Сопротивление щелевой антенны на частоте. Щелевые антенны
Знаете ли Вы,
что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.
Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.
Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").
Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.
Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.
Теоретическая часть
1. Назначение и особенности волноводно-щелевых антенн
Волноводно-щелевая антенна (ВЩА) относится к классу линейных (плоских) многоэлементных антенн. Излучающими элементами таких антенн являются щели, прорезаемые в стенках волноводов, объемных резонаторов или металлических основаниях полосковых линий. На практике находят применение ВЩА с неподвижной в пространстве диаграммой направленности (ДН), а также ВЩА с механическим, электромеханическим и электрическим сканированием .
К достоинствам ВЩА можно отнести:
Отсутствие выступающих частей, что позволяет совмещать их излучающую поверхность с внешней поверхностью корпуса летательных аппаратов, не внося при этом дополнительного аэродинамического сопротивления;
Сравнительно несложное возбуждающее устройство и простота в эксплуатации.
Основным недостатком ВЩА является ограниченность диапазонных свойств. При изменении частоты в несканирующей ВЩА луч отклоняется от заданного положения в пространстве, что сопровождается изменением ширины ДН и нарушением согласования антенны с питающим фидером.
2. Основные параметры щели в волноводе
Щель, вырезанная в волноводе, будет возбуждаться, если ее широкая сторона пересекает токи, текущие по внутренним стенкам. При построении ВЩА на основе прямоугольного волновода с основной волной Н 10 необходимо учитывать, что в широкой стенке волновода имеются продольные и поперечные составляющие поверхностного тока, а в узкой стенке – только поперечные. Щели могут быть вырезаны в широкой и узкой стенках волновода.
Рассмотрим щель, расположенную на широкой стенке волновода продольно по отношению к осевой (средней) линии широкой стенки (рис.1).
Такая щель возбуждается поперечной составляющей тока, если она смещена относительно средней линии на расстояние х 1 . При х 1 =0 излучение щели отсутствует. Изменяя величину смещения щели х 1 , можно регулировать интенсивность ее излучения.
При возбуждении щели токами, текущими по внутренним стенкам волновода, происходит излучение электромагнитной энергии как во внешнее пространство, так и в волновод. Для анализа работы щели вводят понятия внешней и внутренней проводимостей щели, определяемых внешним и внутренним излучением щели соответственно. Зная величины данных проводимостей, можно определить резонансную частоту щелей разной длины и проследить ее зависимость от расположения на стенке волновода.
Как известно, щель, прорезанная в волноводе, нарушает режим его работы, вызывая отражение энергии: часть ее излучается, остальная проходит дальше по волноводу. Таким образом, можно считать, что щель служит нагрузкой для волновода, на которой рассеивается часть мощности, эквивалентной мощности излучения. Поэтому для упрощения анализа можно заменить волновод эквивалентной двухпроводной линией, в которую включены нагрузки параллельно или последовательно в зависимости от типа щели (продольная щель эквивалентна параллельному включению, поперечная щель – последовательному).
3. Разновидности ВЩА
По принципу, на котором основана работа ВЩА, различают резонансные и нерезонансные волноводно-щелевые антенны.
В резонансных антеннах расстояние между соседними щелями выбирают равным l В (щели, синфазно связанные с полем волновода) или l В /2 (щели, переменно-фазно связанные с полем волновода), где l В – длина волны в волноводе, и на конце волновода устанавливают короткозамыкающий поршень. Таким образом, резонансные антенны являются синфазными и, следовательно, направление их максимального излучения совпадает с нормалью к продольной оси антенны. Синфазное возбуждение продольных щелей, расположенных по разные стороны относительно средней линии, обеспечивается за счет дополнительного фазового сдвига по фазе на 180°, обусловленного противоположными по направлению токами по обеим сторонам осевой линии широкой стенки волновода.
Резонансную антенну можно хорошо согласовать с питающим фидером в достаточно узкой полосе частот. Действительно, так как каждая щель отдельно не согласована с волноводом, то все отраженные от щелей волны складываются на входе антенны синфазно и коэффициент отражения системы становится большим. Поэтому обычно отказываются от синфазного возбуждения отдельных щелей и выбирают расстояние между ними d¹l В /2.
Характерной особенностью получаемой таким образом нерезонансной волноводно-щелевой антенны (НВЩА) является более широкая полоса частот, в пределах которой имеет место хорошее согласование, так как отдельные отражения при большом числе излучателей почти полностью компенсируются. Однако отличие расстояния между щелями от l В /2 приводит к их несинфазному возбуждению падающей волной и отклонению направления главного максимума излучения от нормали к оси антенны. Для устранения отражения от конца волновода обычно устанавливают оконечную поглощающую нагрузку.
Как было указано выше, НВЩА имеет хорошее согласование с фидером в достаточно широком диапазоне. Исключение составляет случай, когда d»l В /2; при этом отраженные волны складываются в фазе и коэффициент бегущей волны (КБВ) в волноводе резко падает. Подобный характер изменения КБВ при приближении расстояния между щелями к величине l В /2 носит название эффекта нормали.
Недостатком НВЩА являются меньший, чем у резонансных антенн, коэффициент полезного действия (для его увеличения следует повышать интенсивность возбуждения щелей) и не устранимые амплитудные искажения (для их уменьшения следует снижать интенсивность возбуждения щелей). Исходя из этого, интенсивность возбуждения необходимо выбирать из компромиссных соображений.
4. Особенности антенн доплеровского измерения скорости и угла сноса самолета (антенн ДИСС)
Задача по определению истинного местоположения летательного аппарата (ЛА) в пространстве при воздействии на него метеорологических факторов может быть решена, если известны продольная и поперечная составляющие его скорости. Данные величины обычно определяются косвенно путем измерения доплеровских частот. Известно , что радиосигнал частотой f, отраженный от объекта (например, от ЛА), движущегося в пространстве со скоростью V, получает дополнительное приращение по частоте
,
где a - угол между вектором скорости и радиальным направлением на ЛА. Знак доплеровского приращения положительный, если объект движется навстречу источнику радиоизлучения, и отрицательный, если объект удаляется от него.
Антенны ДИСС позволяют, измеряя доплеровские составляющие, определять продольную и поперечную скорости ЛА, и скорость его перемещения в вертикальном направлении. Такие антенны формируют четыре луча так, как показано на рис.2.
 |
Поскольку доплеровские составляющие, вызванные движением ЛА с некоторой скоростью, в передних и задних лучах имеют разный знак, а случайные (помеховые) составляющие в них приблизительно одинаковы, то, вычитая сигналы со второй пары лучей из сигналов первой пары, можно добиться компенсации помехи и, следовательно, повышения точности измерения скорости ЛА.
Антенны доплеровского измерения скорости и угла сноса самолета часто строятся на основе решеток ВЩА. Для защиты от атмосферных осадков и пыли раскрыв антенных решеток закрывают диэлектрической пластиной или помещают всю излучающую систему в радиопрозрачный обтекатель.
антенна волновод щель доплеровский
5. Расчёт ВЩА
5.1 Расчёт широкой стенки волновода
Решим систему уравнений, из которой найдем a и лкр.
а надо выбрать таким чтобы длина волны в волноводе состовляла 0.9 от критической длины волны.
5.2 Расчёт расстояния между щелями d, возьмём цmax=-20 град, d найдём решив уравнение.
