7

Введение

Учебно-методическое пособие отражает основное содержание дисциплины «Устройства СВЧ и антенны» и является логическим завершением учебного пособия по теоретическому курсу, изданному в виде двух отдельных частей (см. список рекомендуемой литературы). Ниже излагается краткое содержание курса.

Направляющие системы. Классификация линий передач и типов волн. Прямоугольные и круглые, П и Н -образные волноводы, линии передач с Т – волнами: коаксиальные кабели, полосковые и печатные линии, однопроводные и двухпроводные направляющие системы.

Технические параметры линий передач: волновое и характеристическое сопротивления, фазовая и групповая скорости, допустимые мощности, затухание. Сравнение различных линий передач в применяемом на практике частотном диапазоне. Перспективы развития

Линии передачи конечной длины. Коэффициент отражения, входное сопротивление, коэффициенты стоячей и бегущей волн. Распределение тока и напряжения вдоль линии при произвольной нагрузке. Круговая диаграмма полных сопротивлений и проводимостей. Применение диаграммы для определения параметров линии передачи. Согласование: Узкополосное и широкополосное. Четвертьволновые трансформаторы. Согласующие диафрагмы, штыри и шлейфы.

Матричный анализ устройств СВЧ. Волновые матрицы рассеяния и передачи. Нормировка матриц. Связь с матрицами сопротивлений и проводимостей. Свойства многополюсников и их матриц рассеяния. Двухполюсники. Примеры матриц простейших четырехполюсников.

Шестиполюсники СВЧ. Теорема о согласовании взаимного реактивного шестиполюсника и её следствия. Е и Н волноводные тройники. Коаксиальные и полосковые делители мощности.

Восьмиполюсники СВЧ. Теорема об идеальном направленном ответвителе. Типы направленных ответвителей и мостов. Двойной волноводный тройник, волноводно – щелевой мост, дырочные направленные ответвители, кольцевой и квадратный мосты на полосковых линиях применения мостов и направленных ответвителей: антенный коммутатор, трансформатор сопротивлений, балансный детектор и смеситель.

Основы теории антенн. Общие выражения для поля излучающей системы в дальней, промежуточной и ближней зонах. Элементарные излучатели линейной и круговой поляризации. Параметры антенных систем в передающем и приёмном режимах (амплитудная, фазовая, поляризационная диаграммы; сопротивление излучения и входное сопротивление; КНД, КПД, коэффициент усиления; частотная характеристика; эффективная длина; эффективная поверхность; шумовая температура).

Линейные непрерывные и дискретные излучающие системы. Множитель направленности. Режимы излучения - поперечный, наклонный, осевой. Ширина луча, КНД. Влияние амплитудно-фазового распределения на характеристики линейных систем. Подавление дифракционных максимумов.

Вибраторные и щелевые антенны. Симметричный вибратор - распределение тока, ДН, КНД, сопротивление излучения, входное сопротивление. Несимметричные вибраторные антенны. Щелевая антенна в плоском экране и в стенке прямоугольного волновода. Антенны бегущей волны - спиральные и диэлектрические. Оптимизация их характеристик. Система двух связанных симметричных вибраторов. Директорные антенны. Резонансные и нерезонансные волноводные щелевые антенные решетки. Фазированные антенные решетки.

Плоские синфазные раскрывы прямоугольной и круглой формы. Апертурные антенны. Волноводные излучатели, секториальные и пирамидальные рупорные антенны; их характеристики. Линзовые антенны на замедляющих и ускоряющих линзах. Параболические зеркальные антенны. Двухзеркальные антенны по схеме Кассегрена и Грегори.

Цель учебно-методического пособия – помочь студентам радиотехнических специальностей вуза закрепить усвоение основных разделов теоретического курса и научиться проводить расчеты параметров и характеристик основных типов линий передач, устройств СВЧ и антенн. Материал в пособии разбит на восемь тематических разделов – четыре по линиям передач и устройствам СВЧ и четыре по антеннам. По своей структуре все восемь разделов идентичны и каждый состоит из трех частей. В первой части приводится справочный материал (основные расчетные соотношения), необходимый, в частности, для выполнения контрольных работ. Во второй части даются указания по проведению решений типовых задач, а в третьей части предлагаются задачи для самостоятельного решения с ответами для контроля. При решении задач необходимо пользоваться международной системой единиц (СИ).

В процессе изучения курса студенты должны выполнить по три контрольных работы. Контрольная работа № 1 по линиям передач и узкополосному согласованию (автор – Л.И. Шангина) представлена в электронном виде и все необходимые указания содержаться на интерфейсе. Контрольные работы № 2 по применению матричного аппарата к расчету устройств СВЧ (автор – В.А. Замотринский) и № 3 по антенным устройствам (автор – Г.Г. Гошин) представлены в пособии в конце соответствующих разделов. Каждая контрольная работа содержит 20 вариантов по пять задач в каждом. Номера вариантов заданий для каждого студента определяются двумя последними цифрами номера его зачетной книжки. Если это число больше числа вариантов, то из него необходимо вычесть число, кратное числу вариантов, чтобы определить номер своего задания. После выполнения этих контрольных работ отчеты по ним следует переслать в электронном виде или по почте в адрес ТМЦДО.