Лекція №1

Скачати 105.46 Kb.

Назва	Лекція №1
Дата	28.04.2013
Розмір	105.46 Kb.
Тип	Лекція

bibl.com.ua > Журналістика > Лекція

Лекція №1: “Загальні відомості про пристрої НВЧ та антени”
Вступ

Тов. студенти, сьогодні Ви розпочинаєте вивчення нової дисципліни: “Пристрої НВЧ та антени”. В межах цієї дисципліни буде розглянуте 6 тем.

За наведеною тематикою з Вами буде проведено 17 ЛЗ, 4 ПЗ, 5 ЛР. Після вивчення 2,4,6 тем – модульні контролі.
1. Загальні поняття та визначення
Функціонування радіоелектронного і радіотехнічного обладнання, радіоелектронних та радіотехнічних систем пов'язане з передачею на відстань інформації, яка переноситься електромагнітними хвилями, тобто з випромінюванням та прийманням електромагнітних хвиль.

Зважаючи на те, що випромінювання та приймання електромагнітних хвиль здійснюється антенами, можна з певністю стверджувати, що будь-яке радіотехнічне устаткування повинне мати в своєму складі одну чи декілька антен.

Сфера дій антенного пристрою не обмежується випромінюванням та прийманням електромагнітних хвиль.

Антени забезпечують при випромінюванні необхідний розподіл поля в просторі або приймання електромагнітних хвиль, що приходять із заздалегідь визначених ділянок простору. Завдяки цьому робочі можливості радіотехнічних систем знаходяться в певній залежності від характеристик антенних пристроїв. Велику роль відіграють антени в сучасному авіаційному радіообладнанні. І це природно, тому що тільки радіо дозволяє встановлювати надійний зв'язок повітряного судна (ПС) з наземними службами, забезпечувати зв'язок між ПС, дає можливість в будь-яку годину доби чи при будь-якій погоді точно визначити місцеположення ПС, виконувати огляд простору за будь-яких умов, автоматично здійснювати посадку та політ за заданими траєкторіями.

У великому аеропорту експлуатується декілька сотень антен, а на важкому транспортному літаку кількість антен становить декілька десятків. Конструкції та особливості розміщення антен залежать від їх призначення. Так, наприклад, наземна антена близького зв'язку (рис. 1) повинна забезпечувати зв'язок за всіма напрямами в горизонтальній площині до 200-300 км, тому вона осесиметрична і встановлюється на щоглі, або ж на даху будівлі.

Рис.1 Наземна антена близького зв'язку

Антена курсового радіомаяка (рис. 2) призначена для наведення ПС на вісь злітно-посадочної смуги (ЗПС) з відстані до 50 км, тому вона встановлюється на незначній висоті [13]. Її випромінююча поверхня розміщується перпендикулярно до траєкторії заходу літаків на посадку, а центр антени знаходиться на продовження осі ЗПС.

Рис.2 Антена курсового радіомаяка

Антена аеродромного радіолокатора (рис. 3) призначена для формування вузького променя і повинна мати можливість змінювати положення променя в широкому секторі кутів, щоб оглядати повітряний простір в зоні літовиська [13].

На конструктивні особливості великий вплив справляє необхідність установки антени на борту ПС. Бортові антени повинні задовольняти специфічним вимогам, які виокремлюють такі антени в особливий клас. Електродинамічні характеристики бортових антен суттєво залежать від форми повітряного судна, місця установки антени та довжини хвилі, на якій працює антена. У зв'язку з цим більшість видів бортових антен в конструктивному відношенні значно відрізняються від антен аналогічного призначення, якими обладнуються наземні радіотехнічні засоби.

Антени є перетворювачами електромагнітної енергії.

Передавальна антена призначена для перетворення енергії електромагнітних хвиль, пов'язаних із спрямовуючими системами, в енергію електромагнітних хвиль в просторі та їх випромінювання в заданих напрямах.

Приймальна антена виконує зворотні функції: вона виділяє електромагнітні хвилі, що надходять з визначених напрямів в просторі, й перетворює їх енергію в енергію електромагнітних хвиль, пов'язаних із спрямовуючими системами.

Таким чином, кожна антена виконує дві функції: перетворює один вид електромагнітної енергії в інший; забезпечує випромінювання електромагнітних хвиль в певних напрямах, або ж забезпечує приймання електромагнітних хвиль, що приходять з певних напрямів.

Рис.3 Антена аеродромного радіолокатора
Обидві ці функції відіграють виключно важливу роль. Дійсно, завдяки перетворюванню енергії спрямованих електромагнітних хвиль в енергію електромагнітних хвиль, які вільно поширюються в просторі, і навпаки, стала можливою передача радіохвиль, яка обумовила виникнення та розвиток радіотехніки.

Забезпечення переважних напрямів в просторі випромінювання та приймання електромагнітних хвиль дозволяє зосередити енергію випромінювання в заданих тілесних кутах, що дає можливість зменшити загальну потужність випромінювання, а також потужність передавача. Цій властивості антен зобов'язана поява та розвиток радіолокації, радіоастрономії, радіорелейного зв'язку.

У приймальних пристроях друга функція антени використовується також і для збільшення відношення сигнал/завада. В тому випадку, коли джерело завади і передавальна радіостанція рознесені в просторі, але випромінюють електромагнітні хвилі однієї довжини, виділити корисний сигнал за допомогою настройки приймача неможливо. Антена ж, яка приймає електромагнітні хвилі з певних напрямів (рис. 4), дозволяє це зробити. Отже, тут ми можемо говорити про вибірковість за напрямком.

Рис.4 Прийом антеною електромагнітних хвиль з певних напрямків
Антени є оборотними пристроями. Якщо до входу передавальної антени підвести електромагнітні хвилі, які пов'язані із спрямовуючою системою і енергією яких можна характеризувати напругою U та силою струму I , то на виході одержимо електромагнітні хвилі в просторі, енергію яких характеризують напруженість електричного поля Е та напруженість магнітного поля Н . Цей процес перетворення енергії зображений на рис. .5. Якщо до виходу тієї ж самої антени підвести енергію електромагнітних хвиль, що вільно поширюються в просторі, то внаслідок оборотності антен на вході одержимо енергію електромагнітних хвиль, які зв'язані із спрямовуючою системою (рис. 0.5, б). Ця властивість антени дозволяє одну і ту ж антену використовувати і як передавальну, і як приймальну.

Рис. 5 Процес перетворення електромагнітної енергії
Фідерні пристрої є спрямовуючими системами і служать для каналізації електромагнітних хвиль від генератора до антени або ж від антени до приймача. Необхідність застосування фідера пояснюється тим, що в більшості випадків обставини змушують розносити на певну відстань антени та передавачі, антени та приймачі. Наприклад, радіообладнання літаків розміщується так, щоб не порушувати необхідне положення центра маси літака та раціонально використати внутрішній об'єм корпусу. Антени ж такого обладнання виносяться за обшивку літака, щоб зберегти необхідні електродинамічні характеристики. При цьому фідерні пристрої повинні з'єднувати антени з обладнанням, розташованим в літаку.

В наземних радіоелектронних системах антенні пристрої можуть бути досить громіздкими, складатися з великої кількості відносно простих випромінювачів, задовольняти специфічні вимоги до розташування на місцевості і т. ін. (див. рис.2). Природно, що в цих випадках генератори електромагнітних коливань чи приймачі не можуть безпосередньо приєднуватися до антен, необхідні з'єднувальні пристрої - фідери. В будь-якому випадку фідерні пристрої полегшують доступ контрольній апаратурі до перевірки працездатності як антенних пристроїв, так і системи в цілому, покращують умови для технічної експлуатації системи, в багатьох випадках забезпечують безпеку праці обслуговуючого персоналу.
2. Класифікація антен
При вивченні антенних та фідерних пристроїв необхідно виходити з певної їх класифікації. Це обумовлено тим, що конструктивна різноманітність антенних пристроїв настільки велика, що вивчення всіх існуючих типів антен в межах виділеного для навчальної дисципліни часу просто неможливо. Крім того в цьому немає і такої потреби, тому що для певної групи антен при правильному їх доборі можна виділити загальні електродинамічні властивості, принципи дії, характерні конструктивні особливості, що дає можливість обмежитися вивчення окремих представників групи.

