufgrund der gleichmäßigen Amplituden-Phasen-Charakteristik der Antenne im Frequenzbereich;

Erhöhen Sie die Widerstandsfähigkeit der Antenne gegen Hochfrequenzausfälle, indem Sie die Feldstärke im Hochfrequenzanschluss aufgrund einer Verringerung des SWR in der Stromleitung verringern, wenn die Antenne im Sendemodus arbeitet.

Versehen Sie die Antenne mit einem Anpassungsgerät, indem Sie die Reaktanz des Anpassungsgeräts ändern und dadurch das Betriebsfrequenzband der Antenne erweitern.

Bereitstellung einer einfachen Methode zum Abstimmen der Antenne in Abstimmung mit dem Feeder im Frequenzbereich;

Stellen Sie eine maximale Leistungsübertragung sicher, indem Sie die charakteristische Impedanz der Einspeisung anpassen.

Erhöhen Sie den potenziellen Leistungspegel in einer vorgewählten Einspeisung, indem Sie das SWR darin reduzieren.

Minimieren Sie Verluste im Speiser und reduzieren Sie dadurch die Erwärmung des Speisers bei der Stromübertragung durch ihn;

Minimieren Sie die Emission (den Empfang) elektromagnetischer Wellen durch die Zuleitung (die Außenseite des Außenleiters des Koaxialkabels);

Erstellen Sie eine Schlitzantenne, die sowohl als unabhängige Antenne als auch als Element eines Antennenarrays verwendet werden kann.

Erstellen Sie eine Antenne, die sich bequem an einem Rohr oder Gürtel eines Gittermastes montieren lässt.

Die Antenne ist kompakt; wenn der Zylinder vertikal ausgerichtet ist, sendet sie horizontal polarisierte Wellen aus. Kann als strahlendes Element eines Antennenarrays dienen. Das Antennenarray aus Schlitzstrahlern kann sowohl direkt auf der Erdoberfläche als auch auf den Dächern hoher Gebäude installiert werden. Die glatten Konturen der Antennenoberfläche verhindern die Ansammlung von nassem Schnee und die Bildung von Eis. Aufgrund ihrer kreiszylindrischen Form weist die Antenne eine relativ geringe Windlast auf.

Durch den Einbau eines Radoms in die Antenne wird das Problem des Schutzes der geschlitzten zylindrischen Antenne gemäß dieser Erfindung vor dem Einfluss äußerer Betriebsfaktoren gelöst.

Die Lösung der oben genannten Probleme zeigt, dass eine neue zylindrische Schlitzantenne geschaffen wurde, die Leistungsmerkmale in einem breiten Frequenzbereich bietet.

Die Lösung des ersten dieser Probleme wurde dadurch erreicht, dass die vorgeschlagene zylindrische Schlitzantenne symmetrisch zur Mitte des Schlitzes angeregt wird.

Der Betriebsfrequenzbereich der vorgeschlagenen Antenne auf der Seite kürzerer Wellen wird durch Änderungen in der Form des Strahlungsmusters (DP) begrenzt. Verwenden Sie Schlitze mit einer solchen Länge, dass das Muster nur ein Maximum aufweist, das senkrecht zur Antennenachse ausgerichtet ist. Eine Verringerung der Wellenlänge bei konstanten Spaltabmessungen kann zum Auftreten von zwei von der Antennenachse abweichenden Maxima führen.

Die Vergrößerung der Wellenlänge wird durch eine Verringerung des Richtwirkungskoeffizienten (DA) begrenzt. Es erweist sich als bedeutsam, wenn der Durchmesser des Zylinders im freien Raum weniger als 0,12 Wellenlängen beträgt.

Die vorgeschlagene Antenne kann im angegebenen Frequenzbereich abgestimmt werden.

Die Lösung des Problems der Erzeugung eines kreisförmigen Strahlungsmusters in der Vektorebene ergibt sich aus der Tatsache, dass der Durchmesser des Zylinders viel kleiner ist als die Wellenlänge im freien Raum.

Die Lösung des dritten Problems, nämlich die Bereitstellung eines breiten Betriebsfrequenzbereichs mit sowohl schmalen als auch breiten Schlitzen, wurde durch Kompensation der Blindkomponente der Antenneneingangsimpedanz erreicht.

Die Lösung des Problems, eine einfache Methode zur Kompensation des Blindanteils der Antenneneingangsimpedanz im Frequenzbereich bereitzustellen, wird durch die Verwendung zweier in Reihe geschalteter Kondensatoren zur Kompensation erreicht.

Lösung des Problems: Minimierung der Emission (Empfang) elektromagnetischer Wellen durch den Speiser – erreicht durch rationelle Platzierung des Speisers auf der Oberfläche des Zylinders, Einführung der ersten leitenden Klemme in die Antenne und Gewährleistung des galvanischen Kontakts des Außenleiters mit dem Spannen Sie zunächst den gesamten Umfang am Austritt aus der Klemme ein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In Abb. 1a) zeigt eine geschlitzte zylindrische Antenne 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. In Abb. 1b) zeigt eine Vorderansicht einer Schlitzzylinderantenne, Abb. 1c) zeigt eine Draufsicht auf eine Schlitzzylinderantenne. In Abb. 1b) und Abb. 1c) Folgende Notation wurde eingeführt:

1 - zylindrische Schlitzantenne,

2 - zylindrischer Körper,

4 - erste Kante des Schlitzes,

5 - zweite Kante des Schlitzes,

7 - erste Klemme,

8 - zweite Klemme,

9 - passender Zylinder,

10 - passender Kabelabschnitt,

11 - Biegung des Speisers (bei der Wende vom vertikalen Abschnitt zum horizontalen Abschnitt in der Nähe des Schlitzerregungspunkts),

A – Anregungsbereich der Lücke.

In Abb. 2a) zeigt den Bereich A der Spaltanregung. In Abb. 2b) zeigt die Verbindung des Außenleiters der Einspeisung mit der ersten Klemme und dem ersten Rand des Schlitzes, die Vorrichtung zur Anpassung der Antenneneingangsimpedanz und deren Verbindung mit dem zweiten Rand des Schlitzes. In Abb. 2c) zeigt im Schnitt die Verbindung des Außenleiters der Einspeisung mit der zweiten Klemme und dem zweiten Schlitzrand, dem passenden Zylinder und dem passenden Kabelabschnitt. In Abb. 2b) und Abb. 2c) Folgende Notationen werden zusätzlich eingeführt:

12 - Zentralleiter des passenden Kabelabschnitts,

13 - Zentralleiter der Zuleitung,

14 - Außenleiter des Feeders.

In Abb. 3 zeigt das Ersatzschaltbild der Antenne; in Abb. 3 neue Bezeichnungen wurden eingeführt:

15 - Kapazität des Kondensators, der durch die Innenfläche des Anpasszylinders 9 und die Außenfläche des Außenleiters des Anpasskabelabschnitts 10 gebildet wird,

16 – Kapazität des Kondensators, der durch die Innenfläche des Außenleiters und den Mittelleiter des passenden Abschnitts des Kabels 10 gebildet wird,

17 - Induktivität aufgrund des Stromflusses entlang der Innen- und Außenflächen des Rohrs vom ersten Rand zum zweiten Rand des Schlitzes (ohne Kondensatoren 15 und 16),

18 - Realteil der Antenneneingangsimpedanz (vor dem Anschluss der Kondensatoren 15 und 16),

19 - bedingter Anschluss, der dem Punkt des galvanischen Kontakts des Außenleiters des Abzweigs durch die erste leitende Klemme mit Kante 4 entspricht,

20 - bedingter Anschluss, der dem Punkt am Eingang des Mittelleiters des passenden Kabelabschnitts entspricht,

21 - Punkt des galvanischen Kontakts des passenden Zylinders durch die leitende Klemme 2 mit der Kante 5 des Schlitzes 3.

In Abb. Abbildung 4 zeigt die experimentellen Abhängigkeiten des Real- und Imaginärteils des Eingangswiderstands und des SWR von der Frequenz der ersten und zweiten Proben einer geschlitzten zylindrischen Antenne; in Abb. 4 Notation eingeführt:

221 - Frequenzabhängigkeit des Realteils der Eingangsimpedanz der ersten Probe mit einem passenden Kabelabschnitt von 10,5 mm Länge,

222 - Abhängigkeit von der Frequenz des Imaginärteils des Eingangswiderstands der ersten Probe mit einem passenden Kabelabschnitt von 10,5 mm Länge,

223 - Frequenzabhängigkeit der SWR-Antenne der ersten Probe mit einem passenden Kabelabschnitt von 10,5 mm Länge,

231 - Abhängigkeit von der Frequenz des Realteils des Eingangswiderstands der zweiten Probe mit einem passenden Zylinder von 11,5 mm Länge und einem passenden Kabelabschnitt von 20,5 mm Länge,

232 - Abhängigkeit von der Frequenz des Imaginärteils des Eingangswiderstands der zweiten Probe mit einem passenden Zylinder von 11,5 mm Länge und einem passenden Kabelabschnitt von 20,5 mm Länge,

233 - Frequenzabhängigkeit der SWR-Antenne der zweiten Probe der zweiten Probe mit einem passenden Zylinder von 11,5 mm Länge und einem passenden Kabelsegment von 20,5 mm Länge,

241 - Frequenzabhängigkeit des Realteils des Eingangswiderstands der zweiten Probe mit einem passenden Zylinder von 7 mm Länge und einem passenden Kabelabschnitt von 24 mm Länge,

242 - Abhängigkeit von der Frequenz des Imaginärteils des Eingangswiderstands der zweiten Probe mit einem passenden Zylinder von 7 mm Länge und einem passenden Kabelabschnitt von 24 mm Länge,

243 - Frequenzabhängigkeit der SWR-Antenne der zweiten Probe mit einem passenden Zylinder von 7 mm Länge und einem passenden Kabelabschnitt von 24 mm Länge,

251 - Frequenzabhängigkeit des Realteils des Eingangswiderstands der zweiten Probe mit einem passenden Zylinder von 5 mm Länge und einem passenden Kabelabschnitt von 30 mm Länge,

252 - Abhängigkeit von der Frequenz des Imaginärteils des Eingangswiderstands der zweiten Probe mit einem passenden Zylinder von 5 mm Länge und einem passenden Kabelabschnitt von 30 mm Länge,

253 - Frequenzabhängigkeit der SWR-Antenne der zweiten Probe mit einem passenden Zylinder von 5 mm Länge und einem passenden Kabelabschnitt von 30 mm Länge,

In Abb. Abbildung 5 zeigt Beispiele für die Verteilung der elektrischen Feldstärke entlang der Übertragungsleitung 26, bei der es sich um einen Längsschlitz auf dem Zylinder handelt, und entlang der Zweidrahtleitung, die zur Erregung dieser Übertragungsleitung verwendet wird: a) Die Frequenz des Generators beträgt kleiner als die kritische Frequenz der Hauptwelle der Schlitzlinie auf dem Kreiszylinder, b) die Frequenz des Generators ungefähr gleich der kritischen Frequenz der Hauptwelle der Schlitzlinie auf einem Kreiszylinder, c) die Frequenz des Generator ist größer als die kritische Frequenz der Hauptwelle der Schlitzlinie auf einem Kreiszylinder.

