Что такое щелевая антенна и как она работает
Щелевая антенна — это тип антенны, в которой излучение или приём радиоволн осуществляется через специальные отверстия (щели), прорезанные в проводящей поверхности. В качестве такой поверхности может выступать объёмный резонатор, коаксиальная линия или плоский металлический экран. При подаче сигнала эти щели начинают излучать электромагнитные волны. В резонаторах и волноводах щели возбуждаются внутренним полем, а в плоских экранах для этого к краям отверстий подключается радиочастотный кабель.
Принцип расчёта и конструктивные особенности
В 1940-х годах А. А. Пистолькорс предложил упрощённый метод расчёта щелевых антенн, основанный на принципе двойственности. Согласно этому подходу, поле щелевой антенны рассчитывается по аналогии с магнитной антенной, что значительно облегчает задачу. В расчёты вводится понятие фиктивного магнитного тока, протекающего вдоль щелей. При определённых условиях поле щелевого излучателя совпадает с полем ленточного вибратора, который как бы дополняет экран до сплошного состояния.
Конструкция таких антенн отличается простотой и надёжностью. Важным преимуществом, особенно для применения на летательных аппаратах и других подвижных объектах, является отсутствие выступающих элементов, что улучшает аэродинамику и снижает риск механических повреждений.
Типы и применение щелевых антенн
В дециметровом и метровом диапазонах волн наиболее распространены слабонаправленные щелевые антенны, часто изготавливаемые на основе объёмных резонаторов. Формы их щелей аналогичны формам, используемым в плоских проволочных антеннах. Волноводные щелевые антенны состоят из радиоволновода и щелевого вибратора. Ключевой инженерной задачей при их проектировании является согласование низкоомного питающего кабеля с высоким входным сопротивлением щели.
Остронаправленные антенны и сканирование луча
В сантиметровом диапазоне широко применяются остронаправленные многощелевые волноводные антенны. В них множество излучателей с определёнными размерами и расположением обеспечивают эффективное согласование антенны с волноводом. Одним из главных достоинств таких антенн является возможность качания (сканирования) луча. Этот эффект достигается за счёт изменения фазовой скорости волны в волноводе, например, путём погружения внутрь него продольной пластины или изменения расстояния между стенками прямоугольного волновода. В 1950–1960-х годах были разработаны и успешно реализованы методы частотного сканирования для волноводно-щелевых фазированных антенных решёток.
Будущее щелевых антенн
Наиболее перспективным направлением в развитии технологий щелевых антенн считается создание конструкций на основе полосковых линий и печатных схем. Такие решения позволяют создавать компактные, лёгкие и технологичные антенны, легко интегрируемые в современную радиоэлектронную аппаратуру.