ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

February 19, 2013 by admin Комментировать »

Манойлов В. Ф., Чухов В. В. Житомирский государственный технологический университет ул.Черняховского 103, г.Житомир, 10005, Украина тел.: 8(0412)221410, e-mail: mps_cvv@ukr.net

Аннотация – Рассматривается один из вариантов волноводно-щелевого излучателя мм-диапазона длин волн, состоящего из кошенного прямоугольного волновода, частично заполненного диэлектриком, в узкой стенке которого прорезана длинная тонкая щель.

I.                                       Введение

– напряженность магнитного

Волноводно-щелевая антенна представляет собой волновод прямоугольного или круглого сечения, в котором прорезан ряд щелей [1, 2, 3]. Щели отличаются по своей форме, размерам и местоположению. Одной из разновидностей волноводно-щелевой антенны является продольная длинная щель (несколько длин волн), прорезанная в узкой стенке прямоугольного волновода [4]. Такая конструкция широко применяется в антенной технике для возбуждения диэлектрической антенны и в качестве антенны бегущей волны [1, 2]. В этой конструкции используется явление переизлучения электромагнитных волн в связанных линиях передачи [5].

II.                              Основная часть

Рассмотрим излучатель (рис. 1), состоящий из прямоугольного волновода 1, заполненного частично диэлектриком 2, в узкой стенке которого прорезана тонкая длинная щель 3 (ширина щели меньше длины волны). В щель 3, перпендикулярно широкой стенке волновода 1 введена тонкая металлическая пластина 4 прямоугольной формы, которая перемещается вдоль щели и служит для согласования волновода 1 со щелью 3. В прямоугольном волноводе 1 распространяется волна i/jo, в результате возбуждается щель 3 и энергия из прямоугольного волновода излучается в свободное пространство.

Для анализа явления переизлучения используется известный метод связанных волн [6]. Получающаяся при этом система дифференциальных уравнений относительно амплитуд собственных волн волновода первого порядка и уравнения второго порядка для напряжения на щели [6] может быть просто решена. При анализе такого излучателя сделаны следующие предположения. В волноводе распространяется только волна основного типа, в щели и в волноводе потери энергии отсутствуют, щель прорезана в бесконечно тонкой стенке, ширина щели меньше ее длины. Считается, что в такой системе взаимодействуют только те волны, фазовые скорости которых близки или совпадают, поэтому для расчета записывается система из двух уравнений для волн (волноводной и щелевой), распространяющихся в одну сторону. При этом волны, бегущие в противоположных направлениях оси Z , считаются несвязанными [6].

Выравнивание фазовых скоростей волн прямоугольного волновода и длинной щели осуществляется путем частичного заполнения внутренней области волновода диэлектриком, а также для согласования в полосе частот используется металлическая тонкая пластина, которая вводится в волновод параллельно его широкой стенке. Вначале по мере погружения металлической пластинки частота увеличивается, что связано с вытеснением магнитного поля, которое максимально у боковой стенки волновода. По мере дальнейшего погружения пластинки рост частоты замедляется, и затем она начинает уменьшаться, что вызвано влиянием электрического поля.

В результате использования метода связанных волн получено выражение [5, 6] для модуля коэффициента отражения, которое выглядит следующим образом:

поля основной волны волновода в области щели и ее норма; N – коэффициент, зависящий от геометрии щели; к \л – волновое число волны в щели и в волноводе;         “ относительные диэлектриче

ская и магнитная проницаемости свободного пространства, I – длина щели.

Из выражения (1) видно, что модуль коэффициента отражения зависит от рассогласования фазовых скоростей ■ изменения величины х и относительной длины щели βΐ.

Длина щели выбиралась из условия отсутствия отражений при нулевой расстройке, то есть = О, а х1 = π. Как показали расчеты и проведенные эксперименты (при Sq =2,2 ;/ =24 мм; ширина щели 1,5 мм)

коэффициент стоячей волны по напряжению составлял в полосе частот 26-30 ГГц 1,1. На рис. 1 показана диаграмма направленности волноводно-щелевого излучателя в Н – плоскости, снятая экспериментально.

III.                                   Заключение

в работе рассмотрена конструкция волноводнощелевого излучателя миллиметрового диапазона. На основе анализа, выполненного приближенным методом связанных волн, показано, что излучатель может работать в широком поле частот, достаточном для многих приложений.

