Теория и техника антенн

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
ТЕОРИЯ И ТЕХНИКА АНТЕНН
Толмачев А.И.
В результате изучения курса студент должен
знать:

уравнения Максвелла и основные принципы теории излучения;

основные параметры антенн, методы их расчета и измерения;

основные методы расчета параметров линий передачи СВЧ диапазона;
уметь:

на основе анализа заданных технических требований производить выбор
требуемого типа антенны и фидерной линии;

производить расчет антенно-фидерной системы.
иметь представление о:

методах решения краевых задач для уравнений Максвелла;

методах решения задач возбуждения резонаторов и волноводов;

основных тенденциях развития теории и техники антенн
Основными видами занятий являются лекции и практические занятия.
Основными видами промежуточного контроля знаний являются: тестирования
Основным видом рубежного контроля знаний является экзамен.
СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
Тема 1. Основы теории излучения
Образование свободных электромагнитных волн. Волновое уравнение. Плоские
электромагнитные волны. Свойства электромагнитных волн. Энергия и импульс
электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга. Давление электромагнитных волн. Решение
задачи об излучении элементарного диполя. Излучение малой рамки с током.
Экспериментальное исследование электромагнитных волн. Опыты Г. Герца. Вибратор
Герца. Работы П. Н. Лебедева и А. С. Попова. Исследования Г. Маркони и Ф. Брауна.
Нобелевская премия по физике 1909 г.
Принципы радиосвязи. Модуляция колебаний. Радиопередатчик, передающая антенна.
Демодуляция колебаний. Радиоприемник, приемная антенна. Гетеродинный прием.
Супергетеродинный прием. Полусвободные электромагнитные волны. Понятие о
радиолокации. Международные стандарты радиочастот. Цифровой способ передачи
радиосигнала.
Основные параметры антенны: направленность излучения антенны, диаграмма
направленности, коэффициент направленного действия, поляризационная характеристика,
сопротивление излучения, КПД антенны, диапазон рабочих частот, эффективная площадь
антенны.
Тема 2. Вибраторные (линейные) антенны
Назначение передающей и приемной антенн. Влияние среды на условия распространения
радиоволн. Основные задачи теории антенн. Основные задачи теории распространения
радиоволн.
Расчет поля излучения антенн. Применение принципа суперпозиции к расчету поля
излучения антенн. Особенности расчета поля в дальней зоне антенны. Основные
электрические параметры передающих антенн.
Теория симметричных вибраторов. Приближенный закон распределения тока в
симметричном электрическом вибраторе. Диаграмма направленности, коэффициент
направленного действия и действующая длина симметричного вибратора. Входное
сопротивление, сопротивление излучения и полоса пропускания симметричного
вибратора. Основы строгого решения задачи о симметричном вибраторе в
квазистационарном приближении. Вариационные методы определения сопротивлений и
распределения токов в тонких антеннах и проводниках. Распределение тока в тонком
бесконечном проводнике.
Многовибраторные антенны. Антенна из двух полуволновых вибраторов. Многоэтажная
синфазная антенна. Многовибраторная антенна типа бегущей волны.
Интерференционный множитель. Мощность и сопротивление излучения системы
вибраторов. Метод наведенных ЭДС. Расчет собственных и наведенных сопротивлений
вибраторов. Излучение антенных решеток.
Основы теории приемных антенн. Физические основы процесса приема. Применение
принципа обратимости для анализа приемных антенн. Согласование приемной и
передающей антенн по поляризации. Условия выделения максимальной мощности в
нагрузке приемной антенны. Особенности распределения тока и эквивалентная ЭДС
приемного вибратора.
Влияние Земли на направленность антенны. Отражательные формулы. Несимметричные
заземленные антенны. Оценка их параметров. Роль заземления. Особенности антенн
диапазонов СДВ, ДВ, СВ и КВ. Рамочные и ромбические антенны. Особенности работы
антенн в проводящей среде и плазме.
Тема 3. Антенны свч диапазона.
Особенности СВЧ диапазона. Применение колебательных систем и передающих линий на
СВЧ. Недостатки обычных колебательных систем и передающих линий на повышенных
частотах. Понятия объемного резонатора и волновода.
Объемные резонаторы. Нахождение параметров объемных резонаторов с помощью теории
поля. Выражение добротности объемного резонатора через его активную и реактивную
проводимости. Виды колебаний в объемных резонаторах. Общие свойства
электромагнитных полей в объемных резонаторах. Типы полей в простейших резонаторах
(прямоугольного сечения, круглого сечения, резонаторе квазистационарного типа).
Электромагнитные волны в направляющих системах.
Направляющие системы и
направляемые волны. Типы направляющих систем и направляемых волн. Теорема о связи
поперечных и продольных компонент поля. Полые волноводы. Типы волн в волноводах
прямоугольного и круглого сечений. Дисперсия волн в волноводе. Волна Н10 в
прямоугольном волноводе. Передача и поглощение энергии в волноводах.
Неоднородности в волноводах. Метод эквивалентных схем. Стоячие волны и
согласования.
Приближенные методы решения антенных задач СВЧ диапазона. Метод физической
оптики. Дифракция на диске. Дифракция на отверстиях и непрозрачных экранах. Методы
краевых волн. 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.
Щелевые антенны. Принцип дополнительности для плоских экранов. Идеальная щелевая
антенна, Аналогия с вибраторами. Реальные щелевые антенны. Щели в экранах конечных
размеров. Щели в резонаторах и волноводах.
Апертурные антенны. Влияние распределений амплитуды и фазы поля на раскрыве
антенны на характеристики антенн. Волноводные и рупорные антенны. Их особенности.
Излучение из открытого конца волновода. Учет отражений. Зеркальные и линзовые
антенны. Их особенности и разновидности. Фазированные антенные решетки.
Антенны бегущей волны. Диэлектрические антенны. Общие закономерности таких
антенн. Cпиральные антенны. Их особенности. Сверхширокополосные антенны.
Использование голографических идей для создания антенных систем высокого
разрешения.
ЛИТЕРАТУРА
Основная:
1. Ерохин Е. А., Чернов О. В., Козырев Н. Д., Кочержевский В. Д. Антенно-фидерные
устройства и распространение радиоволн. Учебник для вузов.– 3-е издание – М., изд-во
«Горячая линия – Телеком», 2007. 491 с.
Дополнительная:
1. Кинбер Б. Е., Классен В. И. Теория и техника антенн. Учебное пособие. – М.,
изд-во МФТИ, 1985. 124 с.
2. Вайнштейн Л. А. Электромагнитные волны. – 2-е издание, переработанное и
дополненное – М., изд-во «Радио и связь», 1988. 440 c.
3. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. Учебник для вузов по специальности
«Радиотехника». – М., изд-во «Высшая школа», 1988. 430 c.
4. Савельев И. В. Курс общей физики. Учебное пособие для втузов в 5-и книгах.
Книга 4 – Волны. Оптика. – М., ФИЗМАТЛИТ, 2006. 256 с.
5. Фельд Я. Н., Бененсон Л. С. Основы теории антенн. Учебное пособие для вузов. – 2-е
издание, переработанное. – М., изд-во «Дрофа», 2007. 491 c