Классификация антен. 1. Назначение и классификация антенн. Лекция 1 назначение и классификация антенн
 Скачать 0.69 Mb.
|
|
1 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА АНТЕНН Лекция 1 НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ АНТЕНН Любая радиолиния состоит из двух устройств – передающего и приемного, связь между которыми осуществляется с помощью электромагнитных волн, рас- пространяющихся в пространстве. Простейшая блок-схема радиолинии представ- лена на рис. 1.1. Рис. 1.1. Структурная схема радиолинии Модулированные высокочастотные колебания, вырабатываемые передатчи- ком, подводятся к устройству, задачей которого является излучение свободно рас- пространяющихся радиоволн. Это устройство называется передающей антенной. Таким образом, основным назначением передающей антенны является излу- чение свободно распространяющихся электромагнитных волн. Образовавшиеся электромагнитные волны распространяются в свободном пространстве и достигают приемника. Последний, очевидно, должен содержать устройство, которое улавливает часть энергии из поля приходящих электромаг- нитных волн. Это устройство называется приемной антенной. Следовательно, основным назначением приемной антенны является улавли- вание энергии из поля распространяющихся радиоволн и передача этой энергии в приемник. Если передающая антенна преобразует энергию токов высокой частоты в энергию свободно распространяющихся электромагнитных волн, то приемная ан- тенна выполняет обратную задачу – преобразует энергию свободно распростра- няющихся электромагнитных волн в энергию токов высокой частоты. Обратный характер процессов, происходящих в передающей и приемной ан- теннах, определяет их обратимость. Последнее означает, что принципиально пе- редающую антенну можно использовать как приемную, и наоборот. Это свойство обратимости имеет большое практическое значение и широко используется в раз- личных радиотехнических системах, где весьма часто одна и та же антенна рабо- тает как на передачу, так и на прием. Такие антенны называются приемно- передающими. 2 Ценность свойства обратимости состоит еще и в том, что имеется тесная связь между параметрами антенны в режиме передачи и приема. Это является весьма важным с точки зрения анализа антенн, так как позволяет обойтись изуче- нием параметров антенны при работе ее в одном из режимов. Преобразование энергии токов высокой частоты в энергию радиоволн в режиме передачи или обратное преобразование в режиме приема является пер- вой функцией антенны. Вторая функция антенны – концентрация излучения в определенных направлениях при заданной поляризации радиоволн в режиме пере- дачи или преимущественный прием приходящих с определенных направлений ра- диоволн заданной поляризации в режиме приема. В настоящее время существует множество различных типов антенн. Каждая антенна может характеризоваться определенным набором параметров. Значение этих параметров определяется при электродинамическом анализе антенны либо при экспериментальном её исследовании. Эти параметры должны позволять каче- ственно и количественно оценивать свойства антенн, сопоставлять различные ти- пы антенн между собой, производить выбор необходимой антенны из множества существующих. 1.2. Классификация антенн Классификация антенн возможна: • по функциональному назначению. Например, приемные, передающие, связные, телевизионные, радиолокационные, бортовые и т.д; • по конструкторско-технологическим признакам. Например, рупорные, спиральные, печатные, зеркальные, щелевые, линзовые, вибраторные и т.д.; • по электродинамическим или электрическим свойствам и параметрам. Здесь также возможны различные классификации. Например, по диапазону длин волн: антенны ДВ, СВ, КВ, УКВ, СВЧ; по относительной ширине полосы пропус- кания – широкополосные, сверхширокополосные, диапазонные, узкополосные, ре- зонансные. Антенны могут различаться своими направленными свойствами (на- правленные, слабонаправленные, ненаправленные) или по поляризационному признаку (антенны круговой, эллиптической, линейной, вертикальной, горизон- тальной поляризаций). Однако, несмотря на такое многообразие, все антенны по принципу форми- рования диаграммы направленности можно разделить на три больших класса: • линейные, • апертурные, • антенные решетки. Линейные антенны К линейным антеннам (ЛА) относят любые излучающие системы, малых по сравнению с длиной волны поперечных размеров, в которых направление протека- ния тока совпадает с осью системы (рис. 1.2). 