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L'article à traduire a été proposé par alessandro893. Le matériel est tiré d'un vaste site de référence, décrivant notamment les principes de fonctionnement et de conception des radars.

Une antenne est un appareil électrique qui convertit l'électricité en ondes radio et vice versa. L'antenne est utilisée non seulement dans les radars, mais également dans les brouilleurs, les systèmes d'alerte aux radiations et les systèmes de communication. Lors de l'émission, l'antenne concentre l'énergie de l'émetteur radar et forme un faisceau dirigé dans la direction souhaitée. Lors de la réception, l'antenne collecte l'énergie radar renvoyée contenue dans les signaux réfléchis et les transmet au récepteur. Les antennes varient souvent en termes de forme et d’efficacité du faisceau.

A gauche se trouve une antenne isotrope, à droite se trouve une antenne directionnelle

Antenne dipôle

Une antenne dipôle, ou dipôle, est la classe d'antennes la plus simple et la plus populaire. Se compose de deux conducteurs, fils ou tiges identiques, généralement à symétrie bilatérale. Pour les appareils émetteurs, du courant lui est fourni et pour les appareils récepteurs, un signal est reçu entre les deux moitiés de l'antenne. Les deux côtés du chargeur au niveau de l'émetteur ou du récepteur sont connectés à l'un des conducteurs. Les dipôles sont des antennes résonantes, c'est-à-dire que leurs éléments servent de résonateurs dans lesquels les ondes stationnaires passent d'une extrémité à l'autre. Ainsi, la longueur des éléments dipolaires est déterminée par la longueur de l’onde radio.

Modèle directionnel

Les dipôles sont des antennes omnidirectionnelles. C’est pour cette raison qu’ils sont souvent utilisés dans les systèmes de communication.

Antenne en forme de vibrateur asymétrique (monopole)

Une antenne asymétrique est la moitié d'une antenne dipôle et est montée perpendiculairement à la surface conductrice, un élément réfléchissant horizontal. La directivité d'une antenne monopôle est le double de celle d'une antenne dipôle double longueur car il n'y a pas de rayonnement sous l'élément réfléchissant horizontal. À cet égard, l’efficacité d’une telle antenne est deux fois plus élevée et elle est capable de transmettre davantage d’ondes en utilisant la même puissance de transmission.

Modèle directionnel

Antenne à canal d'onde, antenne Yagi-Uda, antenne Yagi

Modèle directionnel

Antenne d'angle

Type d'antenne souvent utilisé sur les émetteurs VHF et UHF. Il se compose d'un irradiateur (il peut s'agir d'un dipôle ou d'un réseau Yagi) monté devant deux écrans réfléchissants rectangulaires plats connectés selon un angle, généralement de 90°. Une feuille de métal ou une grille (pour les radars basse fréquence) peut agir comme un réflecteur, réduisant ainsi le poids et réduisant la résistance au vent. Les antennes d'angle ont une large portée et le gain est d'environ 10 à 15 dB.

Modèle directionnel

Antenne log-périodique de vibrateur (périodique logarithmique) ou réseau log-périodique de vibrateurs symétriques

Une antenne log-périodique (LPA) se compose de plusieurs émetteurs dipolaires demi-onde de longueur progressivement croissante. Chacun est constitué d'une paire de tiges métalliques. Les dipôles sont montés étroitement, les uns derrière les autres, et connectés au chargeur en parallèle, avec des phases opposées. Cette antenne ressemble à l'antenne Yagi, mais elle fonctionne différemment. L'ajout d'éléments à une antenne Yagi augmente sa directivité (gain), et l'ajout d'éléments à un LPA augmente sa bande passante. Son principal avantage par rapport aux autres antennes réside dans sa gamme extrêmement large de fréquences de fonctionnement. Les longueurs des éléments d'antenne se rapportent les unes aux autres selon une loi logarithmique. La longueur de l’élément le plus long est la moitié de la longueur d’onde de la fréquence la plus basse et celle du plus court est la moitié de la longueur d’onde de la fréquence la plus élevée.

Modèle directionnel

Antenne hélicoïdale

Une antenne hélicoïdale est constituée d'un conducteur torsadé en spirale. Ils sont généralement montés au-dessus d'un élément réfléchissant horizontal. Le chargeur est relié au bas de la spirale et au plan horizontal. Ils peuvent fonctionner selon deux modes : normal et axial.

Mode normal (transversal) : Les dimensions de l'hélice (diamètre et inclinaison) sont petites par rapport à la longueur d'onde de la fréquence transmise. L'antenne fonctionne de la même manière qu'un dipôle ou un monopôle en court-circuit, avec le même diagramme de rayonnement. Le rayonnement est polarisé linéairement parallèlement à l’axe de la spirale. Ce mode est utilisé dans les antennes compactes pour radios portables et mobiles.

Mode axial : les dimensions de la spirale sont comparables à la longueur d'onde. L'antenne fonctionne comme une antenne directionnelle, transmettant le faisceau depuis l'extrémité de la spirale le long de son axe. Émet des ondes radio de polarisation circulaire. Souvent utilisé pour les communications par satellite.

Modèle directionnel

Antenne rhombique

Une antenne diamant est une antenne directionnelle à large bande constituée d'un à trois fils parallèles fixés au-dessus du sol en forme de losange, soutenus à chaque sommet par des tours ou poteaux auxquels les fils sont fixés à l'aide d'isolateurs. Les quatre côtés de l'antenne ont la même longueur, généralement au moins la même longueur d'onde, ou plus. Souvent utilisé pour la communication et le fonctionnement dans la gamme des ondes décamétriques.

Modèle directionnel

Réseau d'antennes bidimensionnelles

Réseau multi-éléments de dipôles utilisé dans les bandes HF (1,6 - 30 MHz), composé de rangées et de colonnes de dipôles. Le nombre de lignes peut être 1, 2, 3, 4 ou 6. Le nombre de colonnes peut être 2 ou 4. Les dipôles sont polarisés horizontalement et un écran réfléchissant est placé derrière le réseau de dipôles pour fournir un faisceau amplifié. Le nombre de colonnes dipolaires détermine la largeur du faisceau azimutal. Pour 2 colonnes, la largeur du faisceau est d'environ 50°, pour 4 colonnes elle est de 30°. Le faisceau principal peut être incliné de 15° ou 30° pour une couverture maximale de 90°.

Le nombre de rangées et la hauteur de l'élément le plus bas au-dessus du sol déterminent l'angle d'élévation et la taille de la zone desservie. Un réseau de deux lignes a un angle de 20° et un réseau de quatre lignes a un angle de 10°. Le rayonnement d'un réseau bidimensionnel s'approche généralement de l'ionosphère sous un léger angle et, en raison de sa basse fréquence, est souvent réfléchi vers la surface de la Terre. Le rayonnement pouvant être réfléchi de nombreuses fois entre l’ionosphère et le sol, l’action de l’antenne ne se limite pas à l’horizon. De ce fait, une telle antenne est souvent utilisée pour les communications longue distance.

Modèle directionnel

Antenne cornet

Une antenne cornet se compose d’un guide d’ondes métallique en forme de cornet en expansion qui collecte les ondes radio dans un faisceau. Les antennes cornet ont une très large gamme de fréquences de fonctionnement ; elles peuvent fonctionner avec un écart de 20 fois dans leurs limites - par exemple de 1 à 20 GHz. Le gain varie de 10 à 25 dB et ils sont souvent utilisés comme alimentation pour des antennes plus grandes.

Modèle directionnel

Antenne parabolique

L'une des antennes radar les plus populaires est le réflecteur parabolique. L'alimentation est située au foyer de la parabole et l'énergie radar est dirigée vers la surface du réflecteur. Le plus souvent, une antenne cornet est utilisée comme alimentation, mais une antenne dipôle et une antenne hélicoïdale peuvent être utilisées.

Puisque la source ponctuelle d'énergie est au foyer, elle est convertie en un front d'onde de phase constante, ce qui rend la parabole bien adaptée à une utilisation dans les radars. En modifiant la taille et la forme de la surface réfléchissante, des faisceaux et des diagrammes de rayonnement de différentes formes peuvent être créés. La directivité des antennes paraboliques est bien meilleure que celle d'un Yagi ou d'un dipôle ; le gain peut atteindre 30-35 dB. Leur principal inconvénient est leur incapacité à gérer les basses fréquences en raison de leur taille. Une autre chose est que l'irradiateur peut bloquer une partie du signal.

Modèle directionnel

Antenne Cassegrain

Une antenne Cassegrain est très similaire à une antenne parabolique classique, mais utilise un système de deux réflecteurs pour créer et focaliser le faisceau radar. Le réflecteur principal est parabolique et le réflecteur auxiliaire est hyperbolique. L'irradiateur est situé à l'un des deux foyers de l'hyperbole. L'énergie radar de l'émetteur est réfléchie du réflecteur auxiliaire sur le réflecteur principal et focalisée. L'énergie revenant de la cible est collectée par le réflecteur principal et réfléchie sous la forme d'un faisceau convergeant en un point vers le réflecteur auxiliaire. Il est ensuite réfléchi par un réflecteur auxiliaire et collecté à l'endroit où se trouve l'irradiateur. Plus le réflecteur auxiliaire est grand, plus il peut être proche du réflecteur principal. Cette conception réduit les dimensions axiales du radar, mais augmente l'ombrage de l'ouverture. Au contraire, un petit réflecteur auxiliaire réduit l'ombrage de l'ouverture, mais il doit être éloigné de l'ouverture principale. Avantages par rapport à une antenne parabolique : compacité (malgré la présence d'un deuxième réflecteur, la distance totale entre les deux réflecteurs est inférieure à la distance de l'alimentation au réflecteur d'une antenne parabolique), pertes réduites (le récepteur peut être placé à proximité à l'émetteur du klaxon), réduction des interférences des lobes latéraux pour les radars au sol. Principaux inconvénients : le faisceau est bloqué plus fortement (la taille du réflecteur auxiliaire et de l'alimentation est plus grande que la taille de l'alimentation d'une antenne parabolique classique), ne fonctionne pas bien avec une large gamme d'ondes.

Modèle directionnel

Antenne Grégory

A gauche l'antenne Gregory, à droite l'antenne Cassegrain

L'antenne parabolique Gregory a une structure très similaire à l'antenne Cassegrain. La différence est que le réflecteur auxiliaire est courbé dans le sens opposé. La conception de Gregory peut utiliser un réflecteur secondaire plus petit par rapport à une antenne Cassegrain, ce qui permet de bloquer moins de faisceau.

Antenne décalée (asymétrique)

Comme son nom l'indique, l'émetteur et le réflecteur auxiliaire (s'il s'agit d'une antenne Gregory) d'une antenne déportée sont décalés par rapport au centre du réflecteur principal afin de ne pas bloquer le faisceau. Cette conception est souvent utilisée sur les antennes paraboliques et Gregory pour augmenter l'efficacité.

Antenne Cassegrain avec plaque de phase plate

Une autre conception conçue pour lutter contre le blocage du faisceau par un réflecteur auxiliaire est l'antenne plate Cassegrain. Il fonctionne en tenant compte de la polarisation des ondes. Une onde électromagnétique comporte 2 composantes, magnétique et électrique, qui sont toujours perpendiculaires l'une à l'autre et à la direction du mouvement. La polarisation de l'onde est déterminée par l'orientation du champ électrique, elle peut être linéaire (verticale/horizontale) ou circulaire (circulaire ou elliptique, tordue dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse). La chose intéressante à propos de la polarisation est le polariseur, ou le processus de filtrage des ondes, ne laissant que les ondes polarisées dans une direction ou un plan. Généralement, le polariseur est constitué d'un matériau avec une disposition parallèle d'atomes, ou il peut s'agir d'un réseau de fils parallèles dont la distance est inférieure à la longueur d'onde. On suppose souvent que la distance doit être d’environ la moitié de la longueur d’onde.

Une idée fausse courante est que l'onde électromagnétique et le polariseur fonctionnent de la même manière qu'un câble oscillant et une clôture en planches - c'est-à-dire, par exemple, qu'une onde polarisée horizontalement doit être bloquée par un écran doté de fentes verticales.

En fait, les ondes électromagnétiques se comportent différemment des ondes mécaniques. Un réseau de fils horizontaux parallèles bloque et réfléchit complètement une onde radio polarisée horizontalement et transmet une onde radio polarisée verticalement - et vice versa. La raison en est la suivante : lorsqu'un champ électrique, ou une onde, est parallèle à un fil, il excite des électrons sur toute la longueur du fil, et comme la longueur du fil est plusieurs fois supérieure à son épaisseur, les électrons peuvent facilement se déplacer et absorber la majeure partie de l’énergie de la vague. Le mouvement des électrons entraînera l’apparition d’un courant, et le courant créera ses propres ondes. Ces ondes annuleront les ondes de transmission et se comporteront comme des ondes réfléchies. D’un autre côté, lorsque le champ électrique de l’onde est perpendiculaire aux fils, elle excitera les électrons sur toute la largeur du fil. Puisque les électrons ne pourront pas se déplacer activement de cette manière, très peu d’énergie sera réfléchie.

Il est important de noter que même si dans la plupart des illustrations les ondes radio n’ont qu’un seul champ magnétique et un seul champ électrique, cela ne signifie pas qu’elles oscillent strictement dans le même plan. En fait, on peut imaginer que les champs électriques et magnétiques sont constitués de plusieurs sous-champs qui s'additionnent vectoriellement. Par exemple, pour une onde polarisée verticalement provenant de deux sous-champs, le résultat de l’addition de leurs vecteurs est vertical. Lorsque deux sous-champs sont en phase, le champ électrique résultant sera toujours stationnaire dans le même plan. Mais si l’un des sous-champs est plus lent que l’autre, le champ résultant commencera à tourner dans la direction dans laquelle l’onde se déplace (c’est ce qu’on appelle souvent la polarisation elliptique). Si un sous-champ est plus lent que les autres d'exactement un quart de longueur d'onde (la phase diffère de 90 degrés), alors nous obtenons une polarisation circulaire :

Pour convertir la polarisation linéaire d'une onde en polarisation circulaire et inversement, il est nécessaire de ralentir l'un des sous-champs par rapport aux autres d'exactement un quart de la longueur d'onde. Pour cela, un réseau (lame de phase quart d'onde) de fils parallèles espacés de 1/4 de longueur d'onde entre eux, situé à un angle de 45 degrés par rapport à l'horizontale, est le plus souvent utilisé.
Pour une onde traversant l'appareil, la polarisation linéaire se transforme en circulaire et circulaire en linéaire.