в закритическом режиме при их распространении между параллельными металлическими пластинами можно определить расстояние между выступами; d 0 (рис, 5.12), их длину 1{/и толщину - \ - ., \ ^
На рис. 5.13 и 5.14 показаны примеры, конструктивного выполнения волноводно-щелевых нерезонансных
антенн с наклонными щелями на узкой стенке волновода при питании антенны прямоугольным волноводом (рис. 5.13) и с продольными щелями на широкой стенке при питании коаксиальным кабелем (рис. 5.14).
Пример конструктивного выполнения волноводно-ще- левой антенны с электромеханическим качанием луча (со съемной верхней щелевой стенкой) приведен на рис. 5.15. Назначение отдельных элементов антенны указано на том- же рисунке.
На рис. 5.1-6,а показан один из вариантов двумерной волноводно-щелевой антенны [Л 11], состоящей из восьми параллельных алюминиевых волноводов, в каждом из которых прорезано десять гантельных щелей. Гантельные щели по сравнению с обычными прямоугольными обладают большей полосой пропускания [ЛО 9]. Особенностью антенны является то, что четные и нечетные волноводы питаются с разных сторон с помощью делителей мощности и весь раскрыв используется для формирования четырех лучей, схема расположения которых в пространстве показана пунктиром на рис. 5.16,6, Такие антенны применяются, например * в самол ётных допплеров- ских автономных навигационных устройствах, предназначенных для определения скорости и угла сноса самолета.
Набор из нескольких линейных*волноводно-щелевых антенн, расположенных по образующим конической части летательного аппарата (рис. 5.17) / может использоваться для формирования требуемой формы диаграммы направленности [ЛО 7]..
Для защиты.от атмосферных" осадков и пыли раскрыв волноводно-щелевой антенны должен быть закрыт диэлектрической пластиной или же вся излучающая система должна быть помещена в радиопрозрачиый обтекатель. /у.-"-; ;7 ";;>■-■
5.9. Примерный порядок^ расчета волноводно-щелевых
При разработке или проектировании щелевых антенн исходными данными могут быть:
Ширина ДН в двух главных плоскостях или в одной
20q 5 и уровень боковых лепестков;
Коэффициент направленного действия £) 0 ;
Амплитудное:или амплитудно-фазовое распределение по/ антенне и число излучателей N; диапазон частот
Остановимся на порядке расчета для.следующих двух вариантов:
Вариант 1. Задано амплитудное распределение по раскрыву антенны и число излучателей N.
Вариант 2. Задана ширина диаграммы направленности в одной или двух главных плоскостях и уровень бокового излучения.
Вначале выбирается тип волноводно-щелевой антенны. Если задано углово"е положение главного максимума ДН 0 ГЛ \И антенна должна обеспечить работу в полосе частот, выбирают нерезонансную антенну. Если же по заданию на проектирование антенна узкополосная, но должна иметь высокое значение к. п. д. - предпочтительнее резонансная антенна.
Вариант 1. При заданном законе изменения амплитуд по раскрыву антенны первоначально определяется расстояние между излучателями d в выбранном для построения антенны волноводе данного диапазона частот: В резонансной антенне с перёменнофазными щелями В нерезонансной антенне величина d может быть выбрана двояким,образом. Если задано положение главного максимума ДН в пространстве 6 № то по формуле (5.26) находится необходимая величина rf. Если же угол Эгл не задан, то расстояние между излучателями выбирается d^\"k B /2 и притом так, чтобы на крайних- частотах заданного диапазона не было резонансного возбуждения антенны [формула (5.22)]: Далее расчет ведётся в следующем порядке.
Ц С учетом общей эквивалентной схемы антенны, (см. рис. 5.8,6) рассчитывают эквивалентные нормированные проводимости g n (или сопротивления г п) всех N щелей антенны (см. § 5,4).
2. Зная величину gv или г п / по: формулам табл. 5.1 (§ 5.2) определяют смещение центра щелей относительно середины широкой стенки волновода, или угол их наклона 6 в боковой стенке.
Р 3. Рассчитав проводимость излучения щели в волноводе (т. е. внешнюю прово димость),f по известному значению мощности на входе, (в случае передающей антенны) определяют напряжение в пучности щели U m [формула (5.3)], а следовательно, и ширину щели di [формула (5.4)].
4. При известном местоположении щелей на стенке волновода и их ширине по данным § 5.2 находят резонансную длину щелей в волноводе.
5. Вычисляют ДН антенны (см. § 5.7) ^ ее к. н. д. и к. у.
Вариант 2. Сначала находят расстояние между излучателями аналогично первому варианту расчета. Затем выбирают амплитудное распределение по антенне, обес-
10* 147 начинающее ДН с заданным уровнем боковых лепестков. Далее по известному теперь амплитудному распределению находят длину антенны (соответственно и число излучателей), обеспечивающую требуемую ширину ДН на уровне 0,5 мощности (формулы табл. 5.2 § 5.7). Дальнейший расчет совпадает с пп. 1-5 предыдущего варианта расчета.
Кроме электрического расчета собственно антенны рассчитывают питающую линию и возбудитель, подбирают необходимый тип вращающегося сочленения, когда это требуется по заданию на проектирование, и определяют его основные характеристики.
Литература
Г. К ю н PV Микроволновые антенны. ТТёр. с; нем. под ред. М. П. Долуханова. Изд-во «Судостроение», 1967.
"2. Пиет о л ь к ор с А. А. Общая теория дифракционных антенн. ЖТФ, 1944, т. XIV, № 12, ЖТФ, 1946, т. XVI, (Nb 1.
3. «Пособие по курсовому проектированию антенн». ВЗЭЙС, 1967.
4. Я ц у к Л. П., С м и р н о в а Н. ! В. Внутренние проводимости нерезонансных щелей в прямоугольном волноводе. «Известия вузов», Радиотехника, 1967, т. X, 4.
"5. В ещ"Н и к о в а И. Е., Е в ет р о и о в Г. А. Теория согласованных щелевых излучателей. «Радиотехника и электроника», 1965, т. X, № Щ
6. Е в с т р. о и о в Г. А., Ц а р а п к и н С. А, Исследование волно- водно-щелевых антенн: с идентичными резонансными излучателями. «Радиотехника и электроника», 1965, т. X, № 9.
7. Е в ст р о п о в Г. А., Ц а р a ilk и н С. "А: Расчет волново"дно- щелевых антенн с учетом взаимодействия излучателей по основной волне. «Радиотехника и- электроника», 1966, т. XI, № 5.
8. Ш у б а р и н Ю. В. Антенны сверхвысоких частот. Изд-во Харьковского университета, 1960.
9. «Сканирующие антенные системы СВЧ», т. I. Пер. с англ., под ред. Г. Т. Маркова и А. Ф. Чаплина. Изд-во «Советское радио», 1966.
10. Ш й р м а н Я. Д. Радиовблноводы и объемные резонаторы. Связьиздат, 1959.
11. Р е з ник о в Г. Б. Самолетные антенны. Изд-во «Советское радио» , 1962.
РУПОРНЫЕ АНТЕННЫ Шй
6.1. Основные характеристики рупорных антенн
Волноводно-рупорные антенны являются простейшими антеннами сантиметрового диапазона волн.
Они могут формировать диаграммы направленности шириной от 100- 140° (при раскрыве специальной формы) до 10щ520° в пирамидальных рупорах. Возможность дальнейшего сужения диаграммы рупора ограничивается необходимостью резкого увеличения его длины.
Волноводно-рупорные антенны являются широкополосными устройствами и обеспечивают примерно полуторное перекрытие по диапазону. Возможность изменения рабочей частоты в еще больших пределах ограничивается возбуждением и распространением высших типов волн в питающих волноводах. Коэффициент полезного действия рупора высокий (около 100%). Рупорные антенны,просты в изготовлении. Сравнительно небольшое усложнение (включение в волноводный тракт фазирующей секции) обеспечивает создание поля с круговой поляризацией.