In Abb. 5 werden folgende Notationen eingeführt:

27 - konzentrierte Spannungsquelle,

28 - Zweidraht-Übertragungsleitung,

29 - Vektoren der elektrischen Feldstärke.

In Abb. Abbildung 6 zeigt die Struktur des elektrischen Feldes zu einem bestimmten Zeitpunkt im Innen- und Außenbereich der Schlitzzylinderantenne in einem Schnitt senkrecht zur Antennenachse. In Abb. 6 werden folgende Bezeichnungen eingeführt: 30 - elektrische Feldlinien.

In Abb. 7 zeigt ein Beispiel für die Verwendung einer zylindrischen Schlitzantenne der vorliegenden Erfindung als Element eines Antennenarrays.

Ausführung der Erfindung

Bezugnehmend auf FIG. Fig. 1b zeigt eine Schlitzantenne 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Antenne besteht aus einem zylindrischen Körper 2 mit einem Schlitz 3 mit einer ersten Kante 4 und einer zweiten Kante 5, einer Einspeisung 6, einer ersten leitenden Klemme 7, einer zweiten leitenden Klemme 8, einem passenden Zylinder 9, einem passenden Abschnitt des Kabels 10 und Befestigungselemente.

Der zylindrische Körper 2 besteht aus einem leitfähigen Material wie beispielsweise Messing, einer Aluminiumlegierung, Stahl oder einem anderen Metall oder einer Metalllegierung mit guter Leitfähigkeit. Ein zylindrischer Körper mit 2 im Querschnitt hat die Form eines Kreises. Der Querschnitt des Körpers kann die Form eines Quadrats, eines Rechtecks, einer Ellipse oder eines anderen gekrümmten Profils haben.

Der Schlitz 3 wird durch Fräsen, Laserschneiden oder einen anderen mechanischen Vorgang über die gesamte Tiefe der Körperwand in den zylindrischen Körper 2 eingebracht, um die erste Kante 4 und die zweite Kante 5 parallel zur Längsachse des zylindrischen Körpers zu bilden.

Als Zuleitung 6 kann ein serielles Koaxialkabel verwendet werden. Der Übersichtlichkeit halber ist der passende Zylinder 9 als Segment eines Kreiszylinders dargestellt.

Der Übersichtlichkeit halber ist der passende Abschnitt des Kabels 10 als kurzer Abschnitt einer Koaxialleitung dargestellt. Der passende Abschnitt des Kabels 10 befindet sich teilweise innerhalb des passenden Zylinders 9 und teilweise außerhalb von 9.

Der passende Zylinder 9, die Klemmen 7 und 8 bestehen aus gut leitendem Material, beispielsweise Messing oder einer Aluminiumlegierung. Um die Lötbarkeit zu gewährleisten, werden sie beispielsweise mit einer Zinn-Wismut-Legierung beschichtet.

Das dem Schlitz gegenüberliegende Ende des passenden Kabelabschnitts 10 ist offen und mit nichts verbunden. Der Mittelleiter 11 des passenden Kabelabschnitts 10 tritt aus dem passenden Zylinder 9 aus und reicht bis zur Mitte des Schlitzes 3.

Die oben genannten Geräte und Teile sind relativ zueinander angeordnet und wie folgt miteinander verbunden.

Die erste Klemme 7 ist unter Bildung eines galvanischen Kontakts an der ersten Kante 4 des Schlitzes befestigt, die zweite Klemme 8 ist unter Bildung eines galvanischen Kontakts an der zweiten Kante 5 des Schlitzes befestigt, die Zuleitung 6 an der Oberfläche des Zylinders 2 wird entlang einer geraden Linie diametral entgegengesetzt zur Längsachse des Schlitzes mit einer Biegung 13 in der Nähe des Erregungspunktes des Schlitzes befestigt und dann durch die erste Klemme 7 unter Bildung eines galvanischen Kontakts durch den Außenleiter 14 verlegt Beim Einspeisen mit der ersten Klemme 7 wird der passende Kabelabschnitt 10 in den passenden Zylinder gelegt, der von der zweiten Klemme abgedeckt wird, der Mittelleiter 12 des Einspeisers wird mit dem Mittelleiter 11 des passenden Kabelabschnitts galvanisch verbunden.

Das zweite Ende der Zuleitung 6 ist in einem Hochfrequenzstecker installiert. In diesem Fall wird als passender Abschnitt des Kabels 10 entweder ein Abschnitt eines Standard-Koaxialkabels oder ein Abschnitt einer speziellen Übertragungsleitung verwendet, bestehend aus einem Außenleiter in Form eines Rohrs, einem Mittelleiter in Form von ein Stab oder Rohr und ein dazwischen befindlicher dielektrischer Hohlzylinder.

Zur Befestigung des Speisers 6 am zylindrischen Körper 2 können standardisierte Klammern, Schrauben und Muttern verwendet werden.

Funktionsprinzip der Antenne

Die Antenne funktioniert wie folgt. Elektromagnetische Schwingungen in der Antenne werden durch das Anlegen einer Potentialdifferenz an zwei einander gegenüberliegenden Punkten 19 und 20 an den ersten 4 und zweiten 5 Kanten des Schlitzes 3 angeregt. Um die Antenne effektiv anzuregen, muss der Durchmesser der Rohr 2 muss so gewählt werden, dass die Generatorfrequenz höher ist als die kritische Frequenz der Hauptwelle H 00 Schlitzleitung auf einem zylindrischen Hohlleiter. Um diesen Punkt zu veranschaulichen, wurden drei in Abb. 1 dargestellte Situationen (unter Verwendung einer rigorosen Lösung des Randwertproblems der Elektrodynamik) unter Verwendung eines Modellproblems betrachtet. 5.

In Abb. Fig. 5 zeigt eine Schlitzleitung auf einem Rundhohlleiter, in Reihe geschaltet mit einer Zweidrahtleitung, an deren Ende ein Spannungsgenerator angeschlossen ist. In Abb. Abbildung 5 zeigt Beispiele für die Verteilung der elektrischen Feldstärke entlang der Übertragungsleitung für die folgenden Fälle: a) die Generatorfrequenz ist kleiner als die kritische Frequenz der Hauptwelle der Schlitzleitung auf einem kreisförmigen Zylinder, b) die Generatorfrequenz ist ungefähr gleich der kritischen Frequenz der Hauptwelle der Schlitzlinie auf einem Kreiszylinder, c) die Generatorfrequenz größer ist als die kritische Frequenz der Grundwelle der Schlitzlinie auf einem Kreiszylinder. In Abb. In 5 ist die elektrische Feldstärke proportional zur Länge des Vektors. Wie aus Abb. ersichtlich ist. 5, im Fall a) wird die elektromagnetische Welle praktisch vom Eingang zur Übertragungsleitung reflektiert. Die Welle dringt bis zu einer Tiefe in die Schlitzlinie ein, die für die Länge des Willens vernachlässigbar klein ist. Im Fall b) stellt sich in der geschlitzten zylindrischen Übertragungsleitung eine exponentiell abnehmende Feldverteilung ein. Im Fall c) entsteht eine stehende Welle in einer geschlitzten zylindrischen Übertragungsleitung. In diesem Fall ist die Länge der stehenden Welle in der Schlitzübertragungsleitung größer als die Länge der stehenden Welle in der Zweidraht-Übertragungsleitung.

Vorzugsweise wird ein Rohrdurchmesser von 0,14 Wellenlängen im freien Raum gewählt. Es empfiehlt sich, die Spaltlänge nahe der halben Wellenlänge der Hauptwelle H 00 der Schlitzlinie auf einem zylindrischen Wellenleiter zu wählen