Une antenne Cassegrain à lame de phase plate fonctionnant sur ce principe est constituée de deux réflecteurs de taille égale. L'auxiliaire réfléchit uniquement les ondes polarisées horizontalement et transmet les ondes polarisées verticalement. Le principal reflète toutes les vagues. La plaque réflectrice auxiliaire est située devant la plaque réflectrice principale. Il se compose de deux parties : une plaque avec des fentes s'étendant à un angle de 45° et une plaque avec des fentes horizontales de moins de 1/4 de longueur d'onde de large.

Disons que l'alimentation transmet une onde à polarisation circulaire dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. L'onde traverse la lame quart d'onde et devient une onde polarisée horizontalement. Il est réfléchi par les fils horizontaux. Il traverse à nouveau la plaque quart d'onde, de l'autre côté, et pour cela les fils de la plaque sont déjà orientés en miroir, c'est-à-dire comme s'ils étaient tournés de 90°. Le changement de polarisation précédent est inversé, de sorte que l'onde redevient polarisée circulairement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et retourne vers le réflecteur principal. Le réflecteur change de polarisation du sens inverse des aiguilles d'une montre au sens des aiguilles d'une montre. Il traverse les fentes horizontales du réflecteur auxiliaire sans résistance et sort en direction des cibles, polarisé verticalement. En mode réception, c'est l'inverse qui se produit.

Antenne à fente

Bien que les antennes décrites aient un gain assez élevé par rapport à la taille de l'ouverture, elles présentent toutes des inconvénients communs : une susceptibilité élevée des lobes latéraux (susceptibilité aux réflexions nuisibles de la surface terrestre et sensibilité aux cibles avec une faible zone de diffusion effective), une efficacité réduite en raison de blocage du faisceau (les petits radars, qui peuvent être utilisés à bord des avions, ont un problème de blocage ; les grands radars, où le problème de blocage est moindre, ne peuvent pas être utilisés dans les airs). En conséquence, un nouveau modèle d'antenne a été inventé : une antenne à fente. Il se présente sous la forme d'une surface métallique, généralement plate, dans laquelle sont pratiqués des trous ou des fentes. Lorsqu'il est irradié à la fréquence souhaitée, des ondes électromagnétiques sont émises par chaque fente, c'est-à-dire que les fentes agissent comme des antennes individuelles et forment un réseau. Le faisceau provenant de chaque fente étant faible, leurs lobes latéraux sont également très petits. Les antennes à fentes se caractérisent par un gain élevé, de petits lobes latéraux et un faible poids. Ils peuvent ne comporter aucune partie saillante, ce qui constitue dans certains cas un avantage important (par exemple, lorsqu'ils sont installés sur un avion).

Modèle directionnel

Antenne réseau passive (PFAR)

Radar avec MIG-31

Depuis les premiers jours du développement du radar, les développeurs ont été confrontés à un problème : l'équilibre entre la précision, la portée et le temps de balayage du radar. Cela se produit parce que les radars avec une largeur de faisceau plus étroite augmentent la précision (résolution accrue) et la portée à la même puissance (concentration de puissance). Mais plus la largeur du faisceau est petite, plus le radar balaie l'ensemble du champ de vision longtemps. De plus, un radar à gain élevé nécessitera des antennes plus grandes, ce qui n’est pas pratique pour un balayage rapide. Pour atteindre une précision pratique aux basses fréquences, le radar nécessiterait des antennes si énormes qu’il serait mécaniquement difficile de les faire tourner. Pour résoudre ce problème, une antenne réseau à commande de phase passive a été créée. Le contrôle du faisceau ne repose pas sur la mécanique, mais sur l’interférence des ondes. Si deux vagues ou plus du même type oscillent et se rencontrent en un point de l'espace, l'amplitude totale des vagues s'additionne à peu près de la même manière que les vagues sur l'eau. Selon les phases de ces ondes, les interférences peuvent les renforcer ou les affaiblir.

Le faisceau peut être façonné et contrôlé électroniquement en contrôlant la différence de phase d'un groupe d'éléments de transmission, contrôlant ainsi l'endroit où se produisent les interférences d'amplification ou d'atténuation. Il s'ensuit que le radar de l'avion doit comporter au moins deux éléments émetteurs pour contrôler le faisceau d'un côté à l'autre.

En règle générale, un radar PFAR se compose d'une alimentation, d'un LNA (amplificateur à faible bruit), d'un distributeur de puissance, de 1 000 à 2 000 éléments de transmission et d'un nombre égal de déphaseurs.

Les éléments émetteurs peuvent être des antennes isotropes ou directives. Quelques types typiques d’éléments de transmission :

Sur les premières générations d'avions de combat, les antennes patch (antennes ruban) étaient le plus souvent utilisées car elles étaient les plus simples à développer.

Les réseaux de phases actives modernes utilisent des émetteurs à rainure en raison de leurs capacités à large bande et de leur gain amélioré :

Quel que soit le type d'antenne utilisé, l'augmentation du nombre d'éléments rayonnants améliore les caractéristiques de directivité du radar.

Comme on le sait, pour une même fréquence radar, l’augmentation de l’ouverture entraîne une diminution de la largeur du faisceau, ce qui augmente la portée et la précision. Mais pour les réseaux multiéléments, il ne vaut pas la peine d'augmenter la distance entre les éléments émetteurs pour tenter d'augmenter l'ouverture et de réduire le coût du radar. Car si la distance entre les éléments est supérieure à la fréquence de fonctionnement, des lobes secondaires peuvent apparaître, dégradant considérablement les performances du radar.

La partie la plus importante et la plus coûteuse du PFAR sont les déphaseurs. Sans eux, il est impossible de contrôler la phase du signal et la direction du faisceau.

Il en existe différents types, mais ils peuvent généralement être divisés en quatre types.

Déphaseurs avec temporisation

Le type le plus simple de déphaseurs. Il faut du temps pour qu'un signal traverse une ligne de transmission. Ce retard, égal au déphasage du signal, dépend de la longueur de la ligne de transmission, de la fréquence du signal et de la vitesse de phase du signal dans le matériau de transmission. En commutant un signal entre deux ou plusieurs lignes de transmission d'une longueur donnée, le déphasage peut être contrôlé. Les éléments de commutation sont des relais mécaniques, des diodes à broches, des transistors à effet de champ ou des systèmes microélectromécaniques. Les diodes à broches sont souvent utilisées en raison de leur vitesse élevée, de leurs faibles pertes et de leurs circuits de polarisation simples qui fournissent des changements de résistance de 10 kΩ à 1 Ω.

Retard, sec = déphasage ° / (360 * fréquence, Hz)

Leur inconvénient est que l’erreur de phase augmente avec l’augmentation de la fréquence et augmente en taille avec la diminution de la fréquence. De plus, le changement de phase varie en fonction de la fréquence, ils ne sont donc pas applicables aux très basses et hautes fréquences.

Déphaseur réfléchissant/quadrature

Il s'agit généralement d'un dispositif de couplage en quadrature qui divise le signal d'entrée en deux signaux déphasés de 90°, qui sont ensuite réfléchis. Ils sont ensuite combinés en phase en sortie. Ce circuit fonctionne parce que les réflexions du signal provenant des lignes conductrices peuvent être déphasées par rapport au signal incident. Le déphasage varie de 0° (circuit ouvert, capacité varactor nulle) à -180° (court-circuit, capacité varactor infinie). De tels déphaseurs ont une large plage de fonctionnement. Cependant, les limitations physiques des varactors font qu'en pratique le déphasage ne peut atteindre que 160°. Mais pour un déplacement plus important, il est possible de combiner plusieurs de ces chaînes.

Modulateur de QI vectoriel

Tout comme un déphaseur réfléchissant, le signal est ici divisé en deux sorties avec un déphasage de 90 degrés. La phase d'entrée non biaisée est appelée canal I et la quadrature avec un décalage de 90 degrés est appelée canal Q. Chaque signal passe ensuite par un modulateur biphasique capable de décaler la phase du signal. Chaque signal est déphasé de 0° ou 180°, permettant de sélectionner n'importe quelle paire de vecteurs en quadrature. Les deux signaux sont ensuite recombinés. Puisque l'atténuation des deux signaux peut être contrôlée, non seulement la phase mais également l'amplitude du signal de sortie sont contrôlées.

Déphaseur sur les filtres passe-haut/bas

Il a été fabriqué pour résoudre le problème des déphaseurs à retardement qui ne peuvent pas fonctionner sur une large plage de fréquences. Il fonctionne en commutant le chemin du signal entre les filtres passe-haut et passe-bas. Semblable à un déphaseur temporisé, mais utilise des filtres au lieu de lignes de transmission. Le filtre passe-haut est constitué d'une série d'inductances et de condensateurs qui assurent une avance de phase. Un tel déphaseur fournit un déphasage constant dans la plage de fréquences de fonctionnement. Il est également beaucoup plus petit que les déphaseurs précédents répertoriés, c'est pourquoi il est le plus souvent utilisé dans les applications radar.

En résumé, par rapport à une antenne réfléchissante classique, les principaux avantages du PFAR seront : une vitesse de balayage élevée (augmentant le nombre de cibles suivies, réduisant la probabilité que la station détecte une alerte radiologique), l'optimisation du temps passé sur la cible, gain élevé et petits lobes secondaires (difficiles à brouiller et à détecter), séquence de balayage aléatoire (plus difficile à brouiller), possibilité d'utiliser des techniques spéciales de modulation et de détection pour extraire le signal du bruit. Les principaux inconvénients sont le coût élevé, l'incapacité de balayer sur une largeur supérieure à 60 degrés (le champ de vision d'un réseau de phases stationnaire est de 120 degrés, un radar mécanique peut l'étendre jusqu'à 360).

Antenne réseau à commande de phase active

À l’extérieur, AFAR (AESA) et PFAR (PESA) sont difficiles à distinguer, mais à l’intérieur ils sont radicalement différents. PFAR utilise un ou deux amplificateurs haute puissance pour transmettre un signal unique, qui est ensuite divisé en milliers de chemins pour des milliers de déphaseurs et d'éléments. Un radar AFAR se compose de milliers de modules de réception/émission. Étant donné que les émetteurs sont situés directement dans les éléments eux-mêmes, il n'y a pas de récepteur et d'émetteur séparés. Les différences d'architecture sont montrées sur l'image.

Dans AFAR, la plupart des composants, tels qu'un amplificateur de signal faible, un amplificateur haute puissance, un duplexeur et un déphaseur, sont de taille réduite et assemblés dans un boîtier appelé module d'émission/réception. Chacun des modules est un petit radar. Leur architecture est la suivante :

Bien que l'AESA et le PESA utilisent l'interférence des ondes pour façonner et dévier le faisceau, la conception unique de l'AESA offre de nombreux avantages par rapport au PFAR. Par exemple, un petit amplificateur de signal est situé à proximité du récepteur, avant les composants où une partie du signal est perdue, il a donc un meilleur rapport signal/bruit qu'un PFAR.

De plus, à capacités de détection égales, l’AFAR a un cycle de service et une puissance de crête inférieurs. De plus, étant donné que les modules APAA individuels ne reposent pas sur un seul amplificateur, ils peuvent transmettre simultanément des signaux à différentes fréquences. En conséquence, AFAR peut créer plusieurs faisceaux distincts, divisant le réseau en sous-réseaux. La capacité d'opérer sur plusieurs fréquences apporte le multitâche et la possibilité de déployer des systèmes de brouillage électronique n'importe où par rapport au radar. Mais former trop de faisceaux simultanés réduit la portée du radar.

Les deux principaux inconvénients de l’AFAR sont son coût élevé et son champ de vision limité à 60 degrés.

Antennes réseau hybrides électroniques-mécaniques

La vitesse de balayage très élevée du multiéléments est combinée à un champ de vision limité. Pour résoudre ce problème, les radars modernes placent des réseaux multiéléments sur un disque mobile, ce qui augmente le champ de vision. Ne confondez pas le champ de vision avec la largeur du faisceau. La largeur du faisceau fait référence au faisceau radar et le champ de vision fait référence à la taille globale de la zone balayée. Des faisceaux étroits sont souvent nécessaires pour améliorer la précision et la portée, mais un champ de vision étroit n'est généralement pas nécessaire.

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Revue radiophonique, numéro 9, 1999.

À en juger par la littérature étrangère sur les radioamateurs, l'antenne à fente squelettique est populaire aux fréquences supérieures à 20 MHz. L'article publié tente de répondre à la question : dans quelle mesure son coefficient directionnel indiqué dans la littérature correspond-il à la réalité.

Dans les livres sur les antennes VHF, l'antenne dite à fente squelettique a été décrite à plusieurs reprises, et toutes les publications, sans exception, ont fait état de ses paramètres très élevés, de son coefficient de directivité (DA) élevé, de sa large bande de fréquences et de sa facilité de réglage. L'idée de l'antenne a été proposée par J. Ramsey en 1949, sa conception est illustrée à la Fig. 1,emprunté de . L'élément actif de l'antenne est constitué de trois dipôles demi-onde parallèles situés à trois niveaux les uns au-dessus des autres.

Pour réduire la taille de l'antenne, les extrémités des dipôles supérieur et inférieur sont pliées à angle droit vers le dipôle central et connectées à celui-ci. C’est ce qui les excite. Le dipôle central est divisé et connecté à une ligne bifilaire quart d'onde correspondante, qui sert également à monter le réflecteur. Le réflecteur est conçu comme un canal d'onde en forme d'un seul vibrateur dont la longueur électrique est légèrement supérieure à une demi-onde. Les dimensions de l'antenne en longueurs d'onde et les valeurs du coefficient de raccourcissement k, en fonction du diamètre des conducteurs (tubes) d, sont représentées sur la Fig. 1. En déplaçant le point d'alimentation XX le long de la ligne à deux fils, vous pouvez modifier l'impédance d'entrée de l'antenne de zéro (près du réflecteur) à environ 400 Ohms (au point YY près de l'élément actif).

La distribution du courant dans l'élément actif est représentée sur la Fig. 2. On peut voir que les ventres (maximas) du courant sont situés exactement au milieu des parties horizontales de l'élément, formant un système en phase à trois étages. Dans les parties verticales de l'élément actif, les courants sont faibles et dirigés les uns vers les autres. De plus, il y a quatre nœuds de courant ici, il n'y a donc pas de rayonnement en champ lointain provenant des parties verticales. Rappelons que dans la zone lointaine le diagramme de rayonnement de l'antenne est presque entièrement formé. La distance jusqu'à la zone lointaine est de plusieurs longueurs d'onde. Plus l'efficacité de l'antenne est grande, plus elle est grande.

L'élément actif d'une antenne squelette à fente peut également être considéré comme deux carrés, combinés avec un côté et des points d'alimentation. Cependant, par rapport à deux carrés de taille réelle, le périmètre de l'élément actif de l'antenne squelette à fente est légèrement plus petit, probablement en raison de l'effet de raccourcissement de la capacité entre les conducteurs verticaux de l'élément. Une antenne similaire a été proposée par K. Kharchenko, mais dans celle-ci, deux carrés sont alimentés depuis les coins et combinés avec des points d'alimentation.

