URSS.ru Магазин научной книги
Обложка Неганов В.А., Клюев Д.С., Табаков Д.П. Устройства СВЧ и антенны: Теория и техника антенн Обложка Неганов В.А., Клюев Д.С., Табаков Д.П. Устройства СВЧ и антенны: Теория и техника антенн
Id: 276951
1399 р.

Устройства СВЧ и антенны:
Теория и техника антенн. Ч.2. Изд. стереотип.

URSS. 2022. 728 с. ISBN 978-5-9519-2426-1.
Типографская бумага

Аннотация

В первой части настоящего учебника были рассмотрены методы проектирования и конструктивной реализации устройств СВЧ: линий передачи различных видов, резонаторов, фильтров, фазовращателей, аттенюаторов, тройниковых соединений, направленных ответвителей, различных мостовых соединений, ферритовых устройств (вентилей, циркуляторов, фазовращателей) и СВЧ-устройств на полупроводниковых диодах. Приведены примеры применения устройств СВЧ в радиосвязи,... (Подробнее)


Содержание
top
Предисловие3
Список основных сокращений7
Список основных обозначений8
Глава 15. Назначение и классификация антенн10
15 .1. Основные понятия теории антенн10
15 .2. Структурная схема однолучевой антенны28
15 .3 . Многолучевые антенны30
15 .3 .1. Классификация и схемы построения30
Глава 16. Электродинамические основы теории антенн36
16 .1. Передающая и приемная антенны36
16 .2. Средний баланс энергии и эквивалентные схемы приемной и передающей антенн41
16 .3 . Расчёт электромагнитных полей, создаваемых заданными электрическими и магнитными токами в однородной изотропной среде46
16 .3 .1. Уравнения Гельмгольца и электродинамические потенциалы46
16 .3 .2. Решение векторного уравнения Гельмгольца Функции Грина47
16 . 4 . Электрические и магнитные волны в безграничной среде49
16 . 4 .1. Электрические и магнитные волны в декартовой системе координат49
16 . 4 .2* . Электрические и магнитные волны в цилиндрической системе координат50
16 . 4 .3* . Электрические и магнитные волны в сферической системе координат52
16 5 Расчёт электромагнитных полей излучающих систем в дальней, промежуточной и ближней областях53
16 .5 .1. Дальняя зона55
16 .5 .2. Промежуточная область (зона Френеля)57
16 .5 .3 . Ближняя зона58
16 .6 . Излучение электромагнитных волн элементарными излучателями59
16 6 1 Роль теории элементарных излучателей при определении поля излучения антенн59
16 6 2 Элементарный электрический вибратор (диполь Герца)59
16 .6 .3 . Элементарный магнитный излучатель62
16 6 4* Элементарная рамка64
16 .6 .5* . Элементарный щелевой вибратор (ЭЩВ)67
16 6 6 Элементарный излучатель Гюйгенса68
16 .7. Некоторые теоремы электродинамики, применяемые в теории антенн71
16 .7.1. Теорема взаимности71
16 7 2 Принцип двойственности72
16 7 3 Теорема перемножения при анализе диаграммы направленности системы из дискретных излучателей, одинаково ориентированных в пространстве73
16 7 4 Множитель направленности для непрерывного распределения электромагнитных источников плоского излучающего раскрыва76
16 8* Самосогласованная постановка задач расчета полей излучающих систем77
16 8 1 Тонкопроволочное приближение электрического вибратора77
16 8 2 Самосогласованная физическая модель электрического вибратора79
16 8 3 Сингулярное интегральное представление электромагнитного поля81
16 8 4 Сингулярное интегральное уравнение82
16 8 5 Диполь Герца83
Глава 17. Электрические параметры антенн88
17 1 Векторная комплексная диаграмма направленности (ДН) антенны88
17.1.1. Амплитудная диаграмма направленности89
17.1.2*. Изображение ДН в пространстве91
17.1.3. Поляризационные свойства; поляризационный.базис95
17.1.4. Фазовая характеристика антенны104
17 2 Коэффициенты направленного действия и.усиления.антенны106
17.2.1 Коэффициент направленного действия (КНД)106
17.2.2*. Коэффициент усиления (КУ)107
17.2.3 . Расчет КНД108
17.2.4 . КНД диполя Герца и излучателя Гюйгенса по отношению к изотропному излучателю109
17.3 . Сопротивление излучения109
17.3 .1. Закон сохранения энергии электромагнитного поля в применении к передающим антеннам109
17.3 .2. Мощность излучения антенн109
17.3 .3 . Метод интегрирования вектора Умова-Пойнтинга110
17.3 .4 . Сопротивление излучения111
17. 4 . Входное сопротивление112
