6. Антенны. Общие понятия

1. Назначение и классификация антенн

Антенны относятся к пассивным компонентам радиосистем, и в конструктивном отношении они представляют сочетание провод­ников и магнитодиэлектриков. Наряду с выполнением основных функций излучения и приема радиоволн современные антенны вы­полняют важнейшие функции пространственной фильтрации радио­сигналов, обеспечивая направленность действия радиосистем и осу­ществляя пеленгацию источников радиоизлучения и радиолокаци­онных целей.

Качество функционирования антенн описывается рядом радио­технических, конструктивных, эксплуатационных и экономических характеристик и параметров. Конструктивное выполнение антенн и Достижимые значения параметров существенно зависят от диапазона применяемых радиоволн. Различают антенны длинных и средних волн, коротковолновые антенны, антенны УКВ, диапазона СВЧ и антенны оптических волн. В диапазоне СВЧ (300 МГц — 300 ГГц) функционирует подавляющее большинство радиолокационных систем, систем наземной и космической радиосвязи, радионавигации, радиотелеметрии и телевидения.

Классификацию антенн обычно проводят по способу формирования излучаемого поля, выделяя следующие четыре класса антенн:

1. Излучатели небольших размеров ( ) для диапазона частот 10КГц – 1 ГГц. К числу антенн этого класса относятся одиночные вибраторные и щелевые излучатели, полосковые и микрополосковые антенны, рамочные антенны, а также частотно-независимые излучатели.

2. Антенны бегущей волны размерами от до 10 для диапазона частот 3МГц — 10ГГц. Сюда относятся спиральные, диэлектриче­ские, директорные, импедансные антенны, а также антенны «выте­кающей» волны.

3. Антенные решетки размерами от , до 100 , и более для ча­стот 3 МГц — 30 ГГц. Это антенны, состоящие из большого числа отдельных излучателей. Независимая регулировка фаз (а иногда и амплитуд) возбуждения каждого элемента антенной решетки обеспечивает возможность электрического управления диаграммой направленности. Применяются линейные, плоские, кольцевые, вы­пуклые и конформные (совпадающие с формой объекта установ­ки) антенные решетки. На основе антенных решеток выполняют антенные системы с обработкой сигнала, в том числе адаптивные к изменяющейся помеховой обстановке.

4. Апертурные антенны размерами от , до 1000 , для диапазона частот 100 МГц — 100 ГГц и выше. Наиболее распространены зер­кальные, рупорные и линзовые апертурные антенны. К апертурным антеннам примыкают так называемые «гибридные» антенны, пред­ставляющие сочетание зеркал или линз с облучающей системой в виде антенной решетки. Апертурные антенны строятся по оптиче­ским принципам и обеспечивают наиболее высокую направленность излучения.

Разработка современных антенн основывается на сочетании тео­ретических и экспериментальных методов. Это связано со сложно­стью построения достаточно точных математических моделей, аде­кватно описывающих поле излучения и другие характеристики ан­тенн. Зачастую для проведения строгих расчетов антенн не хвата­ет ресурсов даже мощных ЭВМ. Поэтому расчеты, выполняемые на разумном уровне математической строгости, дополняют и соче­тают с экспериментальными исследованиями. При этом широко используют имитационные модели антенн, основанные на принципе электродинамического подобия (одновременное изменение физиче­ских размеров антенны и рабочей частоты при сохранении электри­ческого размера). Имитационные модели значительно ускоряют и удешевляют проведение экспериментальных исследований. В по­следнее время широкое распространение получают автоматизиро­ванные стенды для антенных измерений, в которых снятие харак­теристик антенн производится с помощью ЭВМ, ведущей также об­работку результатов и оформление протоколов измерений [5].

Разнообразие методов исследования антенн, связанное с необходимостью одновременного решения в диалектическом единстве самых разнообразных проблем (системных, радиотехнических, конструктивно-механических, автоматизированного управления, аэродинамических, метеорологических и др.), превращает процесс разработки и испытания антенн в увлекательный вид творческой деятельности, развивающий научный кругозор и требующий хорошей математической эрудиции.