رئيسي

هوائيات الموجات الدليلية المشقوقة - مبادئ التصميم

يوضح الشكل 1 مخططًا شائعًا لموجه موجي مشقوق، وهو عبارة عن بنية موجه موجي طويلة وضيقة مع شق في المنتصف. يمكن استخدام هذا الشق لنقل الموجات الكهرومغناطيسية.

8

الشكل 1. هندسة هوائيات الموجات الدليلية المشقوقة الأكثر شيوعًا.

يتم تغذية الهوائي الأمامي (الوجه المفتوح عند Y = 0 في المستوى xz). أما الطرف البعيد فهو عادةً عبارة عن دائرة قصر (غلاف معدني). يمكن إثارة الدليل الموجي بواسطة ثنائي قطب قصير (يُرى على ظهر هوائي الفتحة التجويفية) في الصفحة، أو بواسطة دليل موجي آخر.

للبدء بتحليل الهوائي الموضح في الشكل 1، دعونا ننظر إلى نموذج الدائرة. يعمل الدليل الموجي نفسه كخط نقل، ويمكن اعتبار الفتحات الموجودة في الدليل الموجي بمثابة موصلات متوازية. الدليل الموجي موصول بدائرة قصر، لذا يظهر نموذج الدائرة التقريبي في الشكل 1.

162b41f3057440b5143f73195d68239

الشكل 2. نموذج دائرة هوائي الموجة الموجهة المشقوقة.

الفتحة الأخيرة هي مسافة "d" إلى النهاية (وهي دائرة قصر، كما هو موضح في الشكل 2)، وعناصر الفتحة متباعدة بمسافة "L" عن بعضها البعض.

يُحدد حجم الأخدود طول الموجة. طول الموجة الدليلية هو طول الموجة داخل الدليل الموجي. طول الموجة الدليلية ( ) هو دالة لعرض الدليل الموجي ("a") وطول الموجة في الفراغ. بالنسبة للنمط السائد TE01، تكون أطوال الموجات الدليلية كما يلي:

37259876edb11dc94e2d09b8f821e74
278a67f6ac476d62cfbc530d6b133c2

غالبًا ما تُختار المسافة بين الفتحة الأخيرة والنهاية "d" لتكون ربع طول موجة. الحالة النظرية لخط النقل، أي خط المعاوقة ذو الدائرة القصيرة بربع طول الموجة والمُرسَل لأسفل، هي دائرة مفتوحة. لذلك، يختزل الشكل 2 إلى:

6a14b330573f76e29261f29ad7e19a9

الصورة 3. نموذج دائرة الدليل الموجي المشقوق باستخدام تحويل ربع الطول الموجي.

إذا تم اختيار المعامل "L" ليكون نصف طول موجي، فإن معاوقة الدخل الأومية تُقاس عند مسافة نصف طول موجي، أي z أوم. يُعدّ "L" أحد أسباب تصميم الهوائي بحيث يكون طوله حوالي نصف طول موجي. إذا صُمم هوائي الفتحة الموجي بهذه الطريقة، فيمكن اعتبار جميع الفتحات متوازية. بالتالي، يمكن حساب مُعامل السماحية ومُعامل مقاومة الدخل لمصفوفة فتحات مكونة من "N" عنصر بسرعة كما يلي:

029f3703538d59e328ce97a1a99fa53

إن معاوقة الإدخال للموجه هي دالة لمعاوقة الفتحة.

يرجى ملاحظة أن معايير التصميم المذكورة أعلاه صالحة فقط عند تردد واحد. مع زيادة التردد، سيقل أداء الهوائي نتيجةً لتأثير تصميم الدليل الموجي. كمثال على خصائص التردد لدليل موجي مشقوق، سيتم عرض قياسات عينة كدالة للتردد في الملحق S11. صُمم الدليل الموجي للعمل عند تردد 10 جيجاهرتز، ويتم تغذيته إلى كابل محوري في الأسفل، كما هو موضح في الشكل 4.

9

الشكل 4. يتم تغذية هوائي الموجة الموجه المشقوق بواسطة تغذية محورية.

يظهر أدناه مخطط معاملات S الناتج.

10

ملاحظة: يُظهر الهوائي انخفاضًا حادًا في معامل S11 عند حوالي 10 جيجاهرتز. وهذا يدل على أن معظم استهلاك الطاقة يُشع عند هذا التردد. يتراوح عرض نطاق الهوائي (إذا عُرِّف بأنه S11 أقل من -6 ديسيبل) من حوالي 9.7 جيجاهرتز إلى 10.5 جيجاهرتز، مما يُعطي عرض نطاق كسري قدره 8%. تجدر الإشارة إلى وجود رنين أيضًا حول 6.7 و9.2 جيجاهرتز. أما دون 6.5 جيجاهرتز، أي دون تردد قطع الموجة الدليلية، فلا يُشع أي طاقة تقريبًا. يُعطي مخطط معاملات S الموضح أعلاه فكرة جيدة عن عرض النطاق الترددي الذي تُشابهه خصائص تردد الموجة الدليلية المشقوقة.

يُظهر الشكل أدناه نمط الإشعاع ثلاثي الأبعاد لموجه موجي مشقوق (تم حسابه باستخدام برنامج حاسوبي كهرومغناطيسي يُسمى FEKO). يبلغ كسب هذا الهوائي حوالي 17 ديسيبل.

11

لاحظ أن عرض الحزمة في المستوى XZ (المستوى H) ضيق جدًا (2-5 درجات). أما في المستوى YZ (أو المستوى E)، فيكون عرض الحزمة أكبر بكثير.

مقدمة عن سلسلة هوائيات الموجات الموجهة المشقوقة:

 
 
 

RM-SWA910-22، 9-10 جيجاهرتز


تاريخ النشر: 5 يناير 2024

احصل على ورقة بيانات المنتج