16.46M

Categories: physics

physics

electronics

Антенны и устройства сверхвысоких частот

1.

Литература
1 Крячко, А.Ф. Антенны и устройства сверхвысоких частот : учебное пособие / А.Ф.
Крячко, Л.А. Федорова ; С.-Петерб. гос. ун-т аэрокосм. приборостроения. - СПб. :
Изд-во ГУАП, 2017. - 238 с.
2 Антенны и устройства СВЧ (Проектирование фазированных антенных решеток)
учебное пособие для вузов/ под ред. Д.И. Воскресенского. - М.: «Радио и связь»
1994 560 с.
3 Антенны и радары с электронным управлением лучом А.И Синани, Г.В. Кауфман
М., Радиотехника, 2016 - 234 с
4 Белоцерковский, Г.Б.Задачи и расчеты по курсу Устройства СВЧ и антенны / Г.Б.
Белоцерковский, В.Н. Красюк; под ред. А.П.Голубкова. - СПб.: ГУАП, 2002. - 178 с.
5 Крячко, А.Ф. Основы теории и техники фазированных антенных решеток :
учебное пособие / А. Ф. Крячко, Л. А. Федорова ; С.-Петерб. гос. ун-т аэрокосм.
приборостроения. - СПб. : Изд-во ГУАП, 2017. - 197 с.
6 Федорова, Л.А. Расчет и проектирование авиационных антенн сверхвысоких
частот : учебное пособие / Л. А. Федорова, Н. А. Гладкий, Б. А. Аюков ; С.-Петерб.
гос. ун-т аэрокосм. приборостроения. - СПб. : Изд-во ГУАП, 2019. - 145 с.

2.

Радиотехническая система
Структурная схема РЛС
ПРД
АП
ПРМ
ВС
по аз
ВС
по ум

3.

Схема антенного устройства
1 Фидерный тракт, по которому сигнал поступает в антенну от
передатчика
2 Согласующие устройства (реактивные штыри, диафрагмы,
трансформаторы сопротивлений)
3 Распределительные устройства (симметрирующие устройства для
питания проволочных антенн, облучатели апертурных антенн)
4 Излучающее устройство (это область пространства в котором
протекают токи, возбуждающие электромагнитное поле)

4.

Функции антенны
- излучение и прием радиоволн
- пространственная фильтрация сигналов
- обеспечение направленности действия радиосистем
- осуществление пеленгации источников радиоизлучения и
радиолокационных целей

5.

Функции передающих антенн
1 Преобразование связанных электромагнитных волн, несущих
информацию от передатчика, в свободно распространяющиеся
электромагнитные волны с сохранением информации
2
Формирование
требуемых
характеристик
излучения
(ДН,
поляризация и др.) в заданном диапазоне частот, что позволяет
увеличить плотность потока мощности в точке приема
3 Управление характеристиками поля излучения во времени
пространстве
и в

6.

Функции приемных антенн
1 Преобразование свободно распространяющихся электромагнитных
волн в связанные волны с сохранением информации
2 Обеспечение направленного приема, частотной и поляризационной
селекции радиосистемы
3 Управление селективными свойствами по частоте, поляризации,
направлению
4 Измерительные – определение направлений, с которых приходят
сигналы и помехи

7.

Классификация антенн по размеру
1 Излучатели небольших размеров l
10 кГц – 1 ГГц - одиночные вибраторные и щелевые излучатели,
полосковые и микрополосковые антенны, рамочные и частотнонезависимые излучатели
2 Антенны бегущей волны с <l <10
3 МГц – 10 ГГц - спиральные, диэлектрические, директорные,
импедансные антенны поверхностных волн
3 Антенные решетки с <l <100 и более, состоящие из большого
числа отдельных излучателей
3 МГц – 30 ГГц - линейные, плоские, кольцевые, выпуклые и
конформные, антенные решетки
4 Апертурные антенны <l <1000 и выше
100 МГц – 100 ГГц - зеркальные, рупорные, линзовые, гибридные

8.

