Диафрагмалық антенналар - микротолқынды, миллиметрлік толқынды, радарлық, байланыс және антенна өлшеу жүйелерінде кеңінен қолданылатын антенналардың маңызды класы. Негізінен өткізгіш элементтер бойымен ағатын токтар арқылы сәулеленетін сымды антенналардан айырмашылығы, диафрагмалық антенналар электромагниттік энергияны саңылау немесе диафрагма арқылы сәулелендіреді.
Жалпы мысал - ашық ұшты толқын өткізгіш. Электромагниттік толқындар толқын өткізгіш арқылы өтіп, ашық ұшына жеткенде, бағытталатын энергияның бір бөлігі бос кеңістікке сәулеленеді. Инженерлер диафрагма геометриясын, өрістің таралуын және айналасындағы құрылымды басқару арқылы импеданс сәйкестігін, бағытталуын, күшейтуін және сәулелену сипаттамаларын одан әрі жақсарта алады.
Жалпы диафрагма типті антенналарға мыналар жатадыашық ұшты толқын бағыттаушы антенналар,мүйізді антенналаржәне ұялы антенналарБастапқы анықтамалық мақалада бұл үш құрылым диафрагмалық антенналар тобына да топтастырылған.
1. Диафрагмалық антенна дегеніміз не?
Антенна инженериясында диафрагманы электромагниттік өрістердің басқарылатын құрылымнан бос кеңістікке қосылатын саңылау деп санауға болады.
Толқын өткізгіш электромагниттік энергияны шектеуге және бағыттауға арналған. Егер толқын өткізгіш қабырғамен аяқталса, энергия шектеулі күйінде қалады немесе аяқталу шарттарына сәйкес шағылысады. Алайда, толқын өткізгіш ашылған кезде, саңылаудағы электромагниттік өріс бос кеңістікке сәулеленуі мүмкін.
Сондықтан диафрагма басқарылатын электромагниттік режим мен сәулеленген электромагниттік толқын арасындағы өтпелі аймақ ретінде қызмет етеді.
Радиацияның нақты сипаттамалары бірнеше факторларға байланысты, соның ішінде:
- Диафрагманың өлшемдері мен пішіні
- Жұмыс толқын ұзындығы
- Толқын бағыттау режимі
- Электр және магнит өрісінің таралуы
- Фланец немесе оны қоршаған өткізгіш құрылым
- Диафрагмадағы кедергіні сәйкестендіру
Ашық тікбұрышты толқын өткізгіштерді зерттеу нәтижесінде пайда болған сәулелену өрісіне диафрагма өрістері де, айналасындағы фланец жиектерінен дифракция да ықпал ете алатыны анықталды.
1-сурет. Диафрагма сәулеленуін көрсету үшін қолданылатын тікбұрышты толқын өткізгіш құрылымының мысалы.
2. Ашық ұшты толқын өткізгіш қалай сәулеленеді?
Таралатын толқынжол режимі ашық саңылауға жеткенде, электромагниттік шекара шарттары кенеттен өзгереді. Өрістер енді өткізгіш қабырғалармен толығымен шектелмейді, бұл электромагниттік энергияның бір бөлігінің бос кеңістікке сәулеленуіне мүмкіндік береді.
Сонымен қатар, толқын өткізгіштен бос кеңістікке өту әдетте толық сәйкес келмейді. Сондықтан кейбір энергия толқын өткізгішке кері шағылуы мүмкін.
Бұл арасындағы қарым-қатынассәулелену және шағылысудиафрагмалық антенна дизайнының маңызды бөлігі болып табылады.
Қарапайым ашық ұшты толқын өткізгіш антенна ретінде қызмет ете алады, бірақ оның сәулелену тиімділігі, импеданс сәйкестігі, күшейту және сәуле сипаттамалары әрбір қолданыс үшін оңтайлы болмауы мүмкін. Инженерлер жақсы өнімділікке қол жеткізу үшін диафрагма геометриясын өзгерте алады. Ең таныс мысалдардың бірі -мүйізді антенна, мұнда толқын өткізгіш біртіндеп саңылауға қарай кеңейеді.
3. Диафрагмалық антенналардың жұмыс жиілігі
Барлық диафрагмалық антенналар үшін бірыңғай әмбебап жұмыс жиілігі диапазоны жоқ.
Толқын өткізгіш негізіндегі диафрагмалық антеннаның пайдалануға болатын жиілік диапазоны негізінен анықталадытолқын бағыттаушының өлшемдері, толқын бағыттаушының түрі, қолдау көрсетілетін таралу режимдері және кесу жиіліктері.
Сондықтан әртүрлі микротолқынды және миллиметрлік толқын жиілік диапазондары үшін әртүрлі стандартталған толқын өткізгіш өлшемдері қолданылады.
Бұл әсіресе жоғары жиілікті радиожиілік жүйелерінде маңызды. Жиілік артқан сайын және толқын ұзындығы қысқарған сайын, толқын өткізгіш пен диафрагма өлшемдері де кішірейеді, бұл диафрагма антенналарын микротолқынды, миллиметрлік толқынды және тіпті THz-ден төмен жүйелерде тиімді пайдалануға мүмкіндік береді.