Рис. 1. Волноводно-щелевой излучатель и его ДН в Н-плоскости.

Fig. 1. Waveguide-slotted radiator and its Н-р1апе for a field pattern

IV.                           Список литературы

[1]  А.З Фрадин Антенно-фидерные устройства. – М.:. Связь, 1977.-440 с.

[2]  А.Л. Драбкин, В.Л. Зузенко, А.Г. Кислое. Антеннофидерные устройства. М:. Сов. радио, 1974. – 535 с.

[3]  Проектирование фазированных антенных решеток / Под. ред. Д.И.Воскресенского. – М.: Радиотехника, 2003. -631 с.

[4]  Декларативный патент на изобретение. № 56083 А, НОЮ 13/10. В.Ф. Манойлов. В.В. Чухов/Украина/- Опубл. в бюл. № 4, 2003.

[5]  Манойлов В.Ф. Переизлучение электромагнитных волн в волноводе с длинной щелью // VI 1-я Международная конференция по гиромагнитной электронике и электродинамике. Тез. докладов – Братислава, ЧССР. 1984. – С.122-126.

[6]  Алексеев B.C., Лавренко К.Ф. Связь электромагнитных волн в волноводе с длинной узкой щелью // Известия ЛЭТИ. – 1979. – Вып. 245. – С. 7-12.

MEASUREMENT OF DISPERSIVE RESPONSES OF WAVEGUIDES WITH DIELECTRIC FILLING

P. p. Manoylov, V. V. Chukhov,

Zhytomyr State Technological University

103, Cherniakovsky Str, Zhytomyr, 10005, Ukraine Phone: 38(0412) 22-14-10 E-mail: mps_cvv@ukr.net

Abstract- One kind of waveguide-slotted radiator for millimeter wave range is proposed. It consists of a mowing rectangular waveguide with partial dielectric filling that has a long narrow slot.

I.                                         Introduction

Typical waveguide-slotted antenna consists of a rectangular or round waveguide with a number of slots [1, 2, 3]. Slots differ by form, size and positions in common case. One kind of these antennas is rectangular waveguide with a long longitudinal slot (several wavelengths) in a narrow wall of this waveguide [4]. This antenna is widely used in antenna techniques for excitation of a dielectric antenna.

II.                                        Main Part

Proposed antenna (Fig. 1) consists of a mowing rectangular waveguide 1 with a dielectric plate 2. The narrow wall of this waveguide has a thin long slot 3 (the slot width is lesser than its wavelength). Metal rectangular plate 4 is situated perpendicularly to the wide waveguide wall. To match the waveguide 1 with the slot 3 the plate 4 is used, that is moved lengthwise to slot.

To analyze this antenna we use method of connected waves [6]. As a result, we have a system of differential equations of the first order relative amplitudes of own waves and system of differential equations of the second order relative voltage on slot [6]. We made the analysis with next assumptions: main waveguide mode is the only; losses in a slot and a waveguide are absent; waveguide wall thickness is infinitely thick; the slot width is lesser than its length.

We calculated that cooperated waves exist in this system, and they have equal speeds only. Therefore we must use system that consists of two equations for waves running into one side only. Other calculated waves are not connected.

To equalize phase speeds of waveguide wave and wave of the slot, we use a dielectric plate. This plate and a metal plate are used for matching antenna with the feeder in some wave ranges.

We obtained expression for a reflection coefficient by help of

method of connected waves (see eqn. (1)), where i/j, jVj – intensity of a magnetic field in the slot region and its norm; N – coefficient, that depends on the slot shape; к v\ – wave numbers of the slot and the waveguide;  –               dielectric and

magnetic permeabilities of free space; I – the slot length.

Experimental checking of a proposed radiator at 26 – 30 GHz frequency range is made. VSWR value at these frequencies did not exceed 1.1 (at e, = 2.2 ; / = 24 mm and the slot width 1.5 mm). Experimental H-plane for a field pattern is shown at Fig. 1.

III.                                       Conclusion

The waveguide-slotted radiator for a millimeter wave range is proposed. This radiator has been analyzed by means of an approached method of connected waves. It can work at wide range for many applications.

лосу частот, то именно такая антенна была выбрана в качестве базовой для исследования влияния профиля боковой стороны на характеристики антенны.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты