Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Расчет и конструирование современных антенн значительно усложнились в последние голы из-за увеличения числа характеристик, подлежащих определенщо, а так- 12 в стремления оптимизировать и более точно рассчитывать характеристики антенн, збе~ая экспериментальных проверок. Нахождение оптимазьного варианта антенной системы по заданным требованиям значительно увеличивает обьем всех расчетоа.
Нзаестгзы различные методы расчета антенн, отлнчающиеся сложностью и, соответственно, точностью результатов. На стадии предварительного проектирования необходимы приближенные методы, позволыощне специазистам, знакомым лишь с обШвй теорией антенн и практикой нх использования, опрепелять основные характеристики новых типов антенн Это привело к созданию инженерных метолик расчета с введением ряда приближений и упрощений, что повлияло на точность расчета характеРицгик и ограничение пределов их применимости Наряду с этим интенсивно развнвацгтсл строгие методы расчета, позволяющие оптимизировать проектируемое устройство по тому или иному критерию с использованием ЭВМ.
Характеристики антенн, найденные с помощью приближенных инженерных методик, могут быть уточнены строгэаци методами. При расчете и проектировании антенных систем решение обшей задачи приходшся искусственно разделять на ряд отдельных частггых задач Решение этих задач с учстпм нх взаимосвязи дает возможность рассчитывать характеристики сложных антенных систем и искать вариант антенны, наиболее соответствующий поставленным требовашшм. Такой подход позволил создать независимые методы инженерного расчета АР с электрическим сканированием, ФАР и их элементов (3) За последнее время в конструировании и производстве антенн произошли сушеетвенные изменения. Разнообразие исполыусмых на практике типов антенн, существенные их различия в зависимости от назначения привели к возникновению ряда самостоятельных отраслей современного антенностраения с присущими им конструкторскими решениями, используемыми материалами, технологией, видом производства и т, д. Такими уже сложившимися можно считать отрасли крупного антенностроения, ФАР, АФАР, антенн летательньи аппаратов и судовых антенн [7-14], а также космических антенных систем.
Намечается возникновение других отраслей. В кажлой из них — свои специфика и особенности конструирования. В рамках настоящего курса невозможно охватить весь комплекс вопросов. В связи с этим булут рассмотрены лишь общие вопросы теории н расчета антенно-фндерных устройств (ч. 1-!Ч). Особое внимание будет уделено антенным устройствам СВЧ применительно к ралиолокации„ радиоуправлению и другим вопросам построения ралиоснстем на самолетах и лрупгх ЛА (ч.Ч вЂ” Ч!).
1.4. Класснфнкпцни антенн н линий передачи В соответствии с действующими ГОСТами антенны и линии перелачи хлассифиШйзуют по диапазонам радиоволн. 1. Антенны мнриаметровых нли сверхдлинных волн (СЛВ), т.е. антенны, рабо"шошие в диапазоне длин волн я >10 км. Этот диапазон волн соответствует очень нвзким частотам (ОН Ч), т.е, частотам менее 30 кГц. 2. Антенны километровых или длинных волн (ЛВ) (2 = 10... ! км). Это диапазон эппких частот (НЧ) — 30... 300 кГп. 3. Антенны гсктометровых или средних волн (СВ) (й = !000...!00 м). Это лнападон средних частот (СЧ) -300 ..
3000 крц. 43 4. Антенны декаметрааых или коротких волн (КВ) (Л = 100...10 м). Это диапазон высоких частот (ВЧ) — 3...30 МГц. 5. Антенны метровых волн (Л = 10...1 м). Это лиапазан очень высоких частот (ОВЧ) — 30...300 Мгц. б. Антенны дециметровых волн (Л = 100...10 см).
Это диапазон ультравысоких частот (УВЧ) — 300...3000 МГп. 7. Антенны сантиметровых волн (Л = !0...1 см), Это диапазон сверхвысоких частот (СВЧ) — 3... 30 ГГц. В. Антенны миллиметровых воли (Л = 10...1 мм). Это диапазон крайне высоких частот (КВЧ) — 30...300 ГГц. 9. Антенны субмиллиметровых волн няи децюццзлиметровых волн (Л = 1...0,1 мм). Это диапазон гипераысоких частот (ГВЧ) — 300...3000 ГГц. 10. Антенны оптического диапазона (Л < 0,1 мм).
В приведенной выше классификации, как и а ГОСТс, диапазон СВЧ соответствует сантиметровым волнам, однако в существующей практике этот термин имеет более широкие границы, а именно, он включает волны от метровых до миллиметровых. В зарубежной (и переводной) литературе СВЧ-антеннам (технике) соответствует термин микроволновые анменлы (техника). Такая классификация обусловлена особенностью распространения радиоволн а различных диапазонах и различными возможностями в реализации требуемых характеристик, рюмеров антенн и точности их изготовления. В конструктивном и электрическом отношениях антенны разных диапюонов имеют существенные различия. В теории антенн прн рассмотрении их основных характеристик и методов расчета независимо от диапюоиа работы принято выделять следующие классы антенн: — остронаправленные; — днапазонные и саерхширокополосные; — электрически сканирующие; — слабонапрааленные, устанавливаемые на барту ЛА, в которых учитывается явление днфракцни на наружной поверхности ЛА.
В обшей теории антенных устройсш обычно деление на перелающие и приемные шпенны не проводится, хотя в конструктивном отношении нх приходится различать. Каждый класс антенн может в свою очередь делиться на различные авды (типы), группы; причем в основу такого деления ставятся: направленность действия, частотные свойства и другие основные характеристики. Классификация линий передач рассмотрена в гл. 2. 1лй История рвзннтяя антенн В истории развития теории антенн можно условно выделить отдельные этапы, соответствующие отлельным классам антенн. В первый период существования радиотехники, квк известно, использовались СДВ- и ДВ-диапюоны волн, и антенны гцзименительно к ллине волны малых размеров рассматривались по аналогии с колебательными контурами как системы с сосредоточеннымн постоянными. Такие антенны с их теорией можно условно назвать кточечнмма», С середины 20-х голов прошлого века радиотехника перешла на средние н короткие волны. Начали применяться антенньг, состоя- не нз внбраторов, длины которых стали сравнимы с рабочей длинной волны, хотя по.
(Мчцые размеры оставались малыми по сравнению с ней. На этом этапе развития аннны ыожно условно назвать каинейнымюк Для этого класса антенн потребовалось развитие теории, основанной на теории длинных линий н теория излучения комбинапюг лннейных токов. Сушественным факюром этого периода явилась возможность сожшння остронаправленного излучения. Освоение СВЧ-лнапиоиа, начавшееся в 50-е годы, связано с прюгенением анплш, все трн измерения которых велики по сравнению с ддиной волны Этот класс мзжно условно назвать «обькняыни пятен»пни», а нх теорией стала теория антенн СВЧ, Этой теории в настоящем курсе н будет уделено основное вннманне. Развитие ракетно-космической техники привело к возникновению в бб-х годах эдектрнческн сканнруюшнх антенн, позвадяюших осушествлять быстрый (безынерцнтцшый) обзор пространства.
сопровождение целей, обнаружение и т.д. Этот этап разантня привел к пояаленюо фазировакггых антенных решеток (ФАР). Он может быть условно назван «к«асс ФАР». Последний период ривитна теорни н техники антенн, который захватывает и наюн днн, может быть условно назван «класс активных а«женям Этот период характериЗуегся использованием антенных систем (приемных н передающих) с актианымн элемента«в, адаптивных антенных систем, многофункциональных, самонастранваюшнхся н др, В таких системах одновременно может происходить пространственно-временная обработка сигнала с целью сушественного улучшения характеристик всей радиотехнической системы ло сравнению с применением обычной ФАР.
Теория н техника «активных антенных систем» сложнее, чем предыдущие, в на, стоящее время оци интенсивно развиваются, но еюе далеки от совершенства. Глава 2 Основы теории линий передачи СВЧ 2.!. Классификации цыыый передачи СВЧ В соответствии с ГОСТом линией передачи СВЧ называется устройство, ограничнваюпгее область распространенна эчектромагннтных колебаний и нвправляющее поток электромагнитной энергии в заданном направлении. Направление распространения определяется взаимным расположением источника электромагнитных колебаний и нагрузки в линии передачи.
Источником электромагнитных колебаний может служить, например, генератор, подключенный к линии передачи, приемная антсина нли устройство возбуждения линии передачи, отбирающее часть электромагнитной энергии от другой линии передачи илн какою-либо устройства СВЧ. Нагрузкой линии передачи может служить устройство, преобра~ющее электромагнитную энергию (например, в тепло), излучающая (передающая) антенна, входные цепи приемника и т.п. К СВ Ч устройствам относятся отрезки линий передачи и преобразователи СВЧ- энергии, ответвители, фильтры, вентили и т.д. Совокупность СВЧ-устройств, сочлененньщ определенным образом, образует тракт СВЧ. Различают регулярные и нерегулярные линии перелачи.
У регулярной линии передачи в продольном направлении неизменны поперечное сечение и электромагнитные свойства заполняющих сред. Если одно из условий регулярности отсутствует, та такая линия является нерегулярной. Линия передачи, заполненная однородной средой, называется однородной, в противном случае- неоднородной. Линии передачи классифицируются по типам используемых волн: линии передачи с поперечной электромагнитной волной(с 1-волной); линии передачи с магнитной волной (с Н -волной); линии передачи с электрической волной (с Е -волной); линии передачи с гибридной волной. Направив ось з прямоугольной системы координат вдоль линни передачи, каждый тип волны можно определить условиями, прелсювлснными в табл. 2.1 и накладываеТаблица 2.1 мыми на продольные Е, и Н, состав- условня ив продольные лягащие векторов зле«трического и магТноы еоян составляющие полей нитного полей соответственно, Из табл.
2.! следует, что а Т -волне Т -волны р,=а, н,=а векторы напряженности электрического н Н -волны — Н* и а магнитного полей лежат в плоскости, Е -волны е„ ив, и, = о перпендикулярной направлению распро. Гибрнлные волны Ь по и по страненнл; в Н -волнс вектор напряжен- ности магнитного поля имеет продольную и поперечную саставляннцие, а вектор напряженности элекчрического поля имеет только поперечную составляюпгую; в Е -волне вектор напряженности электрического псла имеет продольную и поперечные состввлыощне, а вектор напряженности магнитного поля лежит в плоскости поперечного сечения линии передачи, в гибридной волне векторы напряженности электрического и магнитного полей имеют и продольные, и поперечные составляющие. Кдасснфикацня линий передачи по видам представлена на рис. 2Л.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