Недостатками рупорных антенн являются: а) громоздкость конструкции, огр а н ичив а ю щ а я возможность получения узких диаграмм направленности; б) трудности в регулировании амплитудно-фазового распределения поля в раскрыве, которые ограничивают возможность снижения уровня боковых лепестков и создания диаграмм направленности специальной формы.
Рупорные излучатели могут применяться как самостоятельные антенны или, так же каж и открытые концы волноводов, в качестве элементов более сложных антенных устройств. Как самостоятельные антенны рупоры используются в радиорелейных линиях, в станциях метеослужбы, весьма широко в радиоизмерительной аппаратуре, а также в некоторых станциях специального назначения. Широко - используются небольшие рупоры. и открытые концы волноводов в качестве облучателей
параболических зеркал и линз. Облучатели в виде линей- , ки рупоров или открытых, концов волноводов могут быть использованы для формирования диаграВм направленности специальной формы, управляемых^ диаграмм или, например, при- использовании одного и того же параболоида для создания -карандашной и косекансной] диаграмм!® направленности. Четырехрупорный или вось- мирупорный излучатель может применяться при: Моноимпульсном способе пеленгации. С этой же целью могут быть использованы секториальные рупоры с высшими. : типами волн (#ю, Нщ #зо). Для формирования узких диаграмм направленности могут б ы ть и с п 6 л ь з ов а н ы двухмерные решетки, с0ста1влен!ные из открытых концов волноводов или,небольших рупоров. Возможно;п о строение плоских или выпуклых фазированных решеток.
ПараграфЩ 6.2-6.9 посвящены, рассмотрению мётоди- щ. расчета рупорных излучателей. В параграф ах 6.10- 6.12 изложены некоторые особенности проектирования рупорно-волноводных фазированных решеток.
6.2. Метод расчета
Расчет рупорных антенн основан на результатах их.анализа, т. е. первоначально ориентировочно задаются; " геометрическими размерами антенны, а затем определяют ее электрические параметры. Если размеры выёрд- ны неудачно, то расчет повторяется снова.
Поле излучения рупорной антенны; как и всех антенн СВЧ, определяется приближенным методом. Сущность приближения; заключается в том, что несмотря на связь между полем внутри и вне рупора, внутреннюю задачу, решающи^ внешней, и полученные из. этого
решения значения поля в плоскости раскрыва рупора используют для решения внешней Задачи [ДО 1, ЛО 13].
Амплитудное распределение поля в раскрыве рупора принимается таким жё, как в питающем его волноводе. Например, . при возбуждении.;, рупора прямоугольным ВОЛНОВОДОМ С волной #10, вдоль оси Х- (проходящей в плоскости Н) распределение амплитуды поля, косинусоида л ьное, а вдоль оси Y (проходящей, в плоскости Е) амплитудное распределение равномерное. В связи с тем, что фронт волны в рупоре не остается плоским," а трансформируется в цилиндрический в секториальном; рупоре и в сферический в пирамидальном и коническом, то фаза поля по раскрыйу; меняется по квадратичному закону.
Описанные амплитудное и фазовое распределения поля по раскрыву являются приближенными. Некоторое уточнение дает учет отражения от раскрыва хотя бы только основного типа волны. При этом надо иметь в виду, что коэффициент отражения Г уменьшается с увеличением раскрыва.
Диаграмма направленности рупорной антенны по известному полю в раскрыве может рассчитываться методом волновой оптики на основе принципа Гюйгенса и формулы Кирхгофа [ЛО 13, JIO 11, J10 1]. Применение формулы Кирхгофа к электромагнитному полю не является строгим. Рядом авторов были внесены уточнения, учитывающие особенности электромагнитного поля антенны. В силу этого в литературе для расчета диаграммы направленности имеется несколько различных, но похожих друг на друга формул, которые дают близкие результаты. Расчетные формулы будут приведены ниже в § 6.5. Имея выражение для диаграммы направленности, можно найти коэффициент направленного действия антенны^ зависимость ширины диаграммы направленности от размеров раскрыва!и другие характеристики антенны.
6.3. Выбор геометрических размеров рупора и волноводного излучателя
Рупорная антенна (рис; 6.1) состоит из рупора I, волновода и возбуждающего устройства 3
Если генератор, питающий антенну * имеет коаксиальный выход, то возбуждение антенного волновода 2 осуществляется чаще всего штырем, р аспол оженным пер - пендикулярно широкой стенке j волновода, возбуждение к штырю подводится коаксиальным кабелем. Если генератор, питающий антенну, имеет вОлноводный выход, то фидерный тракт выполняется обычно в виде прямоуголь- ногб волновода с волной Н 10 . Волноводный фидер непосредственно переходит в волновод 2, возбуждающий рупор. Расчет возбуждающего устройства в виде; несимметричного штыря будет приведен в следующем параграфе.
Выбор размеров волновода
Выбор размеров поперечного сечения прямоугольного волновода а и b .производится из условия распространения в волноводе только основного типа волны #ю:
Соотношение (6.1) представлено на графике рис. 6.2, который может быть использован для нахождения размеров а. Размер Ь должен удовлетворять условию b Приведем некоторые соображения по расчету зондового перевода (см. рис. 6.3). Входное сопротивление штыря в волноводе, так же как несимметричного вибратора в свободном пространстве, является в общей случае комплексной величиной. Активная часть входного сопротивления зависит: в основном от длины штыря, реактивная - от длины и толщины. В" отличие от свободного пространства входное сопротивление штыря в волновбде зависит от структуры поля в волноводе вблизи штыря. Расчет; реактивной составляющей входного сопротивления дает неточные результаты и проводить его не имеет смысла. Для обеспечения согласования реактивная составляющая входного сопротивления должна быть равна, нулю. Активную составляющую входного сопротивления можно считать равной сопротивлению Излучения штыря в волноводе Она должна; быть равн! Сопротивление излучения штыря в прямоугольном волноводе в режиме бегущей волньь определяется следующим соотношением: Щри наличии отраженной волны в прямоугольном; волноводе сопротивление штыря несколько изменяется:- волновому сопротивл ению фидер а. реактивных частей проводимостей справа и слева от штыря, а именно: В приведенных формулах приняты следующие обозначения: а и ЬЩ- размеры поперечного сечения волновода; Х\ - положение штыря на широкой -,стен.кё волновода, чаще; всего штырь располагается в середине широкой стенки, т. е. Xi = a/2; Zi.-- расстояние от штыря до закорачивающей стенки волновода; гщ- расстояние от штыря до ближайшего узла напряжения; к. б. в. - коэффициент бегущей волны в волноводе; Х^ф- длина волны в волноводе; р в -4 волновое сопротивление волновода /г д - действующая высота штыря в волно воде, геометрическая высота которого /, определяется по формуле Задаваясь величинами х\ и можно по формулам (6.18), (6.19) и (6.21) найти высоту штыря /, при которой получается требуемое /? В х. Для полного согласования в конструкциях должны предусматриваться два органа регулировки. Например, можно регулировать высоту штыря / и положение закорачивающей стенки в волноводе U (см. рис. 6.3) или размеры k и S (см. рис. 6.4,6). В ряде случаев для упрощения конструкции ограничиваются одной; регулировкой и допускают некоторое* рассогласование в питающем коаксиале. 6.5. Расчет коэффициента отражения Отражение в рупорной антенне возникает в двух сечениях: в раскрыве рупора (1\) и в его горловине (Г 2). Рассмотрим коротко каждый из коэффициентов отражения. Коэффициент отражения от раскрыва Т\ является|ком- гглексной величиной; его модуль и фаза зависят от размеров раскрыва. Строгое решение задачи для открытого конца волновода, зажатого _между двумя бесконечными плоскостями, проведенное Вайнштейном Л. А.; позволяет установить, что.