1. Антенно-фидерные устройства. Основные определения и понятия.

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.

При передаче сигнала:

Электромагнитные колебания высокой частоты, модулированные

полезным сигналом, преобразуются передающей антенной в

электромагнитные волны, которые излучаются в пространство. Обычно

электромагнитные колебания подводят от передатчика к антенне не

непосредственно, а с помощью фидера.

При приёме сигнала:

Приемная антенна улавливает распространяющиеся радиоволны

преобразует их в электромагнитные колебания, которые через фидер

поступают на вход приёмного устройства. В соответствии с принципам

обратимости антенн свойства антенны, работающей в режиме

передачи не изменятся при работе этой антенны в приемном режиме.

Преобразование антенной одного вида электромагнитных волн.

Фидер-линия связывающая антену со входом приёмника или передатчика с антеной.

Типы антен:

Полуволновой вибратор:

Несимметричная антенна:

Симметричная антенна:

Антенна типа V:

Ромбическая антенна:

Классификацию антенн можно, например проводить по способу

формирования излучаемого поля, выделяя следующие четыре класса

антенн:

Излучатели небольших размеров ( l £ l ,где l - длина волны) для диа-

пазона частот 10кГц...1ГГц. К числу антенн этого класса относятся

одиночные вибраторные и щелевые излучатели, полосковые и

микрополосковые антенны, рамочные антенны, а также частотно-

независимые излучатели.

Антенны бегущей волны размерами от l до 100l для диапазона

частот 3МГц...10ГГц. Сюда относятся спиральные,

диэлектрические,директорные, импедаксные антенны, а также антенны

«вытекающей» волны.

Антенные решетки размерами отl до 100l и более для диапазона

частот 3МГц...30ГГц. 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.

Апертурные антенны размерами от l до 1000l для диапазона частот

100МГц... 100ГГц 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.

2. Основные условия возникновения электромагнитных волн.

Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов.

Электромагнитные волны возникают всегда, когда в пространстве есть изменяющееся электрическое поле. Такое изменяющееся электрическое поле вызвано, чаще всего, перемещением заряженных частиц, и как частный случай такого перемещения, переменным электрическим током.

3. Характеристики электромагнитных волн.

Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию.

Для электромагнитных волн поляризация — явление направленного колебания векторов напряженности электрического поля E или напряженности магнитного поля H.

вектор напряженности электрического поля равен сумме векторов напряженностей всех электрических полей  правило Буравчика - определяет направление магн. поля, создаваемого электрич. током: если буравчик с правой резьбой ввинчивать по направлению тока то направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением магн. поля Н, возбуждаемого этим током.

4. Типы электромагнитных волн, их основные параметры.

fмГц	1 | 102	104 | 106	108	1010 |1012	1014	1016
λ	300м|3м	3см|300мкм	3мкм	30нм|0,3нм	3*103нм	3*105нм
	радиоволны	ИК лучи	Свет	Ултрафиол.	Рентген	Радиация

5. Типы сред, в которых распространяются электромагнитные волны. Основные параметры этих сред.

ЭМВ распространяются в атмосфере, космическом пространстве, толще Земли и воде.

В однородных средах радиоволны распространяются прямолинейно с постоянной скоростью, подобно световым лучам (радиолучи). Такое Р. р. называется свободным. Условия Р. р. в космическом пространстве при радиосвязи между наземной станцией и космическим объектом, между двумя космическими объектами, при радиоастрономических наблюдениях, при радиосвязи наземной станции с самолётом или между самолётами близки к свободному.

При распространении волны в материальной среде (например, в земной атмосфере, в толще Земли, в морской воде и т.п.) происходят изменение её фазовой скорости и поглощение энергии. Это объясняется возбуждением колебаний электронов и ионов в атомах и молекулах среды под действием электрического поля волны и переизлучением ими вторичных волн. Если напряжённость поля волны мала по сравнению с напряжённостью поля, действующего на электрон в атоме, то колебания электрона под действием поля волны происходят по гармоническому закону с частотой пришедшей волны. Поэтому электроны излучают радиоволны той же частоты, но с разными амплитудами и фазами. Сдвиг фаз между первичной и переизлучённой волнами приводит к изменению фазовой скорости. Потери энергии при взаимодействии волны с атомами – причина поглощения радиоволн. Поглощение и изменение фазовой скорости в среде характеризуются показателем поглощения  и показателем преломления n, которые, в свою очередь, зависят от диэлектрической проницаемости  и проводимости  среды, а также от длины волны 

6. Поляризация электромагнитных волн, основные определения.

Поляризация электромагнитных волн (ПЭВ) — одно из фундаментальных свойств оптического излучения (света), состоящее в искажении различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу (направлению распространения световой волны).

ПЭВ — явление направленного колебания векторов напряженности электрического поля E или напряженности магнитного поля H.

Когерентное электромагнитное излучение может иметь:

Эллипс поляризации

• Линейную поляризацию — в направлении, перпендикулярномнаправлению распространения волны;

• Круговую поляризацию — правую либо левую, в зависимости от направления вращения вектора индукции;

• Эллиптическую поляризацию — случай, промежуточный между круговой и линейными поляризациями.

Некогерентное излучение может не быть поляризованным, может быть полностью или частично поляризованным любым из указанных способов. В таком случае понятие поляризации понимается статистически.

При теоретическом рассмотрении поляризации волна полагается распространяющейся горизонтально. В этом случае можно рассматривать вертикальную и горизонтальную линейные поляризациии волны.

Линейная поляризация Круговая поляризация Эллиптическая поляризация

7. Длина волны, диапазоны частот электромагнитных волн.

Длина волны — это наименьшее расстояние между двумя точками, расположенными вдоль направления распространения волны, в которых колебания имеют одинаковую фазу. Длину волны в среде распространения можно определить, разделив скорость распространения электромагнитного поля в этой среде на частоту электромагнитного колебания

диапазоны частот электромагнитных волн

Наименование радиоволн	Диапазон частот, Гц	Диапазон длин волн (в вакууме), м
Сверхдлинные	< 3∙104	> 10 000
Длинные	3∙104 – 3∙105	10000 – 1000
Средние	3∙105 – 3∙106	1000 – 100
Короткие	3∙106 – 3∙107	100 – 10
Ультракороткие:
метровые	3∙107 – 3∙108	10 – 1
дециметровые	3∙108 – 3∙109	1 – 0,1
сантиметровые	3∙109 – 3∙1010	0,1 – 0,01
миллиметровые	3∙1010 – 3∙1011	0,01 – 0,001

8. Закон сохранения энергии при распространении радиоволн. Теорема Умова.

В электродинамике закон сохранения энергии исторически формулируется в виде теоремы Пойнтинга(иногда также называемой теоремой Умова—Пойнтинга), связывающейплотность потока электромагнитной энергии с плотностью электромагнитной энергии и плотностью джоулевых потерь. В словесной форме теорема может быть сформулирована следующим образом:

Изменение электромагнитной энергии, заключённой в неком объёме, за некий интервал времени равно потоку электромагнитной энергии через поверхность, ограничивающую данный объём, и количеству тепловой энергии, выделившейся в данном объёме, взятой с обратным знаком.

Математически это выражается в виде (здесь и ниже в разделе использована Гауссова система единиц)

где   — некий объём,   — поверхность, ограничивающая этот объём,

— плотность электромагнитной энергии,

— вектор Пойнтинга,

 — плотность тока,   — напряжённость электрического поля,   — индукция электрического поля,    — напряжённость магнитного поля,   — индукция магнитного поля.

Этот же закон математически может быть записан в дифференциальной форме: