Abbildung 1 zeigt ein übliches Schlitzwellenleiterdiagramm, das eine lange und schmale Wellenleiterstruktur mit einem Schlitz in der Mitte aufweist.Dieser Schlitz kann zur Übertragung elektromagnetischer Wellen genutzt werden.
Abbildung 1. Geometrie der gängigsten Schlitzhohlleiterantennen.
Die Antenne am vorderen Ende (Y = 0 offene Fläche in der xz-Ebene) wird gespeist.Das andere Ende ist normalerweise ein Kurzschluss (Metallgehäuse).Der Wellenleiter kann durch einen kurzen Dipol (zu sehen auf der Rückseite der Hohlraumschlitzantenne) auf der Seite oder durch einen anderen Wellenleiter angeregt werden.
Um mit der Analyse der Antenne in Abbildung 1 zu beginnen, schauen wir uns das Schaltungsmodell an.Der Wellenleiter selbst fungiert als Übertragungsleitung und die Schlitze im Wellenleiter können als parallele (parallele) Admittanzen betrachtet werden.Der Wellenleiter ist kurzgeschlossen, daher ist das ungefähre Schaltungsmodell in Abbildung 1 dargestellt:
Abbildung 2. Schaltungsmodell einer Schlitzhohlleiterantenne.
Der letzte Schlitz hat einen Abstand „d“ zum Ende (das kurzgeschlossen ist, wie in Abbildung 2 dargestellt), und die Schlitzelemente haben einen Abstand „L“ voneinander.
Die Größe der Rille gibt einen Anhaltspunkt für die Wellenlänge.Die Führungswellenlänge ist die Wellenlänge innerhalb des Wellenleiters.Die Leiterwellenlänge ( ) ist eine Funktion der Breite des Wellenleiters („a“) und der Wellenlänge im freien Raum.Für den dominanten TE01-Modus sind die Führungswellenlängen:
Der Abstand zwischen dem letzten Schlitz und dem Ende „d“ wird häufig als Viertelwellenlänge gewählt.Der theoretische Zustand der Übertragungsleitung, die nach unten übertragene Viertelwellenlängen-Kurzschlussimpedanzleitung, ist ein offener Stromkreis.Daher reduziert sich Abbildung 2 auf:
Bild 3. Schlitzwellenleiter-Schaltkreismodell mit Viertelwellenlängentransformation.
Wenn der Parameter „L“ als halbe Wellenlänge ausgewählt wird, wird die Eingangsimpedanz von ¼ Ohm bei einem halben Wellenlängenabstand von z Ohm betrachtet.Das „L“ ist ein Grund dafür, dass das Design etwa eine halbe Wellenlänge beträgt.Wenn die Hohlleiter-Schlitzantenne auf diese Weise ausgelegt ist, können alle Schlitze als parallel betrachtet werden.Daher können die Eingangsadmittanz und die Eingangsimpedanz eines „N“-Element-Schlitzarrays schnell wie folgt berechnet werden:
Die Eingangsimpedanz des Wellenleiters ist eine Funktion der Schlitzimpedanz.
Bitte beachten Sie, dass die oben genannten Designparameter nur für eine einzelne Frequenz gelten.Wenn die Frequenz von dort aus weiter ansteigt, funktioniert das Wellenleiterdesign, was zu einer Verschlechterung der Leistung der Antenne führt.Als Beispiel für die Betrachtung der Frequenzeigenschaften eines Schlitzwellenleiters werden in S11 Messungen einer Probe als Funktion der Frequenz gezeigt.Der Wellenleiter ist für den Betrieb bei 10 GHz ausgelegt.Dieses wird der Koaxialzuführung unten zugeführt, wie in Abbildung 4 dargestellt.
Abbildung 4. Die Schlitzhohlleiterantenne wird über eine Koaxialeinspeisung gespeist.
Das resultierende S-Parameter-Diagramm ist unten dargestellt.
HINWEIS: Die Antenne weist beim S11 einen sehr großen Abfall bei etwa 10 GHz auf.Dies zeigt, dass bei dieser Frequenz der größte Teil des Stromverbrauchs abgestrahlt wird.Die Antennenbandbreite (wenn S11 als weniger als -6 dB definiert ist) reicht von etwa 9,7 GHz bis 10,5 GHz, was einer Bruchteilsbandbreite von 8 % entspricht.Beachten Sie, dass es auch eine Resonanz um 6,7 und 9,2 GHz gibt.Unterhalb von 6,5 GHz, unterhalb der Grenzwellenleiterfrequenz, wird nahezu keine Energie abgestrahlt.Das oben gezeigte S-Parameter-Diagramm gibt eine gute Vorstellung davon, welcher Bandbreite die Frequenzeigenschaften von geschlitzten Wellenleitern ähneln.
Das dreidimensionale Strahlungsmuster eines geschlitzten Wellenleiters ist unten dargestellt (dies wurde mit einem numerischen elektromagnetischen Paket namens FEKO berechnet).Der Gewinn dieser Antenne beträgt ca. 17 dB.
Beachten Sie, dass in der XZ-Ebene (H-Ebene) die Strahlbreite sehr schmal ist (2–5 Grad).In der YZ-Ebene (oder E-Ebene) ist die Strahlbreite viel größer.
Produkteinführung der Slotted Waveguide Antenna-Serie:
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 05.01.2024