модуль коэффициента отражения уменьшается с увеличением размеров раскрыва, а фаза приближается к нулю. Приближенно модуль коэффициента отражения от раскрыва для основного типа" волны может быть определен из соотношения Постоянная распространения в прямоугольном волноводе, г поперечное сечение которого равно раскрыву рупора;/" д*// г: . ? \ ^ Постоянная распространения в круглом волноводе, диаметр которого равен диаметру раскрыва конического рупора. Коэффициент отражения по длине рупора от раскрыва к горловине изменяется не только по фазе, но и по амплитуде. При размерах раскрыва в несколько длин Коэффициент отражения fi от открытого конца прямоугольного волновода (23X10) мм 2 на волне 3,2 см, измеренный экспериментально, равен Рассмотрим коэффициент отражения от горловины рупора Г 2 . При определении коэффициента Г 2 предполагается, что в рупоре установилась бегущая волна. Задача решается методом сшивания полей >в месте соединения волновода Выбор размеров рупора Размеры раскрыва пирамидального или секториаль- ного рупора а р и Ь р (см. рис. 6.1) выбираются по требуемой ширине диаграммы направленности в соответствующей плоскости или по к. н. д. Ширина диаграммы направленности связана с размерами раскрыва a v и b v следующими соотношениями: Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно к антеннам ультракоротких радиоволн и антеннам сверхвысоких частот для излучения волн горизонтальной поляризации с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости. Техническим результатом, достигаемым от осуществления предложенного изобретения, является расширение рабочего диапазона частот щелевой цилиндрической антенны, обеспечение антенны устройствами согласования с фидером, некритичными к размерам при настройке антенны на рабочую резонансную частоту. Щелевая цилиндрическая антенна содержит проводящий цилиндрический корпус с продольной щелью с первой и второй кромками и фидер, дополнительно содержит первый проводящий хомут, второй проводящий хомут и согласующий отрезок кабеля, при этом первый хомут расположен с образованием гальванического контакта на первой кромке щели, второй хомут расположен с образованием гальванического контакта на второй кромке щели, фидер на поверхности цилиндра проложен вдоль прямой линии, диаметрально противоположной продольной оси щели, с загибом в окрестности точки возбуждения щели, проложен через первый хомут с образованием внешним проводником фидера гальванического контакта с первым хомутом, согласующий отрезок кабеля проложен через второй хомут, центральный проводник фидера гальванически соединен с центральным проводником согласующего отрезка кабеля. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно к антеннам ультракоротких радиоволн и антеннам сверхвысоких частот для излучения волн горизонтальной поляризации с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости. Уровень техники Щелевая антенна была впервые предложена в 1938 Аланом Блюмлейном (Alan D. Blumlein) с целью применения в телевизионном вещании в диапазоне ультракоротких волн с горизонтальной поляризацией и круговой диаграммой направленности (ДН) в горизонтальной плоскости [Британский патент № 515684. HF electrical conductors. Alan Blumlein, опубл. 1938. US patent № 2,238,770 High frequency electrical conductor or radiator]. Антенна представляет собой трубу с продольной щелью. Простота конструкции, отсутствие выступающей части над поверхностью, в которой прорезана щель, привлекли к ней внимание специалистов, проектирующих радиосистемы для подводных лодок. Щелевые антенны не нарушают аэродинамику объектов, на которых они установлены, что определило их широкое применение на самолетах, ракетах и других подвижных объектах. Такие антенны со щелями, прорезанными в стенках волноводов прямоугольного, круглого или иной формы поперечного сечения, широко используются в качестве бортовых и наземных антенн радиолокационных и радионавигационных систем. Итак, известна первая щелевая цилиндрическая антенна A.D. Blumlein для излучения горизонтально поляризованных волн высоких частот, содержащая проводящий цилиндр с продольной щелью, устройства для возбуждения щели на одном конце цилиндра и короткозамыкатель на другом конце цилиндра, устройство для регулировки ширины щели. Проводящий цилиндр имеет длину, равную половине длины волны в свободном пространстве. Недостатками известной первой щелевой антенны является то, что: В антенне нет устройств для настройки антенны на резонансную частоту, Антенна имеет длину, равную половине длины волны в свободном пространстве, что затрудняет получение приемлемых характеристик антенны в отношении направленных свойств и согласования антенны с фидером. Известна вторая щелевая цилиндрическая антенна для излучения горизонтально поляризованных волн высоких частот , содержащая проводящий цилиндр с продольной щелью, фидер, короткозамыкатель на одном конце щели и устройства для возбуждения антенны на другом конце щели, названный цилиндр имеет диаметр размером между 0,151 и 0,121, где 1 - длина волны в свободном пространстве на рабочей частоте. Названный цилиндр имеет длину близкую к девяти десятым четверти длины стоячей волны, установившейся вдоль щелевой линии на цилиндре (при этом длина волны в щелевой линии на цилиндре в несколько раз превышает длину волны в свободном пространстве). Антенна при вертикальной ориентации цилиндра имеет практически круговую диаграмму направленности с горизонтальной поляризацией поля излучения, имеет высокий коэффициент направленного действия (КНД). Антенна компактна, удобна для установки на крышах высоких зданий, ее плавные контуры поверхности препятствуют скоплению мокрого снега и образованию льда. Антенна благодаря круговой цилиндрической форме имеет сравнительно малую ветровую нагрузку. Известная вторая антенна устраняет недостатки первой известной антенны, обусловленные ее размером в половину длины волны в свободном пространстве. Всенаправленная щелевая антенна Андрея Альфорда, созданная в 1946 году и установленная на небоскребе Крайслер в Нью Йорке, использовалась для первых трансляций цветного телевидения . Однако известная вторая щелевая цилиндрическая антенна имеет следующие недостатки: антенна имеет большой в длинах волн в свободном пространстве продольный размер, что затрудняет использовать ее в качестве излучающего элемента антенной решетки, формирующей диаграмму направленности специального вида в плоскости вектора Н; антенна не имеет устройств для ее согласования с фидером. Известна третья щелевая цилиндрическая антенна для излучения горизонтально поляризованных волн высоких частот , содержащая проводящий цилиндр с продольной щелью, короткозамкнутой с обоих концов цилиндра, возбуждаемой коаксиальным кабелем, внешний проводник которого гальванически соединен с первой кромкой щели, а центральный проводник гальванически соединен со второй кромкой щели. Известная третья щелевая цилиндрическая антенна имеет недостатки: Вследствие несимметричного возбуждения антенны возбуждается волна, распространяющаяся в линии, образованной внешним проводником коаксиального кабеля и цилиндром, в результате наблюдается заметное излучение кабеля (антенный эффект фидера), ее характеристики существенным образом зависят от внешних эксплуатационных факторов; Нет устройств для согласования антенны с фидером (для настройки антенны в резонанс на рабочей частоте), Известная третья щелевая цилиндрическая антенна имеет узкий диапазон рабочих частот, не превышающий 1% на уровне КСВ в линии питания. Третья известная щелевая цилиндрическая антенна, питаемая коаксиальным кабелем, является по совокупности существенных признаков наиболее близкой к настоящему изобретению. Эта антенна выделена авторами в качестве прототипа. Раскрытие изобретения Технической задачей настоящего изобретения является расширение рабочего диапазона частот щелевой