Ответы электроника. Ответы на вопросы экзамена v2. Понятие антенна. Обобщенная конструкция антенны. Основные уравнения эмп. Классификация антенн в зависимости от длины волны
 Скачать 2.44 Mb.
|
|
22. Апертурные антенны. Типовые конструкции. Линзовые антенны. Апертурная антенна - антенна, излучающая с раскрыва. Примерами таких антенн являются рупорные, зеркальные, линзовые. Характерной особенностью является то, что в излучении участвуют сравнительно большие проводящие поверхности, по которым протекают токи высокой частоты. Токи на поверхности могут иметь различные направления, меняющиеся от точки до точки. Апертурные антенны – это антенны с поверхностными токами. Апертурные антенны применяются в диапазоне СВЧ. Малая длина волны позволяет сконструировать антенну, размеры которых на много больше длины волны. Небольшие размеры антенны позволяют делать их быстроподвижными, можно осуществлять перемещение одних частей антенны относительно других или даже вращать всю антенну с целью вращения ДН. Апертурные антенны являются основным типом радиолокационных антенн. Линзовая антенна, как и зеркальная антенна состоит из первичного источника излучения (облучателя) и линзы. Облучатель является слабонаправленной антенной, фазовый центр которой расположен в фокусе сферической линзы, т.е. он излучает волну со сферическим или цилиндрическим фронтом. Линза преобразует сферический или цилиндрический фронт волны в плоский. Тем самым при больших размерах раскрыва фокусирующей линзы достигается высокая степень направленности антенны. Линза преобразует расходящейся от облучателя пучок лучей в параллельный пучок. Поверхность линзы, обращенная к облучателю, называется освещенной. Обратная поверхность образует раскрыв линзы. Если преломление лучей происходит на одной поверхности, то линзу называют одноповерхностной. В противном случае линзу называют двухповерхностной. В антенной технике применяются также замедляющие и ускоряющие линзы. 23. Открытый конец волновода. Рупорные антенны. Оптимальные размеры рупора. Волноводные излучатели являются простейшими апертурными излучателями в диапазоне сантиметровых волн. Наиболее распространенными являются антенны в виде открытых концов волноводов – прямоугольного с волной Н10 и круглого с волной H11. Размеры поперечного сечения волновода на волне основного типа обычно не превышают длины волны, поэтому излучатель с такими размерами раскрыва является слабонаправленным и формирует широкую ДН. Излучатели в виде открытых концов волноводов применяются в качестве облучателей линз и зеркал, элементов фазированных антенных решеток, а также как самостоятельные слабонаправленные антенны. Недостатки волноводов с открытым концом устраняются тем, что переход от волновода к свободному пространству осуществляется с помощью специальных, плавно расширяющихся насадок, называемых рупорами. Рупорная антенна представляет собой участок волновода переменного сечения с открытым излучающим концом. Рупорную антенну возбуждают волноводом, присоединенным к узкому концу рупора. По форме рупора различают E-секториальные, H-секториальные, пирамидальные и конические рупорные антенны. Рупорные антенны очень широкополосны и весьма хорошо согласуются с питающей линией. Для этих антенн характерен малый уровень задних лепестков диаграммы направленности (до -40 dB) из-за того, что мало затекание ВЧ-токов на теневую сторону рупора. Рупорные антенны с небольшим усилением просты конструктивно, но достижение большого (>25 dB) усиления требуют применения выравнивающих фазу волны устройств в раскрыве рупора. Рупорные антенны применяют в качестве облучателей зеркальных и других антенн. Рупоры, размеры которых соответствуют максимальному значению КНД, называются оптимальными Оптимальные длины рупора выбираются исходя из удовлетворения требованиям к допустимой фазовой ошибке в раскрыве и соотношения собственных размеров: ширина главного лепестка в плоскости Н зависит от фазового распределения вдоль размера раскрыва рупора, при увеличении которого возрастает неравномерность фазового распределения в раскрыве и главный лепесток расширяется; Очевидно, существуют некоторые оптимальные размеры рупора, при которых главный лепесток наиболее узок. Рупорная антенна с такими размерами называется оптимальной.  