Классификация антенн
по режиму работы
передающие
приемные
приемо-передающие
по диапазону волн
сверхдлинные
=105 104 м f=3 30 кГц
длинные
=104 103 м f=30 300 кГц
средние
=103 102 м f=300 3000 кГц
короткие
=102 10 м f=3 30 МГц
ультракороткие
<10 м до 0,1 мм
- метровые волны λ = 10м 1м
- дециметровые λ = 1м 10см
- сантиметровые волны λ = 10см 1см
- миллиметровые волны λ = 10мм 1мм
- субмиллиметровые или микрометровые λ = 1мм
0,1мм
оптические от 210-6м= 2мкм до 10-8м=10нм (по
частоте от1.5 1014Гц до 3 1016Гц).

9.

Классификация антенн
по направленным свойствам
слабонаправленные
остронаправленные
диаграммы специальной формы
по поляризационным
характеристикам
с линейной поляризацией
с вращающейся поляризацией
с регулируемой поляризацией
по рабочей полосе частот
узкополосные
широкополосные
сверхширокополосные

10.

Диапазонные свойства антенны
узкополосная антенна - ширина рабочего диапазона <10%
широкополосная
>10 %
широкодиапазонная
> 100%
KD=fmax/fmin

11.

Классификация антенн
по условиям размещения
бортовые
наземные стационарные или подвижные
подземные
по типу излучающего элемента
с линейными токами (вибраторы, рамочные)
апертурные (рупорные, зеркальные, линзовые)
антенны поверхностных волн (диэлектрические стержни, замедляющие
структуры - гофра, диэлектрик на подложке)
антенные решетки
гибридные и комбинированные антенны
по физическому принципу формирования характеристик
направленности (дифракционные)

12.

Классификация антенн
по типу СВЧ антенн
рупорные
линзовые
щелевые
диэлектрические
рефлекторные (зеркала)
поверхностных волн
проволочные (вибраторы)

13.

Классификация антенн
по назначению
для систем ближней и дальней навигации
для систем инструментальной посадки
для обзорных, метеорологических или специальных РЛС
для радиокомпасов, радиомаяков
для измерителей скорости, высоты, дальности
для связных станций
для ответчиков «свой-чужой»
проволочные (вибраторы)

14.

Виды антенн

15.

Основные характеристики излучения антенн
Первая группа
входное сопротивление ZА
коэффициент отражения в линии Г
коэффициент бегущей волны КБВ (или
стоячей волны КСВ).
Вторая группа
Первичные
функция направленности и ее
графическое изображение ДН f( , )
фазная функция
ψ(θ,ϕ)
мощность излучения
P
сопротивление излучения
R
КПД
коэффициент усиления
G
полоса рабочих частот
2 f
Вторичные
ширина амплитудной ДН 2 P/2 2 0
уровень боковых лепестков q
КНД
D
поляризационные параметры |r|

16.

Первая группа
U (l ) U mm e ii ll
ii ll ii oo
U
l
U
e
m
me
(l ) U i 2 l i
U
(l ) m e e 00 н e ii22 lle ii 00
U (l ) U m
н н e i 0
2
2 l 2 l
U (l ) U m e i l 1 н e i 2 l
U (lпучн ) U m e i 2 l 1 н U max
U min
1 нн
1
min
КБВ
U max 1 н КСВ
max
н
U
m
н
Um
l
4
0 нн 1
l 2
2
U (l узла ) U m e i 2 l 1 н U min
min
0 КБВ 1
1 КСВ

17.

Первая группа
I (l ) U (l ) (l )
I (l ) I m e i l 1 н e i 2 l
(l ) U e i l 1 l
1 н
U
m
Z вх (l )
i l
Z0
I (l )
I m e 1 l
1 н
Z 1
н н
Zн 1
н 0
Zн 0
н 1
Zн
н 1
Rн iX н
1 Rн Z 00
Z0
Xн 0
138 D
Z0
lg
d
b
Z0
2a
Z вх (l )
120
1
2a
Z н cos l i sin l
cos l iZ н sin l
Z вх l 0 1 н
Zн
Z0
1 н
1 н
Z вх lmin
Rmin
1 н
н
1 н
Yн cos l i sin l Z l
Rmax
вх max
Yвх (l )
1 н
Z вх l cos l iYн sin l
1
2

18.

Первая группа
режим короткого замыкания
режим холостого хода
Zн
Zн 0
Г н 1
Г н 1
i l
i 2 l
i l
i l 2
i l
i 2 l
i l
i l 2i
U
(
l
)
U
e
1
e
U
e
e
2U m cos l
U (l ) U m e 1 e
Um e e
i 2U m sin l
m
m
2
2i
U l
sin l
Z вх (l )
i
itg l
I l
cos l
U l
cos l
Z вх (l )
i
ictg l
I l
sin l

19.

Вторая группа
z
ближняя зону kr<<1
r
z0
промежуточная kr 1
x0
M(r,
y0
r0
дальняя зона r>>1
e jkr
r
D D D
4 2
D D D
4 2
1
3
2 D 22
r
2D 2
r
E ( , )
f ( , )
E max ( , )
x
0 r
0
0 2
y
r
1
3
f ( , )
E ( , )
E max ( , )
E m2
1
П Re EH
2
2Z 0
F ( , ) f ( , ) P ( , )e j ( , )

20.

Амплитудная диаграмма направленности
антенны
f( , )
fН( , )=f( , )/fmax( , )
90
1
180
1
0
fН (
0
90°
180°
270°
360°
270
в полярной системе координат
в декартовой системе координат

21.

Амплитудная диаграмма направленности
антенны
E
декартовая
полярная
0
0
1
П
fНН(
H
90
180°
270
270
0
11
180
180
0
0
1
90
11
90°
360°
360°
270°
270°
2
Em
П E * H E m H m sin EH
sin EH
Z0
P П ср ds
fНН(
S
P E2
-90
-90
180°
90°
0
-90°
Z0=120
-180°
-180°
FН ( , ) f Н2 ( , )
180
180

22.

Амплитудная диаграмма направленности
антенны
ДН по мощности
0
-3
-5
-10
-20
-30
10 lg
1
1
10 lg
10 lg 2 10 0,3 3дБ
F ( )
0,5
2 0,707=2 0,5

23.

Фазовая диаграмма направленности
антенны

24.

Поляризационная диаграмма
направленности антенны
Поляризационная диаграмма – геометрическое место максимальных проекций вектора Е на вращающуюся
электрическую ось приемной антенны в плоскости перпендикулярной направлению распространения ЭМВ.
Для линейно-поляризованной волны поляризационная диаграмма имеет вид восьмерки, для круговой – вид
окружности, для эллиптической – вид гантели

25.

r
b
1
a
Поляризационная диаграмма
направленности антенны
ПД
ПД
ПД

26.

Мощность излучения, сопротивление
излучения, входное сопротивление
РА=Р +РП
2
m
2
2
I
I
I д2 m m
2
2
2
m
I
U
P R I R
g
2
2
2
д
P П ср ds
S
IА
А
А
UА
2
I
PП RП I 2 RП m
2
U
U
UА
ZА
RА jX А
IА
PА I 2 ( R RП ) I А2 RА

27.

КНД антенны
КПД антенны
P
P
R
А
PА P PП R RП
PА<Pдоп
КУ антенны
КУ G D
P 0
P 0 P P 0
P
P PА PА
1
RП
1
R
P
D
P 0
П ср f 2
f 2
КНД D
2
120
П0
R
Коэффициент использования
поверхности
S эф
S
2
S эф E S dS
S
ES
2

28.

Симметричный вибратор в свободном
пространстве
- токи в сечениях линии на одинаковом
расстоянии от точек питания равны по величине
и противоположны по фазе, поэтому излучения
нет.
- ток изменяется по закону стоячей волны. На
конце разомкнутой линии ток равен нулю,
значит там узел тока и максимум напряжения.
- токи в этих сечениях равны по величине и
синфазны, поэтому излучение есть
- колебательная система с распределенными
параметрами L и C , которые по длине
постоянны
- колебательная система с распределенными
параметрами L и C , которые по длине
изменяются
- поле двухпроводной линии потенциальное
- в узловых точках ток не обращается в нуль,
а имеет конечное значение. Фаза тока не
меняется скачком на 180°, а меняется
плавно
- создает электромагнитное поле излучения,
которое не является потенциальным

29.