17. 4 .1. Эквивалентная схема антенны по входному сопротивлению112
17.4.2. Коэффициент согласования передающей антенны114
17.5 . Коэффициент полезного действия антенны114
17.6*. Электрическая прочность и высотность антенн115
17.6 .1. Электрическая прочность115
17.6 .2. Высотность антенно-фидерного устройства115
17.7*. Действующая длина передающей антенны116
17.8*. Диапазонные свойства передающих антенн118
17.9*. Некоторые дополнительные связи между параметрами передающей антенны119
17.9 .1. Связь между КНД, действующей длиной и сопротивлением излучения119
17.9.2. Теорема подобия119
17 10 Электрические параметры приемных антенн120
17.10.1. Эквивалентная схема приемной антенны120
17.10 .2. Основные электрические параметры приемной антенны121
17.10 .3 . Применение принципа взаимности для расчета параметров антенн124
17.11*. Энергетические соотношения в цепи приемной антенны и влияние приемной антенны на помехозащищенность радиолинии128
17 11 1 Режим сильного сигнала в радиолиниях128
17 11 2 Режим слабого сигнала в радиолиниях132
17 11 3 Эффективная шумовая температура антенны134
17 12 Поляризационные характеристики приемных антенн138
17 13* Параметры электромагнитной совместимости антенн141
Глава 18. Электрические симметричные вибраторы143
18 1 Классическая постановка задачи о распределении тока по тонкому вибратору Уравнение Поклингтона143
18.1.1. Интегральное уравнение Халлена-Неганова146
18.2*. Сингулярные интегральные уравнения в теории трубчатых электрических вибраторов148
18.2.1. Самосогласованная физическая модель трубчатого электрического вибратора148
18.2.2. Сингулярное интегральное уравнение для трубчатого вибратора149
18.2.3. Метод решения сингулярного интегрального уравнения153
18.3*. Сингулярное интегральное представление (СИП) электромагнитного поля электрического вибратора155
18.3.1 Сингулярное интегральное представление электромагнитного поля156
18.3.2. Сингулярное интегральное уравнение160
18.3 .3 . Выражения для составляющих ЭМП, полученные традиционным методом161
18.3.4. Сравнение самосогласованного метода с традиционным подходом163
18. 4* . Распределение тока по электрическому вибратору (анализ при самосогласованном подходе)163
18 4 1 Распределения поверхностной плотности тока163
18 4 2 Расчет входного сопротивления166
18 4 3 Электромагнитное поле излучения полуволнового электрического вибратора167
18 5* Криволинейный полосковый вибратор, расположенный на цилиндрической поверхности170
18.5 .1. Постановка задачи. Физическая модель вибратора170
18.5.2. Сингулярное интегральное уравнение171
18.5.3. Решение сингулярного интегрального уравнения172
18.5.4. Расчет амплитудной диаграммы направленности криволинейного полоскового вибратора в азимутальной плоскости172
18 6 Приближенное распределение тока по электрическому вибратору, используемое при расчете его характеристик в дальней зоне174
18 7 Электрические параметры прямолинейного симметричного вибратора в дальней зоне177
18.7.1. Напряженность электрического поля, создаваемого симметричным вибратором177
18.7.2. Диаграмма направленности симметричного вибратора179
18.7.3. КНД симметричного вибратора180
18.7.4. Действующая длина симметричного вибратора180
18.7.5. Сопротивления излучения симметричного вибратора181
18.7.6. Входное сопротивление симметричного вибратора182
18.7.7. Настройка и диапазонность симметричных вибраторов. Широкополосные вибраторы. Настройка в резонанс188
18.8*. Петлевой вибратор Пистолькорса193
18 9 Особенности применения симметричных вибраторов196
Глава 19. Кольцевые (рамочные) антенны201
19.1. Введение201
19.1.1. Типы кольцевых (рамочных)антенн201
19.1.2. Электрические параметры в дальней зоне электрически малой рамочной антенны201
19.1.3*. Рамки с магнитным сердечником203
19.1.4*. Экранированные рамки206
19.1.5. Питание рамочных антенн208
19.1.6*. Радиодевиация рамочных антенн летательныхаппаратов208
19.2. Электрические параметры кольцевых антенн, размеры которых сравнимы с длиной волны, в дальней зоне209
19.2.1. Вывод общих выражений для поля излучения209
19.2.2. Кольцевые синфазные равноамплитудные антенны211