Une simple antenne à fente squelettée possède un réflecteur qui n'est pas assez efficace. Cet inconvénient peut être éliminé en construisant le réflecteur exactement de la même manière que l'élément actif (sous la forme de la même structure de vibrateurs à trois étages). Les lignes bifilaires ne peuvent plus être placées entre les éléments, mais personne ne prend la peine de les tracer dans le plan de chaque élément jusqu'au point de potentiel nul au milieu du vibrateur horizontal inférieur.

Ce qui se passe après cette modification est montré sur la Fig. 3. Les dimensions des éléments eux-mêmes restent les mêmes et la distance entre l'élément actif et le réflecteur est réduite à 0,18. Cette antenne présente un autre avantage. En déplaçant les cavaliers de court-circuit le long des lignes à deux fils, les éléments peuvent être ajustés à la fréquence souhaitée, et en déplaçant le cavalier du réflecteur, il est facile d'ajuster l'antenne à l'efficacité maximale ou au rapport de rayonnement avant-arrière.

Pour une telle antenne à deux éléments, décrite dans [et], un rendement inhabituellement élevé de 14...16 dB est signalé ! Si le deuxième des livres mentionnés n’était pas une publication sérieuse, on pourrait quand même abandonner et ne pas prendre ce chiffre au sérieux. Mais ce livre est globalement très bon et ne contient quasiment aucune erreur. Son auteur, bien entendu, n'a pas pu tester toutes les nombreuses constructions qui y sont données. Par conséquent, s’il s’agit d’une erreur, elle est apparue plus tôt, dans d’autres publications, et il est désormais difficile de trouver la source originale. Il est clair qu'un système de vibrateurs en phase devrait donner une plus grande efficacité qu'un seul vibrateur, mais la question est : dans quelle mesure ? Bien qu'à la p. 100 et il est indiqué que l'antenne "... est en fait une antenne en phase à six éléments et trois étages", mais les vibrateurs sont assez proches les uns des autres et également raccourcis. Cela ne manquera pas de réduire l’efficacité. Il y avait donc plus de questions que de réponses. De plus, les radioamateurs familiers à l'auteur envisageaient de construire une telle antenne pour une portée de 10 mètres et étaient prêts à dépenser de l'argent pour du matériel, ce qui n'est pas bon marché de nos jours !

Pour obtenir une réponse claire et précise à la question du facteur de directivité, une expérience a été menée dans la gamme 432 MHz. Les éléments ont été pliés conformément à la Fig. 3 morceaux de fil de cuivre émaillé d'un diamètre de 1,5 mm, les connexions sont soudées et les conducteurs de ligne aux endroits où sont installés les cavaliers de fermeture et où le câble est connecté sont dénudés de l'isolant. L'ensemble de la structure a été assemblé sur une charpente en bois constituée de fines lattes sèches. Le câble d'alimentation partait des prises de courant le long du conducteur de ligne à deux fils auquel la tresse était connectée, verticalement vers le bas et connecté directement à la sortie du générateur de signal standard. L'indicateur de champ était un dipôle demi-onde avec un détecteur et un microampèremètre. Il était situé sur un trépied à plusieurs mètres de l'antenne. L'antenne était également montée sur un trépied rotatif primitif, ce qui permettait de changer son orientation.

L'antenne était réglée assez facilement et rapidement, juste pour un rayonnement maximal dans la direction principale. Avec les dimensions indiquées à une fréquence de 432 MHz, les distances des cavaliers de fermeture à la base des lignes bifilaires pour l'antenne accordée se sont avérées être les suivantes : pour le réflecteur - 43 mm, pour l'élément actif - 28 mm. La distance jusqu'au point de connexion du câble de 50 ohms était de 70 mm.

Lorsqu'il est ajusté à la directivité maximale, un petit lobe arrière est détecté. En ajustant le réflecteur, il peut être presque complètement supprimé. Il n’y avait pas de rayonnement latéral, ascendant ou descendant.

Le rendement, ou plus précisément le gain de l'antenne, égal au produit du rendement et du rendement, a été déterminé comme suit : le niveau du signal créé par l'antenne dans la direction principale a été noté sur l'indicateur, puis, au lieu du antenne, un dipôle demi-onde situé au même point de l'espace était connecté au câble d'alimentation. Le niveau du signal du générateur a suffisamment augmenté pour obtenir les mêmes lectures sur l'indicateur. La variation du niveau de signal mesurée par l'atténuateur du générateur est numériquement égale au gain de l'antenne par rapport au dipôle demi-onde. Pour cette antenne, il s'est avéré être de 7 dBd. Par rapport à un émetteur isotrope (omnidirectionnel), il sera de 2,15 dB de plus et sera d'environ 9,2 dBi.

Faites attention aux lettres d et i dans la désignation des décibels - dans la littérature sur les antennes, c'est ainsi qu'il est d'usage d'indiquer par rapport à quel émetteur la directivité est mesurée. La largeur du diagramme de rayonnement à mi-puissance était d'environ 60° dans le plan horizontal (en azimut) et d'environ 90° dans le plan vertical (en élévation). Disposant de ces données, la directivité peut être calculée d'une autre manière : l'angle solide dans lequel rayonne l'antenne est égal au produit des angles linéaires correspondant à la largeur du diagramme et exprimés en radians. On obtient une valeur d'environ 1,5 stéradians. Dans le même temps, une antenne isotrope rayonne selon un angle solide de 4, soit 12,6 stéradians. La directivité, par définition, est le rapport de ces angles solides et est de 12,6/1,5 = 8,4 ou 9,2 dBi.

Ayant obtenu un si bon accord entre les valeurs de directivité déterminées par les deux méthodes, l'auteur a décidé qu'il n'y avait plus rien à mesurer et, avec une légère déception, il était une fois de plus convaincu que les miracles ne se produisent pas dans la technologie des antennes. Néanmoins, l'antenne fonctionne très bien et, malgré ses petites dimensions (330x120x120 mm dans la gamme 432 MHz), offre un gain très correct.

L'invention concerne les dispositifs d'alimentation d'antennes, à savoir les antennes à ondes radio ultracourtes et les antennes à micro-ondes pour émettre des ondes polarisées horizontalement avec un diagramme de rayonnement circulaire dans le plan horizontal. Le résultat technique obtenu grâce à la mise en œuvre de l'invention proposée est l'expansion de la gamme de fréquences de fonctionnement de l'antenne cylindrique à fente, en dotant l'antenne de dispositifs d'adaptation avec l'alimentation, dont la taille n'est pas critique lors de l'accord de l'antenne sur la résonance de fonctionnement. fréquence. L'antenne cylindrique à fente contient un corps cylindrique conducteur doté d'une fente longitudinale dotée de premier et second bords et d'un dispositif d'alimentation, contenant en outre une première pince conductrice, une seconde pince conductrice et une section de câble correspondante, la première pince étant située pour former un contact galvanique. sur le premier bord de la fente, la deuxième pince est située avec en formant un contact galvanique sur le deuxième bord de la fente, le chargeur sur la surface du cylindre est posé selon une ligne droite diamétralement opposée à l'axe longitudinal de la fente , avec un coude au voisinage du point d'excitation de la fente, posé à travers la première pince avec le conducteur extérieur de l'alimentation formant un contact galvanique avec la première pince, une section de câble correspondante est posée à travers la deuxième pince, le Le conducteur central du départ est relié galvaniquement au conducteur central de la section de câble correspondante. 1 salaire f-ly, 6 malades.

Dessins pour le brevet RF 2574172

Domaine technologique auquel se rapporte l'invention

L'invention concerne les dispositifs d'alimentation d'antennes, à savoir les antennes à ondes radio ultracourtes et les antennes à micro-ondes pour émettre des ondes polarisées horizontalement avec un diagramme de rayonnement circulaire dans le plan horizontal.

État de l'art

L'antenne à fente a été proposée pour la première fois en 1938 par Alan D. Blumlein pour une utilisation dans la radiodiffusion télévisuelle dans la gamme des ondes ultracourtes avec une polarisation horizontale et un diagramme de rayonnement circulaire (RP) dans le plan horizontal [brevet britannique n° 515684. Conducteurs électriques HF. Alan Blumlein, pub. 1938. Brevet américain n° 2 238 770 Conducteur ou radiateur électrique haute fréquence]. L'antenne est un tuyau avec une fente longitudinale. La simplicité de la conception, l'absence de partie saillante au-dessus de la surface dans laquelle est découpée une fente, ont attiré l'attention des spécialistes concevant des systèmes radio pour sous-marins. Les antennes à fente ne perturbent pas l'aérodynamique des objets sur lesquels elles sont installées, ce qui a déterminé leur utilisation généralisée sur les avions, les missiles et autres objets en mouvement. De telles antennes comportant des fentes découpées dans les parois de guides d'ondes de formes rectangulaires, circulaires ou autres formes de section transversale sont largement utilisées comme antennes aéroportées et au sol pour les systèmes de radar et de radionavigation.

Ainsi, la première antenne cylindrique à fentes A.D. est connue. Blumlein pour émettre des ondes hautes fréquences polarisées horizontalement, contenant un cylindre conducteur avec une fente longitudinale, des dispositifs pour exciter la fente à une extrémité du cylindre et un court-circuit à l'autre extrémité du cylindre, un dispositif pour régler la largeur du fente. Le cylindre conducteur a une longueur égale à la moitié de la longueur d'onde en espace libre.

Les inconvénients de la première antenne à fente connue sont les suivants :

L'antenne ne contient pas de dispositifs permettant de régler l'antenne sur la fréquence de résonance,

L'antenne a une longueur égale à la moitié de la longueur d'onde dans l'espace libre, ce qui rend difficile l'obtention de performances d'antenne acceptables en termes de propriétés directionnelles et d'adaptation antenne-alimentation.

On connaît une deuxième antenne à fente cylindrique pour émettre des ondes haute fréquence polarisées horizontalement, contenant un cylindre conducteur avec une fente longitudinale, une alimentation, un court-circuit à une extrémité de la fente et des dispositifs d'excitation de l'antenne à l'autre extrémité de la fente. , ledit cylindre a un diamètre compris entre 0,151 et 0,121, où 1 - longueur d'onde dans l'espace libre à la fréquence de fonctionnement. Ledit cylindre a une longueur proche des neuf dixièmes d'un quart de la longueur de l'onde stationnaire établie le long de la ligne de fente du cylindre (la longueur d'onde dans la ligne de fente du cylindre est plusieurs fois supérieure à la longueur d'onde dans l'espace libre) .

Lorsque le cylindre est orienté verticalement, l'antenne présente un diagramme de rayonnement presque circulaire avec une polarisation horizontale du champ de rayonnement et un coefficient de directivité (DA) élevé. L'antenne est compacte, pratique pour une installation sur les toits de bâtiments de grande hauteur, ses contours de surface lisses empêchent l'accumulation de neige mouillée et la formation de glace. En raison de sa forme cylindrique circulaire, l'antenne a une charge de vent relativement faible.

La deuxième antenne connue surmonte les inconvénients de la première antenne connue du fait de sa taille d'une demi-longueur d'onde en espace libre. L'antenne à fente omnidirectionnelle d'Andrew Alford, créée en 1946 et installée sur le gratte-ciel Chrysler de New York, a été utilisée pour les premières émissions de télévision couleur.

Cependant, la deuxième antenne cylindrique à fente connue présente les inconvénients suivants :

l'antenne a une grande taille longitudinale en termes de longueurs d'onde dans l'espace libre, ce qui rend difficile son utilisation comme élément rayonnant d'un réseau d'antennes formant un diagramme de rayonnement d'un type particulier dans le plan du vecteur H ;

l'antenne n'a pas de dispositifs pour l'adapter au chargeur.

On connaît une troisième antenne cylindrique à fente pour émettre des ondes hautes fréquences polarisées horizontalement, contenant un cylindre conducteur à fente longitudinale, court-circuité aux deux extrémités du cylindre, excité par un câble coaxial dont le conducteur extérieur est relié galvaniquement à le premier bord de la fente, et le conducteur central est connecté galvaniquement au deuxième bord de la fente.

L'antenne cylindrique à troisième fente connue présente des inconvénients :

En raison de l'excitation asymétrique de l'antenne, une onde est excitée qui se propage dans la ligne formée par le conducteur extérieur du câble coaxial et le cylindre, ce qui entraîne un rayonnement notable du câble (effet d'alimentation d'antenne), son les caractéristiques dépendent de manière significative de facteurs opérationnels externes ;

Il n'y a pas de dispositif pour faire correspondre l'antenne avec le chargeur (pour régler l'antenne en résonance à la fréquence de fonctionnement),

L'antenne cylindrique à troisième fente connue présente une plage étroite de fréquences de fonctionnement, ne dépassant pas 1 % au niveau du ROS dans la ligne électrique.

La troisième antenne cylindrique à fente connue, alimentée par un câble coaxial, est, par ses caractéristiques essentielles, la plus proche de la présente invention. Cette antenne est sélectionnée par les auteurs comme prototype.

Divulgation de l'invention

L'objectif technique de la présente invention est d'élargir la plage de fréquences de fonctionnement d'une antenne cylindrique à fentes, en dotant l'antenne de dispositifs d'adaptation avec l'alimentation, dont la taille n'est pas critique lors de l'accord de l'antenne sur la fréquence de fonctionnement (de résonance).

Cet objectif est atteint grâce au fait qu'une antenne cylindrique à fente contenant un corps cylindrique conducteur (appelé ci-après corps) avec une fente longitudinale avec des premier et deuxième bords et un dispositif d'alimentation, contient en outre une première pince conductrice, une deuxième pince conductrice (appelée ci-après comme première pince, la deuxième pince) et un morceau de câble correspondant, avec la première pince située pour former un contact galvanique sur le premier bord de la fente, la deuxième pince située pour former un contact galvanique sur le deuxième bord de la fente, le chargeur sur la surface du cylindre est posé le long d'une ligne droite diamétralement opposée à l'axe longitudinal de la fente, avec un coude au voisinage du point d'excitation de la fente, posé à travers la première pince avec formation de contact galvanique par le conducteur extérieur du départ avec la première pince, le tronçon de câble correspondant est posé à travers le deuxième collier, le conducteur central du départ est relié galvaniquement au conducteur central du tronçon de câble correspondant.

