AFU / Основы теории антенн
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет»
А.П. ПУДОВКИН, Ю.Н. ПАНАСЮК, А.А. ИВАНКОВ
ОСНОВЫ ТЕОРИИ АНТЕНН
Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации
в качестве учебного пособия
Тамбов Издательство ГОУ ВПО ТГТУ
УДК 621.37(075/8) ББК Á 815я73
Р е ц е н з е н т ы:
Доктор педагогических наук, профессор кафедры «Физика» ГОУ ВПО ТГТУ
Доктор технических наук, доцент начальник кафедры № 123 «Передающие и приёмные радиоустройства (Средств связи и РТО)» ВАИУ (г. Воронеж)
П881 Основы теории антенн : учебное пособие / А.П. Пудовкин, Ю.Н. Панасюк, А.А. Иванков. – Тамбов : Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2011. – 92 с. – 100 экз. – ISBN 978-5-8265-0981-4.
Излагаются основы теории приёмных и передающих антенн, а также линейных, апертурных антенн и антенных решёток, применяющихся в устройствах радиоэлектронных средств, влияние их конструктивных параметров на форму диаграммы направленности.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 210201, 210303 направления 210200 «Проектирование и технология электронных средств» очной и заочной форм обучения.
УДК 621.37(075/8) ББК Á 815я73
ISBN 978-5-8265-0981-4 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ГОУ ВПО ТГТУ), 2011
ПУДОВКИН Анатолий Петрович, ПАНАСЮК Юрий Николаевич, ИВАНКОВ Александр Александрович
ОСНОВЫ ТЕОРИИ АНТЕНН
Редактор Л.В. К о м б а р о в а Инженер по компьютерному макетированию М.С. Анурьева
Подписано в печать 05.04.2011.
Формат 60 × 84 / 16. 5,35 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 143
Издательско-полиграфический центр ГОУ ВПО ТГТУ 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14
А.П. ПУДОВКИН, Ю.Н. ПАНАСЮК, А.А. ИВАНКОВ
ОСНОВЫ ТЕОРИИ АНТЕНН
♦ ИЗДАТЕЛЬСТВО ГОУ ВПО ТГТУ ♦
В современных условиях техника антенн является одной из наиболее быстро развивающихся областей радиоэлектроники. Современные достижения в технике антенн основываются на последних разработках электроники, техники полупроводников, когерентной радиооптики, оптоэлектроники и т.д. Различные объекты, как наземные, так и летательные аппараты, имеют множество антенн различных диапазонов и назначений, и обеспечение их электромагнитной совместимости во многом зависит от характеристик и параметров антенн.
В связи с этим радиоинженер, работающий в области антенной техники, должен обладать знаниями основ теории антенн, а также их характеристик и параметров. Эти вопросы рассматриваются в настоящем учебном пособии.
Усвоение изложенных в пособии вопросов предполагает знание читателем общих разделов высшей математики, теории радиотехнических цепей и сигналов, электродинамики и распространения радиоволн в рамках существующих учебных программ.
Пособие содержит пять разделов. Наиболее важные моменты и определения в пособии выделены курсивом. Основные термины выделены полужирным шрифтом, а места, на которые следует обратить внимание, выделены подчёркиванием.
Для контроля усвоения изучаемого материала в конце каждого раздела имеются контрольные вопросы.
1. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕДАЮЩИХ АНТЕНН
1.1. НАЗНАЧЕНИЕ ПЕРЕДАЮЩИХ АНТЕНН И ИХ ФУНКЦИИ
Антенна является неотъемлемой составной частью любого радиотехнического устройства, которое предназначено для передачи или приёма информации с помощью радиоволн через окружающее пространство.
Передающая антенна предназначена для непосредственного излучения радиоволн.
Задачи, решаемые передающей антенной:
1. Преобразование энергии токов высокой частоты в энергию излучаемых радиоволн . Одним из основных требований, предъявляемых
к антеннам, является сохранение закона модуляции (отсутствие искажения передаваемой информации).
2. Пространственное распределение энергии электромагнитного
3. Формирование определённой поляризационной структуры поля .
1. По функциональному назначению:
2. По конструкции и принципу действия:
Антенны линейного типа характерны тем, что размеры поперечного сечения у них малы по сравнению с длиной волны. Обычно такие антенны выполняются из отрезка провода или нескольких проводов, либо в виде стержня.
Апертурные антенны имеют раскрыв (апертуру), через который проходит поток излучаемой (принимаемой) энергии.
В свою очередь, линейные и апертурные антенны могут быть представлены как непрерывные системы, состоящие из элементарных излучателей: диполей (вибраторов) Герца, элементарных рамок или источников Гюйгенса.
Антенная решётка – это совокупность идентичных излучающих (приёмных) элементов, расположенных в определённом порядке и питаемых от одного или нескольких когерентных источников.
3. По поляризации:
− антенны с линейной поляризацией;
− антенны с вращающейся поляризацией.
4. По полосе пропускания:
5. По диапазону радиоволн:
− антенны диапазона ОВЧ (МВ);
− антенны диапазона УВЧ (ДМВ);
− антенны диапазона СВЧ (СМВ);
− антенны диапазона КВЧ (ММВ).
