Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (Устройства СВЧ и антенны. редакция Д.И. Воскресенский), страница 3

1.2.б,а) имеют при этом соответственно форму восьмерки и круга. Большинство используемых антенн — остронаправленные, т.е, конпентрнруют излучение а небольшом телесном угле и имеют дН игольчатые (нли ккаранлашногоэ типа) (Рис. 1.2,г), веерные (рис. 1.2.д) и др. для наземных устройств принято нюывать антенну ненаправленная, если она имеет в горизонтальной шюскасти круговую (Равномерную) ДН, При рассмотрении направленности действия необходиио учитывать пощригачяоляую характеристику антенны, которая определяет поляризацию излучаемых и прнпимаемых ею волн. Антенна может излучать поле с вертикальной, горизонтальной, круговой нли эллиптической (вращающейся) поляризацией, причем а зависимости от ггаправлеиия вращения поля волны могут быть как »рико-, так и лееонаириеэеяны.чи, Фа сравнения направленности действия различных антенн и расчета нх характеристик вводят ряд параметров, определяемых из дН.

Не менее важными являются э~герееткчепще характеристики, определяющие зиачсниа и изменения в процессе работы ряда величин, характеризующих максимально лопустнмую мощность излучения, при которой обеспечиваются электрическая прочность и допустимый тепловой режим, мощность СВЧ-потерь в антенио-филсрном тракте, мощность шумов, развиваемая на входе приемника; мощность, требуемая дпя управления положением луча в пространстве, и т.д.

Величины этих мощностей характеризуются КПД, шумовой температурой, входиыи сопротивлением антенны, волковым сопротивлением фидера, согласованием в питжошем филере и другими параметрами. Часмотдые хпракмернпнндн определмот изменение основных параметров антенн с частотой. Так, с изменением частоты меняются направленность действия антенны и энергетические харюггеристики. При рассмотрении частотньгх харакюристик антенно-фидерных устройств следует различать требования, предъявляемые к рабочему диапазону и полосе частот.

Требуемая полоса часто~ определяеюя спектром передаваемого антенной сигнала, т.е. условием одновременного излучения или приема антенной заданного спектра частот, Диапазон частот определяется условием работы антенны последовательно во времени на различных участках этогО диапазона волн, т.е. в принпипс при изменении рабочей частоты радиосистемы допускается синхронное измене.

ние некоторых параметров антенны. Рнс. 1.2. Диаграммы направленности элементарного внбрвтора н остронаправленных антенн: е — енл пл нпгхнеменнеа днегренны, о, е — диаграммы нддрехленноегн эленентврного внвпдпгра онддегегжнно е ыернднонагыыа н экееторнельная плоено;тлх, г, д — енд диаграмм ненраеленномн оспхгнееременнык ентенн (жельчемго н емрнеге тнпа) Хораджерисмнднулрангенвя антенншфидернъгд устройств покюывают изменение направленных и других свойств антенны в процессе работы.

Так, остронаправленные антенны с движением луча для обзора пространства (сканирующие антенны) характеризуются сектором обзора, временем обзора бтсмпом), точностью установки луча в заланную точку пространства и т.д. Антенна, рабошющая поочередно в рмкиме передачи ц дриема, имеет в фидерном тракте специальное устройство, называемое антенным переключателем. Это устройство характеризуется временем переключлния с передачи на дрием н, наоборот, величиной развязки приемника ат передатчика и т.д. К характеристикам управления следует также отнести возникающие а ряде случаев требования к измененюо при работе поляризации паля излучения илн формы ДН антенны.

В антеннах с механическим сканированием, а которых движение луча осушествдается поворотом антенны, характеристики управлекия ие связаны с электрическим расчетом антенны и являются определяющими при проектировании механизмов вращения. И, наоборот, а электрически сканирующих антеннах, в которых меняется полозкение луча в пространстве с помощью электрически управляемых устройств при неПодвижиай антенне, характеристики управления являются исходными при ее проектировании. Антенно-фидерное устройства, как и любое инженерное сооружение, имеет ряд абыетегнннеснш н эканаимческнк характеристик таких, как сложность или простота устройства, масса и габариты (особенно важны в бортовой аппаратуре), надежность работы, механическая прочность, стоимость, простота и удобство эксплуатации, контроля, ремонта и т.д Эти требования общего характера при разработке антеннофидерного устройства являются в ряде случаев не менее важными, чем требования к электрическим характеристикам. Выполнение ик достигается не только соответствующими конструктивными решениями, технологией изготовления, применением специальных материалов, но и выбором схемы построения устройства, режима работы, способа сканирования и т.д.