L'introduction d'une première pince conductrice, d'une deuxième pince conductrice et d'un tronçon de câble correspondant dans l'antenne, leur position relative et leur connexion dans l'antenne comme indiqué ci-dessus résout les problèmes suivants :

Créer une antenne qui, grâce à un système d'alimentation symétrique, fournit un diagramme de rayonnement symétrique dans le plan du vecteur H, sans bifurcation du diagramme et sans déviation du maximum du diagramme de rayonnement par rapport au plan perpendiculaire à l'axe du cylindre ;

Créer une antenne qui fournit un diagramme de rayonnement circulaire dans le plan vectoriel en raison du fait que le diamètre du cylindre est beaucoup plus petit que la longueur d'onde ;

Créer une antenne qui fournit des caractéristiques de rayonnement stables lors de l'utilisation à la fois de fentes étroites à faible impédance d'onde et de fentes larges à haute impédance d'onde ;

Créer une antenne qui compense la composante réactive de l'impédance d'entrée de l'antenne dans une large gamme de fréquences ;

Créer une antenne dont la résistance au rayonnement varie dans une petite plage sur une large plage de fréquences ;

Créez une antenne qui fournit un faible SWR dans la ligne électrique en faisant correspondre l'impédance d'entrée de l'antenne avec l'impédance caractéristique du chargeur sur une large bande de fréquences ;

Réduisez le niveau de puissance revenant à l'émetteur lorsque l'antenne émet en faisant correspondre l'antenne avec le chargeur ;

Réduire le niveau de distorsion du spectre du signal transmis (reçu) par l'antenne en raison de la caractéristique amplitude-phase uniforme de l'antenne dans la gamme de fréquences ;

Augmenter la résistance de l'antenne aux claquages ​​haute fréquence en réduisant l'intensité du champ dans le connecteur radiofréquence en raison d'une diminution du ROS dans la ligne électrique lorsque l'antenne fonctionne en mode émission ;

Fournissez à l'antenne un dispositif d'adaptation en modifiant la réactance du dispositif d'adaptation et élargissez ainsi la bande de fréquences de fonctionnement de l'antenne ;

Fournir une méthode simple pour régler l'antenne en coordination avec le chargeur dans la gamme de fréquences ;

Assurer un transfert de puissance maximal en faisant correspondre l'impédance caractéristique du départ ;

Augmenter le niveau de puissance potentielle dans un départ présélectionné en réduisant le SWR qu'il contient ;

Minimiser les pertes dans le départ et, par conséquent, réduire l'échauffement du départ lors du transport de puissance à travers celui-ci ;

Minimiser l'émission (réception) d'ondes électromagnétiques par le chargeur (le côté extérieur du conducteur extérieur du câble coaxial) ;

Créer une antenne à fente qui pourrait être utilisée comme antenne indépendante, ainsi que comme élément d'un réseau d'antennes ;

Créez une antenne pratique à monter sur un tuyau ou une ceinture d'une tour en treillis.

L'antenne est compacte ; lorsque le cylindre est orienté verticalement, elle émet des ondes polarisées horizontalement. Peut servir d’élément rayonnant d’un réseau d’antennes. Le réseau d'antennes d'émetteurs à fentes peut être installé aussi bien directement sur la surface de la Terre que sur les toits des immeubles de grande hauteur. Les contours lisses de la surface de l'antenne empêchent l'accumulation de neige mouillée et la formation de glace. En raison de sa forme cylindrique circulaire, l'antenne a une charge de vent relativement faible.

En incluant un radôme dans l'antenne, le problème de la protection de l'antenne cylindrique à fentes conformément à cette invention contre l'influence de facteurs opérationnels externes est résolu.

La solution aux problèmes ci-dessus indique qu'une nouvelle antenne cylindrique à fente a été créée, offrant des caractéristiques de performance dans une large gamme de fréquences.

La solution au premier de ces problèmes a été obtenue grâce au fait que l'antenne cylindrique à fente proposée est excitée symétriquement par rapport au milieu de la fente.

La plage de fréquences de fonctionnement de l'antenne proposée du côté des ondes plus courtes est limitée par les changements de forme du diagramme de rayonnement (DP). Utilisez des fentes d'une longueur telle que le motif n'ait qu'un seul maximum, orienté perpendiculairement à l'axe de l'antenne. Une diminution de la longueur d'onde à dimensions de fente constantes peut conduire à l'apparition de deux maxima déviés de l'axe de l'antenne.

L'augmentation de la longueur d'onde est limitée par une diminution du coefficient de directivité (DA). Cela s'avère significatif si le diamètre du cylindre est inférieur à 0,12 longueur d'onde en espace libre.

L'antenne proposée peut être réglée dans la gamme de fréquences spécifiée.

La solution au problème de la création d'un diagramme de rayonnement circulaire dans le plan vectoriel est obtenue du fait que le diamètre du cylindre est beaucoup plus petit que la longueur d'onde dans l'espace libre.

La solution au troisième problème, à savoir fournir une large gamme de fréquences de fonctionnement avec des fentes à la fois étroites et larges, a été obtenue en compensant la composante réactive de l'impédance d'entrée de l'antenne.

La solution au problème consistant à fournir un procédé simple pour compenser la composante réactive de l'impédance d'entrée d'antenne dans la plage de fréquences est obtenue en utilisant deux condensateurs connectés en série pour la compensation.

Solution au problème : minimiser l'émission (réception) d'ondes électromagnétiques par le chargeur - obtenue en plaçant rationnellement le chargeur sur la surface du cylindre, en introduisant la première pince conductrice dans l'antenne, en assurant le contact galvanique du conducteur extérieur avec le première pince sur toute sa circonférence à la sortie de la pince.

Brève description des dessins

En figue. La figure 1a) représente une antenne cylindrique à fentes 1 conforme à la présente invention. En figue. 1b) montre une vue de face d'une antenne cylindrique à fentes, Fig. La figure 1c) montre une vue de dessus d'une antenne cylindrique à fente. En figue. 1b) et fig. 1c) la notation suivante a été introduite :

1 - antenne cylindrique à fente,

2 - corps cylindrique,

4 - premier bord de la fente,

5 - deuxième bord de la fente,

7 - première pince,

8 - deuxième pince,

9 - cylindre assorti,

10 - section de câble correspondante,

11 - pliage de l'alimentateur (au tournant de la section verticale vers la section horizontale située à proximité du point d'excitation de la fente),

A - région d'excitation de l'espace.

En figue. 2a) montre la région A de l'excitation de l'espace. En figue. La figure 2b) montre la connexion du conducteur extérieur du départ avec la première pince et le premier bord de la fente, le dispositif d'adaptation d'impédance d'entrée d'antenne et sa connexion avec le deuxième bord de la fente. En figue. La figure 2c) montre en coupe la connexion du conducteur extérieur du départ avec la deuxième pince et le deuxième bord de la fente, le cylindre assorti et le tronçon de câble assorti. En figue. 2b) et fig. 2c) les notations suivantes sont en outre introduites :

12 - conducteur central de la section de câble correspondante,

13 - conducteur central du départ,

14 - conducteur externe du départ.

En figue. La figure 3 montre le circuit équivalent de l'antenne ; En figue. 3 nouvelles appellations ont été introduites :

15 - capacité du condensateur formé par la surface intérieure du cylindre d'adaptation 9 et la surface extérieure du conducteur extérieur du tronçon de câble d'adaptation 10,

16 - capacité du condensateur formé par la surface intérieure du conducteur extérieur et le conducteur central du tronçon correspondant du câble 10,

17 - inductance due à la circulation des courants le long des surfaces intérieures et extérieures du tuyau du premier bord au deuxième bord de la fente (en l'absence de condensateurs 15 et 16),

18 - partie réelle de l'impédance d'entrée de l'antenne (avant de connecter les condensateurs 15 et 16),

19 - borne conditionnelle correspondant au point de contact galvanique du conducteur extérieur du départ à travers la première pince conductrice avec bord 4,

20 - borne conditionnelle correspondant au point à l'entrée du conducteur central du tronçon de câble correspondant,

21 - point de contact galvanique du cylindre assorti à travers la pince conductrice 2 avec le bord 5 de la fente 3.

En figue. La figure 4 montre les dépendances expérimentales des parties réelles et imaginaires de la résistance d'entrée et du ROS sur la fréquence des premier et deuxième échantillons d'une antenne cylindrique à fentes ; En figue. 4 notations introduites :

221 - dépendance en fréquence de la partie réelle de l'impédance d'entrée du premier échantillon avec une section de câble adaptée de 10,5 mm de long,

222 - dépendance à la fréquence de la partie imaginaire de la résistance d'entrée du premier échantillon avec une section de câble correspondante de 10,5 mm de long,

223 - dépendance à la fréquence de l'antenne SWR du premier échantillon avec une section de câble adaptée de 10,5 mm de long,

231 - dépendance à la fréquence de la partie réelle de la résistance d'entrée du deuxième échantillon avec un cylindre correspondant de 11,5 mm de long et une section de câble correspondante de 20,5 mm de long,

232 - dépendance à la fréquence de la partie imaginaire de la résistance d'entrée du deuxième échantillon avec un cylindre correspondant de 11,5 mm de long et une section de câble correspondante de 20,5 mm de long,

233 - dépendance en fréquence de l'antenne SWR du deuxième échantillon du deuxième échantillon avec un cylindre correspondant de 11,5 mm de long et un segment de câble correspondant de 20,5 mm de long,

241 - dépendance à la fréquence de la partie réelle de la résistance d'entrée du deuxième échantillon avec un cylindre assorti de 7 mm de long et une section de câble assortie de 24 mm de long,

242 - dépendance à la fréquence de la partie imaginaire de la résistance d'entrée du deuxième échantillon avec un cylindre correspondant de 7 mm de long et une section de câble correspondante de 24 mm de long,

243 - dépendance en fréquence de l'antenne SWR du deuxième échantillon avec un cylindre correspondant de 7 mm de long et une section de câble correspondante de 24 mm de long,

251 - dépendance en fréquence de la partie réelle de la résistance d'entrée du deuxième échantillon avec un cylindre correspondant de 5 mm de long et une section de câble correspondante de 30 mm de long,

252 - dépendance à la fréquence de la partie imaginaire de la résistance d'entrée du deuxième échantillon avec un cylindre correspondant de 5 mm de long et une section de câble correspondante de 30 mm de long,

253 - dépendance en fréquence de l'antenne SWR du deuxième échantillon avec un cylindre assorti de 5 mm de long et une section de câble adaptée de 30 mm de long,

En figue. La figure 5 montre des exemples de répartition de l'intensité du champ électrique le long de la ligne de transmission 26, qui est une fente longitudinale sur le cylindre, et le long de la ligne bifilaire utilisée pour exciter ladite ligne de transmission : a) la fréquence du générateur est inférieure à la fréquence critique de l'onde principale de la ligne à fente sur le cylindre circulaire, b) la fréquence du générateur approximativement égale à la fréquence critique de l'onde principale de la ligne à fente sur un cylindre circulaire, c) la fréquence du générateur est supérieure à la fréquence critique de l'onde principale de la ligne à fente sur un cylindre circulaire.

En figue. 5 les notations suivantes sont introduites :

27 - source de tension concentrée,

28 - ligne de transmission à deux fils,

29 - vecteurs d'intensité du champ électrique.

En figue. La figure 6 montre la structure du champ électrique à un certain instant dans les régions interne et externe de l'antenne cylindrique à fente dans une coupe perpendiculaire à l'axe de l'antenne. En figue. 6 les notations suivantes sont introduites : 30 - lignes de champ électrique.

En figue. La figure 7 montre un exemple d'utilisation d'une antenne cylindrique à fente de la présente invention comme élément d'un réseau d'antennes.

Réalisation de l'invention

En se référant à la Fig. 1b, qui montre une antenne à fente 1 conforme à la présente invention. L'antenne est réalisée sous la forme d'un corps cylindrique 2 avec une fente 3 avec un premier bord 4 et un deuxième bord 5, une alimentation 6, une première pince conductrice 7, une deuxième pince conductrice 8, un cylindre d'adaptation 9, une pince d'adaptation tronçon de câble 10 et attaches.

Le corps cylindrique 2 est réalisé dans un matériau conducteur tel que par exemple du laiton, un alliage d'aluminium, de l'acier ou un autre métal, ou un alliage métallique présentant une bonne conductivité. Un corps cylindrique de 2 de section a la forme d'un cercle. La section transversale du corps peut avoir la forme d'un carré, d'un rectangle, d'une ellipse ou d'un autre profil incurvé.

La fente 3 est réalisée dans le corps cylindrique 2 sur toute la profondeur de la paroi du corps par fraisage, découpe laser ou autre opération mécanique pour former le premier bord 4 et le deuxième bord 5, parallèles à l'axe longitudinal du corps cylindrique.

Un câble coaxial série peut être utilisé comme alimentation 6. Pour plus de clarté, le cylindre correspondant 9 est représenté comme un segment d'un cylindre circulaire.

Pour plus de clarté, la section correspondante du câble 10 est représentée comme une courte section de ligne coaxiale. La section correspondante du câble 10 est située en partie à l'intérieur du cylindre correspondant 9 et en partie à l'extérieur de 9.

Le cylindre assorti 9, les pinces 7 et 8 sont réalisés en matériau hautement conducteur, par exemple du laiton ou un alliage d'aluminium. Pour assurer la soudure, ils sont recouverts par exemple d'un alliage étain-bismuth.

L'extrémité du tronçon de câble correspondant 10, opposée à la fente, est ouverte et n'est reliée à rien. Le conducteur central 11 du tronçon d'adaptation du câble 10 sort du cylindre d'adaptation 9 et s'étend jusqu'au milieu de la fente 3.

Les dispositifs et pièces ci-dessus sont mutuellement situés les uns par rapport aux autres et sont connectés les uns aux autres comme suit.

La première pince 7 est fixée pour former un contact galvanique sur le premier bord 4 de la fente, la deuxième pince 8 est fixée pour former un contact galvanique sur le deuxième bord 5 de la fente, l'alimentateur 6 sur la surface du cylindre 2 est fixé selon une droite diamétralement opposée à l'axe longitudinal de la fente, avec un coude 13 au voisinage du point d'excitation de la fente, puis posé au travers de la première pince 7 avec formation de contact galvanique par le conducteur extérieur 14 de la d'alimentation avec la première pince 7, le tronçon correspondant du câble 10 est posé à l'intérieur du cylindre correspondant, qui est recouvert par la deuxième pince, le conducteur central 12 du départ est relié galvaniquement au conducteur central 11 du tronçon de câble correspondant.

La deuxième extrémité du chargeur 6 est installée dans un connecteur radiofréquence. Dans ce cas, comme section correspondante du câble 10, on utilise soit une section d'un câble coaxial standard, soit une section d'une ligne de transmission spéciale, constituée d'un conducteur extérieur en forme de tube, d'un conducteur central en forme de une tige ou un tube et un cylindre diélectrique creux situé entre eux.