19.2.3. Диаграмма направленности кольцевой синфазной равноамплитудной антенны212
19.2.4. Сопротивление излучения214
19.2.5. Коэффициент направленного действия214
19.3*. Применение сингулярных интегральных уравнений для электродинамического анализа кольцевой антенны215
19.3.1. Постановка задачи Физические и математические модели антенн216
19.3.2. Бесконечная система сингулярных интегральных уравнений219
19.3.3. Метод решения системы сингулярных интегральных уравнений220
19.3.4. Определение входного сопротивления антенн221
19 3 5 Анализ распределений поверхностных плотностей токов223
19.3.6. Диаграммы направленности кольцевых антенн с учетом распределений тока по кольцу226
Глава 20. Несимметричные вибраторные антенны231
20.1. Классификация, типы несимметричных антенн231
20 1 1 Несимметричные вибраторы со смещенными клеммами231
20 1 2 Разноплечий вибратор с питанием в середине233
20 1 3 Вертикальный вибратор над экраном конечных размеров234
20 2 Несимметричные антенны и метод зеркальных изображений235
20 2 1 Основные параметры несимметричных антенн235
20 2 2 Расчет поля и ДН несимметричной антенны235
20 2 3 КНД несимметричной антенны236
20 2 4 Действующая длина несимметричной антенны236
20 2 5 Сопротивление излучения и входное сопротивление несимметричной антенны237
20 2 6* Эквивалентная высота горизонтальной части антенны239
20 2 7* Несимметричные короткие антенны239
20 2 8 Учет фазы тока в зеркальном изображении240
20 3* Широкополосные несимметричные вибраторы и антенны242
20 3 1 Диско-конусная антенна242
20 4 Диаграммы направленности антенны с учетом влияния земли Несимметричный вибратор245
20 5 Особенности применения несимметричных антенн251
20 5 1 Схемы питания несимметричных антенн251
20 5 2* Влияние конечной проводимости земли253
Глава 21. Антенные решетки255
21 1 Антенные решетки и их классификация255
21 1 1 Методы расчета характеристик антенных решеток260
21 2 Излучение линейной синфазной решетки261
21.3 . Линейные АР с равноамплитудным возбуждением и линейным изменением фазы268
21 3 1 Множитель системы линейной АР268
21.3 .2. Режим нормального излучения ( ψ= 0)270
21.3 .3 . Режим наклонного излучения ( 0 < ψ < kd )275
21 3 4 Режим осевого излучения277
21.4*. Влияние неравномерности амплитудного распределения на ДН линейной АР282
21 5* Влияние фазовых искажений на ДН линейной решетки284
21 6 Излучение двух связанных вибраторов287
21 6 1 Направленные свойства системы из двух связанных вибраторов287
21 6 2 Метод наведенных ЭДС Сопротивления излучения и входные сопротивления связанных вибраторов290
21 6 3 Расчет наведенного и полного сопротивлений излучения296
21 6 4 Расчет тока в пассивных вибраторах297
21 7* Обобщение метода сингулярных интегральных уравнений для связанных вибраторов298
21 7 1 Физическая и математическая модели системы из двух трубчатых электрических вибраторов298
21 7 2 Анализ системы двух одинаковых трубчатых электрических вибраторов300
21 7 3 Сравнение метода СИУ и метода наведенных ЭДС для расчета входных собственных и взаимных сопротивлений системы двух одинаковых трубчатых электрических вибраторов301
21 7 4 Электродинамический анализ линейной антенной решетки, состоящей из одинаковых полуволновых вибраторных антенн305
21 8 Директорные антенны (антенны типа "волновой канал")306
21 9* Скрещенные вибраторы с вращающейся поляризацией309
21 9 1 Скрещенные вибраторы311
21 9 2 Пример построения многоэтажной турникетной телевизионной передающей антенны из решетки плоскостных шунтовых вибраторов315
21.10 . Коэффициент направленного действия линейных АР317
21.11. Понятие о непрерывном линейном излучателе320
21 12 Плоские антенные решетки322
21 13* Излучение плоской и пространственной синфазных решеток328
21 14 Решетка с линейным набегом фазы Антенны с электрическим сканированием331
21 15* Антенные решетки с неравноамплитудным распределением336
21 16* Неэквидистантные антенные решетки339
21 17 Понятие о синтезе антенны по заданной диаграмме направленности342
21 17 1 Задача синтеза антенны342
21 17 2 Приближенный синтез антенны344
21.17.3* . «Сверхнаправленность»344
21.17.4 . Классификация основных задач параметрического .синтеза.рапределительных.. и излучающих систем345
21 18 Антенны бегущей волны и ДН линейной антенны346
21 19 Коэффициент направленного действия антенны бегущей волны353
21.20*. Полосковые антенны типа «волновой канал» Уда-Яги и антенные решетки355
Глава 22. Щелевые антенны356
22 1 Классификация щелевых антенн и их расчет с помощью принципа двойственности356
22 1 1 Типы щелевых антенн356
22 1 2 Принцип двойственности357
22 1 3 Поле излучения прямолинейной щелевой антенны358
22 1 4 Проводимость прямолинейной щелевой антенны360
22 1 5 Способы возбуждения прямолинейной щелевой антенны362
22 2* Излучение щелей, прорезанных в металлических телах конечных размеров364
22 2 1 Метод поверхностных токов365
22 3 Волноводно-щелевые антенны370
22 3 1 Возбуждение щелей в волноводе370
22 3 2 Диаграммы направленности одиночной полуволновой щели372
22 3 3* Эквивалентные параметры щелей в волноводе372
22 3 4* Многощелевые антенны374
22 3 5 Диаграммы направленности многощелевой антенны376
22 3 6 Эквивалентные схемы многощелевых антенн377
22.3 .7* . Щелевые антенны и антенные решетки. Антенна Вивальди378
22 4* Применение метода сингулярных интегральных уравнений для расчета дифракции плоской электромагнитной волны на прямоугольном отверстии в идеально проводящей плоскости379
22 4 1 Постановка задачи Сингулярное интегральное представление (СИП) электромагнитного поля380
22 4 2 Метод решения двумерного сингулярного интегрального уравнения383
22.4 .3 . Численный анализ. Сравнение полученных результатов с дифракцией Френеля386
Глава 23. Антенны бегущей волны389
23 1 Излучение прямолинейного провода с бегущей волной тока390
23 1 1 Диаграмма направленности линейного непрерывного излучателя390
23 1 2 Коэффициент направленного действия антенны бегущей волны397
23 2* Ромбическая антенна398
23 2 1 Принцип действия398
23 2 2 Диаграммы направленности398
23 2 3 Коэффициент полезного действия400
23 3 Спиральные антенны401
23 3 1 Классификация и типы спиральных антенн401
23 .3 .2. Теория регулярной цилиндрической спиральной антенны402
23 .3 .3 . Цилиндрическая спиральная антенна как линейная решетка407
23 3 4 Решетки из нескольких идентичных спиралей411
23 3 5 Плоские спиральные антенны411
23 3 6* Коническая спиральная антенна416
23 3 7* Коническая логарифмическая спиральная антенна416
23 4* Применение сингулярных интегральных уравнений к электродинамическому анализу цилиндрической спиральной антенны419
23 4 1 Самосогласованный подход к решению задачи419
23 4 2 Сингулярное интегральное уравнение421
23 4 3 Численный анализ цилиндрической спиральной антенны424
23 5 Антенны поверхностных волн431
23 5 1 Основные типы антенн поверхностных волн431
23 5 2 Импедансные антенны433
23 5 3* Импедансные антенны с гофрированными металлическими структурами437
23 5 4 Антенны вытекающей волны442
23.5.5. Диэлектрические стержневые антенны поверхностных волн Стержневая диэлектрическая антенна444
23.5.6..Ребристо-стержневая.антенна447
23.5.7*. Дисковые антенны поверхностных волн448
23 5 8 Применение антенн поверхностных волн449
Глава 24. Антенны СЕЧ в интегральном исполнении450
24.1. Классификация печатных полосковых антенн452
24 1 1 Классификация ППА по форме излучающего элемента452
24 1 2 Классификация ППА по виду подстилающей диэлектрической структуры453
24 1 3 Классификация ППА по форме геометрического тела, на котором располагается ППА453
24 1 4 Классификация ППА по способу возбуждения излучающего элемента453
24 2 Полосковые печатные антенны прямоугольной и круглой формы454
24 3* Печатные резонаторные излучатели для формирования излучения круговой поляризации461
24 4* Печатные антенные решетки463
24 5* Применение метода СИУ к расчету микрополосковых антенн466
24 5 1 Постановка задачи Физическая модель излучателя466
24 5 2 Сингулярное интегральное представление электромагнитного поля470
24 5 3 Сингулярное интегральное уравнение472
24 5 4 Численные результаты474
Глава 25. Частотно-независимые антенны477
25 1 Принципы построения частотно-независимых антенн477
25 .2. Частотно-независимые спиральные антенны480
25 .3 . Логопериодические антенны484