Основные требования к характеристикам разрабатываемого антенно-фидернога устройства в каждом конкретном случае весьма различны и зависят от нюначения. С увеличением объема обрабатываемой информации радиосистемы (например, с ростом лальностн действия, разрешающей способности, точности определения координат, быстРодействия, помехозашишенности и др.) возрастают требования к характеристикам антенно-фидерных устройств, Взаимосвязь между характеристиками антеннофылериых устройств и характеристиками радиосистем приводится в соответствующих курсах ралиолокацин, радиоуправлении, навигации и т.д, 13. Особеыыости расчета ыцонструнроваыын антенно-фидерыых устройств Рассмотренные в предшествующих курсах методы расчета электрических и радиотехнических цепей непригодны лля расчета антенн и канализиРуюших устРойств.

Это объясняется необходимостью рассматривать цепи, размеры которых соизмеримы или значительно больше (в большинстве случаев) длины волны. При расчете антенн необходимо учипавать интенсивный процесс излучения в цепи и реакцию излученной электромагнитной энергии на процессы в излучателе. Этн два обстоятельства значительно Усложняют теорию и инженерные метолы расчета, так как лля определения поня излучения нала знать раапрсделение излучающих токов (полей) в антенне, кшорое, в свою очеРедь, зависит от паля излучения.

Кроме того, эта реакщтя излучевной электромагнитной энергии на антенну в процессе работы может меняться, как, например, в элеатрически сканирующей антенне. Отличительной особенностью современных антенно-фидерных устройств является сложность их теории: определение паля в пространстве сводится к решению вектор- ных волновых уравнений в комплексной форыс прн сложных граничных и начальных условиях. К этому следует добавить, что в устройствах используют электрически управляемые патупроводннковые приборы и гиротропные среды (феррнты, газоразрядную плазму, сегнетоэлектрики) магнитная р или диэлектрическая е проницаемость которых является тснзорной величиной.

Прямые электродинамическис методы решения этих краевых задач (решение уравнский Максвелла) в принципе позволяют получить строгие решения, но требуют для большинства случаев применения различных методов решения математической физики (векторного, тснзорного,матричного, аариационного исчислений, уравнений с частными производными, интегральных уравнений, специальных функций и др.). Применение этих методов ограничено, так как из-за математических трудностей решение не всегда удастся завершить, а если н удается, то для инженерных расчетов оно мало пригодно вследствие громоздкости и сложности использования, лаже с применением современных вычислительных средств.

Поэтому в теории широко применяют второй метод расчета, использующий телеграфные уравнения (теорию линий с распределсннымн параметрами) и дающий приближенные результаты, пригодныс в инженерной практике. Кроме того, для расчета различных устройств широко используют метод эквнваэентньш схем, при котором реальное устройство предсгавляется некоторой эквивалентной схемой: колебательным контуром, двухпроводной эквивалентной линией, двух-, четырех; восьмнполюсником н т.д.

илн другой электрической цепью с некоторыми эквивщентными параметрами. Остановимся кратко на особенностях конструирования антенно-фндерных устройств. Размеры современных антенн (от единиц миллиметров до километров) зависят от рабочего диапазона н назначения устройства. Конструкции антенн также весьма различны: это либо сложные инжснсрныс сооружения, занимающие по площади квадратные километры н имеющие по высоте сотни метров, либо весьма простые антенны в виде щели нли отверстия в металлическом экране летательного аппарата (ЛА).

Матернаяы, применяемые для изготовления антенн н фидеров, самые различные: проводники (серебро, медь, алюминий и лр.), лнзлектрнки (полистирол, тефлон, феррит н др.), полупроводники и плазма. При конструировании приходится учи~ывать действие всевозможных факторов: влияние проводящей поверхности ЛА на характеристики антенны, действие сил инерции а механических сканирующих антеннах, увеличение температуры от скоростного напора воздуха, парусный эффект антенны, влияние гололеда, температурные деформации, технологические возможности изготовлении, возможности контроля характеристик и работоспособности н т.л.

С развитием радиотехники многие аншнны претерпели существенные энменення— из простых устройств превратилнсь в системы, состоящие из десятков тысяч элементов, управление которыми осуществляется специальными ЭВМ. Рюработки таких антенных систем ведутся крупными коллективами ученых и инженеров различных специальностей. Радиоинженер, который ведет расчет основных электрических характеристик, вырабатывает требования к отдельным элементам н руководит всей разработкой антенной системы, должен учитывать воэможности реализации различных устройств и влияние различных факторов, т.е. должен обладать широкими знаниями не только в своей области, но и в области математики, фюикн, технологии, экономики, технической механики и т.д.