Лященко В А, Катрич В А, Бердник С Л Харківський національний університет ім В Н Каразіна пл Свободи, 4, м Харків, 61077, Україна тел: 38 (057) 7075585, e-mail: SergeyLBerdnil < @ univer.kharkov.ua

Анотація – Досліджено вплив діелектриків з втратами в порожнині щілини, а також діелектричного укриття на енергетичні характеристики і спрямовані свойст-ва хвилеводно-щілинних випромінювачів довільної електричної довжини

I                                       Введення

Застосування діелектриків в конструкціях базових елементів НВЧ і КВЧ діалазонов може значно поліпшити масогабаритні характеристики, розширити функціональні можливості пристроїв, створюваних на їх основі Однак лрі наявності діелектриків ускладнюється структура електромагнітних лолей в електродинамічних обсягах, змінюються діслерсіонние властивості волноведущих трактів, що істотно проявляється на характеристиках неоднорідностей, що розміщуються в них Метою даної роботи є дослідження впливу діелектриків з втратами, розташованих в порожнині щілин або заповнюють зовнішній простір на енергетичні характеристики і спрямовані властивості щілинних випромінювачів різних розмірів, а також можливості оптимізації характеристик

II                              Основна частина

Поздовжня щілина довільної довжини / і ширини d прорізана в широкій стінці кінцевої товщини прямокутного хвилеводу, заповненого діелектриком з втратами Порожнина щілини і зовнішнє полупространство також заповнені діелектриками з відносними діелектричними проницаемостями έ’ = 8′ (1-i-tg6′) і

gext ^ gext ^ – | _ j tggext J відповідно

Рис 1

Fig 1

Методом магніторушійних сил [1] досліджено вплив діелектриків, що заповнюють зовнішнє полупространство на коефіцієнти випромінювання | 3ς | ^ η відображення | Sii |, а також на діаграму спрямованості (ДН) і коефіцієнт спрямованої дії (КНД) На рис1 наведено залежності | 3ς | ^ η КНД (D) від величини ε ® ** при 1Д6 ® “= 0для щілини с / = 5λ, с (= 1мм, прорізаної в широкій стінці прямокутного хвилеводу з поперечним перерізом ахЬ = 23х10мм ^ КНД значно зростає порівняно з випадком, коли ε ® “= 1 Зростання КНД повязано із звуженням ширини головного пелюстка ДН і з зменшенням рівня бічного випромінювання Максимум діаграми спрямованості при цьому зміщується до нормалі На рис2 наведені ДН поздовжньої щілини с / = 5λ, випромінюючої в простір з проникністю ε ® “= 1, ε ®” = 2 і tg6 ® “= 0, tg6 ®” = 10 ^, tg6 ® “= 01 На малюнку не представлені ДН при 1Д6 ® “= 10 ® і tg6 ® ” = 10”, так як діаграми спрямованості для цих варіантів збіглися з даними, розрахованими для випадку ідеального діелектрика

Використання діелектричного укриття може істотно поліпшити форму діаграми спрямованості: зменшити ширину головного пелюстка, зменшити рівні бічних пелюсток Втрати діелектрика з tg6 ® “не більше 001 практично не впливають на спрямовані властивості щілинних випромінювачів Якщо втрати значні, наприклад, tg6 ® “= 01, спостерігається сильне зростання далеких бічних пелюсток (крива 4 на рис2)

Рис 2

Fig 2

Таким чином, введенням діелектриків у зовнішнє полупространство, мають tg6 ® “не більше 001, можна створити щілинні випромінювачі з коефіцієнтом спрямованої дії в кілька разів перевищують КНД при випромінюванні в простір οε ® “= 1

Для управління спрямованими характеристиками щілинних антен та з метою захисту антен від зовнішніх впливів може бути використано діелектричне заповнення порожнини щілини У даній роботі досліджені діаграми спрямованості та енергетичні коефіцієнти щілин залежно від величини ε’ і від значення tg6′. Розглянуто як електрично короткі щілини (/ / λ <1) так і електрично довгі. В [2] показано, що з збільшенням значення Ι / λ зростає коефіцієнт випромінювання щілини і для деяких значень її довжини він може досягати величини близькою до одиниці. Але для таких випромінювачів ДН може виявитися дуже «поганий» [2], тобто вона може мати багатопелюсткову форму і високий рівень бокового випромінювання. Введенням діелектрика в порожнину щілини вдається істотно поліпшити форму діаграми спрямованості.