Глава 26. Излучающие плоские раскрывы апертурных антенн490
26 1 Внутренняя и внешняя задачи теории апертурных антенн СВЧ490
26 2 Внешняя задача излучения плоского раскрыва (апертуры) антенн СВЧ496
26 3 Излучение прямоугольной и круглой площадок при разных амплитудных распределениях поля499
26 3 1 Диаграммы направленности прямоугольной и круглой площадок502
26 4* Влияния фазовых искажений на излучение площадки506
26 4 1 Линейное изменение фазы507
26 4 2 Квадратичное изменение фазы508
26 4 3 Изменение фазы поля по кубическому закону509
26 4 4 Случайные фазовые ошибки510
26 5 Коэффициент направленного действия и эффективная поверхность площадок512
26 5 1 Площадка произвольной формы с равноамплитудным синфазным распределением поля513
26 5 2 Прямоугольная площадка с косинусоидальным изменением амплитуды синфазного поля513
26 6 Сравнение множителей направленности плоского раскрыва различной формы517
26 6 1 Множитель направленности раскрыва прямоугольной формы517
26 6 2 Множитель направленности круглого раскрыва520
26 7 Метод эквивалентного линейного излучателя в анализе плоского раскрыва521
26 7 1 Круглый раскрыв521
26 7 2 Квадратный раскрыв522
Глава 27. Волноводные излучатели и рупорные антенны523
27 1 Излучение из открытого конца волновода523
27 1 1 Прямоугольный волновод 524 524
27 1 2* Круглый волновод526
27.1.3 . Оценка открытых волноводов как антенн528
27.2. Электромагнитные рупоры529
27 2 1 Типы электромагнитных рупоров и методы их анализа529
27.2.2. Способы уменьшения длины рупора531
27 2 3 Применение рупорных антенн532
27.3. Рупорные антенны534
27.3.1. H-плоскостной секториальный рупор534
27.3.2. E-плоскостной секториальный рупор540
27.3.3. Пирамидальный рупор542
27.3 .4 . Упрощенный расчет поля излучения рупоров с.прямоугольным.раскрывом543
27.3.5*. Конический рупор545
27.3.6. Расчет рупорных антенн546
Глава 28. Зеркальные антенны548
28.1. Принцип действия зеркальных антенн и элементы их конструкции548
28 1 1 Принцип действия зеркальных антенн548
28.1.2. Зеркало548
28.1.3. Облучатель550
28.1.4 . Анализ и синтез зеркальных антенн551
28.1.5. Области применения зеркальных антенн551
28.2. Геометрические характеристики параболических.антенн552
28.2.1. Профиль зеркала552
28.2.2. Геометрические характеристики зеркала552
28.2.3..Отражающие.поверхности554
28.3. Цилиндропараболические антенны554
28.3.1. Конструктивная схема554
28.3.2. Основные типы облучателей цилиндропараболических.антенн554
28.3 .3 . Распределение амплитуд поля в раскрыве556
28 3 4 Диаграммы направленности557
28.3.5. Коэффициент направленного действия558
28 3 6 Коэффициент усиления558
28.3.7. Оптимальный облучатель и оптимальный угол раскрыва559
28.4 . Антенна с зеркалом в виде параболоида вращения (параболическая антенна)561
28 4 1 Конструктивная схема561
28 4 2 Основные типы точечных облучателей561
28 4 3 Распределение амплитуд поля в раскрыве параболоида вращения563
28 4 4 Диаграмма направленности параболической антенны564
2 8 4 5 КИП и коэффициент перехвата564
28. 4 .6 . Выигрыш565
28 5* Антенны с зеркалом в виде вырезки из.параболоида.вращения565
28.5 .1. Зеркала в виде вырезок из параболоида вращения565
28.5.2. Симметрично-усеченный параболоид565
28.5.3. Несимметричные вырезки из.параболоида.вращения566
28.5 .4 . Облучатели антенн с зеркалом в виде вырезки из параболоида вращения566
28 5 5 Распределение амплитуд поля в раскрыве566
28.5 .6 . Диаграммы направленности, КНД и КУ566
28 6* Двухзеркальные и многозеркальные антенны567
28 6 1 Конструктивная схема простейшей двухзеркальной антенны567
28 6 2 Основные схемы двухзеркальных антенн567
28 6 3 Диаграмма направленности осесимметричной зеркальной антенны568
28 6 4 Двухзеркальная антенна с большим плоским зеркалом569
28 6 5 Отражатель с поворотом плоскости поляризации на 90°570
28 7* Зеркальные антенны с диаграммой направленности специальной формы571
28 7 1 Диаграмма направленности специальной формы571
28 7 2 Антенны самолетных радиолокационных бомбоприцелов571
28.7.3 . Антенны наземных РЛС обнаружения и целеуказания572
28 8* Технические допуски на размеры зеркальных антенн при изготовлении и в процессе эксплуатации574
