Khảo sát công suất phát xạ của chấn tử khe trên anten mạng khe

Bài viết trình bày cơ sở nguyên lý công suất phát xạ của chấn tử khe và được minh họa hình ảnh mô phỏng trên phần mềm CST 2011. Việc phân tích công suất phát xạ chấn tử khe sẽ là tiền đề tiếp theo cho việc nghiên cứu chế tạo anten mạng khe.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khảo sát công suất phát xạ của chấn tử khe trên anten mạng kheThông tin khoa học công nghệ KHẢO SÁT CÔNG SUẤT PHÁT XẠ CỦA CHẤN TỬ KHE TRÊN ANTEN MẠNG KHE Trần Mạnh Quý*, Võ Xung Hà, Phương Văn Quang, Bùi Thanh Hồng, Nguyễn Tuấn Khang Tóm tắt: Anten mạng khe có nhiều ưu điểm như: nhỏ gọn, dễ chế tạo, kết cấu vững chắc. Chính vì vậy anten mạng khe được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị quân sự hiện đại như: ra đa cảnh giới, ra đa điều khiển hỏa lực, đầu tự dẫn tên lửa. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày cơ sở nguyên lý công suất phát xạ của chấn tử khe và được minh họa hình ảnh mô phỏng trên phần mềm CST 2011. Việc phân tích công suất phát xạ chấn tử khe sẽ là tiền đề tiếp theo cho việc nghiên cứu chế tạo anten mạng khe.Từ khóa: Anten, Anten mạng khe, Ống dẫn sóng. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Anten mạng khe được phát minh vào năm 1938 bởi Alan Blumlein trong khinghiên cứu về hiện tượng phát xạ của các khe hẹp khoét trên bề mặt kim loại củacác dạng ống dẫn sóng dùng cho phát sóng truyền hình VHF (very high frequency)[1]. Từ đó đến nay anten mạng khe đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trongcác lĩnh vực quân sự như ra đa, tên lửa, hàng không vũ trụ, thông tin liên lạc... Tuynhiên, do đặc thù quân sự nên các nghiên cứu này không được công bố và trởthành bí mật quân sự của các quốc gia sản xuất và sở hữu chúng. Trong những năm1950-1960 phương pháp quét tần số đã được ứng dụng trên anten mạng khe đemlại khả năng điều khiển giản đồ hướng phát xạ trong mặt phẳng góc tà và mặtphẳng góc phương vị mà không cần sử dụng cơ cấu quay truyền thống. Xu hướngphát triển đầy tiềm năng của anten mạng khe trong tương lai đó là ứng dụng nềntảng công nghệ mạch in vào việc sản xuất nhằm mục đích giảm nhỏ đáng kể kíchthước và trọng lượng của anten mạng khe [2]. Ở nước ta, tính đến thời điểm hiện tại chưa có công trình nghiên cứu nào vềanten mạng khe ứng dụng trong lĩnh vực quân sự như ra đa, tên lửa. Do đó, việctìm hiểu đặc tính công suất phát xạ của chấn tử khe sẽ cung cấp cho chúng ta mộtcái nhìn cơ bản nhất về hệ thống này. 2. TỔNG QUAN VỀ ANTEN MẠNG KHE Chấn tử khe là một khe hẹp khoét trên mặt kim loại (hình 1). Hình 1. Mô hình chấn tử khe trên ống dẫn sóng.Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 181 Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa Nếu trên mặt kim loại có thành phần dòng điện mặt cắt ngang khe thì mặt ngoàicủa thành kim loại sẽ xuất hiện dòng điện. Giữa 2 biên của khe có một điện áp biếnthiên, khi đó năng lượng điện từ sẽ từ phi đe hoặc hốc cộng hưởng phát xạ rangoài. Về mặt điện có thể coi mỗi khe hẹp khoét trên bề mặt kim loại tương đươngvới một chấn tử lưỡng cực [3] như trên hình 2. Hình 2. Khe trên ống dẫn sóng tương đương chấn tử lưỡng cực. Anten mạng khe trên ống dẫn sóng thông thường được chế tạo từ một ống dẫnsóng chữ nhật hoặc tròn, trên thành ống được khoét một hoặc nhiều khe có độ dàibằng nửa bước sóng (khe nửa sóng). Khi dùng ống dẫn sóng chữ nhật thì dạngsóng kích thích là sóng H10 còn khi dùng ống dẫn sóng tròn dạng sóng kích thíchlà sóng H11 [4]. Khi có sóng điện từ truyền lan trong ống, ở mặt trong của thànhống sẽ có dòng điện mặt. Véctơ mật độ của nó được xác định bởi biểu thức: e Js =[ n x H ] (1) n - Véctơ pháp tuyến với mặt trong của thành ống; H - Véctơ cường độ từ trường trên bề mặt thành ống. Khi truyền sóng H10 trong ống dẫn sóng chữ nhật, véctơ từ trường có hai thànhphần:  x  i H X = H 0 cos( )e (2) a  x  i H Z = -iA H 0 sin(- )e (3) a H0 - Biên độ cực đại của cường độ từ trường tại tâm ống dẫn sóng (x = 0). A - Hằng số. 2  = - Hệ số pha của sóng trong ống dẫn sóng.  a - Độ rộng của thành rộng ống dẫn sóng. Khi đó mặt trong thành ống sẽ có ba thành phần dòng điện mặt: hai thành phầnngang Jx, Jy gây ra bởi từ trường dọc Hz và một thành phần dòng điện dọc Jz gây ra182 T.M. Quý, V.X. Hà, …, “Khảo sát công suất phát xạ… trên anten mạng khe.”Thông tin khoa học công nghệbởi từ trường ngang Hx. Phân bố của thành phần dòng điện ngang Jx, Jy và dòngđiện dọc Jz trên thành rộng và thành hẹp của ống sóng. Nếu khe nằm trên thànhống dẫn sóng và cắt ngang đường sức mật độ dòng điện thì dòng điện dẫn trênthành ống sẽ bị gián đoạn tại khe hở và chuyển thành ...