Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Aнтенны и распространение радиоволн

.pdf
Скачиваний:
30
Добавлен:
23.02.2015
Размер:
527.99 Кб
Скачать

АНТЕННЫ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ

РАДИОВОЛН

Конспект лекций

Аннотация. Конспект лекций по обзорному курсу “Антенны и распространение радиоволн” для студентов радиотехнических специальностей ЛЭТИ им. В. И. Ульянова(Ленина)

Оглавление

Введение

 

v

Часть 1.

АНТЕННЫ

1

Глава 1.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ

3

1.

Электрический диполь Герца

3

2.

Магнитный диполь Герца

9

3.

Элементарная рамка с током

12

4.

Элемент Гюйгенса

15

5.

Заключение

17

Глава 2.

ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТЕНН

19

1.

Поле двух элементарных излучателей

19

2.

Дальняя и ближняя зоны антенны

21

Приложение A. РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ.

 

 

 

ЗАПАЗДЫВАЮЩИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

25

Приложение. Литература

31

iii

Введение

1.Понятие радиоканала

Всостав практически любой современной радиотехнической системы входит радиоканал совокупность технических средств и среды, через которую переносится информация. Структурная схема произвольного радиоканала (см. рис. В.1.) может быть разделена на 3 части.

Передающая часть радиоканала

 

Приёмная часть радиоканала

 

 

Передающая

@ Среда

@ Приёмная

 

 

 

антенна

 

антенна

 

 

 

P

 

 

 

 

 

P

@ @

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

Фидерный

 

Фидерный

 

 

 

тракт

Источники

тракт

 

 

 

P

 

 

 

 

P

помех

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

P

 

Источник

A

Передатчик

 

Приёмник

A Получатель

информации

A

 

A

 

 

 

 

информации

 

 

A

 

A

 

 

 

Источник

 

Источник

 

 

 

питания

 

питания

 

Рис. В.1. Структурная схема радиоканала

Передаваемое сообщение, соответствующим образом закодированное, от источника информации поступает на передатчик. В передатчике происходит возбуждение колебаний токов высокой частоты, а также их модуляция передаваемым сообщением. Энергия токов высокой частоты образуется за счёт энергии источников питания. Она поступает с передатчика на линию передачи фидерный тракт (фидер от англ. feeder), а с последнейна передающую антенну, которая преобразует эту энергию в энергию свободно распространяющихся в пространстве электромагнитных волн и с физической точки зрения представляет собой преобразователь видов энергии. На передающей антенне кончается передающая часть структурной схемы радиоканала.

Созданная передающей антенной электромагнитная волна, распространяясь в окружающей среде, претерпевает изменения, определяемые свойствами этой среды (потерями, неоднородностью, частотными зависимостями параметров и т.д) и достигает приёмной антенны. Кроме того, на приёмную антенну воздействуют и другие радиоволны различного происхождения. Сюда следует отнести радиоволны множества передающих станций и грозовых разрядов, радиоволны, создаваемые электрическим транспортом, бытовыми приборами, излучением небесных тел и другими источниками. Все они объединяются в одно понятие – радиоволны помех. Присутствие в радиоканалах помех отмечено на структурной схеме элементом "Источники помех".

v

vi

ВВЕДЕНИЕ

Приёмная часть структурной схемы радиоканала начинается с приёмной антенны. Приёмная антенна также является преобразователем видов энергии, она преобразует энергию электромагнитных волн свободного пространства в энергию токов высокой частоты фидера, т.е. осуществляет обратное по сравнению с передающей антенной преобразование видов энергии. Энергия токов высокой частоты с выхода приёмной антенны через фидерный тракт поступает на приёмник. В приёмнике происходит выделение и преобразование сигналов, несущих информацию, и передача их получателю. Преобразование и выделение сигналов происходит за счёт источников энергии на приёмной стороне.

В дальнейшем нас будет интересовать именно высокочастотная часть радиоканала фидеры и антенны передающей и приёмной сторон и среда распространения с помехами. Эту часть радиоканала будем называть радиолинией.

2. Диапазоны радиоволн

Радиоволны занимают часть спектра электромагнитных волн, ограниченную пределами 3 · 103 ÷ 3 · 1012 Гц. Ниже в табл. В.1 приводится классификация длин радиоволн по диапазонам и соответствующая ей номенклатура полос частот, принятая Международным Консультативным комитетом по радио (МККР) в 1959 г. ([1]) (диапазон частот связан с номером полосы N соотношением (0,3 ÷ 3) · 10N Гц).