Pour fixer l'alimentateur 6 au corps cylindrique 2, des colliers, vis et écrous normalisés peuvent être utilisés.

Principe de fonctionnement de l'antenne

L'antenne fonctionne comme suit. Les oscillations électromagnétiques dans l'antenne sont excitées suite à l'application d'une différence de potentiel en deux points 19 et 20, opposés l'un à l'autre sur les premier 4 et deuxième 5 bords de la fente 3. Pour exciter efficacement l'antenne, le diamètre de la le tuyau 2 doit être choisi de telle sorte que la fréquence du générateur soit supérieure à la fréquence critique de la ligne de fente de l'onde principale H 00 sur un guide d'onde cylindrique. Pour illustrer ce point, trois situations présentées sur la figure 1 ont été considérées (en utilisant une solution rigoureuse du problème des valeurs limites de l'électrodynamique) à l'aide d'un problème modèle. 5.

En figue. La figure 5 montre une ligne à fente sur un guide d'onde circulaire, connectée en série avec une ligne bifilaire, à l'extrémité de laquelle est connecté un générateur de tension. En figue. La figure 5 montre des exemples de répartition de l'intensité du champ électrique le long de la ligne de transmission pour les cas suivants : a) la fréquence du générateur est inférieure à la fréquence critique de l'onde principale de la ligne à fente sur un cylindre circulaire, b) la fréquence du générateur est approximativement égale à la fréquence critique de l'onde principale de la ligne à fente sur un cylindre circulaire, c) la fréquence du générateur est supérieure à la fréquence critique de l'onde fondamentale de la ligne à fente sur un cylindre circulaire. En figue. 5, l'intensité du champ électrique est proportionnelle à la longueur du vecteur. Comme on peut le voir sur la Fig. 5, dans le cas a), l'onde électromagnétique est réfléchie pratiquement depuis l'entrée de la ligne de transmission. L'onde pénètre dans la ligne de fente jusqu'à une profondeur négligeable dans la longueur de la volonté. Dans le cas b), une distribution de champ décroissante exponentiellement est établie dans la ligne de transmission cylindrique à fentes. Dans le cas c) une onde stationnaire est établie dans une ligne de transmission cylindrique à fentes. Dans ce cas, la longueur de l'onde stationnaire dans la ligne de transmission à fentes est supérieure à la longueur de l'onde stationnaire dans la ligne de transmission à deux fils.

Il est préférable de choisir un diamètre de tuyau égal à 0,14 longueur d'onde en espace libre. Il est conseillé de choisir la longueur de fente proche de la moitié de la longueur d'onde de l'onde principale H 00 de la ligne de fente sur un guide d'onde cylindrique

La largeur de la fente 3 ne dépasse pas le trentième de la longueur d'onde. Par conséquent, l'irrégularité de la répartition du courant sur le conducteur central du câble à l'intérieur de la fente 3 peut être pratiquement négligée. Par conséquent, le câble coaxial asymétrique est introduit dans la région d'excitation de l'antenne de telle manière qu'il ne viole ni la symétrie physique ni électrique de l'antenne. Les courants de déplacement apparaissant entre le conducteur extérieur du départ 6 et le boîtier 2 dans la zone allant du coude du départ à la fente sont faibles du fait que le conducteur extérieur du départ 6 et le boîtier 2 ont un contact galvanique avec entre eux à travers la première pince conductrice 7. Le contact galvanique du conducteur extérieur du départ 6 et du boîtier 2 fait que l'intensité du champ électrique est égale à zéro au point de leur connexion. Dans une section du départ située le long d'une droite diamétralement opposée à l'axe de la fente, les courants de déplacement entre le conducteur extérieur du départ 6 et le boîtier 2 ne sont pas excités, puisque dans cette section du chemin le potentiel est nul. Par conséquent, le rayonnement potentiel provenant de l'espace formé entre le conducteur extérieur du dispositif d'alimentation 6 et le boîtier 2 peut être négligé. Ainsi, l'effet d'antenne du dispositif d'alimentation et les distorsions imprévisibles associées du diagramme de rayonnement de l'antenne, les modifications de l'impédance d'entrée de l'antenne et le rayonnement de champ à polarisation croisée sont éliminés. En utilisant une solution rigoureuse des équations de Maxwell dans des conditions limites idéales données, les lignes de champ électrique ont été calculées par la méthode du temps à différents instants au cours d'une période d'oscillations de tension du générateur. Les lignes de champ à un moment donné sont représentées sur la Fig. 6. Pour faciliter la désignation des éléments d'antenne par des numéros, le moment a été choisi lorsque l'intensité du champ électrique à proximité immédiate de la fente est faible, il n'y a donc pas de lignes de force à proximité sur la figure 6. Loin de la fente, on observe des tourbillons de champ déjà formés, représentés par des lignes de force qui ne sont pas supportées par des charges sur les parois du cylindre. Dans la zone intermédiaire, les lignes de force prennent naissance sur la moitié inférieure du cylindre dans le dessin présenté et terminent leur parcours sur la partie supérieure du cylindre. Au point opposé au centre de la fente, la ligne de force ne prend pas et ne termine pas son chemin, puisque le potentiel en ce point est nul. Ce point est le point limite entre les moitiés inférieure et supérieure du cylindre. Selon la règle ci-dessus, la ligne de force doit commencer et terminer son chemin ici. Mais cela s’avère impossible, car les vecteurs d'intensité du champ électrique tangents aux parties inférieure et supérieure de la ligne de champ sont opposés l'un à l'autre en ce point et s'annulent donc. Pour cette raison, le voisinage de la ligne opposée à l'axe de la fente s'avère pratique pour poser un feeder le long de celle-ci afin de minimiser l'effet d'antenne du feeder.

La conception d'antenne ci-dessus permet un réglage pratique de l'alignement de l'antenne avec le chargeur. Considérons cela plus en détail en nous référant au circuit d'antenne équivalent de la Fig. 3. Dans la FIG. Sur la figure 3, le chiffre 15 désigne le premier condensateur de capacité C 1, formé par la surface intérieure du cylindre d'adaptation 9 et la surface extérieure du conducteur extérieur du tronçon de câble d'adaptation 10. Dans ce cas, la gaine du câble joue le rôle de un diélectrique. Le nombre 16 désigne le deuxième condensateur de capacité C 2, formé par la surface intérieure du conducteur extérieur et la surface du conducteur central de la section correspondante du câble 10. Le nombre 17 désigne l'inductance L, provoquée par la circulation des courants le long des surfaces intérieure et extérieure du tuyau depuis le premier bord 4 jusqu'au deuxième bord 5 de la fente. Le chiffre 18 indique la résistance R, due aux pertes par rayonnement de l'antenne. La borne 19 correspond au point de contact galvanique du conducteur extérieur du départ à travers la première pince conductrice avec bord 4. La borne 20 correspond au point à l'entrée du conducteur central du tronçon de câble correspondant. Le chiffre 21 indique le point de contact galvanique du cylindre assorti à travers la pince conductrice 8 avec le bord 5 de la fente 3.

Deux condensateurs connectés en série 15 et 16 ont une capacité équivalente C 3 :

La résistance d'entrée aux bornes 19, 20 Zin, due à la connexion en série d'une capacité équivalente C 3 et d'une chaîne de résistance R et d'inductance L connectées en parallèle, à une fréquence est égale à :

A la fréquence de résonance, la partie imaginaire de la résistance d'entrée est nulle, c'est-à-dire

En remplaçant le facteur au dénominateur entre crochets dans (2) par sa valeur de (3), on obtient la valeur d'entrée à la fréquence de résonance :

L'adaptation idéale avec le chargeur est obtenue lorsque l'impédance d'entrée de l'antenne est égale à l'impédance caractéristique du chargeur. Pour L et R donnés, l'ajustement par accord est réalisé en sélectionnant la valeur de la capacité équivalente C 3 .

Dans le cas limite, lorsqu'il n'y a pas de cylindre correspondant (C 1 ), la capacité équivalente C 3 est égale à la capacité C 2 - la capacité de la section de câble correspondante. Habituellement, pour faire correspondre l'antenne avec le chargeur, il est nécessaire d'avoir une petite valeur de C 2. Parfois, lorsque l'on travaille dans les gammes de longueurs d'onde métriques et décimétriques, un segment correspondant ne dépassant pas dix millimètres de long est requis. De petites modifications absolues de la longueur d'une section de câble entraînent des modifications relatives relativement importantes de la valeur C2. Par conséquent, lors du réglage précis de l'antenne sur la fréquence de fonctionnement, il est nécessaire de modifier la longueur du segment d'adaptation par fractions de millimètre. La nécessité de sélectionner la longueur du segment de câble correspondant avec une précision de quelques fractions de millimètre complique le processus de réglage de l'antenne.

La situation est complètement différente lorsqu'il s'agit de deux condensateurs connectés en série : la capacité C1 et la capacité C2. On sait qu'en connectant deux condensateurs en série, on obtient un condensateur équivalent avec une capacité inférieure à la capacité de chaque condensateur individuellement. Or, avec une valeur fixe de C 1, en modifiant la capacité C 2 dans de grandes limites, nous obtenons des modifications de la valeur de la capacité équivalente dans de petites limites.

La longueur initiale de la section de câble correspondante doit évidemment être supérieure par rapport au cas où cet autre condensateur n'est pas présent. Par conséquent, la modification de la longueur de la section de câble correspondante est désormais plus importante en unités relatives et le réglage est plus précis.

Ceux. Le réglage de l'antenne sur la fréquence de fonctionnement en modifiant la longueur de la section de câble correspondante, par exemple en la coupant, ne pose pas de difficultés, car les changements de longueur sont effectués en quantités mesurées en millimètres.

L'antenne présente l'avantage suivant, à savoir qu'avec l'introduction d'un cylindre adapté dans l'antenne, la résistance électrique de l'antenne augmente. L'intensité du champ électrique la plus élevée lorsque l'antenne est excitée se produit dans la section correspondante du câble. Dans une antenne à cylindre adapté, la différence de potentiel entre le conducteur central et le bord du tuyau est désormais répartie entre deux condensateurs dont le premier est formé par le conducteur central et le conducteur extérieur du câble, le deuxième condensateur est formé par le conducteur extérieur du câble et le cylindre correspondant. La somme des chutes de tension aux bornes de ces deux condensateurs est égale à la différence de potentiel entre le conducteur central et le bord. Ceux. la tension sur chaque condensateur est inférieure à la tension totale, ce qui augmente la résistance électrique de l'antenne.

Deux échantillons d'antenne cylindrique à fentes ont été fabriqués. Le premier échantillon contenait un cylindre conducteur avec une fente longitudinale, un chargeur et une section de câble correspondante. Le premier échantillon ne comportait pas de cylindre correspondant, de première pince conductrice et de seconde pince conductrice. Le conducteur extérieur du conducteur d'adaptation avait un contact galvanique directement avec le bord 4. Le deuxième échantillon diffère du premier en ce qu'il contient en outre un cylindre d'adaptation, une première pince conductrice et une deuxième pince conductrice. Le deuxième échantillon utilise une section de câble correspondante qui est plus longue que le premier échantillon. Dans le deuxième échantillon, la section de câble correspondante est posée à l'intérieur du cylindre correspondant et continue à l'extérieur de celui-ci. Ci-dessous sera une description du deuxième échantillon correspondant à la présente invention. Lors de la description de l’échantillon d’antenne, nous nous référerons à la notation de la Fig. 1 et fig. 2.

L'échantillon d'antenne est constitué d'un corps cylindrique 2 avec une fente 3 avec un premier bord 4 et un deuxième bord 5, une alimentation 6, une section de câble correspondante 10, un cylindre correspondant 9, une première pince 7 et une deuxième pince 8, et attaches.

Le boîtier 2, de 720 mm de long et 130 mm de diamètre, est réalisé en tôle étamée de 0,3 mm d'épaisseur. La section transversale du corps a la forme d'un cercle. Une fente 3 d'une longueur de 640 mm et d'une largeur de 30 mm est découpée dans le corps pour former le premier bord 4 et le deuxième bord 5, parallèlement à l'axe longitudinal du corps cylindrique.

Le câble coaxial série RK-50-2-11 a été utilisé comme alimentation 6.

La section correspondante du chargeur 10 est réalisée sous la forme d'une courte section de câble coaxial RK-50-2-11. Le tronçon 10 du câble coaxial est situé à l'intérieur du cylindre correspondant 9.

Le cylindre correspondant 9 est constitué d'un tube en laiton d'un diamètre intérieur de 4 mm. Dans ce cas, les mesures ont été effectuées sur trois longueurs de tube : 11,5 mm ; 7 millimètres ; 5 mm.

L'extrémité du tronçon de câble correspondant 10, opposée à la fente, est ouverte et n'est reliée à rien. Le conducteur central 11 du tronçon d'adaptation 10 de la ligne coaxiale sort du cylindre d'adaptation 9 et s'étend jusqu'au milieu de la fente 3.

Le feeder 6 est fixé à la surface du cylindre selon une ligne droite, diamétralement opposée à l'axe longitudinal de la fente, courbée au voisinage du point d'excitation de l'antenne, posée à l'intérieur de la première pince 7 puis située au-dessus de la fente 3, posée à l'intérieur du cylindre assorti 9 puis se poursuit à l'extérieur du cylindre 9. Isolation extérieure de l'alimentateur coupée et retirée sur toute la longueur de la fente. Le conducteur extérieur (tresse) est coupé le long de la circonférence à l'entrée de la deuxième pince 8, la tresse est peignée vers le bord 4. La tresse peignée est uniformément répartie autour du cercle et soudée à la pince 7. Ainsi, le conducteur extérieur du chargeur 6 est connecté galvaniquement via la pince 7 aux fentes du premier bord 4, et le conducteur central 12 du chargeur 6 est connecté au conducteur central 11 de la section correspondante du câble 10. La deuxième extrémité du chargeur coaxial 6 est intégré dans un connecteur radiofréquence.

Pour fixer le chargeur 6 au boîtier 2, des pinces, vis et écrous standardisés sont utilisés.

Les valeurs des parties réelles ReZ et imaginaires ImZ de l'impédance d'entrée de l'antenne prototype et de l'antenne de la présente invention dans la gamme de fréquences mesurées sur des échantillons sont représentées sous forme de graphiques sur la Fig. 4a).

Les dépendances du ROS sur la fréquence mesurée sur les premier et deuxième échantillons d'antenne sont représentées sous forme de graphiques sur la Fig. 4b). Le graphique 22 correspond au premier échantillon d'antenne. Dans ce cas, la longueur de la section de câble correspondante est de 10,5 mm. Les graphiques 23, 24 et 25 correspondent au deuxième échantillon d'antenne avec une longueur de cylindre correspondante de 11,5 mm, 7 mm et 5 mm, respectivement. Dans ce cas, la longueur de la section de câble correspondante est respectivement de 20,5 mm, 24 mm et 30 mm.

