Министерство образования Российской Федерации Московский государственный институт электронной техники (Технический университет)

В.В.Чистюхин, К.С.Лялин

Проектирование антенно-фидерных устройств

Методические указания к практическим занятиям по курсу “Антенно-фидерные устройства”

Утверждено редакционно-издательским советом института

Москва 2001

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Введение

Неотъемлемыми составными частями современных радиотехнических средств являются антенные системы и обслуживающие их тракты СВЧ (под последними понимают совокупность устройств СВЧ, сочлененных между собой определенным образом для достижения поставленных целей).

В функционировании радиосистем весьма важное значение имеют тракты СВЧ, соединяющие антенну с передающей и приемной радиоаппаратурой. Тракт осуществляет канализацию электромагнитных волн, обеспечивает правильный режим работы входных и выходных цепей передатчика и приемника, выполняет предварительную частотную фильтрацию сигналов, может содержать коммутационные цепи и вращающиеся сочленения, устройства управления лучом в пространстве и поляризацией радиоволн, устройства функционального контроля системы. Наиболее распространенными элементами тракта СВЧ являются отрезки линии передачи, переходные и стыковочные узлы, согласующие элементы, ответвители и поглотители мощности, фильтры, фазовращатели, коммутаторы, вентили, циркуляторы и т.д. Как правило, это пассивные линейные устройства.

Расширение круга задач, решаемых современной радиоэлектроникой, а также их

усложнение стимулировали в последнее время интенсивное развитие теории и техники антенн. Антенны в процессе развития превратились из простых взаимных устройств в сложные динамические системы, содержащие в большинстве случаев сотни и тысячи элементов. Наряду с антеннами первого поколения (проволочными вибраторными), широко распространены антенны апертурные, бегущей волны, фазированные антенные решетки (ФАР), активные фазированные антенные решетки (АФАР), антенны с обработкой сигнала и т.д.

В последние годы в антенных системах и трактах СВЧ важную роль стали играть устройства управления их работой, особенно в антеннах с быстрым перемещением луча в пространстве. Такие антенны обычно представляют собой системы большого числа отдельных излучателей, фазы высокочастотного возбуждения которых регулируются

независимо друг от друга с помощью быстродействующих полупроводниковых или ферритовых управляемых устройств по командам ЭВМ.

Несмотря на внешнюю относительную простоту и физическую четкость уравнений Максвелла, их прямое использование при проектировании конкретных антенн и трактов, как правило, не дает желаемых результатов из-за серьезных математических трудностей. При проектировании антенн или их трактов совсем не обязательно знать

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

полную картину распределения электромагнитного поля во всем объеме, достаточно уметь определять отклик на сигнал в определенных сечениях. Поэтому при расчете

электрических характеристик антенн или элементов фидерного тракта наряду со строгим решением граничных задач с успехом используются и более простые инженерные подходы. В первую очередь следует отметить общую теорию цепей СВЧ, базирующуюся на матричном аппарате линейной алгебры, ТФКП и других разделах математики.

В данных методических указаниях упор делается на изучение указанных инженерных подходов к проектированию антенн и элементов фидерного тракта, которые будущий инженер-разработчик антенно-фидерных устройств должен знать в совершенстве.

Методические указания представляют собой законченный цикл практических занятий по курсу “Антенно-фидерные устройства” и охватывают значительный объем практических навыков и знаний по данной дисциплине. В пяти первых семинарах рассматриваются наиболее важные устройства фидерного тракта, основные методы их анализа, в том числе аппарат матриц рассеяния. Остальные семинары посвящены анализу

и методике проектирования различных типов антенн и включают в себя методики инженерного (оценочного) расчета электрических параметров антенн как устройств тракта радиосистемы, таких как входное сопротивление, коэффициент стоячей волны и т.д., а также оценки основных параметров антенны, как излучающей системы, т.е. ее усиления, ширины диаграммы направленности, коэффициента использования площади и т.д.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com