Визначення таких груп та виявлення належності тієї чи іншої антени до групи, що розглядається, залежить від класифікаційних принципів. Зараз широко використовується класифікація за принципом дії, яка в порівнянні з іншими видами класифікацій дозволяє чіткіше відносити антени до різних видів та підвидів, однозначно визначати класифікаційні ознаки. Крім того, в такій системі класифікаційні ознаки більш однорідні, чим при інших принципах класифікації. Так наприклад, виконання класифікаційної системи, яка базується на поділі антен за діапазонами хвиль, приводить до змішування ознак, які обумовлені робочим діапазоном хвиль, принципом дії, конструктивними особливостями, функціональним призначенням і т. ін. Рис. 6 ілюструє класифікацію, в якій основними ознаками є принцип дії та конструктивні особливості.

Рис. 6 Класифікація антенних пристроїв
Передусім, антени можуть бути розподілені на пасивні і активні. Пасивні не містять в собі нелінійних елементів, є оборотними пристроями (можуть працювати як в режимі випромінювання, так і в режимі приймання), підкоряються принципу взаємності. Активні антени мають в своїй конструкції нелінійні активні елементи (транзистори, інтегральні мікросхеми), в зв'язку з чим вони не мають властивостей оборотності і не підкоряються принципу взаємності. Тому між приймальними та передавальними активними антенами існують принципові відмінності і тому їх поділяють на три класи.

Оскільки головна увага в нашому курсі приділяється пасивним антенам, то в подальшому класифікація будується за ознаками, характерними для пасивних випромінюючих систем.

Пасивні антени доцільно вивчати та досліджувати в режимі випромінювання, тому на наступному ступені класифікації всі випромінюючі системи підрозділяють за характером амплітудно-фазового розподілу (АФР) струму чи тангенціальних складових напруженості поля на пристрої з неперервним розподілом джерел поля та пристрої з дискретним розподілом джерел поля. В першому випадку під джерелами поля розуміють елементарні випромінювачі, тобто такі антени, які можна розглядати як сукупність елементарних випромінювачів, що неперервно заповнюють випромінюючу поверхню - апертуру антени, створюючи при цьому неперервну функцію АФР від координат поверхні. В другому випадку джерелами поля є антени першої групи, а самі випромінюючі системи являють собою антенні решітки, АФР в апертурі яких описується ступеневою розривною функцією.

Антени з неперервним розподілом джерел поля діляться на два види: лінійні і апертурні.

Лінійні антени характеризуються тим, що розподіл електричного чи магнітного струму мало залежить від конфігурації поперечного перерізу, який значно менший від довжини хвилі. Виконуються лінійні антени у вигляді щілин в металічних поверхнях або ж із провідників, поперечні розміри яких значно менші від довжини хвилі.

В апертурних антенах випромінювання відбувається через деяку уявну поверхню, яка розділяє внутрішній об'єм антени і зовнішній простір. Така поверхня називається апертурою або розкриттям і найчастіше являє собою площину.

Як лінійні, так і апертурні антени за характером поляризації випромінюваних хвиль діляться на антени з лінійною поляризацією і антени з еліптичною поляризацією. В останніх площина поляризації обертається в просторі відносно напряму поширення електричних хвиль.

На наступному ступені класифікації використані конструктивні ознаки.

Антенні решітки (АР) діляться на дві групи за характером часової залежності АФР. До групи АР із статичним АФР відносять випромінюючі системи, в яких в процесі функціонування АФР залишається незмінним.

До групи антенних решіток з керованим АФР відносять випромінюючі системи, процес функціонування яких базується на залежності АФР від часу та виконуваних завдань. Дещо умовно цю групу можна поділити на скануючі і на випромінюючі системи з обробкою сигналу.

Скануючі антенні решітки характеризуються тим, що головним завданням їх функціонування є електричне сканування променя з метою огляду простору. При цьому основні характеристики антени визначаються електродинамічними властивостями, залежністю АФР від часу, просторовими розмірами антен, відстанню між елементами решітки, типом елементів решітки і т. ін.

Випромінюючі системи з обробкою сигналу характеризуються тим, що покращання електричних параметрів антени та виконання поставлених перед антеною завдань досягається не стільки за рахунок електродинамічних властивостей, скільки за рахунок спеціальної обробки сигналів.

Антенні решітки із статичним АФР підрозділяються за конструктивними ознаками. Приведений на рис. 0.6 ряд таких антенних решіток далеко не повний. Так наприклад, зустрічаються антенні решітки, елементами яких є спіральні антени, діелектричні стрижньові, активні випромінюючі та приймальні пристрої тощо.