24. Основные факторы влияющие на качество зеркальных антенн. КИП. Проблема «затенения» зеркала. Методы повышения КИП. КИП- коэффициент, определяемый отношением эффективной площади антенны к геометрической, характеризует оптимальность использования площади раскрыва. КИП является показателем эффективности использования площади реальной антенны. Проблема затенения является то, что все компоненты электромагнитного поля, создаваемого зеркалом антенны, достигают точки наблюдения. Одна часть из них попадает в облучатель, изменяя его характеристики (реакция зеркала), а другая отражается от проводящих элементов, создавая вторичное поле, влияющее на исходное поле зеркала антенны. Увеличение затенения зеркала приводит к искажению ДН зеркальной антенны, в первую очередь – к увеличению боковых и задних лепестков, а также к рассогласованию облучателя с фидером. Методы повышения коэффициента использования поверхности: сужение главного луча ДН АР Уменьшение длины АР Чем больше УБЛ, тем больше крутизна спада КИПР (раскрыва) Чем длиннее АР, тем оптимальное значение по КИПР достигается на более низких УБЛ. 25. Зеркальные антенны. Антенны с «косекансной» ДН. Зеркальные антенны (ЗА) — это апертурные антенны, у которых ЭМП в раскрыве формируется в результате отражения ЭМВ первичного излучателя от металлической поверхности специальной формы, называемой зеркалом. Зеркальные антенны используются в диапазоне СВЧ для формирования относительно узких ДН в одной или двух плоскостях. ЗА состоит из облучателя и зеркала. Облучатель является первичным источником ЭМВ в зеркальной антенне и формирует ЭМВ со сферическим или цилиндрическим фазовым фронтом, обеспечивая требуемое амплитудное распределение в раскрыве зеркала. Зеркало должно полностью отражать падающую на него ЭМВ так, чтобы ЭМП в его раскрыве было бы синфазным с требуемым амплитудным распределением. Зеркало должно перехватывать как можно большую долю энергии ЭМВ, излученной облучателем. Принцип действия. Электромагнитная волна, излученная облучателем, достигнув проводящей поверхности зеркала, возбуждает на ней токи, которые создают вторичное поле, обычно называемое полем отраженной волны. Для того чтобы на зеркало попадала основная часть излученной электромагнитной энергии, облучатель должен излучать только в одну полусферу в направлении зеркала и не излучать в другую полусферу. В раскрыве антенны отраженная волна обычно имеет плоский фронт для получения острой диаграммы направленности. На больших по сравнению с длиной волны и диаметром зеркала расстояниях от антенны эта волна в соответствии с законами излучения становится сферической. Антенны с «косекансной» ДН Основные способы формирования косекансной ДН: с помощью различных зеркальных антенн и антенных решёток. В самолетных РЛС обзора земной поверхности и наземных РЛС наблюдения за воздушной обстановкой часто применяют ДН косекансной формы. Данная форма ДН имеет узкий луч в азимутальной плоскости, что обеспечивает высокую разрешающую способность РЛС по азимуту. В вертикальной плоскости в рабочей части она имеет широкую ДН, причем в значительном секторе по углу места амплитуда ЭМВ изменяется незначительно, что позволяет снизить требования к динамическому диапазону радиоприемного устройства. Антенны с косекансной диаграммой направленности используются в наземных РЛС обнаружения и целеуказания. 26. Двухзеркальные антенны. Антенна Кассегрена, антенна Грегори. Двухзеркальная антенна состоит из большого зеркала, малого зеркала и облучателя. Большое зеркало является параболоидом вращения или вырезкой из него. Малое зеркало может быть частью двухполостного гиперболоида вращения (в системе Кассегрена) или частью эллипсоида (в системе Грегори). Принцип действия двухзеркальной системы Касегрена основан на следующем известном свойстве гиперболического зеркала: если в одном из фокусов F1 двухполостного гиперболоида вращения поместить точечный источник, то отраженные от поверхности второй полости гиперболоида лучи образуют расходящийся пучок с центром во втором фокусе F2. Двухзеркальная система Грегори отличается от системы Кассегрена лишь тем, что