28 8 1 Точность изготовления зеркальных антенн574
28 8 2 Отклонение поверхности зеркала от расчетной574
28 8 3 Смещение облучателя из фокуса вдоль оптической оси575
28 8 4 Вынос облучателя из фокуса перпендикулярно оптической оси576
28 9* Диапазонные свойства зеркальных антенн578
28.9 .1. Ширина полосы частот зеркальной антенны578
28.9 .2. Диапазонность по согласованию578
28 9 3 Диапазонность зеркальных антенн по направлению излучателя579
28 10* Расчет характеристик зеркальных антенн методом гиперсингулярных интегральных уравнений580
28 10 1 Постановка задачи Система гиперсингулярных интегральных уравнений581
28 10 2 Электродинамический анализ зеркальной антенны с рефлектором в виде параболического цилиндра588
Глава 29. Линзовые антенны594
29 1 Основные типы линзовых антенн594
29 2 Уравнение профиля и толщина линзы597
29 2 1 Замедляющие линзы597
29 2 2 Ускоряющие линзы598
29 2 3 Смещение облучателя598
29 3 Распределение амплитуд поля в раскрыве599
29 3 1 Замедляющие линзы599
29 3 2 Ускоряющие линзы601
29 4* Зонирование линз602
29 4 1 Замедляющие линзы603
29 4 2 Ускоряющие линзы603
29 5* Отражение электромагнитных волн от поверхностей линз и меры по его уменьшению604
29 6 Диэлектрические линзы605
29 7 Металлопластинчатые линзы607
29 8 Металлодиэлектрические линзы609
29 .9*. Металловоздушные (геодезические) линзы610
29 9 1 Направляющие устройства610
29 9 2 Структура электромагнитного поля611
29 9 3 Вариант металловоздушной линзы611
29 10* Линзы с переменным коэффициентом преломления (неоднородные линзы)612
29 10 1 Неоднородная линза612
29 .10 .2. Линза Люнеберга613
29 10 3 Модифицированная линза Люнеберга614
Глава 30. Фазированные антенные решетки615
30 .1. Общие сведения о фазированных антенных решетках. Схемы построения . Элементная база615
30 .1.1. Схемы построения ФАР616
30 .1.2. Фазовращатели для ФАР618
30 .1.3 . Излучатели для ФАР620
30.1.4. Многолучевые и совмещенные ФАР621
30.2*. Пространственно-временная обработка сигнала в антенных системах622
30.3. Основные особенности сканирования627
30.3.1. Одномерное сканирование627
30.3.2. Двумерное сканирование628
30.3.3. Искажения главного лепестка628
30 .3 .4 . Сектор сканирования и число управляющих элементов ФАР629
30.3.5. Полоса пропускания ФАР630
30.3.6. Наибольшая допустимая частота сканирования632
30 . 4 . Антенные решетки с фазовым сканированием633
30 4 1 Фидерное питание633
30.4.2. Пространственное питание634
30.4.3. Плавное изменение сдвига фаз635
30.4.4. Дискретное изменение сдвига фаз637
30.4.5. Характеристики управления и общетехнические характеристики641
30.5*. Антенны с частотным сканированием643
30 .6 . Линейная решетка СВЧ-излучателей647
30 .7*. Многолучевые и совмещенные антенные решетки652
30 8* Активные ФАР657
30 9 Антенные решетки с обработкой сигнала658
30 9 1 Методы обработки сигнала658
30 .9 .2. Корреляционные (мультипликативные) антенны658
30 9 3 Антенная система с логическим синтезом659
30 .10 . Основные применения многолучевых антенн660
Глава 31*. Обтекатели антенн и покрытия объектов, снижающие их радиолокационную видимость669
31 1 Обтекатели антенн669
31 1 1 Классификация обтекателей670
31.1.2. Требования, предъявляемые к обтекателям670
31.1.3. Материалы обтекателей671
31.1.4. Особенности конструкций обтекателей672
31.1.5. Выбор структуры стенок обтекателей675
31.1.6. Армированные обтекатели679
31.1.7. Влияние обтекателя на диаграмму направленности антенны679
31.2. Покрытия объектов, снижающие их радиолокационную видимость681
31 2 1 Дифракция плоской электромагнитной волны на идеально проводящем разомкнутом кольце681
31 2 2 Малоотражающее конформное покрытие682
Глава 32. Измерение параметров и характеристик излучения антенн688
32 1 Измерение диаграммы направленности688
32.1.1. Метод полигонных (лабораторных) измерений в дальней зоне689
32 1 2* Метод облета антенны по заданной траектории и астрономический метод измерения691
32 1 3 Коллиматорный и голографический методы измерений692
32 1 4 Измерение диаграммы направленности антенны на моделях693
32 2 Измерение коэффициента усиления антенны694
Список литературы696

Предисловие
top

В соответствии с общеобразовательным стандартом дисциплина "Антенны и устройства СВЧ" является одной из основных для студентов радиотехнических и радиофизических специальностей, как будущих разработчиков аппаратуры СВЧ. Учебник написан на основе двух книг [П. 1,11.2], а также прочитанных авторами курсов лекций в Поволжском государственном университете телекоммуникаций и информатики (г Самара) и Самарском государственном университете.

Основная причина написания учебника – почти вся учебная литература либо написана очень давно [П.З-П.б], либо ориентирована в большей степени на вторую часть предмета и мало внимания уделяется устройствам СВЧ [П.7-П.9]. С другой стороны в научной литературе существует множество научных статей и книг, посвященных вопросам конструирования и проектирования СВЧ устройств и антенн (см, например, [П.10-П.13]). Однако в каждом источнике описываются различные подходы, используют различные термины и обозначения, существуют ошибки и описки Приведем только один пример. Поверхностный обзор литературы, посвященной резонаторам (как одному из самых значительных классов устройств СВЧ), может запутать студентов наличием явных противоречий в различных научных источниках. Это происходит потому, что резонаторы рассматриваются либо с точки зрения эквивалентных цепей с сосредоточенными постоянными, либо с точки зрения линий передачи, ограниченных неоднородностями. Эти два подхода приводят к одинаковым результатам при высоких значениях доб-ротности резонатора; при низких значениях добротности эквива-лентные схемы резонаторов не "работают", так как в этом случае нельзя использовать одночастотное приближение. Кроме того, при описании резонаторов СВЧ с помощью эквивалентных схем в виде колебательного контура с сосредоточенными элементами зачастую даже в научной литературе не говорится о том, что резонатор СВЧ - принципиально протяженный объект, а поэтому необходимо указать плоскость отсчета фаз (терминология матрицы рассеяния), относительно которой необходимо "привязать" эквивалентные параметры резонатора. Этот недостаток присутствует при записи матриц рассеяния практически любого устройства СВЧ: обычно фазовый множитель (определяющий положение плоскости отсчета фаз) опускается.

Что касается описания антенн, то в учебной литературе [П.9], как правило, опускается описание важнейших, с нашей точки зрения, электрических параметров передающих и приемных антенн, что было очень хорошо сделано в "старых книгах" [П.10,П.11].

Основным недостатком практически всей литературы по ан-теннам является некорректное описание электромагнитного поля в ближней зоне антенн. Например, для вибраторных антенн отсутствует связь между током проводимости и напряженностями электрического и магнитного полей излучения. Поэтому в литературе даже появились работы, ставящие под сомнение уравнения Максвелла Негановым В.А. разработан метод физической регуляризации некорректно поставленных по Адамару электродинамических задач (иногда он называется самосогласованным методом) (П. 15). Суть метода заключается в записи сингулярных интегральных представлений (СИП) электромагнитного поля, позволяющих осуществлять непрерывный переход от напряженностей электромагнитного поля излучения к поверхностному току проводимости на антенне. Таким образом удовлетворяются граничные условия электродинамики, устанавливающие связь между токами и напряженностями элект-рического и магнитного полей. Из СИП, записанных для самосог-ласованных физической и математической моделей задачи, легко получаются сингулярные интегральные уравнения (СИУ) относи-тельно токов на поверхности антенн. Таким образом, подход позволяет устранять некорректные формулировки краевых задач для антенн в виде интегральных уравнений Фредгольма первого рода Метод физической регуляризации позволил выявить ряд новых свойств электромагнитного поля: на примере вибраторной антенны показано, что в промежуточной зоне электромагнитное поле не является чисто поперечным; установлены условия однонаправленного режима излучения для кольцевой (рамочной) антенны; установлены условия возникновения режимов стоячих, бегущих и смешанных волн в цилиндрической спиральной антенне; определены входные сопротивления для многих типов антенн. Одна из основных идей книги - разумное использование приближений в физических моделях. Например, тонкопроволочное приближение для вибраторной антенны приводит к интегральному уравнению Фредгольма первого рода (интегральные уравнения Поклингтона и Халлена), а модель вибраторной антенны в виде идеально проводящей полой трубки - к СИУ с гиперсингулярным ядром Надеюсь, что книга даст новый надежный математический аппарат для оценки антенн с точки зрения их электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии.

