Теория антенн

 

(для студентов 4 курса д/о, 6 курса в/о, 51 ч.)

Аннотация.

Курс с таким названием типичен для радиофизической специализации. Однако небольшой объем курса не позволяет рассмотреть все многообразие антенных устройств.
 В курсе три части. Первая часть — основы теории излучения — содержит необходимые сведения и общие формулы из электродинамики. Здесь же определяются и обсуждаются основные параметры антенн.
Вибраторным антеннам посвящена вторая, основная часть курса. Выводится уравнение Халлена для распределения тока в тонком вибраторе. Оно решается в квазистационарном приближении и с учетом излучения в режиме передачи для симметричного вибратора. Обсуждаются вариационные методы определения сопротивлений и токов в антеннах. Рассмотрены особенности работы вибратора в режиме приема. Кроме этого, рассмотрены многовибраторные антенны, влияние земли на направленные свойства антенн и особенности антенн различных диапазонов.
 В третей части рассмотрены коротко лишь некоторые общие закономерности для трех типов антенн СВЧ диапазона — щелевых, апертурных и бегущей волны.

Введение (2 часа)

1. Основы теории излучения. (9 часов)

1.1. Интегрирование системы уравнений Максвелла. Потенциалы.

1.2. Поле токовой плоскости, токовой нити и элемента тока — диполя в свободном пространстве. Плоские, цилиндрические и сферические волны. Роль плоских волн.

1.3. Поле произвольной ограниченной токовой системы в дальней зоне. Понятие дальней зоны. Условие излучения. Элемент Гюйгенса.

1.4. Теорема взаимности. Поле малой рамки с током.

1.5. Векторный аналог формулы Кирхгофа. Принцип эквивалентности.

1.6. Основные параметры антенн.

2. Вибраторные (линейные) антенны. (24 часа)

2.1. Распределение тока в тонком линейном вибраторе. Постановка задачи и вывод уравнения.

2.2. Решение уравнения для тока в режиме передачи в квазистационарном приближении и с учетом излучения.

2.3. Характеристики направленности и некоторые другие параметры симметричного вибратора.

2.4. Входное сопротивление симметричного вибратора. Полоса пропускания.

2.5. Сопротивление излучения. Метод наведенных ЭДС.

2.6. Вариационные методы определения сопротивлений и распределения токов в тонких антеннах и проводниках. Распределение тока в тонком бесконечном проводнике.

2.7. Симметричный вибратор в режиме приема. Особенности распределения тока. Эквивалентная ЭДС приемного вибратора. Обратимость антенн.

2.8. Многовибраторные антенны. Интерференционный множитель. Антенны синфазные и типа бегущей волны. Способы расчета сопротивлений и токов.

2.9. Влияние земли на направленность антенн. Отражательные формулы.

2.10. Несимметричные заземленные антенны. Оценка их параметров. Роль заземления.

2.11. Особенности антенн диапазонов СДВ, ДВ, СВ и КВ. Рамочные и ромбические антенны.

2.12. Особенности работы антенн в проводящей среде и плазме.

3. Антенны СВЧ. (16 часов)

3.1. Щелевые антенны. Принцип дополнительности для плоских экранов. Идеальная щелевая антенна. Аналогия с вибраторами.

3.2. Реальные щелевые антенны. Щели в экранах конечных размеров. Щели в резонаторах и волноводах.

3.3. Приближенные методы решения антенных задач СВЧ диапазона. Метод физической оптики. Дифракция на диске. Дифракция на отверстиях в непрозрачных экранах. Метод краевых волн.

3.4. Метод геометрической оптики. Общие идеи и основная формула, связывающая поля в двух точках на луче. Отражение плоской волны от круглого параболического зеркала. Геометрическая теория дифракции.

3.5. Апертурные антенны. Влияние распределений амплитуды и фазы поля на раскрыве антенны на характеристики антенн.

3.6. Волноводные и рупорные антенны. Их особенности. Излучение из открытого конца волновода. Учет отражений.

3.7. Зеркальные и линзовые антенны. Их особенности и разновидности. Фазированные антенные решетки.

3.8. Антенны бегущей волны. Диэлектрические антенны. Объемный принцип эквивалентности. Общие закономерности таких антенн.

3.9. Спиральные антенны. Их особенности. Сверхширокополосные антенны.

3.10. Использование голографических идей для создания антенных систем высокого разрешения. Радиоголография.

Литература

1) Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. Москва, Радио и связь, 1988 г.

2) Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. Москва, Энергия, 1975 г.

3) Фрадин А.З. Антенны СВЧ. Москва, Сов. радио, 1957 г.

4) Айзенберг Г.З. и др. Коротковолновые антенны. Москва, Радио и связь, 1985 г.

5) Кинг Р., Смит Г. Антенны в материальных средах. Москва, Мир, 1984 г.

6) Справочник по радиолокации. Ред. Сколник М. Том 2. Радиолокационные антенные устройства. Москва, Сов. радио, 1977 г.

Лектор — старший преподаватель Елизаров Б.В.