Блінова Н. К., Ляховський А. А., Яцук Л. П., Катрич В. А. Харківський національний університет, м. Харків – 61077, Україна Тел.: +38 (057) 707-55-48; e- mail: Natalya.K.Blinova @ univer.kharkov.ua

Анотація – Проведено дослідження енергетичних характеристик, спрямованих властивостей і углочастотной чутливості системи поздовжніх щілин, прорізаних в широкій стінці прямокутного хвилеводу з поздовжньою діелектричної вставкою, паралельної його вузьким стінок. Показано, що в разі часткового заповнення хвилеводу діелектриком з невеликою діелектричною проникністю шляхом спеціального підбору положення щілин і їх довжини можна отримати високий коефіцієнт випромінювання антени в більш широкій смузі частот ніж у випадку полого хвилеводу, підвищити її коефіцієнт підсилення.

I. Вступ

Одним з напрямків удосконалення скануючих хвилеводно-щілинних антен є розширення їхньої робочої смуги частот. Метою цієї роботи є дослідження можливості поліпшення характеристик частотного сканування хвилеводно-щілинних антен з допомогою часткового заповнення хвилеводу діелектриком, яке дозволяє уповільнити хвилю в хвилеводі при відносно невеликому збільшенні його ваги, розширити його робочий діапазон.

II. Основна частина

Для розрахунку амплітудно-фазового розподілу в багатощілинну системі найбільш зручними є метод наведених магніторушійних сил (МДС) [1] і один з варіантів методу послідовних наближень (МПП) модифікований в роботі [2] для обліку кінцевої товщини стінки хвилеводу і оконечной навантаження (ММПП). Останній зручний тим, що система рівнянь методу наведених МДС записується тільки для однієї щілини (всього 2 рівняння, а не 2N, де N – число щілин у системі). Крім того, при використанні ММПП власні внутрішні провідності щілин не залежать від кінцевої навантаження. Їх розраховували за формулами з [3]. Внутрішні взаємні провідності щілин взагалі не фігурують. В даній роботі використаний саме цей метод.

У діапазоні частот проведено розрахунок амплітуднофазового розподілу, діаграм спрямованості (ДН) та енергетичних характеристик багатощілинну системи, що складається з N поздовжніх щілин, прорізаних в шаховому порядку в широкій стінці прямокутного хвилеводу (а = 23мм Ь = 10мм). Розрахунок проводився для полого хвилеводу (N = 20) і хвилеводу, частково заповненого діелектриком (N = 27). Діелектрична вставка розташовувалася вздовж осі хвилеводу, її ширина дорівнює аг. В підлогою хвилеводі відстань між сусідніми щілинами було вибрано рівним половині довжині хвилі в хвилеводі на центральній частоті ^ = 9,375 ГГц, тобто d “= X” / 2 =

Yl g

22,5 мм; резонансна довжина щілини 1_1 = 15,35 мм. При цьому зміщення щілин щодо осі хвилеводу хо = 2,5 мм забезпечувало на центральній частоті максимально можливий коефіцієнт випромінювання антени | S |2= 0,5. При частковому заповненні хвилеводу діелектриком з £ = 5,5, шириною вставки а2= 1мм, резонансна довжина щілини 1_г при тому ж хо стає рівною 15,04 мм. В цьому випадку щілини розташовували на відстані dn=Xgl2 = 16,14 мм (Половина сповільненій хвилі).

Рис. 1. Залежність коефіцієнта випромінювання системи щілин від частоти.

Fig. 1. Frequency dependence of radiation coefficient for the system of slots

У випадку хвилеводу з діелектриком (рис.1, крива 2) рівень коефіцієнта випромінювання | S |2 в максимумах дещо збільшується, а на центральній частоті зменшується в порівнянні з випадком полого хвилеводу (крива 1). Для нерезонансних на центральній частоті щілин довжиною L3= 16mm і 1_4 = 13мм, зміщених від осі хвилеводу на відстань хо = 1,25 мм, характерне порушення симетрії залежностей | S |2(F) щодо fo (рис.1, криві 3 і 4 відповідно). На них з’являються плоскі ділянки з високим коефіцієнтом випромінювання (| S |2~ 0 95). Так, при f 2= 0,8 для полого хвилеводу вона становить 3,3%, а для хвилеводу з діелектриком – 16%. Аналогічний ефект виявляється і в високочастотної області при f> fo. Як видно з рис.1, ширина частотної характеристики при | S |2aO, 8 (крива 4) збільшується приблизно в 8 разів. При цьому як в низькочастотній області, так і в високочастотної на цих ділянках КСХН <1,5. Таким чином, у разі заповнення хвилеводу діелектриком з’являється можливість роботи волноводнощелевой антени в більш широкій смузі частот, крім того, при виборі центральної частоти в області більш довгих хвиль відстань між випромінювачами dn , Завдяки уповільненню не перевищує довжину хвилі у вільному просторі.

Досліджено углочастотная чутливість системи щілин. На рис.2 наведені розрахункові залежності кута відхилення головної пелюстки ДН від частоти в підлогою хвилеводі – криві 1, 3 і в хвилеводі з діелектриком £ = 5,5 – криві 2, 4. Залежності 3, 4 отримані з використанням тільки зсуву фази основної хвилі між центрами сусідніх щілин, залежності 1, 2-з урахуванням взаємодії щілин. На ділянці f fo для 1_4 = 13мм. Видно, що в разі хвилеводу з діелектриком (крива 2) на частотах в межах 8, ЗГГц <