Die Breite des Spaltes 3 überschreitet nicht ein Dreißigstel der Wellenlänge. Daher kann die Ungleichmäßigkeit der Stromverteilung auf dem Mittelleiter des Kabels innerhalb des Schlitzes 3 praktisch vernachlässigt werden. Dadurch wird das unsymmetrische Koaxialkabel so in den Anregungsbereich der Antenne eingeführt, dass es weder die physikalische noch die elektrische Symmetrie der Antenne verletzt. Die zwischen dem Außenleiter der Einspeisung 6 und dem Gehäuse 2 im Bereich von der Biegung der Einspeisung bis zur Nut auftretenden Verschiebungsströme sind gering, da der Außenleiter der Einspeisung 6 und das Gehäuse 2 galvanischen Kontakt miteinander haben einander durch die erste leitende Klemme 7. Der galvanische Kontakt des Außenleiters der Zuleitung 6 und des Gehäuses 2 führt dazu, dass die elektrische Feldstärke an der Verbindungsstelle gleich Null ist. In einem Abschnitt der Zuleitung, der entlang einer geraden Linie diametral gegenüber der Achse des Schlitzes liegt, werden Verschiebungsströme zwischen dem Außenleiter der Zuleitung 6 und dem Gehäuse 2 nicht angeregt, da in diesem Abschnitt der Strecke das Potential Null ist. Daher kann die potentielle Strahlung aus dem Spalt, der zwischen dem Außenleiter der Zuleitung 6 und dem Gehäuse 2 entsteht, vernachlässigt werden. Somit werden der Antenneneffekt der Zuleitung und die damit verbundenen unvorhersehbaren Verzerrungen des Antennenstrahlungsmusters, Änderungen der Antenneneingangsimpedanz und kreuzpolarisierte Feldstrahlung eliminiert. Unter Verwendung einer strengen Lösung der Maxwell-Gleichungen unter gegebenen idealen Randbedingungen wurden die elektrischen Feldlinien mit der Zeitmethode zu verschiedenen Zeitpunkten während einer Periode der Generatorspannungsschwankungen berechnet. Feldlinien zu einem bestimmten Zeitpunkt sind in Abb. dargestellt. 6. Um die Bezeichnung von Antennenelementen durch Nummern zu erleichtern, wurde der Zeitpunkt gewählt, zu dem die elektrische Feldstärke in unmittelbarer Nähe des Schlitzes gering ist, sodass in dieser Umgebung in Abb. 6 keine Kraftlinien vorhanden sind. Weit entfernt vom Spalt sind bereits gebildete Feldwirbel zu beobachten, dargestellt durch Kraftlinien, die nicht durch Ladungen an den Wänden des Zylinders gestützt werden. In der Zwischenzone beginnen die Kraftlinien in der dargestellten Zeichnung in der unteren Hälfte des Zylinders und enden im oberen Teil des Zylinders. An dem Punkt gegenüber der Mitte des Spalts nimmt die Kraftlinie ihren Weg nicht ein und beendet ihn nicht, da das Potential an diesem Punkt Null ist. Dieser Punkt ist der Grenzpunkt zwischen der unteren und oberen Zylinderhälfte. Nach obiger Regel sollte die Kraftlinie hier ihren Weg beginnen und enden. Dies erweist sich jedoch als unmöglich, denn Die Vektoren der elektrischen Feldstärke, die den unteren und oberen Teil der Feldlinie tangieren, sind an diesem Punkt einander entgegengesetzt und heben sich daher gegenseitig auf. Aus diesem Grund erweist sich die Nähe der Linie gegenüber der Schlitzachse als günstig für die Verlegung einer Zuleitung entlang dieser Leitung, um den Antenneneffekt der Zuleitung zu minimieren.

Das obige Antennendesign ermöglicht eine bequeme Anpassung der Ausrichtung der Antenne an der Zuleitung. Betrachten wir dies genauer, indem wir uns auf die äquivalente Antennenschaltung in Abb. 1 beziehen. 3. In ABB. In 3 bezeichnet die Zahl 15 den ersten Kondensator mit der Kapazität C 1, der durch die Innenfläche des Anpasszylinders 9 und die Außenfläche des Außenleiters des Anpasskabelabschnitts 10 gebildet wird. In diesem Fall spielt der Kabelmantel die Rolle ein Dielektrikum. Die Zahl 16 bezeichnet den zweiten Kondensator mit der Kapazität C 2, gebildet durch die Innenfläche des Außenleiters und die Oberfläche des Mittelleiters des Anpassabschnitts des Kabels 10. Die Zahl 17 bezeichnet die Induktivität L, die durch den Stromfluss entsteht entlang der Innen- und Außenflächen des Rohrs vom ersten Rand 4 bis zum zweiten Rand 5 des Schlitzes. Die Zahl 18 gibt den Widerstand R an, der auf die Strahlungsverluste der Antenne zurückzuführen ist. Klemme 19 entspricht dem Punkt des galvanischen Kontakts des Außenleiters des Abzweigs durch die erste leitende Klemme mit Kante 4. Klemme 20 entspricht dem Punkt am Eingang des Mittelleiters des passenden Kabelabschnitts. Die Zahl 21 gibt den Punkt des galvanischen Kontakts des passenden Zylinders durch die leitende Klammer 8 mit der Kante 5 des Schlitzes 3 an.

Zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren 15 und 16 haben eine äquivalente Kapazität C 3:

Der Eingangswiderstand an den Klemmen 19, 20 Zin ist aufgrund der Reihenschaltung einer Ersatzkapazität C 3 und einer Kette aus parallel geschalteten Widerständen R und Induktivitäten L bei einer Frequenz gleich:

Bei der Resonanzfrequenz ist der Imaginärteil des Eingangswiderstands Null, d. h.

Indem wir den Faktor im Nenner in eckigen Klammern in (2) durch seinen Wert aus (3) ersetzen, erhalten wir den Eingangswert bei der Resonanzfrequenz:

Eine ideale Anpassung an die Zuleitung wird erreicht, wenn die Eingangsimpedanz der Antenne gleich der charakteristischen Impedanz der Zuleitung ist. Bei gegebenem L und R erfolgt die Anpassung nach Vereinbarung durch Auswahl des Wertes der äquivalenten Kapazität C 3 .

Im Grenzfall, wenn kein passender Zylinder (C 1 ) vorhanden ist, ist die Ersatzkapazität C 3 gleich der Kapazität C 2 – der Kapazität des passenden Kabelabschnitts. Um die Antenne an die Speiseleitung anzupassen, ist normalerweise ein kleiner Wert von C 2 erforderlich. Bei Arbeiten im Meter- und Dezimeter-Wellenlängenbereich ist manchmal ein passendes Segment mit einer Länge von maximal zehn Millimetern erforderlich. Kleine absolute Längenänderungen eines Kabelabschnitts führen zu relativ großen relativen Änderungen des C2-Wertes. Daher ist es beim genauen Abstimmen der Antenne auf die Betriebsfrequenz erforderlich, die Länge des Anpassungssegments um Bruchteile eines Millimeters zu ändern. Die Notwendigkeit, die Länge des passenden Kabelsegments mit einer Genauigkeit von Bruchteilen eines Millimeters auszuwählen, erschwert die Abstimmung der Antenne.

Ganz anders verhält es sich, wenn es sich um zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren handelt: Kapazität C1 und Kapazität C2. Es ist bekannt, dass wir durch die Reihenschaltung zweier Kondensatoren einen äquivalenten Kondensator erhalten, dessen Kapazität geringer ist als die Kapazität jedes einzelnen Kondensators. Wenn wir nun bei einem festen Wert von C 1 die Kapazität C 2 innerhalb großer Grenzen ändern, erhalten wir Änderungen im Wert der äquivalenten Kapazität innerhalb kleiner Grenzen.

Die anfängliche Länge des passenden Kabelabschnitts sollte natürlich größer sein als in dem Fall, in dem dieser andere Kondensator nicht vorhanden ist. Dadurch ist die Längenänderung des passenden Kabelabschnitts in relativen Einheiten nun größer und die Einstellung genauer.

Diese. Das Abstimmen der Antenne auf die Betriebsfrequenz durch Längenänderung des passenden Kabelabschnitts, beispielsweise durch Abschneiden, bereitet keine Schwierigkeiten, denn Längenänderungen werden in Millimetern gemessen.

Die Antenne hat den folgenden Vorteil, nämlich dass mit der Einführung eines Anpassungszylinders in die Antenne die elektrische Festigkeit der Antenne steigt. Die höchste elektrische Feldstärke tritt bei erregter Antenne im Anpassungsabschnitt des Kabels auf. Bei einer Antenne mit Anpasszylinder wird nun die Potentialdifferenz zwischen Mittelleiter und Rohrrand auf zwei Kondensatoren verteilt, von denen der erste durch den Mittelleiter und der Außenleiter des Kabels gebildet wird, der zweite Kondensator gebildet durch den Außenleiter des Kabels und den passenden Zylinder. Die Summe der Spannungsabfälle an diesen beiden Kondensatoren entspricht der Potentialdifferenz zwischen dem Mittelleiter und dem Rand. Diese. Die Spannung an jedem Kondensator ist geringer als die Gesamtspannung, was die elektrische Festigkeit der Antenne erhöht.

Es wurden zwei Muster einer geschlitzten zylindrischen Antenne hergestellt. Das erste Muster enthielt einen leitenden Zylinder mit Längsschlitz, eine Einspeisung und einen passenden Kabelabschnitt. Die erste Probe hatte keinen passenden Zylinder, keine erste leitende Klemme und keine zweite leitende Klemme. Der Außenleiter des passenden Zuleiters hatte galvanischen Kontakt direkt mit Kante 4. Das zweite Muster unterscheidet sich vom ersten dadurch, dass es zusätzlich einen passenden Zylinder, eine erste leitfähige Klemme und eine zweite leitfähige Klemme enthält. Das zweite Beispiel verwendet einen passenden Kabelabschnitt, der länger ist als das erste Beispiel. Im zweiten Beispiel wird der passende Kabelabschnitt innerhalb des passenden Zylinders verlegt und außerhalb desselben weitergeführt. Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung des zweiten Beispiels, das der vorliegenden Erfindung entspricht. Bei der Beschreibung des Antennenbeispiels beziehen wir uns auf die Notation von Abb. 1 und Abb. 2.

Die Antennenprobe besteht aus einem zylindrischen Körper 2 mit einem Schlitz 3 mit einer ersten Kante 4 und einer zweiten Kante 5, einer Einspeisung 6, einem passenden Kabelabschnitt 10, einem passenden Zylinder 9, einer ersten Klemme 7 und einer zweiten Klemme 8. und Verbindungselemente.

Gehäuse 2, 720 mm lang und 130 mm im Durchmesser, besteht aus verzinntem Blech mit einer Dicke von 0,3 mm. Der Querschnitt des Körpers hat die Form eines Kreises. In den Körper ist ein Schlitz 3 mit einer Länge von 640 mm und einer Breite von 30 mm geschnitten, um die erste Kante 4 und die zweite Kante 5 parallel zur Längsachse des zylindrischen Körpers zu bilden.

Als Zuleitung 6 wurde das serielle Koaxialkabel RK-50-2-11 verwendet.

Der passende Abschnitt der Einspeisung 10 besteht aus einem kurzen Abschnitt des Koaxialkabels RK-50-2-11. Der Abschnitt 10 des Koaxialkabels befindet sich im Inneren des passenden Zylinders 9.

Der passende Zylinder 9 besteht aus einem Messingrohr mit einem Innendurchmesser von 4 mm. In diesem Fall wurden Messungen bei drei Rohrlängen durchgeführt: 11,5 mm; 7 mm; 5 mm.

Das dem Schlitz gegenüberliegende Ende des passenden Kabelabschnitts 10 ist offen und mit nichts verbunden. Der Mittelleiter 11 des Anpassabschnitts 10 der Koaxialleitung tritt aus dem Anpasszylinder 9 aus und reicht bis zur Mitte des Schlitzes 3.

