Быстрое развитие современной радиотехники, связанное с широким использованием дециметровых и сантиметровых волн, привело к появлению новых типов излучающих систем. К ним следует в первую очередь отнести дифракционные щелевые антенны, поверхностные излучающие системы и т. п.

Несмотря на то, что эти системы уже сравнительно давно используются на практике, теория и расчёт их вплоть до последнего времени находились в зачаточном состоянии. Отсутствовали порой даже чёткие представления о том, как работает та или иная система. Всё это заставляло экспериментально изучать большое число различных возможных вариантов, весьма затрудняя проектирование.

Трудность построения теории подобных излучателей объясняется, главным образом, необходимостью рассматривать возникающие при этом проблемы как задачи электродинамики весьма большой сложности. Сведение реальной системы к эквивалентной с сосредоточенными постоянными или непосредственное использование теории длинных линий здесь большей частью оказывается неприемлемым.

Задача о дифракции электромагнитных волн на отверстиях и щелях в бесконечном плоском экране рассматривалась ещё Релеем и разрабатывалась после него целым рядом авторов.

В дифракционных щелевых антеннах мы встречаемся по существу с тем же явлением дифракции на отверстиях, но в значительно усложнённом виде. Трудность расчёта замкнутых металлических поверхностей с отверстиями видна уже из того, что мы до настоящего времени не имеем строгого с математической точки зрения решения почти ни одной задачи (известно только строгое решение задачи о полубесконечном волноводе с открытым концом) указанного типа. Приближённый же метод решения дифракционных задач (например, применяемый в оптике принцип Гюйгенса) не применим к используемым в радиотехнике отверстиям и щелям, один из размеров которых обычно мал по сравнению с длиной волны. Кроме того, принцип Гюйгенса для большинства задач об излучении через отверстия в замкнутых поверхностях, как нам кажется, ещё не имеет рациональной формулировки.

В последние годы, главным образом в советской литературе, появился ряд работ, посвящённых излучению радиоволн через отверстия. Отметим прежде всего работу М. С. Неймана, впервые изучавшего излучение из малых отверстий в эндовибраторе с точки зрения их применения в антенной технике. Весьма интересные работы опубликованы А. А. Пистолькорсом, который в общем виде рассмотрел задачу об излучении через щели в проводящей плоскости и установил так называемый «принцип двойственности», позволяющий сводить задачу о щели в плоском экране к задаче об эквивалентной ленточной антенне, дополняющей экран до сплошной плоскости.

Однако принцип двойственности в таком виде не применим к отверстиям в криволинейных поверхностях. Это обстоятельство привело к необходимости развития особых методов расчёта дифракционных антенн, применяемых на практике.

В настоящей книге мы даём, исходя из строгой электродинамической постановки проблемы, методы расчёта щелевых антенн, получающихся в результате прорезания щелей в замкнутых металлических поверхностях.

При этом оказалось возможным вывести уравнения, достаточно простые и пригодные для проведения инженерных расчётов (при условии малости ширины щели по сравнению с длиной волны, что обычно выполняется на практике).

С электродинамической точки зрения решение рассматриваемой задачи сводится к определению электромагнитного поля, создаваемого заданными источниками, возбуждающими антенну. Разумеется, поле внутри и снаружи антенны представляет собой единое целое, и ни одно из них не может быть найдено без определения другого. Однако при теоретическом рассмотрении целесообразно получить формальные выражения для поля внутри и снаружи антенны через тангенциальные составляющие электрического вектора на геометрической поверхности щели, отделяющей внешнее пространство от внутреннего. В такой постановке определение этих полей сводится соответственно к внутренней и внешней граничным задачам электродинамики.

Поэтому I глава посвящена исследованию трёх основных граничных задач электродинамики и применению их к некоторым практически интересным примерам.

Результаты, полученные в первой главе, используются затем для построения (во II и III главах) общей теории щелевых антенн. Последняя глава посвящена рассмотрению важных с практической точки зрения частных задач об излучающих щелях в волноводах и эндовибраторах.