цилиндрической антенны, обеспечение антенны устройствами согласования с фидером, некритичными к размерам при настройке антенны на рабочую (резонансную) частоту. Поставленная задача достигается тем, что щелевая цилиндрическая антенна, содержащая проводящий цилиндрический корпус (далее корпус) с продольной щелью с первой и второй кромками и фидер, дополнительно содержит первый проводящий хомут, второй проводящий хомут (далее по тексту первый хомут, второй хомут) и согласующий отрезок кабеля, при этом первый хомут расположен с образованием гальванического контакта на первой кромке щели, второй хомут расположен с образованием гальванического контакта на второй кромке щели, фидер на поверхности цилиндра проложен вдоль прямой линии, диаметрально противоположной продольной оси щели, с загибом в окрестности точки возбуждения щели, проложен через первый хомут с образованием внешним проводником фидера гальванического контакта с первым хомутом, согласующий отрезок кабеля проложен через второй хомут, центральный проводник фидера гальванически соединен с центральным проводником согласующего отрезка кабеля. Введение в состав антенны первого проводящего хомута, второго проводящего хомута и согласующего отрезка кабеля, их взаимное расположение и соединение в антенне как указано выше решает следующие задачи: Создать антенну, обеспечивающую за счет симметричной системы питания симметричную диаграмму направленности в плоскости вектора Н, без раздвоения диаграммы и без отклонения максимума диаграммы направленности от плоскости, перпендикулярной к оси цилиндра; Создать антенну, обеспечивающую круговую диаграмму направленности в плоскости вектора за счет того, что диаметр цилиндра много меньше длины волны; Создать антенну, обеспечивающую устойчивые характеристики излучения при использовании как узких щелей с невысоким волновым сопротивлением, так и широких щелей с высоким волновым сопротивлением; Создать антенну, обеспечивающую компенсацию реактивной составляющей входного импеданса антенны в широком диапазоне частот; Создать антенну, сопротивление излучения которой в широком диапазоне частот изменяется в небольших пределах; Создать антенну, обеспечивающую низкий КСВ в линии питания за счет согласования входного импеданса антенны с волновым сопротивлением фидера в широкой полосе частот; Снизить уровень мощности, возвращающийся к передатчику при работе антенны на передачу, за счет согласования антенны с фидером; Снизить уровень искажений спектра передаваемого (принимаемого) антенной сигнала за счет равномерной амплитудно-фазовой характеристики антенны в диапазоне частот; Повысить устойчивость антенны к высокочастотному пробою за счет снижения напряженности поля в соединителе радиочастотном вследствие снижения КСВ в линии питания при работе антенны в режиме передачи; Обеспечить антенну устройством согласования за счет изменения реактивного сопротивления устройства согласования и тем самым расширить полосу рабочих частот антенны; Обеспечить простой метод настройки антенны по согласованию с фидером в диапазоне частот; Обеспечить максимальную передачу мощности за счет согласования с волновым сопротивлением фидера; Повысить потенциально возможный уровень мощности в выбранном заранее фидере за счет снижения КСВ в нем; Минимизировать потери в фидере и в результате снизить нагрев фидера при передаче по нему мощности; Минимизировать излучение (прием) электромагнитных волн фидером (внешней стороной внешнего проводника коаксиального кабеля); Создать щелевую антенну, которая могла бы использоваться как самостоятельная антенна, а также как элемент антенной решетки; Создать антенну, удобную для ее монтажа на трубе или поясе решетчатой башни. Антенна компактна, при вертикальной ориентации цилиндра излучает горизонтально поляризованные волны. Может служить в качестве излучающего элемента антенной решетки. Антенная решетка щелевых излучателей может быть установлена как непосредственно на земной поверхности, так и на крышах высоких зданий. Плавные контуры поверхности антенны препятствуют скоплению на ней мокрого снега и образованию льда. Антенна благодаря круговой цилиндрической форме имеет сравнительно малую ветровую нагрузку. Включением в состав антенны обтекателя решена задача защиты щелевой цилиндрической антенны в соответствии с данным изобретением от воздействия внешних эксплуатационных факторов. Решение перечисленных выше задач свидетельствует о том, что создана новая щелевая цилиндрическая антенна, обеспечивающая рабочие характеристики в широком диапазоне частот. Решение первой из указанных задач получено в результате того, что предложенная щелевая цилиндрическая антенна возбуждается симметрично относительно середины щели. Диапазон рабочих частот предложенной антенны со стороны более коротких волн ограничен изменением формы диаграммы направленности (ДН). Используют щели такой длины, при которой ДН имеет только один максимум, ориентированный перпендикулярно оси антенны. Уменьшение длины волны при неизменных размерах щели может привести к появлению двух максимумов, отклоненных от оси антенны. Увеличение длины волны ограничивается уменьшением коэффициента направленного действия (КНД). Оно оказывается значительным, если диаметр цилиндра меньше 0,12 длины волны в свободном пространстве. Предложенная антенна может быть настроена в указанном диапазоне частот. Решение задачи создания круговой диаграммы направленности в плоскости вектора получено за счет того, что диаметр цилиндра много меньше длины волны в свободном пространстве. Решение третьей задачи, а именно обеспечение широкой полосы рабочих частот как с узкими, так и широкими щелями, получено в результате компенсации реактивной составляющей входного импеданса антенны. Решение задачи обеспечения простого метода компенсации реактивной составляющей входного импеданса антенны в диапазоне частот достигается использованием для компенсации двух последовательно включенных конденсаторов. Решение задачи: минимизировать излучение (прием) электромагнитных волн фидером - получено за счет рационального размещения фидера на поверхности цилиндра, введения в состав антенны первого проводящего хомута, обеспечением гальванического контакта внешнего проводника с первым хомутом по всей его окружности на выходе из хомута. Краткое описание чертежей На фиг. 1а) представлена щелевая цилиндрическая антенна 1 в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 1б) показан вид спереди щелевой цилиндрической антенны, на фиг. 1в) показан вид сверху щелевой цилиндрической антенны. На фиг. 1б) и фиг. 1в) введены обозначения: 1 - щелевая цилиндрическая антенна, 2 - цилиндрический корпус, 4 - первая кромка щели, 5 - вторая кромка щели, 7 - первый хомут, 8 - второй хомут, 9 - согласующий цилиндр, 10 - согласующий отрезок кабеля, 11 - изгиб фидера (на повороте от вертикального участка к горизонтальному участку, расположенному в окрестности точки возбуждения щели), А - область возбуждения щели. На фиг. 2а) показана область А возбуждения щели. На фиг. 2б) показано соединение внешнего проводника фидера с первым хомутом и первой кромкой щели, устройство согласования входного импеданса антенны и его соединение со второй кромкой щели. На фиг. 2в) показано в разрезе соединение внешнего проводника фидера со вторым хомутом и второй кромкой щели, согласующий цилиндр и согласующий отрезок кабеля. На фиг. 2б) и фиг. 2в) дополнительно введены следующие обозначения: 12 - центральный проводник согласующего отрезка кабеля, 13 - центральный проводник фидера, 14 - внешний проводник фидера. На фиг. 3 приведена эквивалентная схема антенны; на фиг. 3 введены новые обозначения: 15 - емкость конденсатора, образованного внутренней поверхностью согласующего цилиндра 9 и внешней поверхностью внешнего проводника согласующего отрезка кабеля 10, 16 - емкость