Щелевая антенна представляет собой разновидность антенн, работающих на принципе излучения электромагнитных волн через узкие прорези в металлической поверхности. Они находят широкое применение в системах радиосвязи, радиолокации, навигации, телеметрии, а также в гражданских и военных коммуникационных комплексах. Их конструктивная простота, высокая направленность, а также возможность создания антенных решёток, особенно привлекательны для использования в сложных технических системах.
Конструкция включает металлические элементы, образующие открытую рамку, в которой размещается резонансная щель. Такая антенна имеет небольшие габариты и высокую эффективность в заданном диапазоне.
Плоская щелевая антенна
Плоские конструкции обычно изготавливаются на печатных платах. Щели представляют собой узкие прорези в медном слое, размещённом на диэлектрике. Этот тип особенно популярен в мобильных устройствах, системах Wi-Fi, радарах ближнего действия и даже в спутниковой связи.
Фото: диаграмма поведения щелевой антенны
Прорези могут быть размещены в виде массивов, объединённых в фазированные решётки. Это позволяет не только формировать диаграмму направленности, но и сканировать её без механических движений. Расчёт таких антенн требует моделирования в электромагнитных САПР.
Щелевая антенна Вивальди
Антенна Вивальди представляет собой конструкцию с экспоненциально расширяющейся щелью, вытравленной в металлическом слое. Особенность такой щели заключается в способности излучать широкий диапазон частот, начиная от десятков мегагерц до гигагерц.
Фото: щелевая антенна Вивальди
Широкополосность достигается за счёт плавного согласования сопротивления вдоль всей длины щели. Излучение направлено преимущественно в одну сторону, и диаграмма направленности имеет форму узкого лепестка. Антенны этого типа активно используются в спектральных анализаторах, радарных системах и приёме импульсных сигналов.
Щелевая спиральная антенна
В данной конструкции щель закручена по спирали. Это обеспечивает круговую поляризацию и широкую полосу рабочих частот. Использование спиральных прорезей характерно для приёма сигналов с различной ориентацией, особенно в системах спутниковой навигации и радиоастрономии. Щель может быть реализована в виде прорези в цилиндрической или конической поверхности. Эффективность зависит от шага спирали, числа витков и материалов, из которых изготовлено устройство.
Логарифмическая щелевая антенна
Логопериодическая структура позволяет добиться широкого диапазона частот при компактных габаритах. Щели здесь уменьшаются к краю, следуя логарифмическому закону. Это обеспечивает почти постоянное сопротивление во всём диапазоне и устойчивую диаграмму направленности. Применяются в радиосканерах, спектроанализаторах, устройствах радиоразведки и измерительных комплексах. Расчёт их формы требует знания параметров логарифмической прогрессии и методов широкополосного согласования.
Расчёт щелевой антенны
Точные расчёты необходимы для обеспечения требуемой диаграммы направленности, согласования с источником сигнала и минимизации потерь. В зависимости от типа антенны, методика расчёта может отличаться, однако основные физические принципы сохраняются.
Фото: схема расчёта щелевой антенны
Основные параметры щели
Щель в металлической поверхности работает аналогично диполю, но с иным распределением тока.
Наиболее важные геометрические параметры:
Длина щели (l): обычно равна половине длины волны в свободном пространстве или волноводе
Ширина щели (w): выбирается так, чтобы обеспечить резонанс и удобство изготовления, обычно 1–3 мм
Расстояние между щелями (d): влияет на фазовый фронт и направленность излучения
Угол наклона щели (φ): используется для фазового сдвига в решётках
Глубина щели (если используется в волноводе): влияет на форму ДН и сопротивление
Автомобильная УКВ антенна
Частоты VHF (30–300 МГц) позволяют создавать малогабаритные конструкции длиной 0.5–1 м. Они часто размещаются на крышах автомобилей и используются в гражданской и военной радиосвязи.
Судовые щелевые антенны РЛС
На судах применяются в радиолокационных станциях, обеспечивающих навигационную безопасность. Обычно используются горизонтальные волноводно-щелевые решётки длиной 2–3 м, установленные на вращающемся приводе. Механическое сканирование позволяет создавать панорамное изображение окружающей обстановки.
Материалы и изготовление
Процесс изготовления зависит от типа, диапазона рабочих частот, применяемых материалов и предполагаемой среды эксплуатации. Тем не менее, общие принципы конструирования сохраняются.
Материалы
Наиболее часто используются следующие материалы:
Медь и латунь — высокая электропроводность, подходят для изготовления щелей на печатных платах и волноводных конструкций;
Алюминий — лёгкий и стойкий к коррозии материал, особенно популярен в судовых и авиационных антеннах;
Диэлектрики (текстолит, керамика) — используются как подложки в печатных антеннах.
Технологии изготовления
1 Фрезеровка или лазерная резка — применяются для прорезания точных щелей в металлических листах или волноводах.
2 Химическое травление — используется в производстве печатных антенн на диэлектриках.
3 Пайка и клёпка — соединение элементов, в том числе питание коаксиальным кабелем.
4. 3D-печать — перспективное направление для быстрого прототипирования, особенно при изготовлении корпусов с последующим нанесением токопроводящих покрытий.
Во многих регионах России имеются предприятия, занимающиеся изготовлением таких антенн на заказ. В промышленности возможно тиражирование партий при наличии чертежей и электромагнитной модели. Подобные изделия можно заказать и на китайских платформах, с возможностью доставки. Важно проверять, чтобы антенна была рассчитана на нужную поляризацию и имела правильный интерфейс подключения (например, N-type или SMA).
Области применения
Благодаря универсальности и высокому КПД, щелевые антенны находят применение в широком спектре задач:
Радиолокация — судовые, авиационные, наземные РЛС, в том числе навигационные;
Радиосвязь — УКВ и КВ диапазоны, в том числе мобильные и стационарные станции;
Спутниковая связь — особенно спиральные антенны и широкополосные;
Военная техника — антенны с высокой защищённостью и механической прочностью;
Научные исследования — радиоастрономия, антенны для обсерваторий;
Мобильные устройства — Wi-Fi и GSM антенны в корпусах смартфонов и маршрутизаторов;
Измерительные комплексы — логарифмические и Вивальди-антенны для анализа спектра.
Оставить заявку или получить консультацию:
☎️ +7 812 325-09-72
📩 info@fregat.ru