6. По направленным свойствам:
7. По месту установки:
8. По назначению радиотехнических устройств:
− радиолокационные и т.д.
1.2. ПЕРЕДАЮЩАЯ АНТЕННА КАК НАГРУЗКА ДЛЯ ГЕНЕРАТОРА, ЕЁ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
Так как антенны обладают способностью преобразовывать энергию направляемых электромагнитных волн (ЭМВ) в энергию радиоволн (или наоборот), то существует ряд показателей, которые по своей сути для них являются энергетическими параметрами . К ним относятся следующие:
− мощность излучения Р Σ ;
− сопротивление излучения R Σ ;
− коэффициент полезного действия (КПД) η А ;
− входное сопротивление антенны &
− действующая длина l д ;
− эффективная площадь раскрыва (ЭПР) А эф ;
− коэффициент использования площади (КИП) q .
В режиме передачи (излучения) антенна является нагрузкой генератора токов высокой частоты. Как нагрузка, она характеризуется активной, реактивной и предельной мощностью, а также входным сопро-
тивлением. Для получения наибольшей мощности излучения антенна должна быть согласована с линией передачи и с внутренним сопротивлением генератора.
Эквивалентная схема передающей антенны представлена на рис. 1.1.
Входное сопротивление антенны – это комплексная величина, рав-
ная отношению комплексных амплитуд ( или действующих значений ) напряжения и тока на входе антенны :
Антенны, СВЧ / Основы теории антенн
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет»
А.П. ПУДОВКИН, Ю.Н. ПАНАСЮК, А.А. ИВАНКОВ
ОСНОВЫ ТЕОРИИ АНТЕНН
Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации
в качестве учебного пособия
Тамбов Издательство ГОУ ВПО ТГТУ
УДК 621.37(075/8) ББК Á 815я73
Р е ц е н з е н т ы:
Доктор педагогических наук, профессор кафедры «Физика» ГОУ ВПО ТГТУ
Доктор технических наук, доцент начальник кафедры № 123 «Передающие и приёмные радиоустройства (Средств связи и РТО)» ВАИУ (г. Воронеж)
П881 Основы теории антенн : учебное пособие / А.П. Пудовкин, Ю.Н. Панасюк, А.А. Иванков. – Тамбов : Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2011. – 92 с. – 100 экз. – ISBN 978-5-8265-0981-4.
Излагаются основы теории приёмных и передающих антенн, а также линейных, апертурных антенн и антенных решёток, применяющихся в устройствах радиоэлектронных средств, влияние их конструктивных параметров на форму диаграммы направленности.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 210201, 210303 направления 210200 «Проектирование и технология электронных средств» очной и заочной форм обучения.
УДК 621.37(075/8) ББК Á 815я73
ISBN 978-5-8265-0981-4 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ГОУ ВПО ТГТУ), 2011
ПУДОВКИН Анатолий Петрович, ПАНАСЮК Юрий Николаевич, ИВАНКОВ Александр Александрович
ОСНОВЫ ТЕОРИИ АНТЕНН
Редактор Л.В. К о м б а р о в а Инженер по компьютерному макетированию М.С. Анурьева
Подписано в печать 05.04.2011.
Формат 60 × 84 / 16. 5,35 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 143
Издательско-полиграфический центр ГОУ ВПО ТГТУ 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14
А.П. ПУДОВКИН, Ю.Н. ПАНАСЮК, А.А. ИВАНКОВ
ОСНОВЫ ТЕОРИИ АНТЕНН
♦ ИЗДАТЕЛЬСТВО ГОУ ВПО ТГТУ ♦
В современных условиях техника антенн является одной из наиболее быстро развивающихся областей радиоэлектроники. Современные достижения в технике антенн основываются на последних разработках электроники, техники полупроводников, когерентной радиооптики, оптоэлектроники и т.д. Различные объекты, как наземные, так и летательные аппараты, имеют множество антенн различных диапазонов и назначений, и обеспечение их электромагнитной совместимости во многом зависит от характеристик и параметров антенн.
В связи с этим радиоинженер, работающий в области антенной техники, должен обладать знаниями основ теории антенн, а также их характеристик и параметров. Эти вопросы рассматриваются в настоящем учебном пособии.
Усвоение изложенных в пособии вопросов предполагает знание читателем общих разделов высшей математики, теории радиотехнических цепей и сигналов, электродинамики и распространения радиоволн в рамках существующих учебных программ.
Пособие содержит пять разделов. Наиболее важные моменты и определения в пособии выделены курсивом. Основные термины выделены полужирным шрифтом, а места, на которые следует обратить внимание, выделены подчёркиванием.
Для контроля усвоения изучаемого материала в конце каждого раздела имеются контрольные вопросы.
1. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕДАЮЩИХ АНТЕНН
1.1. НАЗНАЧЕНИЕ ПЕРЕДАЮЩИХ АНТЕНН И ИХ ФУНКЦИИ
Антенна является неотъемлемой составной частью любого радиотехнического устройства, которое предназначено для передачи или приёма информации с помощью радиоволн через окружающее пространство.