Die Einspeisung 6 wird auf der Oberfläche des Zylinders entlang einer geraden Linie, diametral gegenüber der Längsachse des Schlitzes, befestigt, in der Nähe des Antennenerregungspunkts gebogen, in die erste Klemme 7 gelegt und dann oberhalb des Schlitzes 3 verlegt innerhalb des passenden Zylinders 9 und setzt sich dann außerhalb des Zylinders 9 fort. Die äußere Isolierung des Speisers wird entlang der Länge des Schlitzes geschnitten und entfernt. Der Außenleiter (Geflecht) wird am Eingang der zweiten Klemme 8 am Umfang abgeschnitten, das Geflecht zum Rand hin gekämmt 4. Das gekämmte Geflecht wird gleichmäßig über den Kreis verteilt und mit der Klemme 7 verlötet. Somit entsteht der Außenleiter Der Einspeiser 6 ist über die Klemme 7 galvanisch mit der ersten Kante der Schlitze 4 verbunden, und der Mittelleiter 12 des Einspeisers 6 ist mit dem Mittelleiter 11 des passenden Abschnitts des Kabels 10 verbunden. Das zweite Ende des Koaxial-Einspeisers 6 ist eingebettet in einen Hochfrequenzstecker.

Zur Befestigung des Einspeisers 6 am Gehäuse 2 werden standardisierte Klammern, Schrauben und Muttern verwendet.

Die Werte der realen ReZ- und imaginären ImZ-Teile der Eingangsimpedanz der Prototypantenne und der Antenne der vorliegenden Erfindung im an Proben gemessenen Frequenzbereich sind in Form von Diagrammen in Abb. dargestellt. 4a).

Die Abhängigkeiten des SWR von der Frequenz, die an den ersten und zweiten Antennenproben gemessen wurden, sind in Form von Diagrammen in Abb. dargestellt. 4b). Diagramm 22 entspricht dem ersten Antennenbeispiel. In diesem Fall beträgt die Länge des passenden Kabelabschnitts 10,5 mm. Die Grafiken 23, 24 und 25 entsprechen der zweiten Antennenprobe mit einer passenden Zylinderlänge von 11,5 mm, 7 mm bzw. 5 mm. In diesem Fall beträgt die Länge des passenden Kabelabschnitts 20,5 mm, 24 mm bzw. 30 mm.

Beim Abstimmen der ersten Antennenprobe auf die Resonanzfrequenz wurde die Länge des Anpasskabelabschnitts in Schritten von 0,25 mm geändert. Eine Änderung der Länge des Anpasssegments um 0,25 mm führte zu einer Änderung der Resonanzfrequenz um 0,5 MHz. Beim Abstimmen der zweiten Antennenprobe auf die Resonanzfrequenz wurde die Länge des Anpasskabelabschnitts in Schritten von 2 mm geändert. Eine Änderung der Länge des Anpasssegments um 2 mm führte zu einer Änderung der Resonanzfrequenz um 0,5 MHz. Wie aus der Betrachtung der Diagramme in Abb. ersichtlich ist. Wie aus 4 hervorgeht, weist eine Antenne, die bei unterschiedlichen Verhältnissen der Länge des Anpasszylinders und der Länge des Anpasskabelabschnitts auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt ist, nahezu die gleiche Abhängigkeit des SWR von der Frequenz auf. Vorteilhafter ist die Verwendung eines passenden Zylinders mit kürzerer Länge.

Tatsächlich kann das Inkrement DC 2 der äquivalenten Kapazität C 3 aus der Beziehung ermittelt werden:

Aus dieser Beziehung folgt: Je kleiner die Kapazität des Anpasszylinders C 1 (je kürzer die Länge des Anpasszylinders), desto weniger ändert sich die äquivalente Kapazität bei gleichen Inkrementen der Kapazität C 2 (Inkrement der Länge des Anpasskabels). Abschnitt). In diesem Fall besteht die Möglichkeit, längere passende Kabelabschnitte zu verwenden.

Mit längeren passenden Kabelabschnitten ist es bequemer, die Antenne abzustimmen, weil Sie können ein herkömmliches Kabelschneidewerkzeug verwenden.

Messungen der Polarisationseigenschaften der Antenne ergaben, dass die Antenne eine lineare Polarisation aufweist. An der Antenne durchgeführte Messungen zeigen, dass die Antenne frei von Feeder-Antenneneffekten ist.

Anwendung der Erfindung

Die Erfindung kann als eigenständige Antenne, als Elemente komplexerer Antennen, strahlende Elemente von Antennenarrays, Speisungen von Spiegel- und Linsenantennen verwendet werden.

Die Antenne kann entweder als eigenständige Antenne oder als Element eines linearen Antennenarrays verwendet werden.

Die vorgeschlagene Breitband-Dipolantenne erweist sich in allen Fällen als nützlich, in denen entweder eine unabhängige Schlitzantenne oder ein strahlendes (empfangendes) Element einer komplexeren Antennenvorrichtung oder eines Antennensystems erforderlich ist, von denen geringe Verluste in der Zuleitung, hohe Antenneneffizienz, und ein geringes Maß an Kreuzpolarisationsstrahlung erforderlich.

BEANSPRUCHEN

1. Eine zylindrische Schlitzantenne, die ein leitfähiges zylindrisches Gehäuse enthält, in dem ein Längsschlitz mit ersten und zweiten Kanten angebracht ist, und eine Einspeisung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Klemme enthält, die an der ersten Kante des Schlitzes befestigt ist, um einen galvanischen Kontakt zu bilden, a zweite Klemme an der zweiten Kante des Schlitzes unter Bildung eines galvanischen Kontakts befestigt, der passende Zylinder und der passende Kabelabschnitt, der passende Zylinder wird an der zweiten Kante des Schlitzes befestigt und durch die zweite Klemme wird der passende Kabelabschnitt verlegt An der zweiten Kante des Schlitzes installiert und durch den passenden Zylinder verlegt, wird der Speiser auf der Oberfläche des Zylinders entlang einer geraden Linie befestigt, die der Längsachse des Schlitzes diametral gegenüberliegt, mit einer Biegung zum Schlitz in der Nähe der Spitze Erregung des Schlitzes und Verlegen durch die erste Klemme unter Bildung eines galvanischen Kontakts des Außenleiters des Abzweigs mit der ersten Klemme, wobei der Zentralleiter des Abzweigs galvanisch mit dem Zentralleiter des passenden Kabelabschnitts verbunden wird.

2. Schlitzzylinderantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpasszylinder in Form eines kreisförmigen leitenden Zylinders ausgeführt ist.

UDC 621.396.677.71

DOI: 10.14529/ctcr150203

ZYLINDRISCHE SCHLITZANTENNE

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

Süd-Ural-Staatsuniversität, Tscheljabinsk

Vorgestellt wird eine geschlitzte Zylinderantenne mit einer Originalvorrichtung zur Anpassung an den Feeder. Die Antenne besteht aus einem Längsschlitz auf einem Metallrohr mit einem Durchmesser, der deutlich kleiner als die Wellenlänge ist; die Spaltlänge ist kleiner als die Wellenlänge im freien Raum. Die Antennenparameter wurden mithilfe einer numerischen Methode in einer streng elektrodynamischen Formulierung des Problems ermittelt. Gleichzeitig wird das Design der Anpassvorrichtung im elektrodynamischen Modell der Antenne berücksichtigt. Die theoretischen Ergebnisse im Betriebsfrequenzbereich stimmen quantitativ gut mit den experimentellen Ergebnissen über Antennenprototypen überein. Das im Artikel vorgeschlagene Verfahren und Gerät ermöglichen eine einfache und bequeme Abstimmung der Antenne mit der Einspeisung.

Schlüsselwörter: Schlitzantenne, passendes Band, SWR.

Einführung

Die zylindrische Schlitzantenne wurde erstmals 1938 von Alan D. Blumlein für den Einsatz bei Fernsehübertragungen im Ultrakurzwellenbereich mit horizontaler Polarisation und einem kreisförmigen Strahlungsmuster (RP) in der horizontalen Ebene vorgeschlagen. Schlitzantennen stören nicht die Aerodynamik der Objekte, auf denen sie installiert sind, was später zu ihrer weit verbreiteten Verwendung auf U-Booten, Flugzeugen, Raketen und anderen beweglichen Objekten führte. Schlitzantennen werden auch häufig als terrestrische Antennen verwendet.

Bei der A. D. Blumlein-Antenne ist ein Schlitz über die gesamte Länge eines vertikalen zylindrischen Halbwellenrohrs eingeschnitten. Um die Antenne in Übereinstimmung mit der Einspeisung einzustellen, wird eine Schlitzbreiten-Einstellvorrichtung verwendet, was für den praktischen Einsatz unpraktisch ist.

Es ist eine zylindrische Schlitzantenne von A. Alford bekannt, die ein Metallrohr mit einem durchgehenden Längsschlitz, einen Kurzschluss an einem Ende des Schlitzes und eine Vorrichtung zur Erregung der Antenne am anderen Ende des Schlitzes enthält. Der Durchmesser des Rohrs beträgt 0,12X...0,15X, wobei X die Wellenlänge im freien Raum ist. Bei dieser Antenne wird der Spalt durch die Außen- und Innenflächen des Rohrs überbrückt. Aufgrund des im Verhältnis zur Wellenlänge relativ kleinen Rohrdurchmessers stellt die Antenne einen induktiven Blindwiderstand dar. Eine weitere Folge des Gap-Shunting ist eine Erhöhung der Phasengeschwindigkeit relativ zur Freiraumwellenlänge; je größer, desto kleiner der Rohrdurchmesser. Daher wird die Spaltlänge so gewählt, dass sie mehreren Wellenlängen im freien Raum entspricht.

Zur Aussendung horizontal polarisierter Hochfrequenzwellen ist eine zylindrische Schlitzantenne bekannt, die einen leitenden Zylinder mit einem Längsschlitz enthält, an beiden Enden des Zylinders kurzgeschlossen ist und durch ein Koaxialkabel erregt wird, dessen Außenleiter galvanisch mit dem Zylinder verbunden ist ersten Rand des Schlitzes, und der Mittelleiter ist galvanisch mit dem zweiten Rand des Schlitzes verbunden.

