Введение

Слот-антенна состоит из металлической поверхности, обычно плоской пластины, в которой сделаны один или несколько вырезов (слотов). Когда к пластине подводится радиочастотный ток, слот излучает электромагнитные волны аналогично дипольной антенне. Форма и размер слота, а также рабочая частота, определяют диаграмму направленности. Слот-антенны обычно применяются в диапазонах УВЧ и СВЧ, где длины волн достаточно малы для удобной реализации антенны и слота небольших размеров. На этих частотах радиоволны часто распространяются по волноводам, и антенна представляет собой слоты в волноводе – такая антенна называется антенной с прорезями в волноводе. Несколько слотов образуют направленную антенную решетку, способную излучать узкий веерообразный луч микроволн. Они используются в стандартных лабораторных микроволновых генераторах для исследований, в передающих антеннах УВЧ-телевидения, антеннах ракет и самолетов, секторных антеннах для базовых станций сотовой связи и, в частности, в антеннах морских радиолокационных станций. Основными преимуществами слот-антенны являются ее компактность, простота конструкции и удобство массового производства с использованием волноводных технологий или печатных плат.

Структура

Как показал Г. Букер в 1946 году, из принципа Бабине в оптике щель в металлической пластине или волноводе имеет ту же диаграмму направленности, что и антенна с возбуждаемым стержнем, стержень которой имеет ту же форму, что и щель, за исключением того, что направления электрического и магнитного полей меняются местами; антенна является магнитным диполем вместо электрического диполя; магнитное поле параллельно длинной оси щели, а электрическое поле – перпендикулярно. Таким образом, диаграмму направленности щели можно рассчитать с помощью тех же известных уравнений, которые используются для антенн с стержневыми элементами, таких как диполь. Волны линейно поляризованы перпендикулярно оси щели. Щели длиной до одной длины волны имеют одну главную лепестку с максимальным излучением перпендикулярно поверхности. Антенны, состоящие из нескольких параллельных щелей в волноводе, широко используются как фазированные антенные решетки. Они имеют диаграмму направленности, аналогичную соответствующей линейной решетке дипольных антенн, за исключением того, что щель может излучать в пространство только с одной стороны поверхности волновода, в пределах 180° окружающего пространства. Существует два широко используемых типа:

Антенна с продольными щелями в волноводе: ось щелей параллельна оси волновода. Она имеет диаграмму направленности, аналогичную коллинеарной дипольной антенне, и обычно устанавливается вертикально. Диаграмма направленности почти всенаправленная в горизонтальной плоскости, перпендикулярной антенне, в пределах 180° азимута перед щелью, но узкая в вертикальной плоскости, при этом вертикальный коэффициент усиления увеличивается примерно на 3 дБ при каждом удвоении количества щелей. Излучение горизонтально поляризовано. Она используется для вертикальных всенаправленных передающих антенн для УВЧ-телевизионных станций. Для вещания иногда используется цилиндрический или полуцилиндрический волновод с несколькими колоннами щелей, вырезанных на разных сторонах, чтобы получить всенаправленную диаграмму направленности на 360°.

Антенна с поперечными щелями: щели почти перпендикулярны оси волновода, но отклонены под небольшим углом, при этом соседние щели отклонены под противоположными углами. Она излучает дипольную диаграмму направленности в плоскости, перпендикулярной антенне, и очень узкий луч в плоскости антенны. Наиболее часто используется в микроволновых морских радиолокационных антеннах. Антенна устанавливается горизонтально на механическом приводе, который вращает антенну вокруг вертикальной оси, сканируя вертикальный веерный луч антенны на 360° вокруг поверхности воды, окружающей корабль, до горизонта с каждым оборотом. Большая ширина вертикального луча гарантирует, что даже в плохую погоду, когда корабль и ось антенны сильно раскачиваются волнами, радиолокационный луч не пропустит поверхность.

История

Слот-антенна была изобретена в 1938 году Аланом Блумлейном, работавшим в компании EMI. Он разработал её для создания практичного типа антенны для вещания VHF-телевидения с горизонтальной поляризацией, всенаправленной диаграммой направленности в горизонтальной плоскости и узкой диаграммой направленности в вертикальной плоскости. До использования в радарах надводного наблюдения такие системы применяли параболический сегментный отражатель, известный как "антенна-сыр". Антенна с прорезями в волноводе стала результатом совместных радиолокационных исследований, проводившихся Университетом Макгилла и Национальным исследовательским советом Канады во время Второй мировой войны. Соавторы изобретения, У. Х. Уотсон и Э. В. Гуптилл из Университета Макгилла, получили патент США на это устройство, описанное как "направленная антенна для микроволн", в 1951 году.

Другие применения

В смежном применении так называемые излучающие волноводы также используются для определения положения вагонов в некоторых системах скоростного транспорта. Они применяются главным образом для точного определения местоположения поезда при его остановке на станции, чтобы обеспечить правильное совмещение дверных проемов с местами ожидания на платформе или со вторым комплектом защитных дверей, если они предусмотрены.