Передающая антенна предназначена для непосредственного излучения радиоволн.
Задачи, решаемые передающей антенной:
1. Преобразование энергии токов высокой частоты в энергию излучаемых радиоволн . Одним из основных требований, предъявляемых
к антеннам, является сохранение закона модуляции (отсутствие искажения передаваемой информации).
2. Пространственное распределение энергии электромагнитного
3. Формирование определённой поляризационной структуры поля .
1. По функциональному назначению:
2. По конструкции и принципу действия:
Антенны линейного типа характерны тем, что размеры поперечного сечения у них малы по сравнению с длиной волны. Обычно такие антенны выполняются из отрезка провода или нескольких проводов, либо в виде стержня.
Апертурные антенны имеют раскрыв (апертуру), через который проходит поток излучаемой (принимаемой) энергии.
В свою очередь, линейные и апертурные антенны могут быть представлены как непрерывные системы, состоящие из элементарных излучателей: диполей (вибраторов) Герца, элементарных рамок или источников Гюйгенса.
Антенная решётка – это совокупность идентичных излучающих (приёмных) элементов, расположенных в определённом порядке и питаемых от одного или нескольких когерентных источников.
3. По поляризации:
− антенны с линейной поляризацией;
− антенны с вращающейся поляризацией.
4. По полосе пропускания:
5. По диапазону радиоволн:
− антенны диапазона ОВЧ (МВ);
− антенны диапазона УВЧ (ДМВ);
− антенны диапазона СВЧ (СМВ);
− антенны диапазона КВЧ (ММВ).
6. По направленным свойствам:
7. По месту установки:
8. По назначению радиотехнических устройств:
− радиолокационные и т.д.
1.2. ПЕРЕДАЮЩАЯ АНТЕННА КАК НАГРУЗКА ДЛЯ ГЕНЕРАТОРА, ЕЁ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
Так как антенны обладают способностью преобразовывать энергию направляемых электромагнитных волн (ЭМВ) в энергию радиоволн (или наоборот), то существует ряд показателей, которые по своей сути для них являются энергетическими параметрами . К ним относятся следующие:
− мощность излучения Р Σ ;
− сопротивление излучения R Σ ;
− коэффициент полезного действия (КПД) η А ;
− входное сопротивление антенны &
− действующая длина l д ;
− эффективная площадь раскрыва (ЭПР) А эф ;
− коэффициент использования площади (КИП) q .
В режиме передачи (излучения) антенна является нагрузкой генератора токов высокой частоты. Как нагрузка, она характеризуется активной, реактивной и предельной мощностью, а также входным сопро-
тивлением. Для получения наибольшей мощности излучения антенна должна быть согласована с линией передачи и с внутренним сопротивлением генератора.
Эквивалентная схема передающей антенны представлена на рис. 1.1.
Входное сопротивление антенны – это комплексная величина, рав-
ная отношению комплексных амплитуд ( или действующих значений ) напряжения и тока на входе антенны :
Основы теории антенн учебное пособие
УСТРОЙСТВА СВЧ И АНТЕННЫ
ОСНОВЫ ТЕОРИИ АНТЕНН И ЭЛЕМЕНТЫ АНТЕННЫХ СИСТЕМ
Утверждено в качестве учебного пособия
В часть 1 настоящего пособия включены лекции, читаемые в рамках тем 2-4 программы дисциплины “Устройства СВЧ и антенны”.
Издание предназначено для использования обучаемыми в процессе самостоятельной работы при изучении дисциплины “Устройства СВЧ и антенны”, а также при изучении дисциплины по индивидуальному плану.
Материал излагается на доступном уровне. При выводе ряда необходимых соотношений применяется упрощенный математический подход, который, однако, позволяет получить верные конечные результаты.
Основное внимание уделяется радиотехническим характеристикам и параметрам антенн, основам теории систем излучателей и рассмотрению отдельных типов антенн.
Антенной называется такое радиотехническое устройство, которое предназначено для излучения и приема электромагнитных волн (ЭМВ).
В современных радиотехнических системах применяются различные по устройству и принципу действия антенны. Антенная система (АС) занимает важное место в конструкции радиолокатора. Прежде всего, это нагрузка тракта в режиме работы на передачу, а во-вторых — эквивалентный генератор токов СВЧ при работе РЛС на прием. Для передачи по тракту электромагнитной энергии без потерь нагрузка тракта — антенна — должна быть согласованной, что в принципе невозможно.
Антенна — это преобразователь токов СВЧ в распространяющуюся в пространстве ЭМВ. Она также осуществляет обратное преобразование. В обоих случаях основным физическим процессом в рассматриваемом устройстве является взаимодействие зарядов с электромагнитным полем.
Антенна во многом определяет такие важные характеристики радиолокатора, как дальность действия, точность измерения угловых координат, разрешающая способность, помехозащищенность. Правильный выбор антенны имеет существенное значение для обеспечения высоких боевых возможностей РЛС и удовлетворения требований надежности, удобства эксплуатации, мобильности и стоимости.
В радиолокации используются и передающая и приемная антенны, которые входят в линию передачи электромагнитной энергии (рисунок).
