АФУ. Лекция 2

1. КЛАССИФИКАЦИЯ АНТЕНН

2.

├── 1. По режиму работы
│
├── Передающие
│
├── Приёмные
│
└── Приёмопередающие
├── 2. По диапазону рабочих частот (длин волн)
│
├── Длинноволновые
│
├── Средневолновые
│
├── Коротковолновые
│ ├── УКВ
│
├── СВЧ
│
└── и т.д.
├── 3. По функциональным возможностям
│
├── Со сканированием ДН
│
├── С многолучевой ДН
│
├── С управляемой поляризацией
│
└── С управляемой формой ДН

3.

├── 4. По направленности действия
│ ├── Слабонаправленные
│ └── Остронаправленные (высоконаправленные)
│
├── 5. По полосе рабочих частот
│ ├── Узкополосные
│ ├── Широкополосные
│ ├── Сверхширокополосные
│ └── Диапазонные
│
├── 6. По поляризации
│ ├── Линейной поляризации
│ └── Эллиптической (круговой) поляризации
│
├── 7. По электрическим размерам
│ ├── Малых электрических размеров
│ └── Больших электрических размеров

4.

├── 8. По конструкции
│ ├── Вибраторные
│ ├── Щелевые
│ ├── Апертурные
│ └── Другие
│
├── 9. По месту расположения
│ ├── Стационарные
│ ├── Мобильные
│ ├── Бортовые
│ └── и т.п.
│
└── 10. По принципу формирования диаграммы направленности (3 основных класса)
├── Линейные антенны
├── Апертурные антенны
└── Антенные решётки

5. РАДИОВОЛНЫ

6.

История исследования
• 1868 г. – теоретическое предсказание
• Джеймс Максвелл впервые описал радиоволны как
волны электромагнитной природы и предложил
соответствующие уравнения.
• 1887 г. – экспериментальное подтверждение
• Генрих Герц подтвердил теорию Максвелла на
опыте, получив в лаборатории радиоволны длиной
в несколько десятков сантиметров.

7.

1. Радиово́лны — Электромагнитные волны с частотами до 3 ТГц, которые
распространяются в пространстве без искусственного волновода (в открытой
среде).
• Пример: сигнал сотовой связи от вышки к телефону.
2. Широкий смысл
Под радиоволнами понимают также электромагнитные волновые процессы в:
• волноводах и интегральных СВЧ-схемах,
• линиях передачи (фидерах),
• среде между передающей и приёмной антеннами.
Пример: распространение сигнала в коаксиальном кабеле или волноводе радара.

8.

3. Скорость распространения
В свободном пространстве – скорость света (≈ 300 000 км/с).
Пример: сигнал GPS проходит от спутника до приёмника за доли
секунды.
4. Естественные источники
• Вспышки молний (грозовые разряды),
• Астрономические объекты (Солнце, пульсары, галактики).
Пример: радиоизлучение Солнца фиксируется радиотелескопами.

9.

5. Искусственные источники и применения
Радиоволны создаются человеком для множества задач:
• Связь – сотовая (GSM/LTE/5G), радиорелейная.
• Радиовещание – FM/AM радиостанции.
• Радиолокация – обнаружение самолётов, метеорадары.
• Радионавигация – GPS, ГЛОНАСС, радиомаяки.
• Спутниковая связь – телевидение, интернет (Starlink).
• Беспроводные сети – Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee.
• Пример: Wi-Fi роутер излучает радиоволны на частоте 2,4 или
5 ГГц для подключения ноутбука.

10. Диапазоны радиочастот и длин радиоволн

1. Определение радиочастот
Частоты от 3 Гц до 3000 ГГц (3 ТГц), используемые для генерации и
обнаружения радиоволн.
Пример: сигналы AM-радио (~1 МГц), Wi-Fi (~2,4 ГГц).
2. Связь с длиной волны
Частота и длина волны связаны обратно пропорционально: λ = c / f.
Чем выше частота – тем короче волна.
Пример: Длинные волны (30–300 кГц) → сотни метров; СВЧ (3–30 ГГц)
→ сантиметры.

11. Диапазоны радиочастот и длин радиоволн

3. Классификация по частотам (условные наименования)
Подразделяются на диапазоны (от сверхдлинных до
терагерцовых), для каждого есть обозначения (например, СВЧ,
УВЧ, КВ и т.д.).
4. Регламент Международного союза электросвязи (МСЭ)
Диапазоны нумеруются формулой
где N — номер диапазона
Пример (N=6):0,3–3 МГц — средние волны (СВ).
Пример (N=9): 0,3–3ГГц — дециметровые волны (ДМВ / УВЧ).

12. 5. Диапазоны радиочастот и длин радиоволн

• Классификация по способу распространения
Радиоволны по-разному распространяются в пространстве и
вокруг Земли:
• Поверхностные – огибают земную поверхность (ДВ, СВ).
• Ионосферные – отражаются от ионосферы (КВ – короткие
волны).
• Тропосферные – рассеиваются в тропосфере (УКВ).
• Прямые (свободное пространство) – распространяются по
прямой (СВЧ, спутниковая связь).

13.