вспомогательное зеркало является вырезкой из эллипсоида вращения. Последний обладает тем свойством, что если в один из его фокусов F1 поместить сосредоточенный источник, то отраженные от внутренней поверхности лучи соберутся в его втором фокусе F2. Антенны типа Кассегрена обеспечивают меньшие фазовые искажения. Основными достоинствами двухзеркальных антенн, по сравнению с однозеркальными, являются следующие: при одинаковых типах облучателей двухзеркальные антенны имеют меньшие продольные размеры и меньшую длину фидерного тракта от приемника или передатчика до облучателя, что способствует снижению шумовой температуры; двухзеркальные антенны позволяют исключить воздействие отраженной от зеркала волны на облучатель и поляризационными методами устранить теневой эффект малого зеркала. Улучшаются электрические характеристики, повышается КИП, так как наличие второго зеркала облегчает оптимизацию амплитудного распределения по поверхности основного зеркала. Недостатком является обратная реакция малого зеркала на облучатель и увеличенное затенение раскрыва по сравнению с однозеркальной схемой. Такие антенные системы нашли широкое применение в бортовых локаторах автоматичекого сопровождения цели. 27. Измерение ДН антенн. Вычисление параметров антенны по ее ДН. Диаграмма направленности (ДН) описывает угловую зависимость поля антенны в дальней зоне. Это графическое представление зависимости коэффициента усиления антенны или коэффициента направленного действия антенны от направления антенны в заданной плоскости. Метод измерения ДН: испытуемая антенна устанавливается на поворотное устройство. На некотором расстоянии от нее помещается неподвижная вспомогательная антенна. Испытуемая антенна может работать как в режиме приема, так и в режиме передачи. В первом случае приемное устройство, подключенное к испытуемой антенне, регистрирует зависимость величины принятого сигнала, излученного вспомогательной антенной, от ориентации испытуемой антенны. Во втором приемник, подключенный к вспомогательной антенне, регистрирует зависимость величины мощности, излучаемой испытуемой антенной, от ее ориентации относительно направления на вспомогательную антенну. Основными параметрами, описывающими ДН антенны, являются: положение (угловое направление) главного максимума в используемой системе координат, его ширина на определенном уровне, положения и уровни первых боковых лепестков. Уровень половинной мощности θ0,5 – уровень 3 дБ, или уровень 0,707 по напряженности поля. 28. Логопериодические антенны. Принципы построения широкополосных антенн. Логопериодическая антенна - широкополосная направленная антенна, работающая в десятикратном и более широком диапазоне волн. По коэффициенту усиления антенна эквивалентна трех-четырехэлементной антенне «волновой канал». Антенна состоит из ряда параллельных вибраторов, подключенных к двухпроводной линии с последовательной переполюсовкой точек питания вибраторов. Длины вибраторов и расстояния между ними убывают в геометрической прогрессии в направлении к точкам подключения фидера. Позади самого длинного вибратора устанавливают короткозамыкающую перемычку, улучшающую согласование антенны с фидером и обеспечивающую симметрирование. Широкополосная антенна, основные параметры и характеристики которой незначительно изменяются в достаточно широкой полосе частот. Применяется для передачи или (и) приёма радиосигналов с широким спектром частот, например в телевидении, радиолокации, радиоастрономии. Широкополосная антенна позволяет без перестройки работать при переходе с одной частоты на другую. Обычно к широкополосным антеннам относят антенны, сохраняющие характеристики в полосе частот Вообще, антенна построена с использованием широкополосного согласующего устройства, в котором применен резистор для получения приемлемого значения коэффициента стоячей волны (КСВ). Однако, недостаток данной антенны заключается в том, что такой принцип построения препятствует получению высокого коэффициента усиления. 