На рисунке 1 показана схема обычного щелевого волновода, который имеет длинную и узкую структуру волновода с щелью посередине.Этот слот можно использовать для передачи электромагнитных волн.
Рисунок 1. Геометрия наиболее распространенных щелевых волноводных антенн.
Запитывается входная антенна (открытая грань Y = 0 в плоскости xz).Дальний конец обычно представляет собой короткое замыкание (металлический корпус).Волновод может возбуждаться коротким диполем (виден на задней стороне щелевой антенны) на странице или другим волноводом.
Чтобы начать анализ антенны, показанной на рисунке 1, давайте посмотрим на модель схемы.Сам волновод действует как линия передачи, а щели в волноводе можно рассматривать как параллельные (параллельные) адмиттансы.Волновод закорочен, поэтому примерная модель схемы показана на рисунке 1:
Рисунок 2. Схема модели щелевой волноводной антенны.
Последний паз находится на расстоянии «d» до конца (который закорочен, как показано на рисунке 2), а элементы паза расположены на расстоянии «L» друг от друга.
Размер канавки будет служить ориентиром для длины волны.Длина волновода — это длина волны внутри волновода.Длина волны волновода ( ) является функцией ширины волновода («a») и длины волны в свободном пространстве.Для доминирующего режима TE01 длины волн наведения составляют:
Расстояние между последней щелью и концом «d» часто выбирается равным четверти длины волны.Теоретическое состояние линии передачи, четвертьволновая линия сопротивления короткого замыкания, передаваемая вниз, является разомкнутой цепью.Таким образом, рисунок 2 сводится к следующему:
изображение 3. Модель щелевой волноводной схемы с использованием четвертьволнового преобразования.
Если параметр «L» выбран равным половине длины волны, то входной омический импеданс рассматривается на расстоянии половины длины волны z Ом.Буква «L» является причиной того, что конструкция имеет длину около половины длины волны.Если волноводно-щелевая антенна сконструирована таким образом, то все щели можно считать параллельными.Следовательно, входной адмиттанс и входное сопротивление массива слотов элементов «N» можно быстро рассчитать как:
Входное сопротивление волновода является функцией импеданса щели.
Обратите внимание, что приведенные выше расчетные параметры действительны только на одной частоте.Поскольку частота зависит от конструкции волновода, производительность антенны будет ухудшаться.В качестве примера частотных характеристик щелевого волновода в S11 будут показаны измерения образца в зависимости от частоты.Волновод рассчитан на работу на частоте 10 ГГц.Он подается на коаксиальный фидер внизу, как показано на рисунке 4.
Рисунок 4. Щелевая волноводная антенна питается по коаксиальному кабелю.
Полученный график S-параметров показан ниже.
ПРИМЕЧАНИЕ. Антенна S11 имеет очень большой провал на частоте около 10 ГГц.Это показывает, что большая часть потребляемой мощности излучается на этой частоте.Полоса пропускания антенны (если она определена как S11 меньше -6 дБ) варьируется от примерно 9,7 ГГц до 10,5 ГГц, что дает дробную полосу пропускания 8%.Обратите внимание, что также имеется резонанс в районе 6,7 и 9,2 ГГц.Ниже 6,5 ГГц, ниже частоты среза волновода, энергия практически не излучается.График S-параметров, показанный выше, дает хорошее представление о том, на что похожи частотные характеристики щелевого волновода.
Трехмерная диаграмма направленности щелевого волновода показана ниже (рассчитана с помощью численного электромагнитного пакета FEKO).Коэффициент усиления этой антенны составляет примерно 17 дБ.
Обратите внимание, что в плоскости XZ (H-плоскость) ширина луча очень узкая (2–5 градусов).В плоскости YZ (или E-плоскости) ширина луча намного больше.
Представление продукта серии волноводных антенн с прорезями:
Время публикации: 05 января 2024 г.