Другой существенной причниной написания учебника является почти практическая невозможность использования существующей учебной литературы при выполнении курсовой или контрольной работ, которые как правило, предусматриваются в этом курсе. В качестве примера сошлемся на методические указания к выполне-нию контрольных и курсовых работ [П. 16], в которыхпри их выполнении предлагается использовать научную литературу и справочники [П.12-П.14], издания до 1980 года, которую невозможно найти студентам.

С учетом вышесказанного существует необходимость в написа-нии учебника, в котором проведено методическое обобщение литературы по устройствам СВЧ и антеннам, адекватно отражающего современное состояние рассматриваемого вопроса и пригодного для его использования в учебном процессе для студентов радиотехнических специальностей – будущих разработчиков СВЧ-аппарату-ры.

Как было сказано выше, учебник ориентирован также на выполнение курсовых работ; в нем приведено большое количество необходимых расчетных соотношений, справочного материала, таблиц Приведены также и примеры расчетов. С этой точки зрения учебник на наш взгляд выполняет роль справочника по проектированию устройств СВЧ и антенн.

Настоящая книга явилась отражением многочисленных трудов различных авторов из школы В.А. Неганова за последние несколько десятилетий. Авторы систематически делают ссылки на источники, откуда взят материал.

У одного из соавторов достаточно большой опыт в подготовке научно - методической литературы. Им написано в соавторстве учебник по электродинамике [П.17], несколько учебных пособий и монографий, посвященных разработке электродинамических методов расчета устройств СВЧ и антенн. [П.15,П.18].

Книга разбита на 2 большие части, к каждой из которых введены свои обозначения. Для упрощения понимания содержания книги в ее начале по этим частям приведены основные обозначения физических величин, несколько отличающиеся от общепринятых. Список используемой литературы разбит по главам книги, предисловию и введению. Ссылки на используемую литературу в предисловии и введении обозначаются соответственно как П.М и B.L, где М и L - порядковые номера источников, на которые автор ссылается в предисловии и введении соответственно. Ссылки в главах учебного пособия обозначаются как [N.M], где N - номер главы, а М - порядковый номер источника в разделе "Литература к главе N".

По мнению авторов, введение двух градаций материала должно способствовать лучшему изучению курса. Разделы, обозначенные звездочкой, - более сложный материал, относительно громоздкие выводы, а также дополнительные компоненты. В разделах без звездочек описан минимально необходимый материал курса.

Во введении приведены условные графические обозначения функциональных устройств СВЧ по единой системе конструкторской документации (ЕСКД). Авторы в силу учебного характера материала книги не всегда придерживались этих обозначений, но считают, что студенты должны знать о существовании ЕСКД по функциональным устройствам СВЧ.

Авторы глубоко признательны Заслуженному деятелю науки РФ, д.т.н., проф. Раевскому СБ. (Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева) за рецензирование книги. Его советы и ценные замечания способствовали улучшению качества книги.

В.А. Неганов


Об авторах
top
photoНеганов Вячеслав Александрович
Доктор физико-математических наук. Академик Академии инженерных наук им. А. М. Прохорова и Академии медико-технических наук РФ. Окончил Куйбышевский государственный университет. Основатель кафедры основ конструирования и технологии радиотехнических систем Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики (ПГУТИ, г. Самара). Ввел в электродинамику сингулярные и гиперсингулярные интегральные уравнения и сингулярное интегральное представление электромагнитного поля; разработал метод ортогонализирующей подстановки для решения некоторых электродинамических задач; свел краевые задачи для некоторых антенн и линий передач к сингулярным (гиперсингулярным) интегральным уравнениям. Автор более 600 научных и учебно-методических трудов. Имеет более 30 патентов и авторских свидетельств. Почетный радист, лауреат Губернской премии в области науки и техники, обладатель двух серебряных медалей ВДНХ за разработку невзаимных ферритовых устройств. Основатель научной школы «Некорректные задачи электродинамики и техники СВЧ».
photoКлюев Дмитрий Сергеевич
Доктор технических наук. Окончил с отличием Поволжскую государственную академию телекоммуникаций и информатики (ныне — Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики). В 2012 г. защитил докторскую диссертацию по специальности «радиофизика». Заведующий кафедрой радиоэлектронных систем ПГУТИ. Область научных интересов — электродинамика, техника СВЧ и антенны.
photoТабаков Дмитрий Петрович
Доктор физико-математических наук. Окончил с отличием Поволжскую государственную академию телекоммуникаций и информатики. В 2016 г. защитил докторскую диссертацию по специальности "радиофизика". Работает на кафедре основ конструирования и технологии радиотехнических систем ПГУТИ. Область научных интересов — электродинамика, антенны, оптика, численные методы математического моделирования.