Ein gemeinsamer Nachteil dieser Antennen besteht darin, dass sie nicht über ausreichend einfache Vorrichtungen zur Anpassung an die Einspeisung verfügen. Aus diesem Grund wird der Prozess der Abstimmung der Antenne in Abstimmung mit dem Speisegerät bei einer bestimmten Betriebsfrequenz komplizierter.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung einer zylindrischen Schlitzantenne mit einer einfachen Vorrichtung zur Anpassung an die Speiseleitung. Die Antennenlänge sollte im freien Raum eine Wellenlänge nicht überschreiten. Das Anpassungsgerät sollte beim Abstimmen einer zylindrischen Schlitzantenne praktisch sein, indem es an das Betriebsfrequenzband angepasst wird.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurden numerische und großmaßstäbliche Experimente durchgeführt.

1. Darstellung des Problems

Es ist bekannt, eine Schlitzantenne mit einem Koaxialkabel anzuregen, wobei der Außenleiter des Koaxialkabels galvanisch mit einer breiten Kante des Schlitzes und der Mittelleiter mit der gegenüberliegenden breiten Kante des Schlitzes galvanisch verbunden ist. Im Bereich des Spalts werden Mantel und Außenleiter des Koaxialkabels entfernt und der Mittelleiter im Dielektrikum über den Spalt gelegt. Wenn der Rohrdurchmesser relativ groß ist, wird die Anpassung an das Kabel bei dieser Methode der Schlitzanregung durch die Wahl des Abstands I vom Erregungspunkt zur schmalen Kante des Schlitzes erreicht. Bei einem relativ kleinen Rohrdurchmesser erreicht diese Methode nicht das gewünschte Ziel.

Es gibt eine weitere bekannte Möglichkeit, eine Schlitzantenne anzuregen, indem als Anpassungsvorrichtung ein offener Abschnitt einer koaxialen Übertragungsleitung am Ende verwendet wird, der sich als effektiv erwiesen hat, wenn der Schlitz auf einem Metallstreifen hergestellt wurde.

Für die genannten Methoden zur Anregung einer zylindrischen Schlitzantenne ist es erforderlich, das Verhalten der Anpassung der Antenne an die Speiseleitung zu untersuchen, vorausgesetzt, dass der Durchmesser des Rohrs, in dem der Schlitz angebracht ist, viel kleiner als die Wellenlänge ist.

2. Methoden zur Lösung des Problems

2.1. Theoretische Methode

Für eine Schlitzantenne auf einem Zylinder endlicher Länge wurde ein numerisches Experiment in einer strengen Formulierung unter Verwendung einer direkten Raum-Zeit-Methode zur Lösung der Maxwell-Gleichungen in Integralform durchgeführt. Die direkte Zeitmethode löst das auf den vierdimensionalen Raum verallgemeinerte elektrodynamische Randwertproblem. Das für ein kontinuierliches Kontinuum formulierte Randwertproblem wird auf Variations- und Projektionsgittermodelle reduziert. Dabei wird die tatsächliche Auslegung des Erregers und der passenden Vorrichtung berücksichtigt. Die elektrodynamische Struktur wird durch einen kurzen Videoimpuls beeinflusst, der nahezu alle möglichen Arten natürlicher Schwingungen des untersuchten Objekts anregt, was die beobachtete zeitlich entfaltete Reaktion äußerst aufschlussreich macht.

2.2. Experimentelle Methode

Zur Durchführung experimenteller Untersuchungen wurden drei Modelle einer zylindrischen Schlitzantenne angefertigt. Darüber hinaus war die Spaltlänge in allen drei Modellen gleich und entsprach 0,888 Wellenlängen im freien Raum.

Im ersten Prototyp wird die Antenne über ein Koaxialkabel angeregt, dessen Geflecht galvanisch mit einem Rand des Schlitzes verbunden ist und dessen Mittelleiter galvanisch mit dem anderen Rand des Schlitzes verbunden ist.

Im zweiten Prototyp wird die Antenne durch ein Koaxialkabel erregt, dessen Geflecht galvanisch mit einem Rand des Schlitzes verbunden ist und dessen Mittelleiter mit dem Mittelleiter des am zweiten Rand des Schlitzes befindlichen Anpasskabelabschnitts verbunden ist Slot. Das Geflecht des passenden Kabelabschnitts ist mit der zweiten Kante des Schlitzes galvanisch verbunden.

Bei der dritten Anordnung erfolgt die Erregung der Antenne durch ein Koaxialkabel, dessen Geflecht galvanisch mit einer Kante des Schlitzes verbunden ist und dessen Mittelleiter mit dem Mittelleiter des durchgezogenen Anpassabschnitts des Kabels verbunden ist ein passender Zylinder, der galvanisch mit der zweiten Kante des Schlitzes verbunden ist. In diesem Fall ist das Geflecht des passenden Kabelabschnitts mit nichts galvanisch verbunden.

Messungen der Parameter einer zylindrischen Schlitzantenne wurden gemäß dem in Abb. gezeigten Diagramm durchgeführt. 1, unter Verwendung des komplexen Transmissions- und Reflexionskoeffizientenmessgeräts OZOR-YUZ gemäß seiner Bedienungsanleitung. Kalibrierung des Gerätes mit Kalibriermaßnahmen – Leerlaufdrehzahl „XX“, Kurzschluss „Kurzschluss“, angepasste Belastung „Last“. wurden mit dem Anschluss von Kalibriernormalen an das Messkabel über den Übergang E2-113/4 durchgeführt.

Reis. 1. Schema zur Messung der Parameter einer zylindrischen Schlitzantenne

Mit einem Messgerät für komplexe Transmissions- und Reflexionskoeffizienten, -SWR, werden der Real- und Imaginärteil des komplexen Widerstands in dem Abschnitt gemessen, der der Verbindung des Messkabels mit dem Antennenkabel entspricht und im Folgenden als Abschnitt T2T2 bezeichnet wird.

Die Messungen wurden an einem Antennenstandort ohne reflektierende Objekte in einer Entfernung von bis zu 5 m durchgeführt. Die Schlitzantenne wurde vertikal installiert, wobei der untere Teil ihres Zylinders auf einem Holzständer stand, der am Messstativ befestigt war. Die Installationshöhe der Schlitzantenne (der untere Teil ihres Zylinders) relativ zur Oberfläche des Testgeländes betrug mindestens 1,7 m.

Aus der Theorie einer Übertragungsleitung endlicher Länge (Abb. 2) ist bekannt, dass der Gesamtäquivalentwiderstand

Übertragungsleitung Zg

im Abschnitt T2T2,

im Abstand / von der Last mit Widerstand angewendet wird, wird durch die folgende Formel bestimmt: 2н + iZвtg (р/)

Zв + йнЧ (ð/) "

Reis. 2. Übertragungsleitung endlicher Länge

Hier ist 2b die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung; P - Phasenkoeffizient; Zn - Belastungswiderstand; Zg – Innenwiderstand des Generators; / ist der Abstand von der Last zum betreffenden Abschnitt in der Übertragungsleitung.

In den Experimenten übernimmt das Antennenkabel die Rolle eines Kabelstücks der Länge /, das Messkabel die Rolle eines Kabelstücks zwischen den Abschnitten T2T2 und TT.

Bei Messung nach dem Diagramm in Abb. In 2 zeigt das komplexe Übertragungskoeffizientenmessgerät die Werte des Real- und Imaginärteils der Antenneneingangsimpedanz an, transformiert in den Antennenkabeleingang, d. h. 2(/).

Um den Widerstand direkt am Antenneneingang zu ermitteln (ohne Einfluss der Widerstandsumwandlung durch das Messkabel), drücken wir ihn aus Formel (1) aus, vorausgesetzt wir kennen 2 (/).

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

Zв - iZ (/) ^ (ð/)■

Die unten angegebenen Messergebnisse werden mit dieser Formel neu berechnet.

3. Erzielte Ergebnisse

3.1. Möglichkeit der Antennenerregung durch galvanischen Kontakt des Mittelleiters des Koaxialkabels mit dem Schlitzrand

Um Experimente im Originalmaßstab durchzuführen, wurde der erste Prototyp einer zylindrischen Schlitzantenne hergestellt (Abb. 3).

Das Antennenmodell 1 enthält ein Gehäuse 2 mit einem Längsschlitz 3 und einem Koaxialkabel 6. Das Gehäuse 2 besteht aus einem Stück zylindrischem Aluminiumrohr mit einer Länge von 1DA, einem Außendurchmesser von 0D4A und einer Wandstärke von 0,0044 ^. Der Längsschlitz 3 mit den ersten 4 und zweiten 5 Kanten hat eine Länge von 0,888^ und eine Breite von 0,033^. Die Länge des Koaxialkabels 6 RK-50-2-11 beträgt 640 mm, was der halben Wellenlänge im Kabel bei einer Betriebsfrequenz von 332 MHz entspricht.

Der Außenleiter des Koaxialkabels wird an der ersten Kante des Schlitzes befestigt, um einen galvanischen Kontakt mit dem Antennenkörper herzustellen. Im Schlitzbereich werden Mantel und Außenleiter des Koaxialkabels entfernt; der Mittelleiter ist galvanisch mit der zweiten Kante des Schlitzes verbunden.

Das Kabel ist auf der Oberfläche des Zylinders entlang einer geraden Linie befestigt, die der Längsachse des Schlitzes diametral gegenüberliegt, mit einer Biegung zum Schlitz hin an einem Punkt gegenüber dem Erregungspunkt des Schlitzes. Die Abhängigkeiten des Real- und Imaginärteils des Antenneneingangswiderstands, die durch Neuberechnung der experimentellen Ergebnisse mit Formel (2) erhalten wurden, sind in Abb. dargestellt. 4 bzw. 5.

Reis. 3. Aufbau einer zylindrischen Schlitzantenne

Experimentell * Theoretisch

Frequenz, MHz

Experimentieren Sie mit Georetical Youkaya

Frequenz. MHz

Reis. 4. Abhängigkeit des Realteils der Antenneneingangsimpedanz von der Frequenz: a – im Betriebsfrequenzbereich; b - in einem weiten Frequenzbereich

Reis. 5. Abhängigkeit des Imaginärteils des Eingangswiderstands von der Frequenz: a - im Betriebsfrequenzbereich; b - in einem weiten Frequenzbereich

Die Abhängigkeit des SWR von der Frequenz über einen weiten Bereich von Antennenfrequenzen ist in Abb. dargestellt. 6.

