1. 10. Апертурные антенны
10.1. Волноводный излучатель.
Излучение происходит из открытого конца волновода. Для канализации электромагнитной
энергии используется волноводы прямоугольного или круглого типа.
Однако волноводы могут быть использованы не только для канализации электромагнитной
энергии, но и для ее излучения.
Открытый конец волновода можно рассматривать как простейшую антенну СВЧ.
Открытый конец волновода представляет собой площадку с электромагнитным полем.1
Особенности электромагнитного поля в открытом конце волновода.
1. Волна не является поперечной типа ТЕМ. (имеет более сложную структуру).
2. Кроме падающей волны присутствует отраженная.
3. Наряду с основным типом волны на конце волновода присутствуют высшие типы волн.
Кроме того поле присутствует не только в раскрыве волновода, но и на внешней
поверхности вследствие затекания на эту поверхность токов с конца волновода.
поле
токи
поле
токи
поле
Учет этих факторов очень усложняет задачу определения поля излучения из открытого
конца волновода, и ее строгое математическое решение встречает большие трудности. По этой
причине обычно применяют приближенные методы решения. Для этого решения задачу
разбивают на две задачи: внутреннюю и внешнюю.
1. Внутренней задачей является нахождения поля в раскрыве волновода.

2. 2. Внешней задачей является нахождение поля излучения по известному полю в раскрыве.
Рассмотрим прямоугольный волновод.
Основной тип волны H 10 .
Рис. 10.1. Прямоугольный волновод (а) и структура поля в нем при волне типа H 10 : в
плоскости xOy (б); в плоскости xOz (в); в плоскости yOz (г).
πx
E y = (1 + p ) E 0 cos ;
a
λ E0 πx
H x − (1 − p ) cos ;
λ в 120π a
λ E0 πx
H z = − j (1 + p ) sin .
2a 120π a
E0 - напряженность падающего электромагнитного поля в середине раскрыва волновода.
λв - длина волны в волноводе .
λ - длина волны в свободном пространстве.
p - комплексный коэффициент отражения.
Поле в дальней зоне:
zв
1+ cosθ − jkr
zф e
EE = j
2λ r ∫E
S
S e jkr ′ sin θ cos(ϕ −ϕ ′) dS

3. zв
+ cos θ − jkr
zф e
EH = j
2λ r ∫E
S
S e jkr ′ sin θ cos(ϕ −ϕ ′) dS
z ф - волновое сопротивление фронта волны на открытом конце волновода.
Ey 1 + p λв
zф = − = 120π
Hx 1− p λ
z в - волновое сопротивление среды равно 120π .
zв (1 − p )λ
=
z ф (1 + p)λв
С учетом найденных отношений поля в главных плоскостях
1− p λ kb
1+ cosθ a b
sin( sin θ ) − jkr
1 − p λв e − jkr 2
πx ′ 2
SE 0 1− p λ 2 e
∫acos a dx′ ∫be
− jky′ sin θ
EE = j E0 dy ′ = j (1 + cosθ )
2λ r πλ 1 + p λв kb r
− − sin θ
2 2 2
1− p λ ka
+ cos θ a b
sin θ ) − jkr
cos(
1 − p λв e − jkr 2
πx ′ jkx′ sin θ 2
SE 1 − p λ 2 e
EH = j
2λ
E0
r ∫acos a e dx ′ ∫ dy ′ = j 0 (
πλ 1 + p λв
+ cos θ )
2a r
− −
b
1− sin θ
2 2 λ
S = ab - площадь раскрыва волновода.
Диаграмма направленности открытого конца прямоугольного волновода.

4. Рис. 10.2. Диаграмма направленности излучения из открытого конца прямоугольного
волновода при a λ = 0,71; b λ = 0,32; λ = 3,2 см; p = 0,28.
Как видно из рисунка (рис.10.2) ширина диаграммы направленности большая. Для
получения более острой диаграммы направленности сечение волновода можно плавно
увеличивать, превращая волновод в рупор. В этом случае структура поля в волноводе в основном
сохраняется.