29. Принципы построения АС спутниковой связи. Понятие эквивалентной изотропно-излучаемой мощности (ЭИИМ). АС, применяемые в спутниковой связи. Системы наведения и сопровождения. Спутниковой антенна- антенна, которая используется для приема и передачи радиосигналов между наземными станциями и искусственными спутниками Земли. Спутниковая связь — один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании в качестве ретрансляторов искусственных спутников Земли. Принцип спутниковой связи заключается в ретрансляции аппаратурой спутника сигнала от передающих наземных станций к приёмникам. Эквивалентная изотропно-излучаемая мощность - произведение мощности радиочастотного сигнала, подводимого к антенне, на абсолютный коэффициент усиления изотропной антенны. Типы антенн СС -Слабонаправленные -Антенна бегущей волны -Зеркальные антенны -Осесимметричные антенны -Офсетные антенны -Фазированные антенные решетки. Спутниковая система навигации — система, предназначенная для определения местоположения наземных, водных и воздушных объектов. Спутниковые системы навигации также позволяют получить скорости и направления движения приёмника сигнала. Кроме того, могут использоваться для получения точного времени. Такие системы состоят из космического оборудования и систем управления. Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте до спутников, положение которых известно с большой точностью. Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на том, что скорость распространения радиоволн предполагается известной. Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. 30. Адаптивные антенные системы. Причины появления. Область применения. Подавление помех и усиление сигнала адаптивной АС. Адаптивная антенная решётка- тип антенны, в которой динамическое изменение параметров и характеристик антенн меняется адаптивно к воздействиям внешних или внутренних факторов. Возможность адаптации повышает качество приёма сигнала. Если адаптация диаграммы направленности антенной решётки осуществляется с помощью фазовращателей, то речь идет об адаптивной фазированной антенной решетке. В цифровых антенных решетках (ЦАР) адаптация выполняется путем весовой обработки цифровых массивов напряжений сигналов по выходам АЦП или на входах ЦАП. Адаптивная антенна подавляет помеховые сигналы на выходе сумматора. Разновидность антенны с обработкой сигналов, предназначенная для максимизации отношения сигнал/шум. Максимизация осуществляется автоматической регулировкой весовых коэффициентов, с которыми суммируются сигналы, поступающие от отдельных приемных каналов. Регулировка весовых коэффициентов производится автоматически с помощью обратных связей между выходом системы обработки сигналов и приемными каналами адаптивной антенны. Адаптивные антенны применяют в системах связи, в радиолокации, радиоастрономии для более точных измерений. 31. Принципы построения радиорелейных систем связи. АС для радиорелейных систем связи. Принципы построения радиорелейных систем связи. Радиорелейная связь — один из видов наземной радиосвязи, основанный на многократной ретрансляции радиосигналов. Радиорелейная связь осуществляется между стационарными объектами. Принцип радиорелейной связи заключается в создании системы ретрансляционных станций, расположенных на расстоянии, обеспечивающем устойчивую работу. Простейшая топология радиорелейной линии связи представляет собой цепочку ретрансляторов, передающих информацию между двумя пунктами. Для повышения пропускной способности РРЛ, часто применяется многоствольная работа, заключающаяся в том, что организуется несколько параллельных радиоканалов, использующих общую антенную опору и антенны. Отличительной особенностью радиорелейной связи от всех других видов наземной радиосвязи является использование узконаправленных антенн, а также дециметровых, сантиметровых или миллиметровых радиоволн. АС для радиорелейных систем связи: По количеству используемых в схеме зеркал антенны однозеркальные, состоящие из основного зеркала и облучателя, двухзеркальные, состоящие из основного и вспомогательного зеркал и облучателя многозеркальные, состоящие из основного и двух или нескольких вспомогательных зеркал и облучателя. По показателям качества (в основном по помехозащищенности) 1) стандартные, 2) высококачественные 3) сверхвысококачественные. По количеству рабочих диапазонов антенны подразделяют на одно-, двух- и многодиапазонные. |