4. Диафрагмалық антеннаның сәулелену үлгісі
Диафрагмалық антеннаның сәулелену үлгісі диафрагма өлшеміне, өрістің таралуына, жұмыс режиміне, толқын ұзындығына және қоршаған құрылымға қатты тәуелді.
Ашық ұшты толқын өткізгіш әдетте салыстырмалы түрде кең сәуле шығарады, бірақ оны автоматты түрде көп бағытты антенна ретінде сипаттауға болмайды. Оның E жазықтығы мен H жазықтығының сәулелену сипаттамалары диафрагма бойынша электромагниттік өрістің таралуымен анықталады.
Қоршаған фланец те пайда болған сәулелену үлгісіне әсер етуі мүмкін, себебі оның шеттерінен дифракцияланған өрістер жалпы сәулеленген өріске үлес қосады. Қазіргі заманғы аналитикалық зерттеулер алыс өрістің әрекетін есептеу кезінде диафрагма сәулеленуін де, фланец жиегінің дифракциясын да анық ескереді.
Тиімді диафрагма өлшемін арттыру, әдетте, жоғары бағытталуды және тар негізгі сәулені қамтамасыз ете алады, бұл жоғары күшейту қажет болған кезде мүйізді антенналар мен үлкен диафрагма құрылымдарының жиі қолданылатынының бір себебі.
Директивті емес сәулелену үлгісі
5. Диафрагмалық антенналардың негізгі түрлері
Ашық ұшты толқын бағыттаушы антенна
Ашық ұшты толқын өткізгіш - ең қарапайым диафрагмалық радиаторлардың бірі. Оның ықшам құрылымы және толқын өткізгіш жүйелерімен тікелей үйлесімділігі оны микротолқынды және миллиметрлік толқынды зертханаларда, антенна өлшеулерінде, зондтарда, қоректенулерде және басқа да РЖ жүйелерінде пайдалы етеді.
Мүйізді антенна
Мүйізді антеннаны көлденең қимасы сәулелену диафрагмасына қарай біртіндеп кеңейетін толқын өткізгіш ретінде қарастыруға болады. Бұл біртіндеп ауысу бағытталған толқындардан бос кеңістіктік сәулеленуге трансформацияны жақсартады және импедансты жақсырақ сәйкестендіруді, жоғары күшейтуді және бақыланатын сәулелену үлгілерін қамтамасыз ете алады.
Мүйізді антенналар антеннаны өлшеуде, электромагниттік үйлесімділік сынағында, радарда, байланыс жүйелерінде, қоректендіру жүйелерінде және миллиметрлік толқындық қолданбаларда кеңінен қолданылады.
Ұяшық антеннасы
Ұяшық антеннасы электромагниттік энергияны сәулелендіру үшін өткізгіш бетке кесілген тесікті немесе ұяшықты пайдаланады. Ұяшық геометриясына, қоздыруға және айналасындағы құрылымға байланысты ұяшық антенналарын жеке-жеке немесе массивтерге біріктіруге болады.
Олар төмен профильді құрылымдар, интеграция немесе массив конфигурациялары қажет болатын микротолқынды жүйелерде кеңінен қолданылады.
6. Радиожиілікті және микротолқынды инженериядағы диафрагмалық антенналар
Диафрагмалық антенналар толқын өткізгіштік құрылымдармен табиғи түрде біріктірілгендіктен, олар микротолқынды және миллиметрлік толқын жиіліктерінде ерекше маңызды.
Типтік қолданбаларға мыналар кіреді:
- Антеннаның күшейтілуін және сәулелену үлгісін өлшеу
- Электромагниттік үйлесімділік және электромагниттік үйлесімділік сынағы
- Радарлық жүйелер
- Микротолқынды және миллиметрлік толқындық байланыс
- Антенналық қоректендіру жүйелері
- Радиожиілікті зертханалық өлшеу
- Бағытталған тарату және қабылдау
- Сынақ және калибрлеу жүйелері
Антенна инженерлері үшін тиісті диафрагмалық антеннаны таңдау жиілікті ескеруден де көп нәрсені талап етеді. Күшейту, сәуле ені, поляризация, VSWR, толқын өткізгіш өлшемі, фланец түрі, қуатты басқару және механикалық өлшемдер сияқты параметрлер жүйенің жұмысына әсер етуі мүмкін.
Қорытынды
Диафрагмалық антенналар басқарылатын электромагниттік энергияны бос кеңістіктік сәулеленуге түрлендірудің тиімді әдісін қамтамасыз етеді, бұл оларды микротолқынды және миллиметрлік толқындық инженериядағы негізгі антенна санатына айналдырады.
Қарапайым ашық толқын өткізгіштерден бастап оңтайландырылған мүйізді және ұялы құрылымдарға дейін, диафрагмалық антенналарды күшейту, сәуле ені, поляризация, жиілік диапазоны және жүйелік интеграция талаптарының әртүрлі үйлесімдері үшін жобалауға болады.
Сондықтан, радиожиілікті сынау, байланыс, радар және өлшеу жүйелері үшін антенналарды таңдағанда немесе жобалағанда, диафрагма өлшемінің, электромагниттік өрістің таралуының, толқын өткізгіш режимдерінің және айналасындағы құрылымдардың радиациялық өнімділікке қалай әсер ететінін түсіну өте маңызды.
Жарияланған уақыты: 2026 жылғы 14 тамыз