Симметричный вибратор в свободном
пространстве
Для расчета линейных (проволочных) антенн используется теория элементарного
электрического диполя Герца. Кроме того, должно быть известно распределение тока вдоль
проводов антенны. Поле излучения линейных (проволочных) антенн определяется как сумма
полей, создаваемых отдельными элементарными электрическими диполями с учетом их
поляризации, амплитуды и фазы токов, а также с учетом разности фаз за счет разности хода до
точки наблюдения.
Суммирование полей сводится к интегрированию по источникам

30.

Поле излучения симметричного
вибратора в дальней зоне

31.

Амплитудная функция направленности
симметричного вибратора

32.

Мощность излучения и сопротивление
излучения вибратора
dS r 2 sin d d

33.

Мощность излучения и сопротивление
излучения вибратора

34.

Коэффициент направленного действия
вибратора и КПД
2l=λ/2
f 90 1
R 73,1 Ом
D=1,64
2l=λ
f 90 2
R 200 Ом
D=2,4
2l=1,25λ
D=3,6

35.

Входное сопротивление симметричного
вибратора
I0=Imsinkl

36.

Входное сопротивление симметричного
вибратора

37.

Входное сопротивление симметричного
вибратора

38.

Входное сопротивление симметричного
вибратора
Выводы
1) Для симметричных вибраторов, длина которых кратна λ/2, входное
сопротивление чисто активно ZA = RA и XA = 0, т. е. в симметричном
вибраторе наступает резонанс
2) При переходе через резонансные точки реактивное сопротивление
меняет свой знак. В частности, вибратор, длина которого 2l меньше
λ/2, имеет емкостное сопротивление. При 2l > λ/2 – сопротивление
становится индуктивным. Таким образом, меняя длину вибратора,
можно изменять характер реактивной составляющей ХА.

39.

Входное сопротивление симметричного
вибратора
Выводы
3) Вблизи полуволнового резонанса, когда 2l≈λ/2, RA и XA изменяются
в диапазоне длин волн медленно. Но самое существенное то, что RA
практически не зависит от толщины вибратора и остается почти
постоянным и равным 73,1 Ом
4) Чем толще симметричный вибратор (чем меньше ρЭ), тем в
меньшей степени в диапазоне волн изменяется его входное
сопротивление. Таким образом, более толстый вибратор обладает
лучшими диапазонными свойствами по входному сопротивлению

40.

Действующая длина симметричного
вибратора
длина вибратора, вдоль которого амплитуда тока постоянна и равна
амплитуде тока на клеммах реальной антенны, а напряженность поля в
направлении главного максимума его диаграммы направленности равна
напряженности поля в максимуме ДН реальной антенны

41.

Действующая длина симметричного
вибратора
I0= Imsinkl

42.

Действующая длина симметричного
вибратора
hД =l

43.

Симметрирующие устройства для
питания вибраторных антенн
Симметрирующая приставка
«U-колено»
«Четвертьволновый стакан»
Симметрирующее
устройство
«Симметрирующие щели»

44.

НАПРАВЛЕННЫЕ СВОЙСТВА
СИСТЕМЫ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
диаграмма направленности зависит от
- вида излучателя
- расстояния между излучателями
- длины волны λ
- взаимного расположения излучателей
- от размеров антенной системы
- соотношения между амплитудами и фазами токов в
излучателях
- поляризационных свойств отдельного излучателя

45.

Поле идентичных излучателей,
одинаково ориентированных в
пространстве
f1( ,θ)=1

46.

Теорема перемножения функций
направленности
Функция
системы
направленности
из
n
одинаково
идентичных
и
ориентированных
направленных
излучателей
определяется
произведением
функции
направленности
одиночного
излучателя
на
направленности
той
функцию
же системы из n воображаемых
ненаправленных излучателей

47.

Линейная система из двух излучателей
d=λ/2
ψ=0
ψ=π

48.

Линейная система из двух излучателей
d=λ/4
ψ= π/2

49.

Принцип качания луча в неподвижной
линейной системе
1
sin kd cos 0
2
1
kd cos m
2
2
cos max m
d kd
при m = 0
m = 0, ± 1, ± 2…

50.

Принцип качания луча в неподвижной
линейной системе
d=λ/2
cos гл.max= /

51.