Experiment * * Theoretisch

300 400 500 600 700 800 900 1000

Frequenz, MHz

Reis. 6. Abhängigkeit des SWR von der Frequenz über einen weiten Frequenzbereich

Aus der Untersuchung der in Abb. In 5 ist zu erkennen, dass der Imaginärteil des Antenneneingangswiderstands in einem weiten Frequenzbereich positive Werte annimmt, also induktiv ist. Um die induktive Komponente der Antenneneingangsimpedanz zu kompensieren, ist daher die Verwendung einer kapazitiven Anpassungsvorrichtung erforderlich. Im zweiten Prototyp werden wir als Anpassungsgerät ein offenes Segment einer koaxialen Übertragungsleitung mit einer Länge von weniger als einem Viertel der Wellenlänge verwenden. Der Eingangswiderstand eines solchen Segments ist kapazitiv. Dadurch kompensiert eine solche Anpassungsvorrichtung den induktiven Teil der Eingangsimpedanz der zylindrischen Schlitzantenne.

3.2. Möglichkeit der Antennenanregung durch passendes Kabelstück

Bei der zweiten Variante der Antennenanregung wird also ein am Ende offenes Stück einer Koaxialübertragungsleitung mit einer Länge von weniger als einem Viertel der Wellenlänge als Anpassgerät verwendet (Abb. 7).

Bekanntermaßen ist die Eingangsimpedanz eines am Ende offenen Übertragungsleitungssegments mit einer Länge von weniger als einem Viertel der Wellenlänge kapazitiv. Durch die sequentielle Einbeziehung einer solchen Anpassungsvorrichtung bei der Betriebsfrequenz wird der induktive Teil der Antenneneingangsimpedanz kompensiert.

Beim zweiten Prototyp einer zylindrischen Schlitzantenne wird ein Abschnitt der koaxialen Übertragungsleitung 7 als Anpassvorrichtung verwendet, so wie es die Autoren bei einer breitbandigen Drehkreuz-Schlitzantenne mit kreisförmigem Strahlungsdiagramm und horizontaler Polarisation des Strahlungsfeldes verwendet haben. Ein passendes Segment mit einer Länge von 0,028X, wobei X die Wellenlänge bei der mittleren Frequenz des Betriebsfrequenzbereichs ist, wird auf der zweiten Kante des Schlitzes platziert, um einen galvanischen Kontakt zwischen dem Außenleiter des Kabelsegments und dem Rohr herzustellen . Der Zentralleiter des Antennenkabels ist mit dem Zentralleiter des passenden Kabelabschnitts galvanisch verbunden. Die Länge des Antennenkabels beträgt 640 mm.

Wie bei der ersten Anordnung wird das Kabel auf der Oberfläche des Zylinders entlang einer geraden Linie befestigt, die der Längsachse des Schlitzes diametral entgegengesetzt ist, mit einer Biegung zum Schlitz in der Nähe des Anregungspunkts des Schlitzes.

Das Diagramm der Abhängigkeit des Realteils des Eingangswiderstands von der Frequenz (Abb. 8) zeigt, dass im Frequenzbereich 330–450 MHz der Wert des Realteils gleich (50 ± 10) Ohm ist. Der Imaginärteil des Eingangswiderstands in diesem Bereich steigt von -50 auf +120 Ohm, bei einer Frequenz von 332 MHz ist der Wert des Imaginärteils des Eingangswiderstands Null (Abb. 9). In Abb. Abbildung 10 zeigt die Abhängigkeit des SWR von der Frequenz über einen weiten Bereich von Antennenfrequenzen.

Reis. 7. Zylindrische Schlitzantenne

Experimenttheoretisch

" G " 1 " -1- i

Experimenttheoretisch

1 ■ ■ ■ -,- -

Frequenz. MHz

Frequenz, MHz

Reis. 8. Abhängigkeit des Realteils der Antenneneingangsimpedanz von der Frequenz: a – im Betriebsfrequenzbereich; b - in einem weiten Frequenzbereich

Okciicj "Gsors HIMCHT und Chesk

Experimenttheoretisch

Frequenz, MHz

Frequenz, MHz

Reis. 9. Abhängigkeit des Imaginärteils des Antenneneingangswiderstands von der Frequenz: a - im Betriebsfrequenzbereich; b - in einem weiten Frequenzbereich

Experiment * Theoretisch

■ ■ 1 1 ■ « ■ ■

Frequenz. MHz

Reis. 10. Abhängigkeit des SWR von der Frequenz im Betriebsfrequenzbereich

Die Ergebnisse einer numerischen Untersuchung der Abhängigkeit der Antennenresonanzfrequenz von der Länge des Anpasskabelabschnitts sind in Abb. dargestellt. elf.

Bei der Resonanzfrequenz ist der Imaginärteil der Antenneneingangsimpedanz Null, während das SWR einen minimalen Wert annimmt. Wie aus der Untersuchung der Diagramme in Abb. Wie aus 11 hervorgeht, verschiebt sich das SWR-Minimum mit zunehmender Länge des passenden Kabelabschnitts in den Niederfrequenzbereich. Bei einer Längenänderung des Anpasskabelabschnitts um 3 mm verschiebt sich die Resonanzfrequenz um 3,5 MHz, d. h. bei einer Längenänderung des Anpasskabelabschnitts um 1 mm verschiebt sich der Punkt

Die Resonanzfrequenz beträgt ca. 1,2 MHz. Daher ist es bei der genauen Abstimmung der Antenne auf die Betriebsfrequenz erforderlich, die Länge des passenden Kabelabschnitts um Bruchteile eines Millimeters zu ändern. Die Notwendigkeit, die Länge des passenden Kabelsegments mit einer Genauigkeit von Bruchteilen eines Millimeters auszuwählen, erschwert die Abstimmung der Antenne.

Ek "-Te spsriment ketzerisch

Frequenz, MHz

Reis. 11. Abhängigkeit des Antennen-SWR von der Frequenz bei unterschiedlichen Längen des Anpasssegments:

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

3.3. Möglichkeit zur Antennenerregung durch passenden Kabelabschnitt und passenden Zylinder

Um eine bequemere Anpassung der Antenne nach Vereinbarung durchzuführen, wurde in die Antenne eine zusätzliche Vorrichtung in Form eines kurzen Rohrzylinders, im Folgenden Anpassungszylinder genannt, eingeführt (Abb. 12, 13). Ein passender Zylinder mit einer Länge von 0,011^ und einem Durchmesser von 0,0044^ wird auf dem Rohr in der Nähe der zweiten Kante platziert, um einen galvanischen Kontakt mit dem Rohr herzustellen. Der passende Kabelabschnitt wird im passenden Zylinder verlegt. Der Zentralleiter des Antennenkabels ist mit dem Zentralleiter des passenden Kabelabschnitts galvanisch verbunden. In Abb. In 12 ist diese Verbindung herkömmlicherweise in Form einer mechanischen Verbindung durch Verdrillung der zentralen Leiter dargestellt. Bei einer realen Verlegung stellt der passende Kabelabschnitt eine natürliche Fortsetzung des Erregerkabels dar, bei dem im Nutbereich Mantel und Außenleiter entfernt wurden. Um einen größeren galvanischen Kontaktbereich mit dem Rohr zu gewährleisten, wird das Kabel über Kupplungen mit einem zylindrischen Loch und einer an das Rohr angrenzenden zylindrischen Fläche am Rohr befestigt.

Die Idee, einen passenden Zylinder in das passende Gerät aufzunehmen, ist wie folgt. Die Innenfläche des Anpasszylinders und die Außenfläche des Außenleiters des Anpasskabelabschnitts bilden einen Zylinderkondensator. (Zwischen den Platten dieses Kondensators befindet sich die dielektrische Hülle des Koaxialkabels). Dieser zusätzlich gebildete Kondensator ist in Reihe mit dem durch den Anpasskabelabschnitt gebildeten Kondensator geschaltet. Bekanntermaßen haben zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren eine Kapazität, die kleiner ist als die kleinere Kapazität der angeschlossenen Kondensatoren.

Graben Die Länge des Anpassungszylinders sollte so gewählt werden, dass der resultierende Kondensator eine Kapazität aufweist, die nahe an der für die Anpassung erforderlichen Kapazität liegt. Dann kann die Abstimmung der Antenne nach Vereinbarung erfolgen, indem die Kapazität einer großen Größe geändert wird. Das heißt, als passenden Kabelabschnitt können Sie einen relativ langen Kabelabschnitt auswählen und ihn durch Abschneiden anpassen. Es stellt sich heraus, dass die abgeschnittenen Teile des Kabels eine relativ große Länge haben werden. Dieser Umstand macht das Abstimmen der Antenne bequemer.

Reis. 12. Modell einer zylindrischen Schlitzantenne mit passendem Zylinder und passendem Kabelabschnitt: 1 - Rohr; 2 - passender Kabelabschnitt; 3 - passender Zylinder;

4 - Steckplatz; 5 - Feeder

Reis. 13. Abschnitt A-A des passenden Geräts in Abb. 12: 1 - passender Zylinder; 2 - Kabelmantel; 3 - Außenleiter des Koaxialkabels; 4 - Dielektrikum; 5 - Zentralleiter des Koaxialkabels; 6 - Rohrwand

Länge des Matching-Segments 32 mm - "- Experiment - Theoretisch Länge des Matching-Segments 28 mm - Experiment "- Theoretisch Länge des Matching-Segments 26 mm --- Experiment - Theoretisch

\ V Y\ V\ y\ V\ \\ u V V und \\ 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

Frequenz, MHz

Reis. 14. Abhängigkeit des Antennen-SWR von der Frequenz bei unterschiedlichen Längen des Anpassungssegments

In Abb. Abbildung 14 zeigt die berechneten Abhängigkeiten des SWR von der Frequenz für verschiedene Werte der Länge des passenden Segments bei konstanter Länge und konstantem Durchmesser des passenden Zylinders.

Das elektrodynamische Modell der Antenne berücksichtigt alle Strukturelemente, einschließlich Kopplungen. Mit zunehmender Länge des Anpassungssegments verschiebt sich das minimale SWR in den Niederfrequenzbereich. Bei einer Längenänderung des Anpasssegments um 4 mm verschiebt sich die Resonanzfrequenz um 2 MHz, d. h. bei einer Längenänderung des Anpasssegments um 1 mm verschiebt sich die Resonanzfrequenz um 0,5 MHz. Durch die Einführung eines passenden Zylinders in das Antennendesign erweist sich die Abstimmung der Antenne auf eine bestimmte Frequenz als praktischer.

