Введение. Антенно-фидерное устройство, обеспечивающее из­лучение и прием радиоволн, является неотъемлемой частью любой радиотехнической системы

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АНТЕНН СВЕРХВЫСОКИХ

ЧАСТОТ

Введение

Антенно-фидерное устройство, обеспечивающее из­лучение и прием радиоволн, является неотъемлемой частью любой радиотехнической системы. К антенне предъявляется ряд технических требований, вытекающих из назначения радиосистемы, в которой она применяет­ся. Условия размещения и работы антенны влияют на ее характеристики. Реализуемость требуемых направ­ленных, частотных, энергетических и других характеристик антенны во многом определяется рабочим диапа­зоном волн. Последние два десятилетия ознаменовались широким внедрением в радиотехнику сверхвысоких частот (СВЧ). В диапазоне СВЧ антенны обеспечивают остронаправленное излучение с шириной луча единицы и доли градусов и коэффициент усиления, достигающий десятки и сотни тысяч. Эти направленные свойства поз­волили использовать антенну не только для излучения и приема радиоволи, но и для пеленгации (в радиолока­ции, навигации, радиоастрономии), борьбы с помехами, обеспечения скрытности работы и для других целей.

Начав своё применение в радиолокации, техника СВЧ распространилась на телевидение, радиоуправле­ние, радионавигацию, радиосвязь, телеметрию, ускори­тельную технику и другие отрасли электроники.: Успеш­ное развитие радиоастрономии и освоение космоса во многом обязаны достижениям техники СВЧ.

В настоящее время получили широкое распростране­ние остронаправленные сканирующие антенны СВЧ. Сканирование позволяет осуществлять обзор окружаю­щего пространства, сопровождение движущихся объек­тов и определение их угловых координат. При механи­ческом сканировании, которое выполняется вращением всей антенны, максимальная скорость движения луча в пространстве ограничена и при существующих в на­стоящее время скоростях летательных аппаратов оказы­вается недюстаточной. Поэтому возникла необходимость в разработке новых типов антенн, удовлетворяющих бо­лее высоким требованиям.

Наметившееся в последнее время применение антен­ных фазируемых решеток .для построения сканирующих остронаправлснных антенн позволяет реализовать высо­кую скорость обзора пространства, что способствует уве­личению объема информации о распределении источни­ков излучения или отражения электромагнитных волн в окружающем пространстве. Современные устройства СВЧ с электровакуумными или полупроводниковыми при­борами и электрически управляемыми средами позво­ляют не только создать управляемое фазовое распреде­ление, т. е. получить электрическое сканирование, но и осуществить первоначальную обработку поступающей информации (суммирование полей, преобразование ча­стот, усиление и т. д.) непосредственно в фидерной тракте антенны. Таким образом, применяемые на практике антенны из простых устройств превратились в сложнейшие системы, имеющие до десятков тысяч и более излучателей, фазовращателей, управление которы­ми осуществляется специальной ЭВМ. Конструкция таких антенн оказывается весьма сложной и определяет в основном габариты и стоимость всей радиосистемы. Все это привело к изменению роли антенн в современ­ных радиосистемах.

Реализуемые характеристики антенн в настоящее время предопределяют ряд основных параметров всей радиосистемы. Так, в радиолокационных станциях раз­решающая способность и точность определения угловых координат, скорость перемещения луча в пространстве, помехозащищенность и т. д. определяются антенными характеристиками.

Усложнение антенн в процессе их развития и возра­стание их роли в радиосистемах привело к расширению круга радиоспециалистов, работающих непосредственно в области антенно-фидерных устройств. Расчетом основ­ных характеристик антенн и устройств СВЧ приходится заниматься не только этим специалистам, но и разра­ботчикам; всей радиосистемы и отдельных ее устройств, связанных с антенной подобные расчеты на стадии предварительного проектирования позволяют выяснить предельно достижимые характеристики всей радиосисте­мы с учетом реализуемости отдельных устройств и их совместной работы.

Возрастание роли и появление новых типов антенн привели к существенному расширению, углублению тео­рии антенн и разработке новых методов расчета. Этим вопросам в технической литературе уделено значитель­ное внимание: издан ряд специальных монографий [ЛО7, ЛО9, ЛО10, и Л1, Л2, ЛЗ, Л4, Л5], опубликовано зна­чительное число работ в периодике. Однако использование этих материалов радиоинженерами, а также студен­тами, выполняющими дипломное и курсовое проектиро­вание, встречает еще значительные трудности. Это и при­вело к написанию настоящего учебного пособия, в кото­ром сделана попытка облегчить проектирование сканирующих антенн СВЧ.

В пособии излагаются инженерные методы электри­ческого расчета антенных решеток СВЧ и отдельных типов излучателей, которые могут быть как элемента­ми решеток, так и самостоятельными антеннами. Изла­гаемые ниже методики расчета являются достаточно простыми, основаны на приближенных методах расчета антенн СВЧ и пригодны в большинстве случаев для инженерной практики. Эти методики на первых этапах проектирования антенн позволяют приближенно опреде­лить основные параметры и характеристики антенны, которые в дальнейшем, при необходимости, могут быть уточнены с помощью различных известных в литературе более строгих методов расчета. Излагаемый ниже ма­териал рассчитан на читателя, уже знакомого с общим курсом антенн и устройств СВЧ радиотехнических фа­культетов высщих технических учебных заведений.