конденсатора, образованного внутренней поверхностью внешнего проводника и центральным проводником согласующего отрезка кабеля 10, 17 - индуктивность, обусловленная протеканием токов по внутренней и внешней поверхностям трубы от первой кромки ко второй кромке щели (при отсутствии конденсаторов 15 и 16), 18 - реальная часть входного сопротивления антенны (до подключения конденсаторов 15 и 16), 19 - условная клемма, соответствующая точке гальванического контакта внешнего проводника фидера через первый проводящий хомут с кромкой 4, 20 - условная клемма, соответствующая точке на входе центрального проводника согласующего отрезка кабеля, 21 - точка гальванического контакта согласующего цилиндра через проводящий хомут 2 с кромкой 5 щели 3. На фиг. 4 приведены экспериментальные зависимости реальной и мнимой частей входного сопротивления и КСВ от частоты первого и второго образцов щелевой цилиндрической антенны; на фиг. 4 введены обозначения: 221 - зависимость от частоты реальной части входного сопротивления первого образца с согласующим отрезком кабеля длиной 10,5 мм, 222 - зависимость от частоты мнимой части входного сопротивления первого образца с согласующим отрезком кабеля длиной 10,5 мм, 223 - зависимость от частоты КСВ антенны первого образца с согласующим отрезком кабеля длиной 10,5 мм, 231 - зависимость от частоты реальной части входного сопротивления второго образца с согласующим цилиндром длиной 11,5 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 20,5 мм, 232 - зависимость от частоты мнимой части входного сопротивления второго образца с согласующим цилиндром длиной 11,5 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 20,5 мм, 233 - зависимость от частоты КСВ антенны второго образца второго образца с согласующим цилиндром длиной 11,5 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 20,5 мм, 241 - зависимость от частоты реальной части входного сопротивления второго образца с согласующим цилиндром длиной 7 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 24 мм, 242 - зависимость от частоты мнимой части входного сопротивления второго образца с согласующим цилиндром длиной 7 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 24 мм, 243 - зависимость от частоты КСВ антенны второго образца с согласующим цилиндром длиной 7 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 24 мм, 251 - зависимость от частоты реальной части входного сопротивления второго образца с согласующим цилиндром длиной 5 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 30 мм, 252 - зависимость от частоты мнимой части входного сопротивления второго образца с согласующим цилиндром длиной 5 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 30 мм, 253 - зависимость от частоты КСВ антенны второго образца с согласующим цилиндром длиной 5 мм и согласующим отрезком кабеля длиной 30 мм, На фиг. 5 приведены примеры распределения напряженности электрического поля вдоль линии передачи 26, представляющей собой продольную щель на цилиндре, и вдоль двухпроводной линии, использованной для возбуждения упомянутой линии передачи: а) частота генератора меньше критической частоты основной волны щелевой линии на круговом цилиндре, б) частота генератора примерно равна критической частоте основной волны щелевой линии на круговом цилиндре, в) частота генератора больше критической частоты основной волны щелевой линии на круговом цилиндре. На фиг. 5 введены обозначения: 27 - сосредоточенный источник напряжения, 28 - двухпроводная линия передачи, 29 - векторы напряженности электрического поля. На фиг. 6 представлена силовыми линиями структура электрического поля в некоторый момент времени во внутренней и внешней областях щелевой цилиндрической антенны в сечении, перпендикулярном оси антенны. На фиг. 6 введены обозначения: 30 - силовые линии электрического поля. На фиг. 7 приведен пример применения щелевой цилиндрической антенны по настоящему изобретению в качестве элемента антенной решетки. Осуществление изобретения Обратимся к фиг. 1б, на которой представлена щелевая антенна 1 в соответствии с настоящим изобретением. Антенна выполнена в виде цилиндрического корпуса 2 с щелью 3 с первой кромкой 4 и второй кромкой 5, фидера 6, первого проводящего хомута 7, второго проводящего хомута 8, согласующего цилиндра 9, согласующего отрезка кабеля 10 и элементов крепежа. Цилиндрический корпус 2 выполнен из проводящего материала, такого как, например, латунь, алюминиевый сплав, сталь или иной металл, или металлический сплав с хорошей проводимостью. Цилиндрический корпус с 2 в поперечном сечении имеет вид окружности. Корпус в поперечном сечении может иметь вид квадрата, прямоугольника, эллипса или иной кривой фасонного профиля. Щель 3 выполнена в цилиндрическом корпусе 2 на всю глубину стенки корпуса фрезерованием, лазерной резкой или иной механической операцией с образованием первой кромки 4 и второй кромки 5, параллельных продольной оси цилиндрического корпуса. В качестве фидера 6 может быть использован серийный коаксиальный кабель. Согласующий цилиндр 9 для определенности показан в виде отрезка кругового цилиндра. Согласующий отрезок кабеля 10 для определенности показан в виде короткого отрезка коаксиальной линии. Согласующий отрезок кабеля 10 частично расположен внутри согласующего цилиндра 9, частично вне 9. Согласующий цилиндр 9, хомуты 7 и 8 выполнены из хорошо проводящего материала, например из латуни или алюминиевого сплава. Для обеспечения пайки покрыты, например, олово-висмутовым сплавом. Конец согласующего отрезка кабеля 10, противолежащий щели, разомкнут и ни с чем не соединен. Центральный проводник 11 согласующего отрезка кабеля 10 выходит из согласующего цилиндра 9 и простирается до середины щели 3. Указанные выше устройства и детали взаимно расположены относительно друг друга и соединены между собой следующим образом. Первый хомут 7 закреплен с образованием гальванического контакта на первой кромке 4 щели, второй хомут 8 закреплен с образованием гальванического контакта на второй кромке 5 щели, фидер 6 на поверхности цилиндра 2 закреплен вдоль прямой линии, диаметрально противоположной продольной оси щели, с изгибом 13 в окрестности точки возбуждения щели, далее проложен через первый хомут 7 с образованием внешним проводником 14 фидера гальванического контакта с первым хомутом 7, согласующий отрезок кабеля 10 проложен внутри согласующего цилиндра, который охвачен вторым хомутом, центральный проводник 12 фидера гальванически соединен с центральным проводником 11 согласующего отрезка кабеля. Второй конец фидера 6 установлен в соединитель радиочастотный. При этом в качестве согласующего отрезка кабеля 10 используют либо отрезок стандартного коаксиального кабеля, либо отрезок специальной линии передачи, состоящей из внешнего проводника в виде трубки, центрального проводника в виде стержня или трубки и расположенного между ними полого диэлектрического цилиндра. Для крепления фидера 6 к цилиндрическому корпусу 2 могут быть использованы стандартизованные хомуты, винты и гайки. Принцип работы антенны Антенна работает следующим образом. Электромагнитные колебания в антенне возбуждаются в результате приложения разности потенциалов в двух точках 19 и 20, противолежащих друг другу на первой 4 и второй 5 кромках щели 3. Для эффективного возбуждения антенны диаметр трубы 2 должен быть выбран таким, чтобы частота генератора была бы выше критической частоты основной волны H 00 щелевой линии на цилиндрическом волноводе . С целью иллюстрации этого положения были рассмотрены (пользуясь строгим решением краевой задачи электродинамики) на модельной задаче три ситуации, представленные на фиг. 5. На фиг. 5 изображена щелевая линия на круглом волноводе, последовательно соединенная с двухпроводной линией, к концу которой подключен генератор напряжения. На