4. Diskussion der Ergebnisse

Daher haben wir eine zylindrische Schlitzantenne in Betracht gezogen, die auf einem Metallrohr mit einem Durchmesser hergestellt ist, der viel kleiner als die Wellenlänge ist. Das Rohr hat eine Länge, die größer als die Wellenlänge ist, und die Länge des Schlitzes ist im freien Raum kürzer als eine Wellenlänge, sodass der Schlitz kurzgeschlossen ist

von beiden Enden.

Die Eingangsimpedanz einer solchen Antenne, wenn sie in der Mitte durch ein Koaxialkabel so angeregt wird, dass ihr Außenleiter galvanischen Kontakt mit einem Rand des Schlitzes hat und der Mittelleiter galvanischen Kontakt mit dem anderen Rand des Schlitzes hat, hat einen großen induktiven Anteil. Dadurch ist die Antenne schlecht auf den Feeder abgestimmt. Durch die Verschiebung des Anregungspunktes entlang der breiten Kante des Schlitzes ist eine Anpassung der Antenne an die Einspeisung nicht möglich.

Durch aufeinanderfolgendes Anschließen eines kurzen Anpassungskabelabschnitts ist es möglich, die reaktive (induktive) Komponente der Antenneneingangsimpedanz bei einer Frequenz zu kompensieren und so eine ideale Anpassung bei einer Betriebsfrequenz zu erreichen. Dies zeigt jedoch, dass die Länge des passenden Kabelabschnitts von größerer Bedeutung ist.

Durch die Einführung eines passenden Zylinders in das Design lässt sich die Antenne bequemer auf die Betriebsfrequenz abstimmen. Dieser Komfort liegt in der Tatsache begründet, dass es zur Verschiebung der Resonanzfrequenz um einen bestimmten Betrag erforderlich ist, die Länge des Anpassungskabels um einen größeren Betrag zu ändern, als wenn es nicht vorhanden wäre.

Das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglichen die bequeme Anpassung einer Antenne an eine Zuleitung, bei der der Rohrdurchmesser viel kleiner als die Wellenlänge und die Schlitzlänge kleiner als die Wellenlänge ist.

Wie aus der Untersuchung der Diagramme in Abb. 8-10, 14 Im Bereich der Antennenbetriebsfrequenzen (330...334 MHz) besteht eine gute quantitative Übereinstimmung zwischen den berechneten und experimentellen Ergebnissen. Die berechneten und experimentellen Abhängigkeiten von der Frequenz des Real- und Imaginärteils des Eingangswiderstands und des SWR stimmen mit grafischer Genauigkeit überein. Außerhalb des Betriebsbereichs (bei f< 328 МГц и при f >332 MHz) gibt es einen deutlichen Unterschied zwischen den berechneten und experimentellen Ergebnissen. Dieser Unterschied kann dadurch erklärt werden, dass sich das Antennenkabel in Experimenten als Durchgangsresonator manifestiert, der aus einem der Wellenlänge entsprechenden Abschnitt der Übertragungsleitung besteht, der an einem Ende auf die Eingangsimpedanz der Antenne geladen wird, und bei das andere Ende - auf den Widerstand, der durch die Inhomogenität in Form eines Übergangs von einem Kabeltyp zu einem anderen Kabeltyp durch Hochfrequenzverbinder entsteht. Die erwähnte Heterogenität entsteht dadurch, dass jedes der Kabel einen Wellenwiderstand aufweist, der um einen bestimmten Betrag von 50 Ohm abweicht. Darüber hinaus sind HF-Stecker nicht perfekt aufeinander abgestimmt. Es entsteht ein zusätzlicher Fehler in den Messergebnissen, da bei der Kalibrierung des Geräts „0bzor-103“ ein zusätzlicher Übergang vom RTS-Anschluss zum „Expertise“-Anschluss verwendet wird. Die Resonanzeigenschaften eines Durchgangsresonators erscheinen in Form einer oszillierenden Komponente in Diagrammen der Abhängigkeit des Real- und Imaginärteils der Antenneneingangsimpedanz von der Frequenz. In der Nähe der Betriebsfrequenz, bei der eine ideale Anpassung erreicht werden kann, wird der Einfluss des Durchgangsresonators eliminiert.

Abschluss

Daher wurden theoretische und experimentelle Studien zu drei Optionen für eine zylindrische Schlitzantenne mit drei Optionen für Anregungsgeräte durchgeführt:

Mit einem bekannten Anregungsgerät (ohne Verwendung passender Geräte);

Mit einem Erregergerät, das Vorrichtungen zum Anpassen der Antenne an die Einspeisung in Form eines kurzen, am Ende offenen Kabelstücks verwendet;

Mit einem Erregergerät unter Verwendung eines Original-Anpassgeräts, das einen passenden Koaxialkabelabschnitt und einen passenden Zylinder umfasst.

Darüber hinaus ist bei allen drei Optionen der Rohrdurchmesser deutlich kleiner als die Wellenlänge und die Antennenlänge überschreitet im freien Raum nicht eine Wellenlänge. Das Original-Anpassgerät ermöglicht die einfache und bequeme Anpassung und Abstimmung einer zylindrischen Schlitzantenne an die Betriebsfrequenz. Theoretische und experimentelle Ergebnisse im Betriebsfrequenzbereich stimmen quantitativ gut überein.

Die Arbeiten wurden mit finanzieller Unterstützung des Ministeriums für Bildung und Wissenschaft der Russischen Föderation im Rahmen des komplexen Projekts „Schaffung einer High-Tech-Produktion von Antennen und Hardwaremodulen für einen Zweifrequenz-Funkfeuerkomplex für einen Zähler“ durchgeführt -Band-Landesystem im ILSIII-Format der ICAO-Kategorie für Flugplätze der Zivilluftfahrt, einschließlich Flugplätzen mit hoher Schneedecke und schwierigem Gelände“ gemäß Vereinbarung Nr. 02.G25.31.0046 zwischen dem Ministerium für Bildung und Wissenschaft der Russischen Föderation und die Offene Aktiengesellschaft „Tscheljabinsker Radiowerk „Polyot“ in Zusammenarbeit mit dem Hauptauftragnehmer für Forschung und Entwicklung – der staatlichen Haushaltsbildungseinrichtung für höhere Berufsbildung „South Ural State University“ (nationale Forschungsuniversität).

Literatur Referenzen

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Klygach Denis Sergeevich, Ph.D. Technik. Naturwissenschaften, Süd-Ural-Staatsuniversität, Tscheljabinsk; [email protected].

Dumchev Vladimir Anatolyevich, Ingenieur, Süd-Ural-Staatsuniversität, Tscheljabinsk; [email protected].

Repin Nikolay Nikolaevich, Ingenieur, Süd-Ural-Staatsuniversität, Tscheljabinsk; [email protected].

Voitovich Nikolai Ivanovich, Doktor der Ingenieurwissenschaften. Naturwissenschaften, Süd-Ural-Staatsuniversität, Tscheljabinsk; [email protected].

DOI: 10.14529/ctcr150203

EINE SCHLITZZYLINDERANTENNE

D.S. Klygach, Süd-Ural-Staatsuniversität, Tscheljabinsk, Russische Föderation, [email protected], V.A. Dumchev, Süd-Ural-Staatsuniversität, Tscheljabinsk, Russische Föderation, Vladimir. [email protected],

N.N. Repin, Süd-Ural-Staatsuniversität, Tscheljabinsk, Russische Föderation, [email protected],

N.I. Voytovich, Süd-Ural-Staatsuniversität, Tscheljabinsk, Russische Föderation, [email protected]

In der Arbeit wird eine geschlitzte Zylinderantenne mit der Original-Anpassvorrichtung vorgestellt. Eine geschlitzte Zylinderantenne hat die Form eines Längsschlitzes und basiert auf einem Metallrohr, dessen Durchmesser viel kleiner als die Wellenlänge ist. Die Länge des Schlitzes ist viel kleiner als die Wellenlänge in

Freiraum. Die Antennenparameter werden durch numerische Methoden in der streng elektrodynamischen Formulierung des Problems ermittelt. Zu diesem Zweck wird der Aufbau der Anpassvorrichtung im elektrodynamischen Modell der Antenne berücksichtigt. Die erzielten theoretischen Ergebnisse zur Antennenbandbreite der untersuchten Antenne zeigen eine gute quantitative Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen. Das in der Arbeit vorgeschlagene Verfahren und das ursprüngliche Anpassungsgerät zeichnen sich durch die Einfachheit der Antennenanpassung mit einer Speiseleitung aus.

Schlüsselwörter: Schlitzantenne, Muster, Bandbreite, VSWR.

BIBLIOGRAPHISCHE BESCHREIBUNG DES ARTIKELS

VERWEIS AUF ARTIKEL

Zylindrische Schlitzantenne / D.S. Kligach,

B.A. Dumchev, N.N. Repin, N.I. Voitovich // Bulletin von SUSU. Reihe „Computertechnologien, Steuerung, Funkelektronik“. - 2015. - T. 15, Nr. 2. -

S. 21-31. DOI: 10.14529/ctcr150203

Klygach D.S., Dumchev V.A., Repin N.N., Voytovich N.I. Eine geschlitzte Zylinderantenne. Bulletin der Süd-Ural-Staatsuniversität. Ser. Computer Technologies, Automatic Control, Radio Electronics, 2015, vol. 15, nein. 2, S. 21-31. (auf Russisch) DOI: 10.14529/ctcr150203

Es entsteht ein kurzgeschlossener Viertelwellenabschnitt einer Zweidrahtleitung. Aufgrund seines hohen Eingangswiderstands ist es nicht möglich, dass Ströme zur Außenhülle des Abzweigs abzweigen. Da der Widerstand zwischen den Punkten „a“ und „b“ hoch ist, sind die Arme des Vibrators bei der Strahlungsfrequenz trotz der galvanischen Verbindung zwischen ihnen elektrisch isoliert. Die Kanten der Schlitze werden üblicherweise verbreitert, um eine Anpassung der Wellenimpedanz des Speisers an die Eingangsimpedanz des Vibrators sicherzustellen.

