Устройства СВЧ и антенны

Основные параметры и характеристики антенн;
Линейная излучающая система;
Излучающие раскрывы и решетки;
Апертурные антенны;
Фазированные

Д. И. Воскресенский, В. И. Степаненко и др. Проектирование фазированных антенных

Классификация антенн;
Необходимые понятия из электродинамики;
Векторная комплексная характеристика направленности;
Параметры антенн: КНД, КПД,

по функциональному назначению: приемные, передающие, связные, телевизионные, радиолокационные, бортовые и т.

Излучающие системы, малых по сравнению с длиной волны поперечных размеров.
Антенны стоячей

Апертура – некоторая ограни­ченная поверхность, как правило, плоская, через которую проходит

Системы однотипных излучателей, расположенных в пространстве по определённому закону и определенным

Примеры антенных решеток

Векторы электромагнитного поля

Периодическое электромагнитное колебание

Волновое число

Длина волны и частота

Вычислить длину волны по известной частоте, и частоту по известной длине

Решение

Плоская электромагнитная волна, f = f0

Плоская электромагнитная волна

Поляризация – это направление вектора электрического поля в электромагнитной волне.
Линейная:

Поляризация волн

Эллиптическая

Поляризация волн

Сферическая система координат

Дальняя, промежуточная и ближняя зоны

Дальняя, промежуточная и ближняя зоны

Дальняя, промежуточная и ближняя зоны

Рассчитать положение дальней зоны для зеркальной антенны спутникового телевидения радиусом 300

Задача – определение расстояния дальней зоны

Векторная комплексная характеристика направленности

Амплитудная характеристика направленности

ХН изотропной антенны – сфера единичного радиуса. Она формируется так называемым

Амплитудная ХН диполя Герца:

Амплитудная характеристика направленности

Направленная антенна – антенна, излучающая или принимающая электромагнитную энергию в одних

Веерная ДН:

Типы амплитудных ХН

Частным случаем направленных антенн являются всенаправленные антенны, имеющие ненаправленную ДН в

Диаграммой направленности (ДН, radiation pattern) называют сечения характеристики направленности (фигура объемная)

Различные части ДН называют лепестками. Среди них выделяют главный лепесток, боковые

Диаграмма направленности и ее параметры

Полярные координаты неудобны при построении остронаправленных ДН и извлечения информации. Изменение

В этих случаях используют декартову систему координат, можно выбрать удобный масштаб

Ширина главного лепестка ДН (ШДН) - определяют на уровне 0,5 или

Пользуясь данными таблицы, построить нормированную амплитудную ДН передающей антенны по полю

Задача – решение

Пользуясь данными предыдущей задачи, построить нормированную амплитудную ДН передающей антенны по

Задача – решение

Задача – решение

Задача – условие

ДН элемента Гюйгенса

Задача – решение

Фазовая характеристика направленности

Поляризационная характеристика направленности

Эллиптическая поляризация

Коэффициент направленного действия

Коэффициент направленного действия

Коэффициент направленного действия

вибратор логопериодические
1.6 (2 дБи) 4.5 (6,5 дБи) 7 (8,5 дБи)
рупорная зеркальная
3-25 400-126 000
5-14 дБи 26-51 дБи

Коэффициент

Задача – определение КНД по амплитудной ДН

Задача – определение КНД по амплитудной ДН

Антенна спутникового телевидения Супрал СТВ-0,55-11 АУМ с размером рефлектора 525 х

Решение – оценка КНД по ширине главного лепестка

Задача – условие

Задача – решение

Коэффициент полезного действия и коэффициент усиления

Сопротивление излучения. Входное сопротивление.

Фидеры

Фидеры

Коэффициент отражения

Коэффициент отражения

(поле в прямоугольном волноводе, режим бегущей волны, КО),
(поле в прямоугольном волноводе,

Коэффициент стоячей и бегущей волны

Влияние коэффициента отражения на передачу мощности

Рабочий диапазон частот антенны

Классификация антенн по ширине рабочего диапазона частот

Максимальная частота рабочего диапазона антенны 10 МГц, а минимальная 6 МГц.

Задача – решение

Частотно-независимая антенна Rohde&Schwarz HF907

Широкополосная антенна цифрового телевидения ПТВГ-6

Узкополосная радиовещательная антенна

По теореме взаимности приемную антенну характеризуют те же параметры, что и

Энергетические соотношения в цепи приемной антенны

Энергетические соотношения в цепи приемной антенны

Энергетические соотношения в цепи приемной антенны

Задача – условие

Задача – решение

Уравнение идеальной радиопередачи

Мощность сигнала, излучаемого передающей антенной с КУ = 10 на частоте

Задача – решение

Эффективная поверхность

Теорема перемножения

Теорема перемножения

Принцип электродинамического подобия

Линейный излучатель – удобная модель, позволяющая рассмотреть общие принципы работы многих

Линейный излучатель – непрерывное или дискретное распределение одинаковых источников электромагнитного излучения