Скануючі антені решітки, як правило, поділяються за способом керування АФР на решітки з частотним, фазовим керуванням та багато променеві антенні решітки. В багатопроменевих антенних решітках перекриття простору, що оглядається, здійснюється за рахунок формування деякої кількості діаграм спрямованості (ДС), які заповнюють досліджуваний сектор простору. Кожній окремо взятій ДС відповідає свій вхід пристрою живлення антенної решітки (діаграмоутворювальної схеми), тому за допомогою такої антенної решітки огляд простору виконується шляхом перемикання передавача і приймача на вхідних затискачах діаграмоутворювальної схеми.

Антенні системи з обробкою сигналу підрозділяються за способом обробки. Такі АР із змінними параметрами формують одночасно певну кількість ДС (парціальних ДС) з вузькими головними пелюстками, які зсунені в просторі відносно один одного на деякий кут і повністю перекривають визначений сектор простору. За допомогою фільтрів з вузькими смугами пропускання здійснюється відокремлення сигналів, прийнятих різними парціальними ДС.

В антенних решітках із самофокусуванням сигнали, які приймаються елементами решітки, обробляються так, щоб незалежно від напряму приходу хвилі їх напруженості підсумовувались в фазі - це відповідає такому просторовому положенню ДС антени, при якому головна пелюстка орієнтована в напрямі приходу електромагнітних хвиль. В адаптивних АР, які також відносяться до цієї групи, ДС за рахунок обробки сигналу формується таким чином, щоб одержати оптимальне відношення сигналу до завади.

В антенах з синтезованою апертурою уявна апертура утворюється за рахунок пересування в просторі єдиного приймального або приймально-передавального елемента, сигнали з виходу якого записуються і підлягають спеціальній обробці. Характер обробки сигналів в останніх двох групах цього виду антенних решіток зрозумілий з назв груп.
3. Класифікація радіочастотних ліній передач
Класифікація ліній передачі також може базуватися на різних підходах. Приведемо класифікацію (рис.7), в якій використані конструктивні ознаки ліній передачі [8].

Конструкція лінії передачі визначає тип електромагнітних хвиль, що поширюються вздовж лінії, та діапазон робочих частот.

Рис.7 Класифікація ліній передачі
Обраний підхід класифікації ліній передач в подальшому визначить порядок розгляду та вивчення відповідних пристроїв НВЧ.

Схожі:

ЛЕКЦІЯ 3 Лекція: Поняття предмета права промислової власності, коло та характеристика однорідних суспільних відносин	Лекція 7 8 Лекція 7 Українська революція і пошук її зовнішньополітичних орієнтацій. Початки дипломатичної діяльності УНР. (4 год.)
Лекція з курсу «Прикладні програми (Електронні таблиці Excel)» Лекція Робота з фінансовими функціями. Створення, редагування і форматування графіків і діаграм (2 год.)	Лекція Державна мова мова професійного спілкування Евфемізм і перифраз у професійному спілкуванні Лекція Риторика і мистецтво презентації
Лекція №1 Лекція № Поняття культури. Античність – джерело європейської культури (2 год.)	Лекція Сутність та види податків. Податкова система і податкова політика 5 Лекція Організація податкової служби і податкової роботи. Система інформаційного забезпечення 11
ЛЕКЦІЯ 2 17 ЛЕКЦІЯ 31 ТЕМА 4 ОБҐРУНТУВАННЯ ГОСПОДАРСЬКИХ РІШЕНЬ ТА ОЦІНЮВАННЯ ЇХ ЕФЕКТИВНОСТІ 49 Вивчення дисципліни передбачає наявність знань з наступних дисциплін: «Теорія ймовірностей та математична статистика», «Теорія статистики»,...	Лекція Інформатизація діяльності інформаційних установ Лекція Інформатизація діяльності інформаційних установ. Електронний документний фонд як модель управління інформаційними ресурсами....
Лекція: Інтерфейс Microsoft Word 2007: версія для друку і PDA Лекція... Описані способи роботи з елементами управління : кнопками, списками та ін. Показані можливості налаштування панелі швидкого доступу....	Лекція: Підготовка до друку і друк документу : версія для друку і... Показана робота з документом в режимі попереднього перегляду перед друком. Вивчаються можливості налаштування друку документу, у...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання