Классификация антенн

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение 3

Глава I. Краткие сведения об основных параметрах антенн 5

1.1. Классификация антенн  6

1.2. Электрические параметры антенн 6

1.3. Классы антенн по виду излечения энергии 7

Глава II. Зеркальная антенна 8

2.1. Общие сведения и принцип  действия зеркальной антенны 8

2.2. Принцип действия зеркальной  антенны 8

2.3. Отражающая поверхность зеркальных  систем 9

Глава III. Спутниковая антенна 13

1. . Виды спутниковых антенн 13

Заключение 16

Список  использованной литературы 18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Расширение  круга задач, решаемых современной  радиоэлектроникой, а также их усложнение стимулировало в последние десятилетия  интенсивное развитие теории и техники  антенн. В процессе развития антенн они усложнялись, появлялись принципиально  новые их классы, расширялись выполняемые  функции, и антенны зачастую превращались из простых взаимных устройств в  сложные динамические системы, содержащие в большинстве случаев сотни, тысячи различных элементов.

Антенной  называется радиотехническое устройство, предназначенное для излучения или приема электромагнитных волн.

В конструктивном отношении антенна  представляет собой провода, металлические поверхности, диэлектрики, магнитодиэлектрики. Назначение антенны поясняется упрощенной схемой радиолинии. Электромагнитные колебания высокой частоты, модулированные полезным сигналом и создаваемые генератором, преобразуются передающей антенной в электромагнитные волны и излучаются в пространство. Обычно электромагнитные колебания подводят от передатчика к антенне не непосредственно, а с помощью линии питания (линия передачи электромагнитных волн, фидер).

Приемная  антенна улавливает свободные радиоволны и преобразует их в связанные волны, подводимые с помощью фидера к приемнику. В соответствии с принципом обратимости антенн свойства антенны, работающей в режиме передачи, не изменяются при работе этой  антенны в приемном  режиме.

Устройства, аналогичные антеннам, применяют  также для возбуждения электромагнитных колебаний в различных типах волноводов и объемных резонаторов.

Тема  данной работы актуальна, так как  основные области использования радиоэлектроники — связь, телевидение, радиолокация, радиоуправление, радиоастрономия, а также системы определения государственной принадлежности, инструментальной посадки, радиоэлектронного противодействия, телеметрия и другие невозможны без применения антенн с различными характеристиками.

Целью работы является рассмотрение основних видов антенн, их свойств и характеристик, а так же выявление их основних параметров.

Главноей  задачей, для достижения цели является изучение литературы на данную тематику.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА I  КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРАХ АНТЕНН

 

Антенной  называется радиотехническое устройство, предназначенное для излучения  или приема электромагнитных волн. Антенна является одним из важнейших  элементов любой радиотехнической системы, связанной с излучением или приемом радиоволн. К таким  системам относят: системы радиосвязи, радиовещания, телевидения, радиоуправления, радиорелейной связи, радиолокации, радиоастрономии, радионавигации и  др. В конструктивном отношении антенна  представляет собой провода, металлические  поверхности, диэлектрики, магнитодиэлектрики.

Свойства направленности антенны  описывают характеристикой (диаграммой) направленности. Количественно эти свойства оценивают с помощью таких параметров, как ширина диаграммы направленности, уровень боковых лепестков, коэффициент направленного действия (КНД) и других. Важным параметром является входное сопротивление антенны, характеризующее ее как нагрузку для генератора или фидера. Входным сопротивлением антенны называется отношение напряжения между точками питания антенны (зажимы антенны) к току в этих точках. Если антенна питается волноводом, то входное сопротивление определяется отражениями, возникающими в волноводном тракте. В общем случае входное сопротивление  –  величина комплексная:

.

  Оно должно быть согласовано  с волновым сопротивлением фидерного  тракта (или с выходным сопротивлением  генератора) так, чтобы обеспечить  в последнем режим, близкий  к режиму бегущей волны.

Мощность, излучаемая антенной связана с током в точках питания антенны соотношением

, где 

  – активная составляющая входного сопротивления антенны; при отсутствии потерь в ней ( ) – это сопротивление излучения. Данное определение относится к проволочным антеннам.

Одним из основных параметров антенны является ширина ее рабочей полосы частот, в пределах которой параметры антенны (характеристика направленности, входное сопротивление, КПД и др.) удовлетворяют определенным техническим требованиям. Требования к постоянству параметров антенны в пределах рабочей полосы могут быть различными; они зависят от условий работы антенны.

 

1. Классификация антенн

Антенны можно классифицировать по различным признакам: по диапазонному принципу, по характеру излучающих элементов (антенны с линейными токами, или вибраторные антенны, антенны, излучающие через раскрыв  –  апертурные антенны, антенны поверхностных воли); по виду радиотехнической системы, в которой используется антенна (антенны для радиосвязи, для радиовещания, телевизионные и др.). Будем придерживаться диапазонной классификации. Хотя в различных диапазонах волн очень часто применяют антенны с одинаковыми (по типу) излучающими элементами, однако конструктивное выполнение их различное; значительно отличаются также параметры этих антенн и требования, предъявляемые к ним.

Рассматриваются антенны следующих волновых диапазонов   (названия диапазонов даются  в  соответствии с рекомендациями “Регламента радиосвязи”; в скобках указываются названия, широко распространенные в литературе по антенно-фидерным   устройствам):   мириаметровые   (сверхдлинные)   волны ( );   километровые   (длинные)   волны   ( ); гектометровые (средние) волны ( ); декаметровые (короткие) волны( );метровые волны( ); дециметровые волны ( ); сантиметровые волны  ( );  миллиметровые волны   ( ). Последние четыре диапазона иногда объединяют общим названием “ультракороткие волны” (УКВ).

 

1.2 Электрические параметры антенн

Способность антенны излучать энергию  в свободном направлении называется направленностью антенны.

По данному  свойству антенны можно разделить  на классы:

1. Ненаправленные (изотропные) антенны излучают энергию по всем направлениям одинаково.
2. Направленные антенны или слабонаправленные антенны излучают энергию преимущественно в одном или нескольких заданных направлениях.
3. Остронаправленные излучают энергию в одном направлении.
4. Сверхнаправленные излучают энергию не только в одном направлении, но и в пределах очень небольшого телесного угла.
5. Антенны, формирующие излучение специальной формы.

Диаграмма направленности (Д.Н.) антенны - это зависимость излучаемой мощности в пространство как функции  угловых координат.

Данная зависимость  может выражаться аналитически (формулой), таблично, графически. Такие Д.Н. являются пространственными. Их недостаток –  плохое зрительное восприятие.

 

3.  Классы антенн по виду излечения энергии

Способность антенны излучать энергию в свободном направлении  называется направленностью антенны. По данному свойству антенны можно  разделить на классы:

1. Ненаправленные (изотропные) антенны излучают энергию по всем направлениям одинаково.
2. Направленные антенны или слабонаправленные антенны излучают энергию преимущественно в одном или нескольких заданных направлениях
3. Остронаправленные излучают энергию в одном направлении.
4. Сверхнаправленные излучают энергию не только в одном направлении, но и в пределах очень небольшого телесного угла.
5. Антенны, формирующие излучение специальной формы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА II ЗЕРАКАЛЬНАЯ АНТЕННА

 

2.1. Общие сведения и принцип действия зеркальной антенны

Зеркальными антеннами называют антенны, у которых  поле в раскрыве формируется в  результате отражения электромагнитной волны от металлической поверхности  специального рефлектора (зеркала). Источником электромагнитной волны обычно служит какая-нибудь небольшая элементарная антенна, называемая в этом случае облучателем  зеркала или просто облучателем. Зеркало и облучатель являются основными  элементами зеркальной антенны.

Зеркало обычно изготовляется из алюминиевых сплавов. Иногда для уменьшения парусности зеркало  делается не сплошным, а решетчатым. Поверхности зеркала придается  форма, обеспечивающая формирование нужной диаграммы направленности. Наиболее распространенными являются зеркала  в виде параболоида вращения, усеченного параболоида, параболического цилиндра или цилиндра специального профиля. Облучатель помещается в фокусе параболоида  или вдоль фокальной линии  цилиндрического зеркала. Соответственно для параболоида облучатель должен быть точечным, для цилиндра – линейным. Наряду с однозеркальными антеннами  применяются и двухзеркальные.

 

2.2 Принцип действия зеркальной антенны

Электромагнитная  волна, 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. Такие излучатели называют однонаправленными.

В раскрыве антенны  отраженная волна обычно имеет плоский  фронт для получения острой диаграммы  направленности либо фронт, обеспечивающий получение диаграммы специальной  формы. На больших (по сравнению с  длиной волны и диаметром зеркала) расстояниях от антенны эта волна в соответствии с законами излучения становится сферической. Комплексная амплитуда напряженности электрического поля этой волны описывается выражением

,

где - нормированная диаграмма направленности, сформированная зеркалом. Принцип действия простейшей зеркальной антенны заключается в том, что точечный облучатель (например, маленький рупор), расположенный в фокусе параболоида, создает у поверхности зеркала сферическую волну. Зеркало преобразует ее в плоскую, т.е. расходящийся пучок лучей преобразуется в параллельный, чем и достигается формирование острой диаграммы направленности.

 

2.3 Отражающая поверхность зеркальных систем

Отражающая  поверхность главного зеркала для  перспективных БЗА выполняется  в виде набора отдельных панелей, установленных на каркасе зеркала  и не участвующих в работе его  силовой схемы. Точность поверхности  складывается из точностей изготовления и регулировки панелей на каркасе  и стабильности их положения и  формы в условиях эксплуатации. Перфорация панелей для высокоточных БЗА  сантиметрового и миллиметрового диапазонов для снижения ветровых нагрузок оказывается  малоэффективной и выполнима  не для всех видов конструкций  панелей.

Тепловые  деформации панелей могут возникать  под влиянием температурного градиента  между их рабочей и тыльной  поверхностями. Для снижения этих деформаций необходимо: уменьшение толщины панелей, выравнивание в них температуры  по толщине за счет хорошей теплопроводности и применения для рабочей и  тыльной поверхностей материала  с малым коэффициентом линейного  расширения, в лучшем случае на основе углепластика. Кроме точности панели должны обладать механической устойчивостью к условиям монтажа и регулировки на антенне и многократным многолетним циклическим воздействиям воды, мороза, снежных и ледяных лавин, а при необходимости обеспечивать работу людей на поверхности зеркала при обслуживании антенны. Известны различные варианты конструкций панелей с характерными особенностями.

Существенное  значение для высокоточных БЗА имеют  методы и оборудование для выставки панелей на каркасе ЗС и контроля деформаций зеркал при их различных  пространственных положениях и ветровых и тепловых воздействиях, что необходимо при монтаже и наладке антенны. Эти данные необходимы, в частности, для введения в формулу ЗС так  называемых предыскажений, равных средним  в диапазоне угломестных положений  антенны весовым искажениям, взятым с противоположным знаком. Необходимость  контроля формы ЗС может возникнуть и в процессе эксплуатации особо  точных, наиболее крупных БЗА, которые  оборудованы устройствами дистанционной  коррекции положения панелей.

Широко использовавшиеся на определенной стадии развития БЗА  обычные геодезические методы и  аппаратура контроля формы ЗС сыграли  свою положительную роль. Однако из-за недостаточности автоматизации  эти методы уступают другим, более  совершенным.