фиг. 5 приведены примеры распределения напряженности электрического поля вдоль линии передачи для следующих случаев: а) частота генератора меньше критической частоты основной волны щелевой линии на круговом цилиндре, б) частота генератора примерно равна критической частоте основной волны щелевой линии на круговом цилиндре, в) частота генератора больше критической частоты основной волны щелевой линии на круговом цилиндре. На фиг. 5 напряженность электрического поля пропорциональна длине вектора. Как видно из фиг. 5, в случае а) электромагнитная волна отражается практически от входа в линию передачи. Волна проникает в щелевую линию на пренебрежимо малую в длинах воли глубину. В случае б) в щелевой цилиндрической линии передачи устанавливается экспоненциально убывающее распределение поле. В случае в) в щелевой цилиндрической линии передачи устанавливается стоячая волна. При этом длина стоячей волны в щелевой линии передачи больше, чем длина стоячей волны в двухпроводной линии передачи. Предпочтительно выбирать диаметр трубы равным 0,14 длины волны в свободном пространстве. Длину щели целесообразно выбрать близкой к половине длины волны основной волны H 00 щелевой линии на цилиндрическом волноводе Ширина щели 3 не превышает одной тридцатой длины волны. Поэтому неравномерностью в распределении тока на центральном проводнике кабеля в пределах щели 3 можно практически пренебречь. Следовательно, несимметричный коаксиальный кабель введен в область возбуждения антенны таким образом, что он не нарушает ни физической, ни электрической симметрии антенны. Токи смещения, возникающие между внешним проводником фидера 6 и корпусом 2 на участке от изгиба фидера до щели, малы вследствие того, что внешний проводник фидера 6 и корпус 2 имеют гальванический контакт между собой через посредство первого проводящего хомута 7. Гальванический контакт внешнего проводника фидера 6 и корпуса 2 обуславливает равенство напряженности электрического поля нулю в месте их соединения. На участке фидера, расположенном вдоль прямой, диаметрально противоположной оси щели, токи смещения между внешним проводником фидера 6 и корпусом 2 не возбуждаются, поскольку на этом участке пути потенциал равен нулю. Следовательно, потенциально возможным излучением щели, образуемой между внешним проводником фидера 6 и корпусом 2, можно пренебречь. Таким образом, исключается антенный эффект фидера и связанные с ним непредсказуемые искажения диаграммы направленности антенны, изменения входного импеданса антенны, излучение кроссполяризованного поля. Пользуясь строгим решением уравнений Максвелла при заданных идеальных граничных условиях, были вычислены временным методом силовые линии электрического поля в разные моменты времени в течение одного периода колебаний напряжения генератора. Силовые линии в некоторый момент времени показаны на фиг. 6. Для удобства обозначения элементов антенны числами выбран момент времени, когда напряженность электрического поля в непосредственной окрестности щели мала, поэтому силовые линии в этой окрестности на фиг.6 отсутствуют. Вдали от щели наблюдаются уже сформировавшиеся вихри поля, представленные силовыми линиями, не опирающимися на заряды на стенках цилиндра. В промежуточной зоне силовые линии берут начало на нижней половине цилиндра на представленном чертеже и заканчивают свой путь на верхней части цилиндра. В точке, противолежащей точке центра щели, силовая линия не берет и не заканчивает свой путь, поскольку потенциал в этой точке равен нулю. Эта точка является граничной точкой между нижней и верхней половинками цилиндра. По указанному выше правилу здесь должна была бы брать начало и завершать свой путь силовая линия. Однако это оказывается невозможным, т.к. векторы напряженности электрического поля, касательные к нижней и верхней части силовой линии, в этой точке противоположны друг другу и, следовательно, гасят друг друга. По этой причине окрестность линии, противолежащей оси щели, оказывается удобной для прокладки вдоль нее фидера с целью минимизации антенного эффекта фидера. Указанная выше конструкция антенны обеспечивает удобную регулировку согласования антенны с фидером. Рассмотрим это подробнее, обратившись к эквивалентной схеме антенны на фиг. 3. На фиг. 3 числом 15 обозначен первый конденсатор с емкостью С 1 , образованный внутренней поверхностью согласующего цилиндра 9 и внешней поверхностью внешнего проводника согласующего отрезка кабеля 10. При этом роль диэлектрика выполняет оболочка кабеля. Числом 16 обозначен второй конденсатор с емкостью С 2 , образованный внутренней поверхностью внешнего проводника и поверхностью центрального проводника согласующего отрезка кабеля 10. Числом 17 обозначена индуктивность L, обусловленная протеканием токов по внутренней и внешней поверхностям трубы от первой кромки 4 ко второй кромке 5 щели. Числом 18 обозначено сопротивление R, обусловленное потерями антенны на излучение. Клемма 19 соответствует точке гальванического контакта внешнего проводника фидера через посредство первого проводящего хомута с кромкой 4. Клемма 20 соответствует точке на входе центрального проводника согласующего отрезка кабеля. Числом 21 обозначена точка гальванического контакта согласующего цилиндра через посредство проводящего хомута 8 с краем 5 щели 3. Два последовательно включенных конденсатора 15 и 16 имеют эквивалентную емкость С 3: Входное сопротивление на клеммах 19, 20 Z вх, обусловленное последовательным включением эквивалентной емкости С 3 и цепочки из параллельно включенных сопротивления R и индуктивности L, на частоте равно: На резонансной частоте мнимая часть входного сопротивления равна нулю, т.е. Сделав в (2) замену в знаменателе множителя в квадратных скобках на его значение из (3), получим величину вх на резонансной частоте: Идеальное согласование с фидером достигается при равенстве входного сопротивления антенны волновому сопротивлению фидера. При заданных L и R регулировка по согласованию достигается подбором величины эквивалентной емкости С 3 . В предельном случае, когда отсутствует согласующий цилиндр (C 1 ), эквивалентная емкость С 3 равна емкости С 2 - емкости согласующего отрезка кабеля. Обычно для согласования антенны с фидером требуется иметь небольшое значение величины С 2 . Иногда, при работе в метровом и дециметровом диапазонах волн требуется согласующий отрезок длиной не более десяти миллиметров. Небольшие по абсолютной величине изменения длины отрезка кабеля приводят к сравнительно большим относительным изменениям величины С 2 . Поэтому при точной настройке антенны на рабочую частоту требуется изменять длину согласующего отрезка на доли миллиметра. Необходимость подбора длины согласующего отрезка кабеля с точностью до долей миллиметра затрудняет процесс настройки антенны. Совсем другая ситуация, когда имеем дело с двумя последовательно включенными емкостями: емкостью C 1 и емкостью C 2 . Известно, что последовательным включением двух конденсаторов получаем эквивалентный конденсатор с емкостью меньше, чем емкости каждого конденсатора в отдельности. Теперь при фиксированном значении С 1 , изменяя емкость C 2 в больших пределах, получим изменения величины эквивалентной емкости в небольших пределах. Исходная длина согласующего отрезка кабеля очевидно должна быть большей по сравнению с тем случаем, когда нет этого другого конденсатора. Следовательно, изменение длины согласующего отрезка кабеля теперь в относительных единицах больше, а настройка более точной. Т.е. настройка антенны на рабочую частоту изменением длины согласующего отрезка кабеля, например, путем его подрезания не вызывает затруднений, т.