Дифракционные лепестки в линейной
системе
cos max m
sin max
d kd
cos гл . max sin гл . max
kd
sin max m 1 cos max m 1 sin гл 1
d
0
d
ψ=kd
d
2

52.

Направленные свойства синфазной
линейной системы ненаправленных
излучателей
n
sin kd cos
2
f n ( )
1
n sin kd cos
2
p
nd
p=1
n
n
sin kd cos
sin kd sin ''
2
2
f n
1
1
n sin kd cos n sin kd sin ''
2
2
sin 0
nd
2 0
2
рад. 115 0
nd
nd
n
sin kd sin P
2
sin U
2
f n P
0,707
2
n
U
kd sin P
2
2
n
min p
sin kd sin min
2
p 1,2,3,... sin ' min p
nd 10
0 0
1
nd

53.

Направленные свойства синфазной
линейной системы ненаправленных
излучателей
n
U kd sin P 1,394
2
2
n
бок 1
sin kd sin max
2
2 P 0,888
рад. 510
2
nd
nd
n
бок 2 pmax бок 1
kd sin max
2
2
f n
1
kd
max бок
n sin sin max
бок
2
1
n sin 2 pmin
1
min бок
бок
2n

54.

Направленные свойства антенной
решетки с излучением вдоль оси
антенны «волновой канал»
ψ = kd
d
nkd
cos 0 1 p
2
p ,1,2, ,3..
cos 0
2 p
1 1
nkd
nd
2
n
nkd
cos 1
sin kd cos kd
sin
2
2
f n ( )
1
kd
n sin kd cos kd n sin cos 1
2
2
f n 1800 1
kd
kd
sin cos 180 0 1 sin 1 1 1
2
2

55.

Направленные свойства антенной
решетки с излучением вдоль оси
антенны «волновой канал»
n
sin cos 1
4
f n
n sin cos 1
4
sin kd 1
kd
n
sin n 2 0,707
4 n 3 0,33
f n 900
n sin n 4 0
4
d
2
4
n
sin n 2 0
2 n 3 0.33
f n 1800
n sin n 4 0
2

56.

Направленные свойства антенной
решетки с излучением вдоль оси
антенны «волновой канал»

57.

Взаимное влияние вибраторов,
работающих в системе, комплексные
входные сопротивления системы
вибраторов
U 1 I 1 Z 11 I 2 Z 12 I n Z 1n ,
U 2 I 1 Z 21 I 2 Z 22 .... I n Z 2 n ,
2
1
21
2
22
n
2n
I
U
I
1
2
Z 1
Z 11 Z 12 n Z 1n
I 1
I 1
I 1
...............................................
U n I 1 Z n1 I 2 Z n 2 .... I n Z nn . Z 1 Z 11 Z вн 1 Z 11 Z вн 12 Z вн 13 Z вн 1N
n
1
n1
2
n2
n
nn
I n
I 3
I 2
Z вн12 Z 12 Z вн13 Z 13 Z вн 1N Z 11nn
I 1
I 1
I 1

58.

Взаимное влияние вибраторов,
работающих в системе, комплексные
входные сопротивления системы
вибраторов
ЭДС dU Z E Z1212 dU генератора
генератора
2P
Z 12 212 R12 iX 12
I Z1
Z 11 73,1 i 42,5 Ом
Z 12 R12 iX 12 Z 12 40,8 i 28,3 Ом
d
4
e
I ZZ2211
1
P 12 I Z11 E Z1212 dz Z 1212
2 e
2
..
I Z I m sin[ k (l z )]
i 60 I m
ECB
f ( )e i ( wt kr )
2

59.

Входное сопротивление системы
антенна-рефлектор
U P Z 11 I P Z 12 I A
.
.
.
.
.
.
U A Z 21 I P Z 22 I A
.
.
.
.
.
U РР
I АА
Z Вх . Р
Z 1111 Z 1212
,
I
I
Р
РР
Р
I РР
U
Z Вх . А Z 221 1
Z 2222 .
I
I
А
А
Z 11 Z 22 73,1 i 42,5 Ом
Z 12 40,8 i 28,3 Ом

60.