Lors du réglage du premier échantillon d'antenne sur la fréquence de résonance, la longueur de la section de câble correspondante a été modifiée par incréments de 0,25 mm. Une modification de la longueur du segment correspondant de 0,25 mm a entraîné une modification de la fréquence de résonance de 0,5 MHz. Lors du réglage du deuxième échantillon d'antenne sur la fréquence de résonance, la longueur de la section de câble correspondante a été modifiée par incréments de 2 mm. Une modification de la longueur du segment correspondant de 2 mm a entraîné une modification de la fréquence de résonance de 0,5 MHz. Comme on peut le constater en examinant les graphiques de la Fig. 4, une antenne accordée sur la même fréquence de résonance à différents rapports de la longueur du cylindre d'adaptation et de la longueur de la section du câble d'adaptation a presque la même dépendance du ROS à la fréquence. Il est plus avantageux d'utiliser un cylindre correspondant de plus courte longueur.

En effet, l'incrément DC 2 de capacité équivalente C 3 peut être trouvé à partir de la relation :

De cette relation il résulte : plus la capacité du cylindre d'adaptation C 1 est petite (plus la longueur du cylindre d'adaptation est courte), moins la capacité équivalente change avec les mêmes incréments de capacité C 2 (incrément de la longueur du câble d'adaptation section). Dans ce cas, il est possible d'utiliser des sections de câble adaptées plus longues.

Avec des sections de câble correspondantes plus longues, il est plus pratique de régler l'antenne, car vous pouvez utiliser un outil de coupe de câble traditionnel.

Les mesures des caractéristiques de polarisation de l'antenne ont montré que l'antenne avait une polarisation linéaire. Les mesures prises sur l'antenne indiquent que l'antenne est exempte d'effets d'antenne d'alimentation.

Application de l'invention

L'invention peut être utilisée comme antenne indépendante, comme éléments d'antennes plus complexes, comme éléments rayonnants de réseaux d'antennes, comme sources d'antennes à miroir et à lentille.

L'antenne peut être utilisée soit comme antenne indépendante, soit comme élément d'un réseau d'antennes linéaires.

L'antenne dipôle à large bande proposée s'avère utile dans tous les cas où une antenne à fente indépendante ou un élément rayonnant (récepteur) d'un dispositif d'antenne ou d'un système d'antenne plus complexe est requis, d'où de faibles pertes dans le chargeur, un rendement d'antenne élevé, et un faible niveau de rayonnement à polarisation croisée sont nécessaires.

RÉCLAMER

1. Antenne cylindrique à fente contenant un corps cylindrique conducteur dans lequel est réalisée une fente longitudinale à premier et deuxième bords et une alimentation, caractérisée en ce qu'elle contient une première pince fixée au premier bord de la fente pour former un contact galvanique, une deuxième pince fixée au deuxième bord de la fente avec formation d'un contact galvanique, le cylindre correspondant et la section de câble correspondante, le cylindre correspondant est fixé sur le deuxième bord de la fente et posé à travers la deuxième pince, la section de câble correspondante est installé sur le deuxième bord de la fente et posé à travers le cylindre correspondant, l'alimentateur est fixé sur la surface du cylindre le long d'une droite diamétralement opposée à l'axe longitudinal de la fente, avec un coude vers la fente au voisinage du point de excitation de la fente et pose à travers la première pince avec formation d'un contact galvanique par le conducteur externe du départ avec la première pince, le conducteur central du départ est connecté galvaniquement au conducteur central du tronçon de câble correspondant.

2. Antenne cylindrique à fente selon la revendication 1, caractérisée en ce que le cylindre assorti est réalisé sous la forme d'un cylindre conducteur circulaire.

UDC 621.396.677.71

DOI : 10.14529/ctcr150203

ANTENNE CYLINDRIQUE À FENTE

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

Université d'État de l'Oural du Sud, Tcheliabinsk

Une antenne cylindrique fendue avec un dispositif original d'adaptation au chargeur est présentée. L'antenne est réalisée sous la forme d'une fente longitudinale sur un tube métallique d'un diamètre bien inférieur à la longueur d'onde ; la longueur de la fente est inférieure à la longueur d'onde dans l'espace libre. Les paramètres de l'antenne ont été trouvés à l'aide d'une méthode numérique dans une formulation électrodynamique stricte du problème. Parallèlement, la conception du dispositif d'adaptation est prise en compte dans le modèle électrodynamique de l'antenne. Les résultats théoriques dans la gamme de fréquences de fonctionnement sont en bon accord quantitatif avec les résultats expérimentaux obtenus sur des prototypes d'antennes. Le procédé et le dispositif proposés dans l'article permettent de coordonner simplement et commodément l'antenne avec le chargeur.

Mots clés : antenne à fente, bande d'adaptation, SWR.

Introduction

L'antenne cylindrique à fente a été proposée pour la première fois en 1938 par Alan D. Blumlein pour être utilisée dans la radiodiffusion télévisuelle dans la gamme des ondes ultracourtes avec une polarisation horizontale et un diagramme de rayonnement circulaire (RP) dans le plan horizontal. Les antennes à fente ne perturbent pas l'aérodynamique des objets sur lesquels elles sont installées, ce qui a ensuite déterminé leur utilisation généralisée sur les sous-marins, les avions, les missiles et autres objets en mouvement. Les antennes à fentes sont également largement utilisées comme antennes terrestres.

Dans l'antenne A. D. Blumlein, une fente est découpée sur toute la longueur d'un tube cylindrique vertical demi-onde. Pour régler l'antenne en accord avec le chargeur, un dispositif de réglage de la largeur de fente est utilisé, ce qui n'est pas pratique pour une utilisation pratique.

A. On connaît une antenne cylindrique à fente Alford, contenant un tuyau métallique avec une fente longitudinale continue, un court-circuit à une extrémité de la fente et un dispositif pour exciter l'antenne à l'autre extrémité de la fente. Le diamètre du tuyau est de 0,12X...0,15X, où X est la longueur d'onde dans l'espace libre. Dans cette antenne, l'espace est comblé par les surfaces extérieure et intérieure du tuyau. L'antenne, en raison du diamètre relativement petit du tuyau par rapport à la longueur d'onde, représente une réactance inductive. Une autre conséquence du shunt d'espacement est une augmentation de la vitesse de phase par rapport à la longueur d'onde en espace libre ; plus le diamètre du tuyau est petit. La longueur de la fente est donc choisie égale à plusieurs longueurs d’onde en espace libre.

On connaît une antenne à fente cylindrique pour émettre des ondes haute fréquence polarisées horizontalement, contenant un cylindre conducteur à fente longitudinale, court-circuité aux deux extrémités du cylindre, excité par un câble coaxial dont le conducteur extérieur est relié galvaniquement au premier bord de la fente, et le conducteur central est connecté galvaniquement au deuxième bord de la fente.

Un inconvénient commun de ces antennes est qu’elles ne disposent pas de dispositifs suffisamment simples pour s’adapter au chargeur. De ce fait, le processus de réglage de l'antenne en coordination avec le chargeur à une fréquence de fonctionnement donnée devient plus compliqué.

Le but du travail est de développer une antenne à fente cylindrique avec un dispositif simple d'adaptation au feeder. La longueur de l'antenne ne doit pas dépasser une longueur d'onde dans l'espace libre. Le dispositif d'adaptation devrait être pratique lors du réglage d'une antenne à fente cylindrique en s'adaptant à la bande de fréquences de fonctionnement.

Pour atteindre cet objectif, des expériences numériques et grandeur nature ont été réalisées.

1. Énoncé du problème

Il existe une option connue pour exciter une antenne à fente à l'aide d'un câble coaxial, dans laquelle le conducteur externe du câble coaxial est connecté galvaniquement à un bord large de la fente, et le conducteur central est connecté galvaniquement au bord large opposé de la fente. Dans la zone de l'espace, la gaine et le conducteur extérieur du câble coaxial sont retirés et le conducteur central du diélectrique est posé sur l'espace. Si le diamètre du tuyau est relativement grand, alors l'adaptation au câble avec cette méthode d'excitation de la fente est obtenue en choisissant la distance I du point d'excitation au bord étroit de la fente. Avec un diamètre de tuyau relativement petit, cette méthode n'atteint pas l'objectif souhaité.

Il existe une autre option connue pour exciter une antenne à fente en utilisant comme dispositif d'adaptation une section ouverte d'une ligne de transmission coaxiale à l'extrémité, qui s'est avérée efficace lorsque la fente est réalisée sur une bande métallique.

Il est nécessaire d'étudier le comportement d'adaptation de l'antenne avec le chargeur pour les méthodes mentionnées d'excitation d'une antenne à fente cylindrique, à condition que le diamètre du tuyau dans lequel la fente est réalisée soit bien inférieur à la longueur d'onde.

2. Méthodes pour résoudre le problème

2.1. Méthode théorique

Pour une antenne à fente sur un cylindre de longueur finie, une expérience numérique a été réalisée dans une formulation rigoureuse utilisant une méthode espace-temps directe pour résoudre les équations de Maxwell sous forme intégrale. La méthode du temps direct résout le problème électrodynamique des valeurs limites généralisé à l’espace à quatre dimensions. Le problème des valeurs limites formulé pour un continuum continu est réduit aux modèles variationnels et à grille de projection. Cela prend en compte la conception réelle de l'excitatrice et du dispositif d'adaptation. La structure électrodynamique est affectée par une courte impulsion vidéo, qui excite presque tous les types possibles d'oscillations naturelles de l'objet étudié, ce qui rend la réaction observée déroulée dans le temps très informative.

2.2. Méthode expérimentale

Pour mener des études expérimentales, trois maquettes d'antenne à fente cylindrique ont été réalisées. De plus, dans les trois modèles, la longueur de la fente était la même, égale à 0,888 longueur d’onde dans l’espace libre.

Dans le premier prototype, l'antenne est excitée par un câble coaxial dont la tresse est reliée galvaniquement à un bord de la fente, et son conducteur central est relié galvaniquement à l'autre bord de la fente.

Dans le deuxième prototype, l'antenne est excitée par un câble coaxial dont la tresse est reliée galvaniquement à un bord de la fente, et son conducteur central est relié au conducteur central du tronçon de câble correspondant situé sur le deuxième bord de la fente. fente. La tresse du tronçon de câble correspondant est reliée galvaniquement au deuxième bord de la fente.

Dans le troisième schéma, l'antenne est excitée par un câble coaxial dont la tresse est connectée galvaniquement à un bord de la fente, et son conducteur central est connecté au conducteur central de la section correspondante du câble, qui est posée à travers un cylindre correspondant relié galvaniquement au deuxième bord de la fente. Dans ce cas, la tresse de la section de câble correspondante n'est reliée galvaniquement à rien.

Les mesures des paramètres d'une antenne à fente cylindrique ont été effectuées conformément au diagramme illustré à la Fig. 1, en utilisant le compteur de coefficient de transmission et de réflexion complexe OZOR-YUZ conformément à son mode d'emploi. Étalonnage de l'appareil avec mesures d'étalonnage - régime de ralenti « XX », court-circuit « Court-circuit », charge adaptée « Charge ». ont été réalisés avec la connexion des étalons d'étalonnage au câble de mesure via la transition E2-113/4.

Riz. 1. Schéma de mesure des paramètres d'une antenne à fente cylindrique

A l'aide d'un compteur de coefficients complexes de transmission et de réflexion, -SWR, les parties réelles et imaginaires de la résistance complexe sont mesurées dans la section correspondant à la connexion du câble de mesure avec le câble d'antenne, qui est désignée ci-dessous comme section T2T2.

Les mesures ont été effectuées sur un site d'antenne sans objets réfléchissants à une distance allant jusqu'à 5 m. L'antenne à fente a été installée verticalement avec la partie inférieure de son cylindre appuyée sur un support en bois fixé au trépied de mesure. La hauteur d'installation de l'antenne à fente (la partie inférieure de son cylindre) par rapport à la surface du site d'essai était d'au moins 1,7 m.

De la théorie d'une ligne de transmission de longueur finie (Fig. 2), on sait que la résistance équivalente totale

ligne de transmission Zg

dans la rubrique T2T2,

appliqué à distance / de la charge avec résistance, est déterminé par la formule suivante : 2н + iZвtg (р/)

Zв + йнЧ (р/) "

Riz. 2. Ligne de transmission de longueur finie

Ici 2b est l'impédance caractéristique de la ligne de transmission ; P - coefficient de phase ; Zn - résistance à la charge ; Zg - résistance interne du générateur ; / est la distance entre la charge et la section en question dans la ligne de transport.

Dans les expériences, le rôle d'un morceau de câble de longueur / est joué par le câble d'antenne, le rôle d'un morceau de câble entre les tronçons T2T2 et TT est joué par le câble de mesure.

Lorsque mesuré selon le diagramme de la Fig. 2, le compteur de coefficient de transmission complexe affiche les valeurs des parties réelles et imaginaires de l'impédance d'entrée de l'antenne, transformées en entrée du câble d'antenne, c'est-à-dire 2(/) .

Afin de trouver la résistance directement à l'entrée de l'antenne (sans l'influence de la transformation de résistance par le câble de mesure), nous l'exprimons à partir de la formule (1), en supposant que nous connaissons 2 (/).

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

Zв - iZ (/) ^ (р/)s

Les résultats de mesure donnés ci-dessous sont recalculés à l'aide de cette formule.

3. Résultats obtenus

3.1. Option excitation d'antenne avec contact galvanique du conducteur central du câble coaxial avec le bord de la fente

Pour mener des expériences à grande échelle, le premier prototype d'antenne à fente cylindrique a été réalisé (Fig. 3).

Le modèle d'antenne 1 contient un boîtier 2 avec une fente longitudinale 3 et un câble coaxial 6. Le boîtier 2 est constitué d'un morceau de tuyau cylindrique en aluminium d'une longueur de 1DA, d'un diamètre extérieur de 0D4A et d'une épaisseur de paroi de 0,0044. ^. La fente longitudinale 3 avec les premier 4 et deuxième 5 bords a une longueur de 0,888^ et une largeur de 0,033^. La longueur du câble coaxial 6 RK-50-2-11 est de 640 mm, soit la moitié de la longueur d'onde du câble à une fréquence de fonctionnement de 332 MHz.

Le conducteur extérieur du câble coaxial est fixé au premier bord de la fente pour former un contact galvanique avec le corps de l'antenne. Dans la zone de la fente, la gaine et le conducteur extérieur du câble coaxial sont retirés ; le conducteur central est connecté galvaniquement au deuxième bord de la fente.