Множитель направленности линейного излучателя

Множитель направленности линейного излучателя

Множитель направленности линейного излучателя

Амплитудно-фазовое распределение (АФР) линейного излучателя

Амплитудно-фазовое распределение линейного излучателя

(поле излучения линейной АР, ξ = 0),
(поле излучения линейной АР, ξ

Множитель направленности непрерывного линейного излучателя

Множитель направленности непрерывного линейного излучателя

(множитель направленности при разных параметрах излучателя - MCAD)

Множитель направленности непрерывного линейного

Режим поперечного излучения

Режим наклонного излучения

Режим наклонного излучения

Режим осевого излучения

Задача

Задача - решение

Множитель направленности линейного излучателя

ДН линейного излучателя разной длины в режиме поперечного излучения: l = 4λ (сплошная

Влияние амплитудного распределения на параметры ДН

Влияние амплитудного распределения на параметры ДН

Влияние амплитудного распределения на параметры ДН

Влияние амплитудного распределения на параметры ДН

Влияние амплитудного распределения на параметры ДН

Влияние фазовых искажений на параметры ДН

Влияние фазовых искажений на параметры ДН. Линейные фазовые искажения.

Форма ДН линейного излучателя длиной 4λ при различных значениях линейной фазовой

Влияние фазовых искажений на параметры ДН. Квадратичные фазовые искажения.

Влияние квадратичных фазовых искажений на ДН (амплитудное распределение равномерное):
Ф2= 0 Ф2

Влияние фазовых искажений на параметры ДН. Квадратичные

Влияние квадратичных фазовых искажений на ДН (амплитудное распределение косинусоидальное):
Ф2= 0 Ф2

Влияние квадратичных фазовых искажений на ДН (амплитудное распределение косинусоидальное):
Ф2 = π

Кубические искажения приводят к отклонению максимума излучения и искажению ДН. Происходит

Влияние кубических фазовых искажений на ДН (амплитудное распределение равномерное):
Ф3 = 0

Влияние кубических фазовых искажений на ДН (амплитудное распределение равномерное):
Ф3 = π

Влияние кубических фазовых искажений на ДН (амплитудное распределение косинусоидальное):
Ф3 = 0

Влияние кубических фазовых искажений на ДН (амплитудное распределение косинусоидальное):
Ф3 = π

Линейная дискретная система

Линейная дискретная система

Линейная дискретная система

(демонстрация в MathCAD и CST)

Сравнение ДН линейного излучателя и дискретной излучающей

Линейная дискретная система. Подавление дифракционных максимумов.

Применение в качестве излучателей АР направленных элементов. Применение направленных элементов ограничивает

Линейная дискретная система. Подавление дифракционных максимумов.

Линейные излучатели формируют остронаправленное излучение и обеспечивают сканирование только в одной

Множитель направленности плоского раскрыва

Множитель направленности плоского раскрыва

Прямоугольный раскрыв

Прямоугольный раскрыв

Прямоугольный раскрыв

Прямоугольный раскрыв. Разделяющиеся амплитудные распределения.

Круглый раскрыв

Круглый раскрыв

Круглый раскрыв

Круглый раскрыв

Круглый раскрыв

КНД плоского раскрыва

Оценить КНД круглой зеркальной параболической антенны Rohde&Schwarz AC120 диаметром 1,2 м

Задача - решение

Полученное решение близко совпадает с паспортными данными антенны:

Задача - решение

Апертурные антенны

Типы рупорных антенн:
секториальные;
пирамидальные;
конические.
E-секториальный рупор
H-секториальный рупор

Рупорные антенны

Рупорные антенны

При большой длине рупора можно считать, что структура электромагнитного поля в

Фазовое распределение в раскрыве рупора

Амплитудно-фазовое распределение в раскрыве рупора

Зависимость КНД рупорной антенны от размеров раскрыва.

Рупорные антенны

Рупорные антенны

Расчет рупорной антенны

Расчет рупорной антенны

Различные варианты исполнения рупорных антенн

Методы сканирования:
Механическое: перемещение всей антенны по угловым координатам, например, зеркальные антенны

Методы электрического сканирования наиболее хорошо приспособлены для многоэлементных антенных решёток, которые

Фазовое электронное сканирование

Каждая ФАР должна иметь устройство, обеспечивающее нужное распределение амплитуд и фаз

Последовательные ДОС закрытого типа

Схемы последовательного возбуждения имеют ограничение по диапазону частот, поскольку расстояния от

Вариант выполнения параллельной ДОС

Параллельные ДОС закрытого типа

Проходная ДОС:
Отражательная ДОС:

ДОС открытого типа

Амплитудный способ сканирования подразумевает дискретное переключение амплитуд возбуждения отдельных входов некоторой

Многолучевые антенные решетки – матрица Бласса

Многолучевые антенные решетки – матрица Батлера

Матрица Батлера – сдвиг фаз в излучателях при включении входов

Частотное сканирование

Частотное сканирование