Для електрично довгих щілинних випромінювачів залежності коефіцієнтів випромінювання від геометричної довжини щілини при постійній довжині хвилі (λ = 32ΜΜ) і ε’ = 2 при різних значеннях tg6′ представлені на рис 3 На цьому ж малюнку показані залежності | Ss | ^ = f (/) для випадку ε’ = 1 Внесення діелектрика в порожнину щілини змінює значення резо-

нансной довжини і зменшує величину коефіцієнта випромінювання Залежності, наведені на рісЗ, відповідають щілинах з електричними довжинами не більше 10λ Згідно з результатами роботи [2] найбільш раціональним є використання щілини довжиною більше 50λ Для таких антен, змінюючи розміри щілини (/ і d), а також її розташування в стінці хвилеводу, вибором ε’ можна створити оптимальну ДН і в кінцевому підсумку оптимальний коефіцієнт посилення (КУ) На рис4 представлені ДН антени довжиною / = 50λ Застосування діелектрика в порожнині щілини дозволило істотно звузити головний пелюсток, зменшити бічне випромінювання КНД збільшився від значення 803 (ε’ = 1) до величини 1828 при ε’ = 295, tg6′ = 0 Із збільшенням втрат в діелектрику зменшується коефіцієнт випромінювання Наприклад, при

Рис 5

Fig 4

Рис 3 Fig 3

тобто зменшення коефіцієнта випромінювання сталося менше, ніж на 10% Визначаючи КУ щілинної антени як добуток КНД на ККД, бачимо, що навіть при використанні діелектриків зі значними втратами, наприклад tg6′ = 005, введення їх в порожнину щілини призводить до зростанню коефіцієнта посилення антени Відповідні залежності КУ, КНД і | 3ς | ^ від tg6′ представлені на рис 5 Бачимо, що при всіх значеннях tg6′ <0.1 коефіцієнт посилення залишається більше, ніж для випадку відсутності діелектрика, так як при ε” = 1, G = 80.06.

Таким чином, діелектричне укриття і заповнення порожнини електрично довгої щілини діелектриком може бути перспективно для отримання більш високих значень КНД і КУ, незважаючи на можливі втрати в діелектрику

IV                           Список літератури

[1] Фельд Н, Бененсон С Л антенно-фідерних пристроїв Москва, Вид-во ВВІА ім Жуковського, 1959, Ч 2, 551 с

[2] Катрич В А, Лященко В А, Бердник С Л Електрично довгі хвилеводно-щілинні антени з оптимальними випромінюючими і спрямованими характеристиками / / Известия Вузів Радіоелектроніка-2003 – № 2-Т46-С51-60

LOSSY DIELECTRICS INFLUENCE ON RADIATING CHARACTERISTICS OF WAVEGUI DE-SLOT ANTENNAS

Lyaschenko V A, Katrich V A, Berdnik S L

\f N Karazin Kharkov National University 4 Svoboda Sq, Kharkov, 61077, Ukraine

Abstract – Influence of lossy dielectrics inserted into slot volumes and lossy dielectric coating on radiating and directional characteristics of waveguide-slot antennas was investigated

I                                         Introduction

Dielectrics introduction into design of microwave devices has changed engineering process, and considerably improved weight-dimensions parameters, expanded functionalities of such devices However, at the presence of dielectrics the structure of electromagnetic fields becomes complicated and the dispersion properties of waveguides are varied Investigation of lossy dielectrics effect on energy characteristics and directional properties of waveguide-slot radiators with various sizes is the purpose of the present paper

II                                        Main Part

Longitudinal slot having the length I and width d was cut in a narrow wall of rectangular waveguide with cross-section axb The slot volume and free half-space are filled by dielectric with permittivity έ’= 8′(1-i-tg6′) and =8®>^(1-i-tg5®’^), respectively

According to the method of magnetomotive forces [1] influence of lossy dielectrics on radiation (|Sz|^) and reflection (|Sii|) coefficients, as well as radiation patterns and gain was investigated

Fig 1 shows the radiation and directivity (D) coefficients of the slot with /=5λ, d=1mm, tg5®*=0 versus ε®** Radiation patterns of the slot (/=5λ) with different values of ε®** and tga®** are presented in Fig 2 Using of dielectric coating can reduce the width of radiation pattern mainlobe and reduce side lobe levels

Fig 3 shows radiation coefficients of the slot with different values of ε’ and tg5′ versus the length of the slot (X=32mm) and Fig 4 shows radiation patterns of the slot (/=50λ) with different values of ε’and tge’. Directivity, gain and radiation coefficients of the slot (/=50λ) versus tg5′ are presented in Fig 5 In the case when tg5′<01 and ε’=295 gain coefficient (G) is greater than in the case of ε’=1

III                                       Conclusion

Dielectric coating of waveguide-slot antennas and dielectric filling of electrically lengthy slots volume can be perspective for deriving higher values of directivity and gain coefficients in spite of possible dielectric losses

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р