Результаты настоящей работы позволяют дать полный расчёт любой конкретной щелевой антенны при условии, что конфигурация проводящей поверхности антенны допускает в отсутствии щелей вычисление поля внутри и вне её тем или иным способом (например, методом, предлагаемым в главе I).

Мы старались, насколько это позволяет существо дела, приблизить теорию щелевых антенн к известной теории проволочных антенн.

В книге суммируются результаты, полученные автором на протяжении 1943—1946 гг. Они, в основном, опубликованы нами в виде отдельных статей и кратких сообщений. Сведя здесь все эти результаты в единую систему, мы надеемся облегчить их применение и способствовать развитию теории и практики щелевых антенн.

Развитая теория иллюстрирована в настоящей книге сравнительно немногочисленными примерами. Их, однако, вполне достаточно для пояснения особенностей применения её к конкретным задачам, и, как нам кажется, рассмотрение других частных задач аналогичным методом не должно представлять трудностей для квалифицированного радиоинженера. Настоящая книга была написана зимой 1947 г. и её опубликование задержалось по независящим от нас причинам. В неё не вошли экспериментальные работы, а также теоретические работы других авторов, появившиеся в недавнее время.

Автор выражает глубокую признательность академику М. А. Леонтовичу за ценное обсуждение полученных результатов.

ВВЕДЕНИЕ

Книги на ту же тему

1. Антенные сооружения, Савицкий Г. А., 1947
2. Задачник по антенно-фидерным устройствам, Шипков Г. А., 1966
3. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи, Фролов О. П., Вальд В. П., 2008
4. Антенны, Аарони А., 1951
5. Антенны любительских радиостанций, Шейко В. П., 1962
6. Коротковолновые антенны. — 2-е изд., перераб. и доп., Айзенберг Г. 3., Белоусов С. П., Журбенко Э. М., Клигер Г. А., Курашов А. Г., 1985
7. Аналитические свойства волновых полей, Апельцин В. Ф., Кюркчан А. Г., 1990
8. Применение методов спектральной теории в задачах распространения волн, Ильинский А. С., Шестопалов Ю. В., 1989
9. Асимптотическая теория дифракции электромагнитных волн на конечных структурах, Нефёдов Е. И., Фиалковский А. Т., 1972
10. Некоторые задачи дифракции электромагнитных волн, Потехин А. И., 1948
11. Фазовые соотношения в радиотехнике, Асеев Б. П., 1951
12. Вопросы распространения ультракоротких волн. Часть первая, Введенский Б. А., Аренберг А. Г., 1948
13. Передача ультракоротких радиоволн, Слэтер Д., 1946
14. Генерирование и усиление дециметровых и сантиметровых волн, Хольман Г., 1948
15. Использование радиоспектра, 1969
16. Принципы и применения волноводной передачи, Саусворт Д. К., 1955
17. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности, Фейнберг Е. Л., 1999
18. Дальнее тропосферное распространение ультракоротких радиоволн, Введенский Б. А., Колосов М. А., Калинин А. И., Шифрин Я. С., ред., 1965
19. Теория распространения радиоволн в ионосфере, Гинзбург В. Л., 1949
20. Техническая электродинамика. Учебник для вузов связи, Фальковский О. И., 1978
21. Декомпозиционный подход к задачам электродинамики, Никольский В. В., Никольская Т. И., 1983
22. Теория волн, Виноградова М. Б., Руденко О. В., Сухоруков А. П., 1979
23. Лекции по теории интегральных уравнений. — 3-е изд., исправл., Петровский И. Г., 1965
24. Сингулярные интегральные уравнения: Граничные задачи теории функций и некоторые их приложения к математической физике. — 2-е изд., перераб., Мусхелишвили Н. И., 1962
25. Вариационное исчисление и интегральные уравнения: Справочное руководство. — 2-е изд., перераб., Цлаф Л. Я., 1970