3 В простейшем случае представляют собой тонкий металлический провод- ник, по которому протекает переменный во времени электрический ток, или узкую щель в металлическом экране, между краями которой приложено переменное на- пряжение. К линейным антеннам относят не только прямолинейные, но также ис- кривленные или изогнутые проводники и щели, если их поперечные размеры мно- го меньше длины волны. В более широком смысле к линейным можно отнести не- которые типы антенн, поперечные размеры которых сравнимы с длиной волны (например, утолщенные вибраторные, спиральные, диэлектрические стержневые). Рис. 1.2. Линейные антенны: штыревая, петлевой вибратор, директорная, логопериодическая Линейные антенны могут быть антеннами стоячих волн (АСВ) и бегущих волн (АБВ) с различными амплитудно-фазовыми распределениями (АФР) вдоль них. В АБВ режим бегущей волны реализуется посредством возбуждения антенны с одного конца и включением поглощающей нагрузки на противоположном конце или за счет спадающего амплитудного распределения, например вследствие не- прерывного излучения бегущей волны тока. К АСВ относятся симметричные и не- симметричные вибраторы, щелевые антенны, рамочные антенны. К АБВ можно отнести спиральные, диэлектрические стержневые, антенны поверхностных волн. Отличительной особенностью линейных антенн является последовательная схема питания (возбуждения) элементов антенны и, как следствие, возможность зависи- мости характеристик излучения от длины антенны или от её частоты. Апертурные антенны Характеризуются тем, что у них можно выделить некоторую ограничен- ную поверхность, как правило плоскую, через которую проходит весь поток излу- чаемой или принимаемой мощности. Эта поверхность называется апертурой или раскрывом, размеры которых обычно много больше длины волны. К апертурным антеннам (АА) относятся рупорные, зеркальные, линзовые антенны, открытые концы волноводов (рис. 1.3). Принципы формирования диаграммы направленно- сти у них подобны оптическим. Отличительной особенностью этого класса антенн 4 является параллельная схема возбуждения элементов апертуры посредством сис- темы независимых лучей и, как следствие, независимость формы диаграммы на- правленности от размеров апертуры или от частоты. Рис. 1.3. Апертурные антенны: зеркальная, рупорная, линзовая Антенные решетки Это системы однотипных излучателей, расположенных в пространстве по определённому закону и конкретным образом возбуждаемых (рис. 1.4). Антенные решетки (АР) могут быть одномерными (или линейными) и двумерными (или по- верхностными). Примерами линейных решеток являются директорная антенна и система щелей, прорезанных в стенках волновода (волноводно-щелевая решетка). Рис. 1.4. Антенные решетки: волноводно-щелевая, микрополосковая Из совокупности одномерных решеток можно составить двумерную решет- ку. Излучатели в решетках могут располагаться на плоских поверхностях или на поверхностях с криволинейной образующей. Схема питания элементов решеток может быть как последовательной, так и параллельной, а также комбинированной. 5 Важное место в классе антенных решеток занимают фазированные антенные решетки (ФАР) с независимой регулировкой амплитудно-фазовых распределений на элементах. 1.3. Диапазоны радиочастот Диапазоны радиочастот принято классифицировать по десятичному прин- ципу: границы поддиапазонов отличаются по величине в десять раз. В табл. 1.1 приведены диапазоны частот и длин волн. Табл.1.1. Диапазоны радиочастот СВЧ-диапазон дополнительно подразделяется на поддиапазоны, обозначае- мые латинскими буквами (табл. 1.2). Табл. 1.2. Поддиапазоны СВЧ Децимальные приставки На практике часто приходится сталкиваться с необходимостью перевода од- них десятичных множителей в другие, для напоминания они приведены в табл. 1.3. 6 Табл. 1.3. Десятичные множители |