Оба вибратора в системе
антенна-рефлектор активны
22
I P I mA
mAe
I mP I mA
ii
mP
mA
i
I P I mA e 2
e 2 i,
I mA
I A
i
I A
i
I
P
Z BXP Z 11 iZ 12 73,1 i 4 2,5 i (40,8 i 28,3) 44,8 i1,7 Ом
Z BXA Z 22 iZ 21 73,1 i 42,5 i (40,8 i 28,3) 101,4 i83,3 Ом
BXA
22
21
RA-P= 44,8+101,4=146,2 Ом

61.

Антенна - активный вибратор,
рефлектор - пассивный вибратор
U P 0 Z 11 I P Z 1212 I AA
.
.
.
.
.
..
U A Z 21 I P Z 22 I AA
.
.
.
..
..
Z 11 I Р Z 1212 I АА
I р
40,8 i 28,3
.
I
73,1 i 43,5
A
A
I Р 0,586 I mA e
i 112 00

62.

Учет влияния земли на параметры
вибраторов методом зеркальных
изображений

63.

Горизонтальный симметричный
вибратор над поверхностью земли
I ЗИ
Z Вх . ГВ Z 11 ЗИ Z 1212 Z 1111 Z 1212 (2h)
I АА

64.

Вертикальный симметричный вибратор
над поверхностью земли
f n 2 ( ) cos(kh sin )
I ЗИ
Z Вх . ГВ Z 11
Z 12 Z 11 Z 12 (2h)
I А

65.

Вертикальный симметричный вибратор
над поверхностью земли

66.

Вертикальный вибратор
Напряжение на соответствующих зажимах и сопротивление на входе несимметричного вибратора
Входное сопротивление полуволнового вибратора в свободном пространстве
Сопротивление излучения вибратора высотой в четверть длины волны
Высота вибратора на длинах волн λ = 200—3000м
Чем меньше длина плеча несимметричного вибратора l=h , тем меньше сопротивление излучения и
мощность излучения:

67.

Вертикальный несимметричный
вибратор над поверхностью земли

68.

Вертикальный несимметричный
вибратор над поверхностью земли

69.

Заземление и противовесы
Rзазем . Rпротив . Rпотер . земли

70.

Примеры использования несимметричных
вибраторов на летательных аппаратах

71.

Примеры использования несимметричных
вибраторов на летательных аппаратах

72.

Щелевые излучатели

73.

Принцип двойственности и его
применимость в теории щелевых антенн
H tg В I z 2d H m y sin k (l z ),
Etg щ E mm yy sin k (l z ),
H n В 0,
E n В 0,
E n В 0,
H n щ 0,
Etg В 0.
H tg щ 0.

74.

Принцип двойственности и его
применимость в теории щелевых антенн

75.

Принцип двойственности и его
применимость в теории щелевых антенн

76.

Щели в волноводе

77.

Синфазные волноводно-щелевые антенны
n
sin kd sin '
2
f n
1
n sin kd sin '
2
ψ=0
sin
m
d
kd
2 P 0,888
рад. 510
2
nd
nd
d
d
2
макс .гл. 000 ,18000
m 1
sin
2
0
2
рад. 115
nd
nd
э
0
2
3
47 0

78.

Синфазные волноводно-щелевые антенны
1
1
f ( θ)
- 0.3
1
1
0.9
0.9
0.8
0.8
0.7
0.7
0.6
0.6
0.5
0.5
0.4
f ( θ)
0.3
0.4
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
0
- 0.1
- 0.1
- 0.2
- 0.3
- 0.3
- 90 - 75 - 60 - 45 - 30 - 15
- 90
0
θ
15
30
45
60
75
90
90
- 0.2
- 0.3
- 90 - 75 - 60 - 45 - 30 - 15
- 90
0
θ
15
30
45
60
75
90
90

79.

Волноводно-щелевые антенны бегущей
волны с поперечными щелями на широкой
стенке волновода
cos max
m
sin
d
kd
m=0
2 d
2
d
cos
4
max . гл .
kd 2 d 1,5 3
1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
f ( θ)
0.4
0.3
0.2
0.1
0
- 0.1
- 0.3
- 0.2
- 0.3
- 90
- 75
- 90
- 60
- 45
- 30
- 15
0
θ
15
30
45
60
75
90
90
cos max .гл.
kd
m=0
max .гл. 430
m 1
cos max
max
главный максимум
4
дифракционных
лепестков нет

80.

