УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ ТЕОРИЯ И ТЕХНИКА АНТЕНН Толмачев А.И. В результате изучения курса студент должен знать: уравнения Максвелла и основные принципы теории излучения; основные параметры антенн, методы их расчета и измерения; основные методы расчета параметров линий передачи СВЧ диапазона; уметь: на основе анализа заданных технических требований производить выбор требуемого типа антенны и фидерной линии; производить расчет антенно-фидерной системы. иметь представление о: методах решения краевых задач для уравнений Максвелла; методах решения задач возбуждения резонаторов и волноводов; основных тенденциях развития теории и техники антенн Основными видами занятий являются лекции и практические занятия. Основными видами промежуточного контроля знаний являются: тестирования Основным видом рубежного контроля знаний является экзамен. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА Тема 1. Основы теории излучения Образование свободных электромагнитных волн. Волновое уравнение. Плоские электромагнитные волны. Свойства электромагнитных волн. Энергия и импульс электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга. Давление электромагнитных волн. Решение задачи об излучении элементарного диполя. Излучение малой рамки с током. Экспериментальное исследование электромагнитных волн. Опыты Г. Герца. Вибратор Герца. Работы П. Н. Лебедева и А. С. Попова. Исследования Г. Маркони и Ф. Брауна. Нобелевская премия по физике 1909 г. Принципы радиосвязи. Модуляция колебаний. Радиопередатчик, передающая антенна. Демодуляция колебаний. Радиоприемник, приемная антенна. Гетеродинный прием. Супергетеродинный прием. Полусвободные электромагнитные волны. Понятие о радиолокации. Международные стандарты радиочастот. Цифровой способ передачи радиосигнала. Основные параметры антенны: направленность излучения антенны, диаграмма направленности, коэффициент направленного действия, поляризационная характеристика, сопротивление излучения, КПД антенны, диапазон рабочих частот, эффективная площадь антенны. Тема 2. Вибраторные (линейные) антенны Назначение передающей и приемной антенн. Влияние среды на условия распространения радиоволн. Основные задачи теории антенн. Основные задачи теории распространения радиоволн. Расчет поля излучения антенн. Применение принципа суперпозиции к расчету поля излучения антенн. Особенности расчета поля в дальней зоне антенны. Основные электрические параметры передающих антенн. Теория симметричных вибраторов. Приближенный закон распределения тока в симметричном электрическом вибраторе. Диаграмма направленности, коэффициент направленного действия и действующая длина симметричного вибратора. Входное сопротивление, сопротивление излучения и полоса пропускания симметричного вибратора. Основы строгого решения задачи о симметричном вибраторе в квазистационарном приближении. Вариационные методы определения сопротивлений и распределения токов в тонких антеннах и проводниках. Распределение тока в тонком бесконечном проводнике. Многовибраторные антенны. Антенна из двух полуволновых вибраторов. Многоэтажная синфазная антенна. Многовибраторная антенна типа бегущей волны. Интерференционный множитель. Мощность и сопротивление излучения системы вибраторов. Метод наведенных ЭДС. Расчет собственных и наведенных сопротивлений вибраторов. Излучение антенных решеток. Основы теории приемных антенн. Физические основы процесса приема. Применение принципа обратимости для анализа приемных антенн. Согласование приемной и передающей антенн по поляризации. Условия выделения максимальной мощности в нагрузке приемной антенны. Особенности распределения тока и эквивалентная ЭДС приемного вибратора. Влияние Земли на направленность антенны. Отражательные формулы. Несимметричные заземленные антенны. Оценка их параметров. Роль заземления. Особенности антенн диапазонов СДВ, ДВ, СВ и КВ. Рамочные и ромбические антенны. Особенности работы антенн в проводящей среде и плазме. Тема 3. Антенны свч диапазона. Особенности СВЧ диапазона. Применение колебательных систем и передающих линий на СВЧ. Недостатки обычных колебательных систем и передающих линий на повышенных частотах. Понятия объемного резонатора и волновода. Объемные резонаторы. Нахождение параметров объемных резонаторов с помощью теории поля. Выражение добротности объемного резонатора через его активную и реактивную проводимости. Виды колебаний в объемных резонаторах. Общие свойства электромагнитных полей в объемных резонаторах. Типы полей в простейших резонаторах (прямоугольного сечения, круглого сечения, резонаторе квазистационарного типа). Электромагнитные волны в направляющих системах. Направляющие системы и направляемые волны. Типы направляющих систем и направляемых волн. Теорема о связи поперечных и продольных компонент поля. Полые волноводы. Типы волн в волноводах прямоугольного и круглого сечений. Дисперсия волн в волноводе. Волна Н10 в прямоугольном волноводе. Передача и поглощение энергии в волноводах. Неоднородности в волноводах. Метод эквивалентных схем. Стоячие волны и согласования. Приближенные методы решения антенных задач СВЧ диапазона. Метод физической оптики. Дифракция на диске. Дифракция на отверстиях и непрозрачных экранах. Методы краевых волн. Метод геометрической оптики. Общие идеи и основная формула, связывающая поля в двух точках на луче. Отражение плоской волны от круглого параболического зеркала. Геометрическая теория дифракции. Щелевые антенны. Принцип дополнительности для плоских экранов. Идеальная щелевая антенна, Аналогия с вибраторами. Реальные щелевые антенны. Щели в экранах конечных размеров. Щели в резонаторах и волноводах. Апертурные антенны. Влияние распределений амплитуды и фазы поля на раскрыве антенны на характеристики антенн. Волноводные и рупорные антенны. Их особенности. Излучение из открытого конца волновода. Учет отражений. Зеркальные и линзовые антенны. Их особенности и разновидности. Фазированные антенные решетки. Антенны бегущей волны. Диэлектрические антенны. Общие закономерности таких антенн. Cпиральные антенны. Их особенности. Сверхширокополосные антенны. Использование голографических идей для создания антенных систем высокого разрешения. ЛИТЕРАТУРА Основная: 1. Ерохин Е. А., Чернов О. В., Козырев Н. Д., Кочержевский В. Д. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. Учебник для вузов.– 3-е издание – М., изд-во «Горячая линия – Телеком», 2007. 491 с. Дополнительная: 1. Кинбер Б. Е., Классен В. И. Теория и техника антенн. Учебное пособие. – М., изд-во МФТИ, 1985. 124 с. 2. Вайнштейн Л. А. Электромагнитные волны. – 2-е издание, переработанное и дополненное – М., изд-во «Радио и связь», 1988. 440 c. 3. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. Учебник для вузов по специальности «Радиотехника». – М., изд-во «Высшая школа», 1988. 430 c. 4. Савельев И. В. Курс общей физики. Учебное пособие для втузов в 5-и книгах. Книга 4 – Волны. Оптика. – М., ФИЗМАТЛИТ, 2006. 256 с. 5. Фельд Я. Н., Бененсон Л. С. Основы теории антенн. Учебное пособие для вузов. – 2-е издание, переработанное. – М., изд-во «Дрофа», 2007. 491 c