Таблица В.1. Диапазоны и полосы частот радиоволн

Классификация по длинам волн

Классификация по частотам

 

 

 

 

 

 

 

Длина волны

Метрическое

Номер

Диапазон частот

Сокращённые

Диапазон волн

в свободном

пространстве

подразделение

полосы

(исключая ниж-

буквенные

 

(вакууме)

волн

N

ний и включая

обозначения

 

верхний предел)

полос

 

в метрах

 

 

 

 

 

 

 

СДВ –

от 100000

 

 

 

ОНЧ – очень

сверхдлинные

мириаметровые

4

от 3 до 30 кГц

до 10000

низкие частоты

волны

 

 

 

 

 

 

 

 

ДВ – длинные

от 10000

километровые

5

от 30 до 300 кГц

НЧ –

волны

до 1000

низкие частоты

СВ – средние

от 1000

гектометровые

6

от 300

СЧ –

волны

до 100

до 3000 кГц

средние частоты

 

 

КВ – короткие

от 100 до 10

декаметровые

7

от 3 до 30 МГц

ВЧ –

волны

 

 

 

 

высокие частоты

 

от 10 до 1

метровые

8

от 30 до 300 МГц

ОВЧ – очень

 

высокие частоты

 

от 1 до 0,1

дециметровые

9

от 300

УВЧ – ультра-

УКВ –

до 3000 МГц

высокие частоты

 

 

 

 

 

 

 

СВЧ – сверх-

ультракороткие

от 0,1 до 0,01

сантиметровые

10

от 3 до 30 ГГц

высокие частоты

волны

 

 

 

 

 

от 0,01 до 0,001

миллиметровые

11

от 30 до 300 ГГц

КВЧ – крайне

 

высокие частоты

 

от 0,001

субмиллиметровые

12

от 300

 

 

до 0,0001

до 3000 ГГц

 

 

 

 

 

В настоящее время в отечественной радиотехнике (особенно в радиолокации) активно используются представленные в табл. В.2 буквенные обозначения радиолокационных частотных диапазонов, пришедшие из англоязычных стран [3]. Исходные кодовые буквы (P, L, S, X и K ) были введены в практику во время второй мировой войны для обеспечения секретности и затем перешли и в открытое употребление. Другие буквы (C, Ku и Ka) были добавлены позднее, с началом использования новых диапазонов; некоторые буквы (P и K ) в настоящее время используются редко.

Следует отметить, что изменение частоты передачи может существенным образом изменять условия прохождения радиосигналов по по одной и той же радиотрассе между передающей и приёмной антеннами, что, соответственно, оказывает важное влияние на

2. ДИАПАЗОНЫ РАДИОВОЛН

vii

качество функционирования радиолинии. Таким образом, при выборе рабочих частот различных радиотехнических систем учёт частотных особенностей распространения радиоволн играет очень важную роль.

Таблица В.2. Буквенные обозначения частотных диапазонов

Обозначение диапазона

Частоты

VHF (весьма высокие частоты, ВВЧ)

30÷300 МГц

UHF (ультравысокие частоты, УВЧ)

300÷1000 МГц

P (иногда включается в L-диапазон)

230÷1000 МГц

L

1÷2 ГГц

S

2÷4 ГГц

C

4÷8 ГГц

X

8÷12,5 ГГц

Ku

12,5÷18 ГГц

K

18÷26,5 ГГц

Ka

26,5÷40 ГГц

Миллиметровые волны

Свыше 40 ГГц

Так, например, “. . .первые РЛС K-диапазона, разработанные в период второй мировой войны в лаборатории излучений Массачусетского технологического института, работали на центральной частоте 24 ГГц (длина волны 1,25 см). Это был плохой выбор, так как вскоре было обнаружено, что эта частота слишком близка к резонансной частоте водяного пара (22,2 ГГц), на которой возникает сильное поглощение. Позднее K-диапазон был подразделён на два диапазона по обе стороны от частоты водяного поглощения. . .” – Ku и Ka ([3]).

Часть 1

АНТЕННЫ

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]