Удосконалена методика розрахунку антени у вигляді відкритого кінця круглого хвилеводу

Abstract

UK: Актуальність. Спрямовані (слабоспрямовані) антени сантиметрового діапазону хвиль того чи іншого типу можуть застосовуватись як окремі випромінювачі та бути у складі антенних решіток. Необхідність забезпечити мінімізацію втрат потужності сигналу в таких антенах є досить важливим та актуальним науково-практичним завданням в будь-якому випадку. Тому для мінімізації втрат потужності сигналу в антенах сантиметрового діапазону хвиль слід розробляти нові (удосконалювати існуючі) підходи до зменшення зазначених втрат. Мета. Метою дослідження є вдосконалення методики розрахунку антени у вигляді відкритого кінця круглого хвилеводу, яка живиться коаксіальною лінією із циліндричним діелектричним узгоджувальним трансформатором, завдяки врахуванню методом еквівалентних схем торцевих ємностей цього трансформатора. Метод. Для досягнення мети дослідження використовуватися наближений апертурний метод, що базується на принципі Гюйгенса-Кірхгофа, метод еквівалентних схем, методи чисельного дослідження та натурного експерименту. Результати. Удосконалено та виведено нові розрахункові формули, що враховують вплив торцевих ємностей, які показують наступні особливості: довжина циліндричного діелектричного узгоджувального трансформатора повинна бути меншою чверті довжини хвилі, за цього величина зменшення визначається ємністю торців; торцеві ємності збільшують необхідний хвильовий опір цього трансформатора; смуга пропускання антени збільшується за зменшення перепаду опорів, які підлягають узгодженню. Практичним значенням результатів дослідження є зменшення втрат потужності сигналу в антені за рахунок покращення узгодження, що визначено за зміною коефіцієнта стоячих хвиль за напругою в заданій смузі частот круглого хвилеводу. Для відкритого кінця хвилеводу круглого перетину із циліндричним діелектричним узгоджувальним трансформатором, розрахованим за удосконаленою методикою, діаграми спрямованості як у площині Е, так і в площині Н наближаються до діаграм спрямованості круглого хвилеводу із синфазним розкривом. Висновки. Перевірку запропонованої методики здійснено шляхом порівняння теоретичних розрахунків та експериментальних досліджень зміни коефіцієнта стоячої хвилі за напругою у смузі частот і діаграми спрямованості в площинах Е та Н за використання відомої та удосконаленої методик. EN: Context. Directional (slightly directed) antennas of a centimeter wave range of one type or another can be used as separate radiants and be part of antenna arrays. The need to minimize signal power losses in such antennas is a very important and relevant scientific and practical task in any case. Therefore, to minimize signal power losses in antennas of the centimeter wave range, new (improve existing) approaches to reducing these losses should be developed. Objective. The goal of the study is to improve the calculation method of the antenna in the form of an open end of a circular waveguide, which is fed by a coaxial line with a cylindrical dielectric matching transformer, due to the consideration of the end capacitance of this transformer by the equivalent circuit method. Method. To achieve the research objective, the aperture method was used, based on the Huygens-Kirchhoff principle, the method of equivalent schemes, the methods of numerical verification, and natural experiment were applied. Results. New calculation formulas are improved and derived, taking into account the influence of end capacities, which show the following features: the length of a cylindrical dielectric matching transformer should be less than a quarter of the wavelength, therefore the reduction value is determined by the end capacitance; end tanks increase the necessary wave impedance of this transformer; antenna bandwidth increases with decreasing resistance drop, which must be negotiated. The practical value of the research results is to reduce the signal power loss in the antenna due to improved matching, which is determined by the change in the coefficient of standing waves by voltage in a given frequency band of a circular waveguide. For the open end of a circular waveguide with a cylindrical dielectric matching transformer, calculated according to an improved methodology, the radiation patterns both in the E plane and in the H plane approach the radiation patterns of a circular waveguide with in-phase opening. Conclusions. The proposed method was verified by comparing theoretical calculations and experimental studies of the variation of the standing wave coefficient with respect to voltage in the frequency band and radiation pattern in the E and H planes using the well-known and improved methods.