Le câble est fixé à la surface du cylindre selon une ligne droite, diamétralement opposée à l'axe longitudinal de la fente, avec un coude vers la fente en un point opposé au point d'excitation de la fente. Les dépendances des parties réelles et imaginaires de la résistance d'entrée de l'antenne obtenues en recalculant les résultats expérimentaux à l'aide de la formule (2) sont représentées sur la Fig. 4 et 5, respectivement.

Riz. 3. Disposition d'une antenne à fente cylindrique

Expérimental * Théorique

Fréquence, MHz

Expérience Géologique Youkaya

Fréquence. MHz

Riz. 4. Dépendance de la partie réelle de l'impédance d'entrée de l'antenne sur la fréquence : a - dans la plage de fréquences de fonctionnement ; b - dans une large gamme de fréquences

Riz. 5. Dépendance de la partie imaginaire de la résistance d'entrée à la fréquence : a - dans la plage de fréquence de fonctionnement ; b - dans une large gamme de fréquences

La dépendance du ROS à la fréquence sur une large gamme de fréquences d'antenne est illustrée à la Fig. 6.

Expérience * * Théorique

300 400 500 600 700 800 900 1000

Fréquence, MHz

Riz. 6. Dépendance du SWR à la fréquence sur une large gamme de fréquences

De l'examen des graphiques présentés dans la Fig. 5, on peut voir que la partie imaginaire de la résistance d'entrée de l'antenne dans une large plage de fréquences prend des valeurs positives, c'est-à-dire qu'elle est inductive. Par conséquent, pour compenser la composante inductive de l’impédance d’entrée de l’antenne, il est nécessaire d’utiliser un dispositif d’adaptation de type capacitif. Dans le deuxième prototype, nous utiliserons comme dispositif d'adaptation un segment ouvert d'une ligne de transmission coaxiale d'une longueur inférieure au quart de la longueur d'onde. La résistance d'entrée d'un tel segment est capacitive. De ce fait, un tel dispositif d'adaptation compense la partie inductive de l'impédance d'entrée de l'antenne à fente cylindrique.

3.2. Option d'excitation d'antenne utilisant une section de câble adaptée

Ainsi, dans la deuxième version de l'excitation de l'antenne, une section d'une ligne de transmission coaxiale ouverte à l'extrémité, inférieure au quart de la longueur d'onde, est utilisée comme dispositif d'adaptation (Fig. 7).

Comme on le sait, l'impédance d'entrée d'un segment de ligne de transmission ouvert à son extrémité et d'une longueur inférieure au quart de la longueur d'onde est capacitive. Grâce à l'inclusion séquentielle d'un tel dispositif d'adaptation à la fréquence de fonctionnement, la partie inductive de l'impédance d'entrée de l'antenne est compensée.

Dans le deuxième prototype d'antenne à fente cylindrique, une section de ligne de transmission coaxiale 7 est utilisée comme dispositif d'adaptation, tout comme les auteurs l'ont utilisé dans une antenne à fente de tourniquet à large bande avec un diagramme de rayonnement circulaire avec polarisation horizontale du champ de rayonnement. Un segment correspondant d'une longueur de 0,028X, où X est la longueur d'onde à la fréquence moyenne de la plage de fréquences de fonctionnement, est placé sur le deuxième bord de la fente pour former un contact galvanique entre le conducteur extérieur du segment de câble et le tuyau. . Le conducteur central du câble d'antenne est relié galvaniquement au conducteur central du tronçon de câble correspondant. La longueur du câble d'antenne est de 640 mm.

Comme dans le premier schéma, le câble est fixé à la surface du cylindre selon une ligne droite, diamétralement opposée à l'axe longitudinal de la fente, avec un coude vers la fente au voisinage du point d'excitation de la fente.

Le graphique de la dépendance de la partie réelle de la résistance d'entrée à la fréquence (Fig. 8) montre que dans la plage de fréquences 330-450 MHz, la valeur de la partie réelle est égale à (50 ± 10) Ohms. La partie imaginaire de la résistance d'entrée dans cette plage augmente de -50 à +120 Ohm à une fréquence de 332 MHz, la valeur de la partie imaginaire de la résistance d'entrée est nulle (Fig. 9). En figue. La figure 10 montre la dépendance du ROS à la fréquence sur une large gamme de fréquences d'antenne.

Riz. 7. Antenne à fente cylindrique

Expérience théorique

" G " 1 " -1- je

Expérience théorique

1 ■ ■ ■ -,- -

Fréquence. MHz

Fréquence, MHz

Riz. 8. Dépendance de la partie réelle de l'impédance d'entrée de l'antenne sur la fréquence : a - dans la plage de fréquences de fonctionnement ; b - dans une large gamme de fréquences

Okciicj "Gsors HIMCHT et chesk

Expérience théorique

Fréquence, MHz

Fréquence, MHz

Riz. 9. Dépendance de la partie imaginaire de la résistance d'entrée de l'antenne à la fréquence : a - dans la plage de fréquences de fonctionnement ; b - dans une large gamme de fréquences

Expérience * Théorique

s 1 1 s « s

Fréquence. MHz

Riz. 10. Dépendance du SWR à la fréquence dans la plage de fréquences de fonctionnement

Les résultats d'une étude numérique de la dépendance de la fréquence de résonance de l'antenne sur la longueur de la section de câble correspondante sont présentés sur la Fig. onze.

A la fréquence de résonance, la partie imaginaire de l'impédance d'entrée de l'antenne est nulle, tandis que le ROS prend une valeur minimale. Comme il ressort de l’examen des graphiques de la Fig. 11, à mesure que la longueur de la section de câble correspondante augmente, le minimum de SWR se déplace vers la région des basses fréquences. Lorsque la longueur de la section de câble correspondante change de 3 mm, la fréquence de résonance se déplace de 3,5 MHz, c'est-à-dire que lorsque la longueur de la section de câble correspondante change de 1 mm, le point se déplace

la fréquence de résonance est d'environ 1,2 MHz. Par conséquent, lors du réglage précis de l'antenne sur la fréquence de fonctionnement, il est nécessaire de modifier la longueur de la section de câble correspondante par fractions de millimètre. La nécessité de sélectionner la longueur du segment de câble correspondant avec une précision de quelques fractions de millimètre complique le processus de réglage de l'antenne.

Ek "-Te spsriment hérétique

Fréquence, MHz

Riz. 11. Dépendance du SWR de l'antenne sur la fréquence à différentes longueurs du segment d'adaptation :

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

3.3. Option d'excitation d'antenne utilisant une section de câble adaptée et un cylindre adapté

Afin d'effectuer un réglage plus pratique de l'antenne par accord, un dispositif supplémentaire a été introduit dans l'antenne sous la forme d'un cylindre tubulaire court, ci-après appelé cylindre d'adaptation (Fig. 12, 13). Un cylindre correspondant d'une longueur de 0,011^ et d'un diamètre de 0,0044^ est situé sur le tuyau à proximité du deuxième bord pour former un contact galvanique avec le tuyau. La section de câble correspondante est posée à l'intérieur du cylindre correspondant. Le conducteur central du câble d'antenne est relié galvaniquement au conducteur central du tronçon de câble correspondant. En figue. 12 cette liaison est classiquement représentée sous la forme d'une liaison mécanique par torsion des conducteurs centraux. Dans un tracé réel, la section de câble correspondante est une continuation naturelle du câble d'excitation, sur lequel la gaine et le conducteur extérieur ont été retirés au niveau des fentes. Pour assurer une plus grande surface de contact galvanique avec le tuyau, le câble est fixé au tuyau à l'aide de raccords avec un trou cylindrique et une surface cylindrique adjacente au tuyau.

L'idée d'inclure un cylindre correspondant dans le dispositif correspondant est la suivante. La surface intérieure du cylindre d'adaptation et la surface extérieure du conducteur extérieur de la section de câble d'adaptation forment un condensateur cylindrique. (Entre les plaques de ce condensateur se trouve la coque diélectrique du câble coaxial). Ce condensateur formé en plus est connecté en série avec le condensateur formé par la section de câble correspondante. Comme on le sait, deux condensateurs connectés en série ont une capacité inférieure à la plus petite capacité des condensateurs connectés.

fossé La longueur du cylindre d'adaptation doit être choisie de manière à ce que le condensateur résultant ait une capacité proche de la capacité requise pour l'adaptation. Ensuite, le réglage de l'antenne par accord peut être effectué en modifiant la capacité d'une grande taille. Autrement dit, en tant que section de câble correspondante, vous pouvez sélectionner une section de câble relativement longue et l'ajuster en la coupant. Il s'avère que les parties coupées du câble auront une longueur relativement importante. Cette circonstance rend le réglage de l'antenne plus pratique.

Riz. 12. Modèle d'antenne à fente cylindrique avec un cylindre assorti et une section de câble correspondante : 1 - tuyau ; 2 - section de câble correspondante ; 3 - cylindre assorti ;

4 - emplacement ; 5 - mangeoire

Riz. 13. Section A-A du dispositif d'adaptation de la Fig. 12 : 1 - cylindre correspondant ; 2 - gaine du câble ; 3 - conducteur extérieur du câble coaxial ; 4 - diélectrique; 5 - conducteur central du câble coaxial ; 6 - paroi de tuyau

Longueur du segment correspondant 32 mm - "- Expérience - Théorique Longueur du segment correspondant 28 mm - Expérience " - Théorique Longueur du segment correspondant 26 mm --- Expérience - Théorique

\ V Y\ V\ y\ V\ \\ u V V et \\ 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

Fréquence, MHz

Riz. 14. Dépendance du ROS de l'antenne sur la fréquence à différentes longueurs du segment correspondant

En figue. La figure 14 montre les dépendances calculées du SWR sur la fréquence pour différentes valeurs de la longueur du segment correspondant avec une longueur et un diamètre constants du cylindre correspondant.

Le modèle électrodynamique de l'antenne prend en compte tous les éléments structurels, y compris les couplages. À mesure que la longueur du segment correspondant augmente, le SWR minimum se déplace vers la région des basses fréquences. Lorsque la longueur du segment correspondant change de 4 mm, la fréquence de résonance se déplace de 2 MHz, c'est-à-dire que lorsque la longueur du segment correspondant change de 1 mm, la fréquence de résonance se déplace de 0,5 MHz. Ainsi, avec l'introduction d'un cylindre d'adaptation dans la conception de l'antenne, le réglage de l'antenne sur une fréquence donnée s'avère plus pratique.

4. Discussion des résultats

Ainsi, nous avons considéré une antenne cylindrique à fente réalisée sur un tuyau métallique d'un diamètre bien inférieur à la longueur d'onde. Le tuyau a une longueur supérieure à la longueur d'onde et la longueur de la fente a une longueur inférieure à une longueur d'onde dans l'espace libre, de sorte que la fente est raccourcie.

des deux côtés.

L'impédance d'entrée d'une telle antenne, lorsqu'elle est excitée au centre par un câble coaxial de telle sorte que son conducteur extérieur ait un contact galvanique avec un bord de la fente, et que le conducteur central ait un contact galvanique avec l'autre bord de la fente, a une grande composante inductive. En conséquence, l'antenne est mal adaptée au chargeur. En décalant le point d'excitation le long du bord large de la fente, il n'est pas possible de faire correspondre l'antenne avec le chargeur.

En connectant séquentiellement une courte section de câble d'adaptation, il est possible de compenser la composante réactive (inductive) de l'impédance d'entrée de l'antenne à une fréquence et ainsi d'obtenir une adaptation idéale à une fréquence de fonctionnement. Cependant, cela révèle une plus grande importance pour la longueur de la section de câble correspondante.

L'introduction d'un cylindre adapté dans la conception rend plus pratique le réglage de l'antenne sur la fréquence de fonctionnement. Cette commodité réside dans le fait que pour décaler la fréquence de résonance d'une certaine quantité, il est nécessaire de modifier la longueur du câble d'adaptation d'une quantité plus importante par rapport à la quantité requise en son absence.

Le procédé et le dispositif proposés permettent d'adapter facilement une antenne à un dispositif d'alimentation dans lequel le diamètre du tuyau est bien inférieur à la longueur d'onde, et la longueur de la fente est inférieure à la longueur d'onde.

Comme il ressort de l’examen des graphiques de la Fig. 8-10, 14 dans la gamme de fréquences de fonctionnement de l'antenne (330...334 MHz), il existe un bon accord quantitatif entre les résultats calculés et expérimentaux. Les dépendances calculées et expérimentales sur la fréquence des parties réelles et imaginaires de la résistance d'entrée et du SWR coïncident les unes avec les autres avec une précision graphique. En dehors de la plage de fonctionnement (à f< 328 МГц и при f >332 MHz), il existe une différence notable entre les résultats calculés et expérimentaux. Cette différence peut s'expliquer par le fait que le câble d'antenne dans les expériences se manifeste comme un résonateur traversant formé par une section de la ligne de transmission, proportionnelle à la longueur d'onde, chargée à une extrémité sur l'impédance d'entrée de l'antenne, et à l'autre extrémité - sur la résistance formée par l'inhomogénéité sous la forme d'une transition d'un type de câble à un autre type de câble via des connecteurs radiofréquence. L'hétérogénéité mentionnée résulte du fait que chacun des câbles a une impédance caractéristique qui diffère d'une certaine valeur de 50 Ohms. De plus, les connecteurs RF ne sont pas parfaitement adaptés. Une erreur supplémentaire est introduite dans les résultats de mesure car lors de l'étalonnage de l'appareil « 0bzor-103 », une transition supplémentaire est utilisée du connecteur RTS vers le connecteur « Expertise ». Les propriétés résonantes d'un résonateur pass-through apparaissent sous la forme d'un composant oscillant sur des graphiques de la dépendance des parties réelles et imaginaires de l'impédance d'entrée de l'antenne à la fréquence. A proximité de la fréquence de fonctionnement à laquelle une adaptation idéale peut être obtenue, l'influence du résonateur pass-through est éliminée.

Conclusion

Ainsi, des études théoriques et expérimentales ont été réalisées sur trois options d'antenne à fente cylindrique avec trois options de dispositifs d'excitation :

Avec un dispositif d'excitation connu (sans utilisation de dispositifs adaptés) ;

Avec un dispositif d'excitation utilisant des dispositifs d'adaptation de l'antenne avec le chargeur sous la forme d'un petit morceau de câble ouvert à son extrémité ;

Avec un dispositif d'excitation utilisant un dispositif d'adaptation original, qui comprend une section correspondante de câble coaxial et un cylindre correspondant.

De plus, dans les trois options, le diamètre du tuyau est bien inférieur à la longueur d'onde et la longueur de l'antenne ne dépasse pas une longueur d'onde dans l'espace libre. Le dispositif d'adaptation original permet une adaptation et un réglage simples et pratiques d'une antenne à fente cylindrique à la fréquence de fonctionnement. Les résultats théoriques et expérimentaux dans la gamme de fréquences de fonctionnement sont en bon accord quantitatif.