к. изменения длины выполняется на величины, измеряемые миллиметрами. Антенна обладает следующим достоинством, заключающимся в том, что с введением в состав антенны согласующего цилиндра повышается электрическая прочность антенны. Наибольшая напряженность электрического поля при возбуждении антенны возникает в согласующем отрезке кабеля. В антенне с согласующим цилиндром разность потенциалов между центральны проводником и кромкой трубы теперь распределяется между двумя конденсаторами, первый из них образован центральным проводником и внешним проводником кабеля, второй конденсатор образован внешним проводником кабеля и согласующим цилиндром. Сумма падений напряжений на этих двух конденсаторах равна разности потенциалов между центральным проводником и кромкой. Т.е. напряжение на каждом из конденсаторов меньше, чем общее напряжение, чем и достигается повышение электрической прочности антенны. Были изготовлены два образца щелевой цилиндрической антенны. Первый образец содержал проводящий цилиндр с продольной щелью, фидер и согласующий отрезок кабеля. В первом образце не было согласующего цилиндра, первого проводящего хомута и второго проводящего хомута. Внешний проводник согласующего фидера имел гальванический контакт непосредственно с кромкой 4. Второй образец отличается от первого тем, что дополнительно содержит согласующий цилиндр, первый проводящий хомут и второй проводящий хомут. Во втором образце использован согласующий отрезок кабеля большей длины, чем в первом образце. Во втором образце согласующий отрезок кабеля проложен внутри согласующего цилиндра и продолжается за его пределами. Ниже будет приведено описание второго образца, соответствующего настоящему изобретению. При описании образца антенны будем обращаться к обозначениям фиг. 1 и фиг. 2. Образец антенны состоит из цилиндрического корпуса 2 со щелью 3 с первой кромкой 4 и второй кромкой 5, фидера 6, согласующего отрезка кабеля 10, согласующего цилиндра 9, первого хомута 7 и второго хомута 8 и элементов крепежа. Корпус 2 длиной 720 мм, диметром 130 мм выполнен из луженой жести толщиной 0,3 мм. Корпус в поперечном сечении имеет вид окружности. В корпусе вырезана щель 3 длиной 640 мм, шириной 30 мм с образованием первой кромки 4 и второй кромки 5, параллельных продольной оси цилиндрического корпуса. В качестве фидера 6 использован серийный коаксиальный кабель РК-50-2-11. Согласующий отрезок фидера 10 выполнен в виде короткого отрезка коаксиального кабеля РК-50-2-11. Отрезок 10 коаксиального кабеля расположен внутри согласующего цилиндра 9. Согласующий цилиндр 9 выполнен из латунной трубки с внутренним диаметром 4 мм. При этом были выполнены измерения при трех длинах трубки: 11,5 мм; 7 мм; 5 мм. Конец согласующего отрезка кабеля 10, противолежащий щели, разомкнут и ни с чем не соединен. Центральный проводник 11 согласующего отрезка 10 коаксиальной линии выходит из согласующего цилиндра 9 и простирается до середины щели 3. Фидер 6 закреплен на поверхности цилиндра вдоль прямой, диаметрально противоположной продольной оси щели, изогнут в окрестности точки возбуждения антенны, проложен внутри первою хомута 7 и далее располагается над щелью 3, проложен внутри согласующего цилиндра 9 и далее продолжается за пределами цилиндра 9. Наружная изоляция фидера надрезана и снята на длине щели. Внешний проводник (оплетка) разрезан по окружности на входе во второй хомут 8, оплетка расчесана в направлении к кромке 4. Расчесанная оплетка равномерно распределена по кругу и припаяна к хомуту 7. Таким образом, внешний проводник фидера 6 гальванически соединен через хомут 7 с первой кромкой 4 щели, а центральный проводник 12 фидера 6 соединен с центральным проводником 11 согласующего отрезка кабеля 10. Второй конец коаксиального фидера 6 заделан в соединитель радиочастотный. Для крепления фидера 6 к корпусу 2 использованы стандартизованные хомуты, винты и гайки. Измеренные на образцах значения реальной ReZ и мнимой ImZ частей входного импеданса антенны прототипа и антенны по настоящему изобретению в диапазоне частот приведены в виде графиков на фиг. 4а). Измеренные на первом и втором образцах антенны зависимости КСВ от частоты приведены в виде графиков на фиг. 4б). График 22 соответствует первому образцу антенны. При этом длина согласующего отрезка кабеля равна 10,5 мм. Графики 23, 24 и 25 соответствуют второму образцу антенны с длиной согласующего цилиндра 11,5 мм, 7 мм и 5 мм, соответственно. При этом длина согласующего отрезка кабеля равна 20,5 мм, 24 мм и 30 мм, соответственно. При настройке первого образца антенны на резонансную частоту длина согласующего отрезка кабеля изменялась с дискретом 0,25 мм. Изменение длины согласующего отрезка на 0.25 мм приводило к изменению резонансной частоты на 0,5 МГц. При настройке второго образца антенны на резонансную частоту длина согласующего отрезка кабеля изменялась с дискретом 2 мм. Изменение длины согласующего отрезка на 2 мм приводило к изменению резонансной частоты на 0,5 МГц. Как видно из рассмотрения графиков на фиг. 4, антенна, настроенная на одну и ту же резонансную частоту при разных соотношениях длины согласующего цилиндра и длины согласующего отрезка кабеля, имеет практически одну и ту же зависимость КСВ от частоты. Более выгодно применить согласующий цилиндр меньшей длины. Действительно, приращение DС 2 эквивалентной емкости С 3 можно найти из соотношения: Из этого соотношения следует: чем меньше емкость согласующего цилиндра С 1 (чем меньше длина согласующего цилиндра), тем меньше изменяется эквивалентная емкость при одних и тех же приращениях емкости С 2 (приращении длины согласующего отрезка кабеля). При это возможно применение более длинных согласующих отрезков кабеля. С более длинными согласующими отрезками кабеля более удобно настраивать антенну, т.к. при этом можно использовать традиционный инструмент для подрезки кабеля. Измерения поляризационных характеристик антенны показали, что антенна обладает линейной поляризацией. Выполненные на антенне измерения свидетельствуют о том, что антенна свободна от антенного эффекта фидера. Применение изобретения Изобретение может быть применено в качестве самостоятельной антенны, в качестве элементов более сложных антенн, излучающих элементов антенных решеток, облучателей зеркальных и линзовых антенн. Антенна при этом может быть использована либо как самостоятельная антенна, либо в качестве элемента линейной антенной решетки. Предложенная широкополосная вибраторная антенна оказывается полезной во всех тех случаях, когда требуется либо самостоятельная щелевая антенна, либо излучающий (приемный) элемент более сложного антенного устройства или антенной системы, от которых требуются низкие потери в фидере, высокий кпд антенны, малый уровень кроссполяризационного излучения. 1. Щелевая цилиндрическая антенна, содержащая проводящий цилиндрический корпус, в котором выполнена продольная щель с первой и второй кромками и фидер, отличающаяся тем, что содержит первый хомут, закрепленный на первой кромке щели с образованием гальванического контакта, второй хомут, закрепленный на второй кромке щели с образованием гальванического контакта, согласующий цилиндр и согласующий отрезок кабеля, согласующий цилиндр закреплен на второй кромке щели и проложен через второй хомут, согласующий отрезок кабеля установлен на второй кромке щели и проложен через согласующий цилиндр, фидер закреплен на поверхности цилиндра вдоль прямой линии, диаметрально противоположной продольной оси щели, с загибом в сторону щели в окрестности точки возбуждения щели и проложен через первый хомут с образованием внешним проводником фидера гальванического контакта с первым хомутом, центральный проводник фидера гальванически соединен с центральным проводником согласующего отрезка кабеля. 2. Щелевая цилиндрическая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что согласующий цилиндр выполнен в виде кругового проводящего цилиндра.
Рисунки к патенту РФ 2574172
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