1. Короткие волны (λ = 10–100 м)
• Распространяются на большие расстояния за счёт многократных отражений от
ионосферы и поверхности Земли.
• Образуют «волноводный канал» между Землёй и ионосферой.
• Пример: сигнал из Центральной Азии может достичь Южной Америки.
2. Длинные волны
• Сильно поглощаются поверхностью Земли и ионосферой, поэтому
для сверхдальней связи менее пригодны.
• Однако обеспечивают надёжную связь на ограниченных расстояниях при
достаточной мощности передатчика.
3. Ультракороткие волны (λ < 10 м)
• Проникают сквозь ионосферу, почти не огибают Землю.
• Используются только в пределах прямой видимости.
• Также применяются для связи с космическими аппаратами (спутники, МКС).

14.

Классификация по способу распространения
• 1. Прямые волны
• Распространяются в свободном пространстве (от объекта к
объекту).
• Характерны для космической связи: спутник–спутник, земная
станция–спутник, между атмосферными аппаратами.
• Влиянием атмосферы, Земли и препятствий можно
пренебречь.
• Пример: радиосигнал от спутника GPS к навигатору.

15.

Классификация по способу распространения
• 2. Земные (поверхностные) волны
• Распространяются вдоль сферической поверхности Земли, частично
огибая её за счёт дифракции.
• Способность огибать препятствия зависит от соотношения длины
волны и размеров препятствий:
• Длинные волны – дифрагируют сильно, хорошо огибают земной шар.
• Короткие волны (УКВ и выше) – дифрагируют слабо, практически не
огибают поверхность.
• Для УКВ и более высоких частот дальность в первом приближении
ограничена прямой видимостью (переход в прямой луч).
• Пример: FM-радио (УКВ) принимается только в пределах прямой
видимости; длинноволновые радиостанции слышны за горизонтом.

16.

• 1. Космическая радиосвязь (спутниковая)
• Сигнал с земной станции передаётся на спутник связи.
• Спутник принимает, усиливает и ретранслирует его на другую земную
станцию, находящуюся на большом расстоянии.
• Пример: спутниковое телевидение – сигнал от телецентра → спутник →
тарелка пользователя.
• 2. Поиск внеземных цивилизаций (SETI)
• С помощью больших радиотелескопов отправляются сообщения в
космос.
• В них закладываются:
• математические теоремы,
• физические законы,
• данные о человеке и Земле.
• Пример: радиопослание к шаровому скоплению M13 (1974 г.).

17.

• 3. Мощный непреднамеренный сигнал
• Самый мощный «сигнал» во Вселенную –
это нарастание радиоизлучения от земных технологий
(телевидение, сотовая связь, радиолокация).
• Земля из «невидимой» превратилась в яркую
радиозвезду, непрерывно излучающую поток радиоволн.
• Пример: если инопланетяне смотрят на Землю, они видят
не планету, а мощный радиофон от тысяч передатчиков.

18.

Длины волн
100 Мм — 10 Мм
Название волн
Декамегаметровые
Диапазон
частот
Название
частот
Применение
3—30 Гц
Крайне низкие
(КНЧ)
Связь с подводными
лодками, геофизические
исследования
Связь с подводными
лодками, геофизические
исследования
10 Мм — 1 Мм
Мегаметровые
30—300 Гц
Сверхнизкие
(СНЧ)
1000 км — 100 км
Гектокилометровые
300—3000 Гц
Инфранизкие
(ИНЧ)
Связь с подводными
лодками
Служба точного времени,
радиосвязь с подводными
лодками
100 км — 10 км
Мириаметровые
3—30 кГц
Очень низкие
(ОНЧ)
10 км — 1 км
Километровые
30—300 кГц
Низкие (НЧ)
Радиовещание, радиосвязь
земной волной, навигация
Средние (СЧ)
Радиовещание и
радиосвязь земной волной
и ионосферная
1000 м — 100 м
Гектометровые
300—3000 кГц

19.

Длины волн
100 м — 10 м
10 м — 1 м
1000 мм — 100 мм
100 мм — 10 мм
10 мм — 1 мм
1 мм — 0,1 мм
Название волн
Декаметровые
Метровые волны
Дециметровые
Сантиметровые
Миллиметровые
Децимиллиметровые
Диапазон
частот
Название
частот
Применение
3—30 МГц
Высокие (ВЧ)
Радиовещание и радиосвязь
ионосферная, загоризонтная
радиолокация, рации
30—300 МГц
Очень высокие
(ОВЧ)
Телевидение, радиовещание,
радиосвязь тропосферная и прямой
волной, рации
Ультравысокие
(УВЧ)
Телевидение, радиосвязь
тропосферная и прямой волной,
мобильные телефоны, рации, УВЧтерапия,
Сверхвысокие
(СВЧ)
Радиолокация, интернет, спутниковое
телевещание, спутниковая- и
радиосвязь прямой волной,
беспроводные компьютерные сети.
30—300 ГГц
Крайне высокие
(КВЧ)
Радиоастрономия, высокоскоростная
радиорелейная связь, радиолокация
(метеорологическая, управление
вооружением), медицина,
спутниковая радиосвязь.
300—3000 ГГц
Гипервысокие
частоты
Экспериментальная «терагерцовая
камера», регистрирующая
изображение в длинноволновом ИК.
300—3000 МГц
3—30 ГГц