Les travaux ont été réalisés avec le soutien financier du ministère de l'Éducation et des Sciences de la Fédération de Russie dans le cadre du projet complexe « Création d'une production de haute technologie d'antennes et de modules matériels pour un complexe de balises radio bi-fréquence pour un compteur. -système d'atterrissage en bande au format ILSIII de la catégorie OACI pour les aérodromes de l'aviation civile, y compris les aérodromes à fort enneigement et à terrain difficile" en vertu de l'accord n° 02.G25.31.0046 entre le ministère de l'Éducation et des Sciences de la Fédération de Russie. et la société par actions ouverte "Chelyabinsk Radio Plant "Polyot" en coopération avec le principal entrepreneur de R&D - l'établissement d'enseignement budgétaire de l'État fédéral d'enseignement professionnel supérieur "Université d'État de l'Oural du Sud" (université nationale de recherche).

Littérature/Références

1. Brevet britannique n° 515684. Conducteurs électriques HF.

2. Voytovich N.I., Klygach D.S., Repin N.N. Antenne de tourniquet à fente. 7e Conférence européenne sur les antennes et la propagation (EuCAP - 2013), 8-12 avril 2013, Göteborg, Suède, 2013, p. 1208-1212.

3. Alford A. Antennes à fentes longues. Proc. de la National Electronics Conference, Chicago, IL, 3-5 octobre 1946, p.143.

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

5. Voytovich N.I., Klygach D.S., Repin N.N. Antenne Turnstyle à fente. 2013 7e Conférence européenne sur les antennes et la propagation (EuCAP), IEEE Xplore, pp. 1209-1212.

6. Weiland T. Une méthode de discrétisation pour la solution des équations de Maxwell pour les champs à six composantes de l'électronique et de la communication, (AEU), 1977, vol. 31, pp.

7. Pimenov A.D. Électrodynamique technique. M. : Radio et communication, 2005. 483 p.

Klygach Denis Sergueïevitch, Ph.D. technologie. Sciences, Université d'État de l'Oural du Sud, Chelyabinsk ; [email protégé].

Dumchev Vladimir Anatolyevich, ingénieur, Université d'État de l'Oural du Sud, Chelyabinsk ; [email protégé].

Repin Nikolay Nikolaevich, ingénieur, Université d'État de l'Oural du Sud, Chelyabinsk ; [email protégé].

Voitovich Nikolai Ivanovich, docteur en ingénierie. Sciences, Université d'État de l'Oural du Sud, Chelyabinsk ; [email protégé].

DOI : 10.14529/ctcr150203

UNE ANTENNE CYLINDRIQUE FENTE

D.S. Klygach, Université d'État de l'Oural du Sud, Chelyabinsk, Fédération de Russie, [email protégé], V.A. Dumchev, Université d'État de l'Oural du Sud, Chelyabinsk, Fédération de Russie, Vladimir. [email protégé],

N.N. Repin, Université d'État de l'Oural du Sud, Chelyabinsk, Fédération de Russie, [email protégé],

N.I. Voytovich, Université d'État de l'Oural du Sud, Chelyabinsk, Fédération de Russie, [email protégé]

Une antenne cylindrique à fentes avec le dispositif d'adaptation d'origine est présentée dans l'article. Une antenne cylindrique à fentes est réalisée en forme de fente longitudinale à base d'un tube métallique dont le diamètre est bien inférieur à la longueur d'onde. La longueur de la fente est bien inférieure à la longueur d'onde dans

espace libre. Les paramètres de l'antenne sont trouvés par méthode numérique dans la formulation électrodynamique stricte du problème. A cet effet, la construction du dispositif d'adaptation est prise en compte dans le modèle électrodynamique de l'antenne. Les résultats théoriques obtenus dans la bande passante de l'antenne examinée démontrent une bonne correspondance quantitative avec les résultats expérimentaux. La méthode et le dispositif d'appariement original suggérés dans l'article se caractérisent par la simplicité de l'appariement de l'antenne avec un chargeur.

Mots clés : antenne à fente, diagramme, bande passante, VSWR.

DESCRIPTION BIBLIOGRAPHIQUE DE L'ARTICLE

RÉFÉRENCE À L'ARTICLE

Antenne à fente cylindrique / D.S. Kligach,

B.A. Dumchev, N.N. Repin, N.I. Voitovitch // Bulletin de SUSU. Série « Technologies informatiques, contrôle, radioélectronique ». - 2015. - T. 15, n° 2. -

p. 21-31. DOI : 10.14529/ctcr150203

Klygach D.S., Dumchev V.A., Repin N.N., Voytovich N.I. Une antenne cylindrique à fente. Bulletin de l'Université d'État de l'Oural du Sud. Ser. Technologies informatiques, contrôle automatique, radioélectronique, 2015, vol. 15, non. 2, p. 21-31. (en russe.) DOI : 10.14529/ctcr150203

une section quart d'onde court-circuitée d'une ligne à deux fils est formée. Ayant une résistance d'entrée élevée, il ne permet pas aux courants de se diriger vers la coque extérieure du chargeur. La résistance entre les points « a » et « b » étant élevée, les bras du vibrateur à la fréquence de rayonnement sont électriquement isolés, malgré la connexion galvanique entre eux. Les bords des fentes sont généralement élargis pour assurer l'adaptation de l'impédance d'onde du chargeur avec l'impédance d'entrée du vibrateur.

			/2					Coude en U (Fig. 3.20). Ce
								incurvé	chargeur coaxial
								longueur λ /2,	au programme interne
								dont l'eau est raccordée
								épaules vibrateur. Externe
								le plateau d'alimentation pour nourrir les épaules n'est pas
								utilisé et mis à la terre. Sur le-
								tensions et courants aux points "a" et
			/2					"b" sont de taille égale et opposés
								sont en phase opposée, selon les besoins
								disponible pour symétrique
alimentation aérienne. Sauf							symétrie		Le genou en U réduit

l'impédance d'entrée du vibrateur est de 4 fois. A cet égard, il est pratique de l'utiliser pour alimenter le vibrateur à boucle Pistelkors, dont l'impédance d'entrée est de 300 Ohms, avec une alimentation standard avec ρ f = 75 Ohms.

3. 2. Antennes à fentes

3.2.1. Types d'antennes à fentes. Caractéristiques de leur conception

Une antenne à fente est une fente étroite découpée dans la surface métallique d'un écran, d'une coque de résonateur ou d'un guide d'ondes. Largeur de fente d<<λ , длина обычно близка к половине волны. Щели прорезаются так, чтобы они пересекали линии поверхностного тока, текущего по внутренней стенке волновода или резонатора (рис. 3.21). Возможны различные положения щелей (см. рис. 3.21): поперечная (1), продольная (2), наклонная (3), и разнообразные их формы: прямолинейные, уголковые, гантельные, крестообразные (рис. 3.22).

Un courant de surface haute fréquence, traversant l'espace, induit des charges (tension) alternatives le long de ses bords et sur le côté inverse (extérieur).

Ce n’est pas la surface que les courants excitent. Le champ électrique dans l'espace et les courants à la surface sont des sources de rayonnement et se forment dans l'espace.

		Champ électromagnétique.
			Le plus simple
		sont
		de différentes tailles avec une fente,
		fente de résonateur
		et fente de guide d'ondes
			Excitation
		fentes demi-onde dans l'ex-
			effectué dans
		mètre		gamme
		en utilisant symétrique
		ligne à deux fils, et

et au décimètre - en utilisant une ligne de transmission coaxiale. Dans ce cas, le conducteur extérieur est connecté à un bord de la fente et le conducteur intérieur est connecté à l'autre. Pour faire correspondre la ligne de transmission avec l'antenne, le point d'alimentation est décalé du milieu de la fente vers son bord. Une telle antenne peut rayonner dans les deux hémisphères. Dans la plage centimétrique et la partie adjacente de la plage décimétrique, des antennes à résonateur et à fente de guide d'ondes sont utilisées (voir Fig. 3.21, 3.22). Dans les guides d'ondes coaxiaux, seules les fentes transversales ou inclinées sont excitées ; dans les guides d'ondes rectangulaires, diverses options de placement des fentes sont possibles (voir Fig. 3.21).

La largeur de la fente affecte les parties actives et réactives de la résistance d'entrée. Les deux composants augmentent avec l'augmentation de la largeur de la fente. Par conséquent, pour compenser Xin, il est nécessaire de réduire la longueur de la fente (la raccourcir). Une augmentation de Rin entraîne une expansion de la bande passante de l'antenne à fente. Généralement, la largeur de fente d est sélectionnée dans la plage (0,03...0,15)λ. Pour étendre davantage la bande passante, des emplacements pour haltères et des conceptions spéciales d'appareils passionnants sont utilisés.

Outre la plage, le choix de la largeur de la fente est influencé par les conditions permettant d'assurer la rigidité électrique. La concentration de charges électriques aux bords de l'espace entraîne des surtensions locales et l'apparition de décharges électriques.

où E ь max est l'intensité du champ électrique au ventre. En prenant E ь max = E μ (tension de claquage, pour air sec E μ = 30 kV/m), on trouve

d min= U ы max/ E pr.

En pratique, on choisit d ≥ K réserve d min, où K réserve =2…4 est le coefficient de réserve

Les fentes de formes plus complexes que les formes rectangulaires peuvent être considérées comme des combinaisons de formes simples. Ils sont utilisés pour produire des ondes électromagnétiques possédant les propriétés de polarisation requises. Par exemple, une fente en forme de croix permet d'obtenir une antenne à polarisation elliptique et circulaire. Le sens de rotation dépend du sens de déplacement de la fente par rapport à l'axe de la paroi large du guide d'onde.

Les antennes à fente se distinguent par leur conception simple, leur grande fiabilité et l'absence de pièces saillantes, ce qui leur permet d'être utilisées dans les systèmes d'antennes d'avion et au sol en tant qu'antennes indépendantes, alimentations pour systèmes d'antennes complexes et éléments de réseaux d'antennes.

3.2.2. Emplacement unique. Le principe de dualité de Pistelkors

Considérons les caractéristiques et les paramètres de l'antenne à fente dite idéale, c'est-à-dire une seule fente découpée dans un écran plat parfaitement conducteur. Le calcul du champ d'une telle antenne à l'aide des équations de l'électrodynamique présente des difficultés importantes. Elle est grandement simplifiée si l'on utilise le principe de dualité formulé par Pistelkors en 1944. Ce principe repose sur la dualité permutationnelle des équations de Maxwell, connue de la théorie du champ électromagnétique. Pour un écart, ces équations ont la forme :

Si l'écran est retiré et la fente est remplacée par un vibrateur plat idéal de mêmes dimensions que la fente (Fig. 3.23), et avec la même répartition de courant que la distribution de tension le long de la fente (équivalent à un vibrateur découpé dans l'écran pour former la fente), puis le champ émis ils bu-

satisfera les équations de Maxwell

rotHr B = iωε 0 EB ,

rotEB = − iωμ 0 H B ,

mais sous d'autres conditions aux limites :

à la place de l'écran - E τ

≠ 0, H τ = 0 ; sur le vibrateur - E τ B = 0, H τ B ≠ 0. (3.29)

En comparant les conditions aux limites de la fente (3.27) et du vibrateur équivalent (3.29), nous pouvons vérifier que les structures du champ électrique à proximité de la fente et du champ magnétique à proximité du vibrateur coïncident. Les conditions aux limites du vibrateur équivalent sont obtenues à partir des conditions aux limites de la fente en réarrangeant E ↔ H. En tenant compte de ce qui précède, pour le champ complet dans tout l'espace on peut écrire :

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

où C 1 et C 2 sont des coefficients constants.

En pratique, des fentes demi-onde sont généralement utilisées. Dans ce cas, quel que soit le mode d'excitation, l'amplitude du champ électrique dans l'entrefer est maximale au centre et diminue vers les bords, c'est-à-dire correspond à la loi de répartition du courant dans un vibrateur demi-onde. Pour une fente étroite (vibrateur mince), les conditions aux limites, et donc les coefficients constants, peuvent être exprimées par

tension au centre de la fente U 0 et courant au centre du vibrateur I 0 (voir Fig. 3.23) :

	U 0 , H				D'où vient C = 2 U 0 ?

Alors la première expression de (3.31) sera réécrite comme suit :

E =			HB.

Ainsi, le principe de dualité appliqué aux antennes à fente est formulé ainsi : le champ électrique d'une antenne à fente, à facteur constant près, coïncide avec le champ magnétique d'un vibrateur supplémentaire de mêmes dimensions que la fente et de même distribution d'amplitude.

Cela signifie que la FEM de la fente et celle du vibrateur équivalent sont différentes

entre eux uniquement en faisant tourner les vecteurs correspondants E r ы et E B de 90°,

H r sch et H B .

En appliquant le principe de dualité, on peut écrire pour les diagrammes de rayonnement :

F u (θ ) H = F B (θ ) E ;

F u(θ) E = F B (θ) H,

où F sch (θ ) H , F sch (θ ) E - espaces DN normalisés dans les plans H et E correspondant

de manière responsable ; F B (θ ) H , F B (θ ) E sont les modèles normalisés correspondants du vibrateur demi-onde.

Lorsque l'angle θ est mesuré entre la normale et le plan de la fente, le diagramme de rayonnement de la fente demi-onde s'écrira conformément à l'égalité (3.33) sous la forme :

	cos(π sinθ )
F ы(θ ) H =				F ы (θ )E = 1.y				des mesures d'écran existent
					Formulaire DN et leurs sous-
					rectifier
					Avions.

La résistance de la fente, ainsi que du vibrateur, est complexe et dépend de ses dimensions (longueur 2l et largeur d). Les valeurs de Rw in et X w in sont calculées pour différentes valeurs de l/λ et sont données sous forme de graphiques dans la littérature de référence et pédagogique. La composante réactive de l’espace est de nature capacitive. Cependant, l'écart peut également être ajusté en le raccourcissant. La quantité de shortening est calculée à l'aide de la formule :

							ln(2λ π d )

Comme il ressort de (3.35), les fentes plus larges sont raccourcies davantage.

La résistance d'entrée de la fente est liée à la résistance d'entrée du vibrateur qui la complète. Il est plus pratique d’exprimer cette relation en termes de conductivité complexe de l’écart d’entrée :

Z inv.

(60π )2

Ainsi, la conductivité d'entrée de l'espace est déterminée par l'expression

(60π )2

où ρ A = 120 ln

− 0,577

Impédance d'onde de la fente.

π ré

Conductance d'entrée complexe d'une fente demi-onde