Щелевые антенны. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Щелевые антенны - антенны, выполненные в виде узких отверстий (щелей) в плоском или" криволинейном металлич. экране. Щ. а. обычно конструируются таким образом, что излучение происходит только в одно полупространство относительно экрана. В Щ. а. практически отсутствуют выступающие части, поэтому они не нарушают аэро- или гидродинамику объектов, на к-рых установлены, что обусловливает широкое применение их на самолётах, ракетах и др. подвижных объектах.

В метровом и дециметровом диапазонах волн однонаправленное излучение Щ. а., прорезанных в плоском экране, достигается применением резонаторов, закрывающих щель с одной стороны. Щель имеет обычно форму узкого длинного отверстия длиной

где

-длина волны в свободном пространстве. Для увеличения широкопо-лосности щель может быть выполнена в форме гантели. Коаксиальный фидер, соединяющий Щ. а. (в передающем режиме) с генератором, вводится внутрь резонатора, причём центр. проводник присоединяется к одной стороне щели, а внешний (оплетка) -к другой. Возможны также др. способы возбуждения резонаторов; в общем случае необходимо, чтобы щель пересекала линии токов проводимости, протекавших до прорезания щели на стенках резонатора. Эти токи переходят в этом случае в токи смещения, текущие перпендикулярно краям щели; между краями щели создаётся разность потенциалов. Подобная щель вызывает излучение эл--магн. энергии в окружающее пространство, эквивалентное излучению нек-рого "магн. тока", текущего по экрану вдоль щели; по этой причине Щ. а. иногда наз. магн. антенной.

Диаграмму направленности (ДН) и входное сопротивление Щ. а., прорезанных в плоском экране, можно приближённо найти с помощью принципа двойственности, согласно к-рому поле излучения щели при бесконечном экране совпадает (при замене векторов E и H соответственно на H и - E) с полем ленточного вибратора, дополняющего экран до сплошного (ленточный вибратор эквивалентен вибратору цилиндрич. формы, если его радиус в 4 раза меньше ширины щели). Конечность размеров реально HC-пользумых экранов приводит к искажению ДН, особенно в плоскости, перпендикулярной щели.

Для создания направленного излучения в плоскости щели применяются кольцевые щели, прорезанные в плоском экране. Возбуждение такой щели можно осуществить с помощью конич. перехода от коаксиального кабеля; чаще для этой цели используются кольцевые резонаторы. Применяются также кольцевые Щ. а. на цилиндре с коаксиальным резонатором. К Щ. а. относятся многочисл. варианты полосковых и микрополосковых антенн.

В диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн наиб. широко применяются многощелевые антенны, прорезанные обычно в узкой или широкой стенках прямоуг. волновода ,работающего в режиме волны Н₁₀. Для возбуждения щелей, прорезанных в волноводе, необходимо, как и в случае с резонатором, чтобы щели пересекались токами проводимости, текущими на внутр. поверхности стенок волновода. Чаще применяются прямолинейные полуволновые продольные щели на широкой стенке или наклонные на узкой, излучающие поле линейной поляризации. Для получения круговой поляризации поля излучения можно использовать крестообразные щели, прорезанные в широкой стенке прямоуг. волновода на расстоянии четверти её ширины от ср. линии. ДН многощелевых волноводных антенн в плоскости, параллельной оси волновода, обладает направленностью, зависящей от числа щелей; в плоскости, перпендикулярной оси волновода, ДН практически ненаправленная. Коэф. направленного действия примерно равен утроенному числу щелей. Для уменьшения отражений от отд. щелей расстояние d между продольными щелями, располагаемыми в шахматном порядке на широкой стенке, выбирается отличным от

где

-длина волны в волноводе. При наличии на конце волновода поглощающей нагрузки в антенне устанавливается режим бегущей волны (т. н. нерезонансные антенны); при этом максимум ДН отклонён от нормали в ту или иную сторону в зависимости от d. При изменении частоты направление максимума излучения меняется, что позволяет создавать системы с частотным, сканированием. Осн. недостаток нерезонансных антенн связан с проявлением "эффекта нормали" - резкого рассогласования антенны с питающим волноводом на частоте, когда

и максимум излучения должен быть направлен по нормали к антенне. Для формирования максимума излучения по нормали используются резонансные антенны, напр. в виде системы продольных щелей, расположенных в шахматном порядке на расстоянии

волновод в этом случае снабжают на конце короткозамкнутым поршнем.

Щ. а. часто применяются для возбуждения волноводов, объёмных резонаторов, а также в качестве первичных облучателей в сложных антеннах.

Литература по щелевым антеннам

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.