Волноводно-щелевые антенны бегущей
волны с поперечными щелями на широкой
стенке волновода
d
2
cos max .гл.
2
kd 3
m=0
max .гл. 430
главный максимум
m 1
m 1
дифракционных
лепестков нет
cos max
m 2
2
m 1
2
cos max .гл.
3
дифракционных
лепестков нет
max .гл. 430

81.

Волноводно-щелевые антенны бегущей
волны с поперечными щелями на широкой
стенке волновода
d cos max .гл.
2
kd 3
m=0
max .гл. 4300
m 1
cos max
m 2
главный максимум
m 1
дифракционных
лепестков нет
m 1
cos max .гл. 0
m 2
дифракционных
лепестков нет
m 2
cos max ..
max .. 90 00
max .гл. 430

82.

Апертурный метод
Сущность метода состоит в том, что раскрыв антенны рассматривается как сумма
элементарных прямоугольный синфазных площадок (элементов Гюйгенса) с постоянным
распределением амплитуды поля. Кроме того, должно быть известно распределение
амплитуды и фазы поля на раскрыве антенны. Поле всей антенны в дальней зоне
определяется суммированием (интегрированием) всех элементарных полей от площадок
с учетом их поляризации, амплитуд и фаз поля на площадке, а также разности фаз за счет
разности хода до точки наблюдения.
Принцип эквивалентных токов: по отношению к создаваемому источниками
электромагнитному полю в дальней зоне между собой эквивалентны поверхностные токи
с одной стороны и касательные составляющие E и H на поверхности с другой стороны

83.

Основы теории апертурных антенн
методы
поверхностных токов
апертурный
на принципе Гюйгенса

84.

Поле излучения плоской апертуры
произвольной формы

85.

Поле излучения прямоугольной синфазной
апертуры с равномерным амплитудным
распределением

86.

Поле излучения прямоугольной синфазной
апертуры с равномерным амплитудным
распределением
a=b=d

87.

Поле излучения прямоугольной синфазной
апертуры с равномерным и
косинусоидальным распределением
амплитуды поля

88.

89.

Поле излучения прямоугольной синфазной
апертуры с равномерным и
косинусоидальным распределением
амплитуды поля
(2 P 2 ) 0 510
b
(2 P 2 ) 0 68 0
a

90.

Поле излучения прямоугольной синфазной
апертуры с законом распределения поля

91.

Сводка функций излучения для прямоугольной
апертуры с различными законами
распределения амплитуды поля

92.

Влияние фазового распределения на
диаграмму направленности
Линейный закон распределения фазы поля
на раскрыве
ka
sin(
sin 1 макс . )
2 e jkr9
1 cos
2
EE i
E0 S
.
ka
r0
2
( sin 1 макс . )
2

93.

Линейный закон распределения фазы поля
на раскрыве
2 1 макс . 11макс
макс..
ka
a

94.

Квадратичный закон распределения фазы
поля на раскрыве

95.

Квадратичный закон распределения фазы
поля на раскрыве
Влияние квадратичного изменения фазы на направленные свойства
излучающей поверхности
1) исчезают нули между лепестками диаграммы направленности;
2) уровень боковых лепестков увеличивается;
3) основной лепесток диаграммы направленности расширяется;
4) при больших значениях Ψ2max боковые лепестки полностью поглощаются
расширяющимся основным лепестком;
5) при значениях Ψ2max >π происходит раздвоение главного лепестка

96.

Кубический закон распределения фазы
поля на раскрыве

97.

Влияние фазового распределения на
диаграмму направленности
источники случайных ошибок в апертурных антеннах
1) случайные отклонения поверхности зеркальных антенн от
расчетной из-за неточностей изготовления, ветра, перепадов
температуры, осадков и т. д.;
2) случайный характер падающей на приемную антенну
радиоволны, фронт которой деформируется из-за влияния
случайных неоднородностей в атмосфере;
3) случайные изменения профиля и параметров материала линзовых
антенн или обтекателей (антенных укрытий).