			λ /2					U-Bogen (Abb. 3.20). Das
								gebogen	koaxialer Einspeiser
								Länge λ /2,	an das interne Pro-
								dessen Wasser angeschlossen ist
								Vibratorschultern. Extern
								Das Futterfach zum Füttern der Schultern ist nicht vorhanden
								verwendet und geerdet. Auf der-
								Spannungen und Ströme an den Punkten „a“ und
			λ /2					„b“ sind gleich groß und entgegengesetzt
								sind je nach Bedarf gegenphasig
								Verfügbar für symmetrisch
Antennenstromversorgung. Außer							Symmetrie		U-Knie reduziert

Die Eingangsimpedanz des Vibrators beträgt das Vierfache. In dieser Hinsicht ist es praktisch, damit den Pistelkors-Schleifenvibrator, dessen Eingangsimpedanz 300 Ohm beträgt, mit einer Standardeinspeisung mit ρ f = 75 Ohm zu versorgen.

3. 2. Schlitzantennen

3.2.1. Arten von Schlitzantennen. Merkmale ihres Designs

Eine Schlitzantenne ist ein schmaler Schlitz, der in die Metalloberfläche eines Schirms, einer Resonatorhülle oder eines Wellenleiters geschnitten ist. Schlitzbreite 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).

Ein hochfrequenter Oberflächenstrom, der den Spalt durchquert, induziert wechselnde Ladungen (Spannung) an seinen Rändern und auf der Rückseite (Außenseite).

Es ist nicht die Oberfläche, an der Ströme angeregt werden. Das elektrische Feld im Spalt und Ströme an der Oberfläche sind Strahlungsquellen und entstehen im Raum

		elektromagnetisches Feld.
			Das einfachste
		Sind
		in verschiedenen Größen mit Schlitz,
		Resonatorschlitz
		und Wellenleiter-Spalt
			Erregung
		Halbwellenspalte im Ex-
			durchgeführt in
		Meter		Reichweite
		symmetrisch verwenden
		Zweidrahtleitung und

und im Dezimeter - über eine koaxiale Übertragungsleitung. Dabei wird der Außenleiter an einer Kante des Schlitzes angeschlossen, der Innenleiter an der anderen. Um die Übertragungsleitung an die Antenne anzupassen, wird der Einspeisepunkt von der Mitte des Schlitzes an seinen Rand verschoben. Eine solche Antenne kann in beide Hemisphären strahlen. Im Zentimeterbereich und dem angrenzenden Teil des Dezimeterbereichs werden Resonator- und Hohlleiter-Schlitzantennen eingesetzt (siehe Abb. 3.21, 3.22). Bei koaxialen Hohlleitern werden nur Quer- oder Schrägschlitze angeregt, bei rechteckigen Hohlleitern sind verschiedene Schlitzplatzierungsmöglichkeiten möglich (siehe Abb. 3.21).

Die Schlitzbreite beeinflusst den aktiven und reaktiven Teil des Eingangswiderstands. Beide Anteile nehmen mit zunehmender Spaltbreite zu. Um Xin zu kompensieren, ist es daher erforderlich, die Länge des Schlitzes zu reduzieren (zu verkürzen). Eine Erhöhung von Rin führt zu einer Erweiterung der Bandbreite der Schlitzantenne. Typischerweise wird die Schlitzbreite d im Bereich (0,03...0,15)λ gewählt. Um die Bandbreite weiter zu erweitern, kommen Hantelschlitze und spezielle Ausführungen spannender Geräte zum Einsatz.

Die Wahl der Schlitzbreite wird neben der Reichweite auch von der Bedingung zur Sicherstellung der elektrischen Festigkeit beeinflusst. Die Konzentration elektrischer Ladungen an den Spalträndern führt zu lokalen Überspannungen und der Entstehung elektrischer Spannungen

wobei E ü max die elektrische Feldstärke am Schwingungsbauch ist. Mit E ü max = E μ (Durchbruchspannung, für trockene Luft E μ = 30 kV/m) ergibt sich

d min= U ы max/ E pr.

In der Praxis wählen Sie d ≥ K spare d min, wobei K spare =2…4 der Reservekoeffizient ist

Schlitze mit komplexeren Formen als rechteckigen können als Kombinationen einfacher Formen betrachtet werden. Mit ihnen werden elektromagnetische Wellen mit den erforderlichen Polarisationseigenschaften erzeugt. Mit einem kreuzförmigen Schlitz können Sie beispielsweise eine Antenne mit elliptischer und zirkularer Polarisation erhalten. Die Drehrichtung hängt von der Richtung der Verschiebung des Schlitzes gegenüber der Achse der breiten Wand des Wellenleiters ab.

Schlitzantennen zeichnen sich durch einfaches Design, hohe Zuverlässigkeit und das Fehlen hervorstehender Teile aus, was den Einsatz in Flugzeug- und Bodenantennensystemen als eigenständige Antennen, Einspeisungen für komplexe Antennensysteme und Elemente von Antennenarrays ermöglicht.

3.2.2. Einzelsteckplatz. Pistelkors‘ Prinzip der Dualität

Betrachten wir die Eigenschaften und Parameter der sogenannten idealen Schlitzantenne, d.h. ein einzelner Schlitz, der in einen perfekt leitenden Flachbildschirm geschnitten ist. Die Berechnung des Feldes einer solchen Antenne anhand der Gleichungen der Elektrodynamik bereitet erhebliche Schwierigkeiten. Es wird stark vereinfacht, wenn wir das von Pistelkors 1944 formulierte Prinzip der Dualität verwenden. Dieses Prinzip basiert auf der permutationalen Dualität der Maxwellschen Gleichungen, die aus der Theorie des elektromagnetischen Feldes bekannt ist. Für eine Lücke haben diese Gleichungen die Form:

Wenn das Sieb entfernt und der Schlitz durch einen idealen Flachvibrator mit den gleichen Abmessungen wie der Schlitz (Abb. 3.23) und mit der gleichen Stromverteilung wie die Spannungsverteilung entlang des Schlitzes ersetzt wird (ein äquivalenter Vibrator, der vom Sieb abgeschnitten ist). den Spalt bilden), dann wird das von ihnen emittierte Feld auch so sein

wird Maxwells Gleichungen erfüllen

rotHr B = iωε 0 EB ,

rotEB = − iωμ 0 H B ,

aber unter anderen Randbedingungen:

anstelle des Bildschirms - E τ

≠ 0, H τ = 0 ; am Vibrator - E τ B = 0, H τ B ≠ 0. (3.29)

Durch den Vergleich der Randbedingungen des Schlitzes (3.27) und des äquivalenten Vibrators (3.29) können wir nachweisen, dass die Strukturen des elektrischen Feldes in der Nähe des Schlitzes und des magnetischen Feldes in der Nähe des Vibrators übereinstimmen. Die Randbedingungen für den Ersatzvibrator ergeben sich aus den Randbedingungen für den Schlitz durch Umordnung von E ↔ H. Unter Berücksichtigung des oben Gesagten können wir für das vollständige Feld im gesamten Raum schreiben:

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

wobei C 1 und C 2 konstante Koeffizienten sind.

In der Praxis werden meist Halbwellenspalte verwendet. In diesem Fall ist unabhängig von der Anregungsmethode die Amplitude des elektrischen Feldes im Spalt in der Mitte maximal und nimmt zu den Rändern hin ab, d. h. entspricht dem Gesetz der Stromverteilung in einem Halbwellenvibrator. Für einen schmalen Schlitz (dünner Vibrator) können die Randbedingungen und damit die konstanten Koeffizienten wie folgt ausgedrückt werden:

Spannung in der Mitte des Schlitzes U 0 und Strom in der Mitte des Vibrators I 0 (siehe Abb. 3.23):

	U 0 , H				Woher kommt C = 2 U 0?

Dann wird der erste Ausdruck in (3.31) umgeschrieben als:

E =			H.B.

Das auf Schlitzantennen angewendete Dualitätsprinzip lässt sich also wie folgt formulieren: Das elektrische Feld einer Schlitzantenne fällt bis zu einem konstanten Faktor mit dem Magnetfeld eines zusätzlichen Vibrators zusammen, der die gleichen Abmessungen wie der Schlitz hat und mit diesem übereinstimmt Amplitudenverteilung.

Dies bedeutet, dass die EMK des Schlitzes und des entsprechenden Vibrators unterschiedlich sind

untereinander nur durch Drehung der entsprechenden Vektoren E r ы und E B um 90°,

H r sch und H B .

Unter Anwendung des Dualitätsprinzips können wir für die Strahlungsmuster schreiben:

F u (θ ) H = F B (θ ) E ;

F u(θ) E = F B (θ) H,

wobei F sch (θ ) H , F sch (θ ) E – normalisierte DN-Lücken in den entsprechenden Ebenen H und E sind

verantwortungsbewusst; F B (θ ) H , F B (θ ) E sind die entsprechenden normalisierten Muster des Halbwellenvibrators.

Wenn der Winkel θ von der Normalen zur Spaltebene gemessen wird, wird das Strahlungsmuster des Halbwellenspalts gemäß Gleichung (3.33) in der Form geschrieben:

	cos(π sinθ )
F ы(θ ) H =				F ы (θ )E = 1.y				Bildschirmmaße vorhanden
					DN-Form und ihre Unter-
					beheben
					Flugzeuge.

Der Widerstand des Schlitzes sowie des Vibrators ist komplex und hängt von seinen Abmessungen (Länge 2l und Breite d) ab. Die Werte von Rw in und X w in werden für verschiedene Werte von l / λ berechnet und in Form von Diagrammen in Referenz- und Lehrliteratur angegeben. Die reaktive Komponente der Lücke ist kapazitiver Natur. Der Spalt kann jedoch auch durch Verkürzen angepasst werden. Der Verkürzungsgrad wird nach folgender Formel berechnet:

							ln(2λ π d )

Wie aus (3.35) folgt, werden breitere Schlitze um einen größeren Betrag verkürzt.

Der Eingangswiderstand des Schlitzes hängt vom Eingangswiderstand des ihn ergänzenden Vibrators ab. Es ist bequemer, diese Beziehung anhand der komplexen Leitfähigkeit der Eingangslücke auszudrücken:

Z Inv

(60π )2

Somit wird die Eingangsleitfähigkeit der Lücke durch den Ausdruck bestimmt

(60π )2

wobei ρ A = 120 ln

− 0,577

Wellenimpedanz des Schlitzes.

π d

Komplexer Eingangsleitwert eines Halbwellenschlitzes