- •Воронеж 2016
- •1. Основы теории антенн
- •1.1. Общие сведения об антеннах
- •1.2. Классификация антенн
- •1.3. Основные задачи теории антенн
- •1.4. Структура антенны. Электродинамические основы теории излучения антенн
- •1.5. Свойства электромагнитного поля антенн в дальней, промежуточной и ближней зонах
- •1.6. Расчет характеристик поля излучения в дальней зоне
- •1.7. Основные принципы технической электродинамики
- •1.8. Излучение элементарных источников
- •2. Основные электрические характеристики антенн
- •2.1. Характеристики направленности антенн в режиме излучения. Векторная комплексная характеристика направленности антенны
- •2.2. Коэффициент направленного действия и коэффициент усиления антенны
- •2.3. Входное сопротивление и полоса рабочих частот антенны
- •2.4. Характеристики антенн в режиме приема
- •2.5. Мощность, выделяющаяся в нагрузке приемной антенны
- •2.6. Согласование передающей и приемной антенн по поляризации
- •2.7. Шумовая температура приемной антенны
- •3. Излучение антенных решеток
- •3.1. Линейные антенные решетки с равноамплитудным возбуждением и линейным изменением фазы токов
- •3.2. Влияние неравномерности амплитудного распределения на направленность излучения линейных антенных решеток
- •3.3. Влияние фазовых искажений на дн линейной антенной решетки
- •3.4. Входное сопротивление излучающего элемента и мощность излучения антенной решетки
- •3.5. Кнд линейных антенных решеток
- •3.6. Понятие о непрерывном излучателе
- •3.7. Плоские антенные решетки
- •4. Излучение возбужденных поверхностей. Основы теории апертурных антенн
- •4.1. Направленные свойства прямоугольного и круглого раскрывов с синфазным и равноамплитудным возбуждением
- •4.2. Влияние неравномерного амплитудного распределения поля на диаграмму направленности излучающей поверхности
- •4.3. Кнд излучающей поверхности
- •5. Вибраторные антенны и решетки
- •5.1. Основы теории симметричного электрического вибратора
- •Решение уравнения (5.2) имеет вид [10, 11]
- •Приведем несколько распределений и по длине вибратора для различных , рассчитанных по формулам (5.4) и (5.6):
- •Не зависит от угла , то есть представляет собой окружность.
- •Диаграммы направленности сэв
- •Нормированная дн по напряженности поля
- •5.5. Симметричный щелевой вибратор
- •5.6. Излучение системы из двух вибраторов
- •5.7. Директорные антенны
- •5.8. Влияние идеально электропроводящей и бесконечно протяженной поверхности на излучение расположенных вблизи нее антенн
- •5.9. Несимметричный электрический вибратор
- •5.10. Коллинеарные антенны
- •5.11. Способы и устройства подключения вибраторных антенн к линиям передачи
- •6. Щелевые антенны и антенные решетки
- •Волноводно-щелевые антенные решетки
- •6.2. Перспективные щелевые антенные решетки свч и квч
- •7. Полосковые и микрополосковые антенны и антенные решетки
- •7.1. Принципы действия и основные характеристики резонаторных полосковых антенн
- •7.2. Линейные и плоские полосковые антенные решетки
- •8. Антенны вытекающей волны
- •8.1. Принципы построения антенн вытекающей волны
- •8.2. Плоские антенные решетки вытекающей волны
- •8.3. Плоские дифракционные антенны
- •9. Апертурные антенны
- •9.1. Волноводные излучатели
- •9.2. Рупорные антенны
- •9.3. Зеркальные антенны
- •Влияние отражений от зеркала на входное сопротивление антенны (реакция зеркала на облучатель)
- •Линзовые антенны
- •10. Широкополосные антенны
- •10.1. Логопериодические вибраторные антенны
- •10.2. Спиральные антенны
- •11.1. Фазированные антенные решетки
- •Характеристики фар
- •Соответственно, минимальное число излучателей [4, 14, 47]
- •Дискретность изменения фазы приводит к скачкообразному перемещению дн в пространстве и определяет точность установки дн.
- •11.2. Многолучевые антенные решетки
- •12. Методы экспериментальных исследований антенн. Автоматизированное проектирование антенно-фидерных устройств
- •12.1. Измерение диаграмм направленности антенн
- •12.2. Измерение коэффициента усиления антенны
- •12.3. Программные средства компьютерного моделирования и системы автоматизированного проектирования устройств свч и антенн
- •Антенно-фидерные устройства в авторской редакции
- •Подписано к изданию 05.02.2016. Объем данных 9000 Кб
- •3 94026 Воронеж, Московский просп., 14
1.2. Классификация антенн
Антенны можно классифицировать по различным признакам, например:
- по режиму работы (передающие, приемные, приемопередающие);
- по диапазону рабочих частот (длин волн);
- по функциональным возможностям (антенны со сканированием ДН, с многолучевой ДН, с управляемой поляризацией, с управляемой формой ДН и др.);
- по направленности действия (слабонаправленные, остро- или высоконаправленные);
- по полосе рабочих частот (узкополосные, широкополосные, сверхширокополосные, диапазонные; этот признак может относиться как к входным параметрам антенн, так и к их характеристикам излучения);
- по поляризации (антенны линейной и эллиптической (круговой) поляризации);
- по относительным (по сравнению с рабочими длинами волн) размерам излучающей части (малых и больших электрических размеров);
- по конструкции (вибраторные, щелевые, апертурные и др.);
- по месту расположения и т.д.
Это перечисление можно было бы продолжать, — настолько богат мир антенн.
Однако, несмотря на такое многообразие, все антенны по принципу формирования диаграммы направленности можно разделить на три больших класса:
- линейные антенны;
- апертурные антенны;
- антенные решетки.
К линейным антеннам (ЛА) относят излучающие системы малых по сравнению с длиной волны поперечных размеров, в которых направление протекания тока совпадает с осью системы. В простейшем случае ЛА представляют собой тонкий металлический проводник, по которому проходит переменный во времени электрический ток, или узкую щель в металлическом экране, между краями которой приложено переменное напряжение. По теореме эквивалентности электрическое поле в щели эквивалентно магнитному току, текущему вдоль щели. Поскольку поперечные размеры малы, распределение тока слабо зависит от геометрии проводника. К линейным антеннам относят не только прямолинейные, но также искривленные или изогнутые проводники и щели, если их поперечные размеры много меньше длины волны. В более широком смысле к линейным можно отнести некоторые типы антенн, поперечные размеры которых сравнимы с длиной волны (например, утолщенные вибраторные, спиральные, диэлектрические стержневые). Линейные антенны могут быть антеннами стоячих волн (АСВ) и антеннами бегущих волн (АБВ) с различными амплитудно-фазовыми распределениями (АФР) вдоль них. В АБВ режим бегущей волны реализуется посредством возбуждения антенны с одного конца и включением поглощающей нагрузки на противоположном конце или за счет спадающего амплитудного распределения, например вследствие непрерывного излучения бегущей волны тока. К АСВ относятся симметричные и несимметричные вибраторы, щелевые антенны, рамочные антенны. К АБВ можно отнести спиральные, диэлектрические стержневые, антенны поверхностных волн. Отличительной особенностью линейных антенн является последовательная схема питания (возбуждения) элементов антенны и, как следствие, возможность зависимости характеристик излучения от длины антенны или от частоты.
Апертурные антенны
Характеризуются тем, что в их конструкциях можно выделить некоторую ограниченную поверхность, как правило, плоскую, через которую проходит весь поток излучаемой или принимаемой мощности. Эта поверхность называется апертурой (раскрывом), размеры которой обычно много больше длины волны. К апертурным антеннам (АА) относятся рупорные, зеркальные, линзовые антенны, открытые концы волноводов. Принципы формирования диаграмм направленности у них подобны оптическим. Отличительной особенностью этого класса антенн является параллельная схема возбуждения элементов апертуры и, как следствие, независимость пространственного положения диаграммы направленности от размеров апертуры или от частоты излучаемых ЭМВ.
Антенные решетки
Это системы обычно однотипных излучателей, расположенных в пространстве по определенному закону и определенным образом возбуждаемых. Антенные решетки (АР) могут быть одномерными (или линейными) и двумерными (или поверхностными). Примерами линейных решеток являются директорная антенна и система щелей, прорезанных в стенках волновода. Из нескольких одномерных решеток можно составить двумерную решетку. Излучатели в решетках могут располагаться на плоских или криволинейных поверхностях. Схема питания элементов решеток может быть как последовательной, так и параллельной, а также комбинированной. Важное место в классе антенных решеток занимают фазированные антенные решетки (ФАР) с электронным сканированием излучения. Как правило, в ФАР обеспечивается независимое управление амплитудно-фазовым распределением токов (полей), возбуждающих излучающие элементы.
Антенно-фидерные устройства
В более широком смысле часто говорят не только об антеннах, но в целом об антенно-фидерных устройствах (АФУ), понимая под последними совокупность соединенных вместе линий передач, антенн и других устройств. Все они характеризуются значительной общностью методов расчета и проектирования, основанных на теории технической электродинамики.