Слаботочка Книги

[1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62

Антенны различного назначения: широкополосные, многодиапазонные, многолучевые н адаптивные фазированные антенные решетки (ФАР); антенны с цифровой и оптической обработкой сигналов; большие зеркальные антенны; антенные системы космических аппаратов; антенны на основе управляемых сред; статистический синтез антеин и управление лучом ФАР; их электромагнитная совместимость; моделирование характеристик; автоматизация проектирования и экономика антенностроения.

изложен материал (например, в гл. 9), мало известный специалистам, а также материал по комплексному подходу к проектированию некоторых типов антенн, например больших зеркальных. Каждая из глав помимо теоретической имеет прикладную направленность.

Приведенный материал не охватывает всех актуальных проблем антенной техники, но позволяет судить о состоянии исследований и перспективах развития многих из них.

Для научных работников - специалистов по радиосистемам~ теории и технике антенн.

Табл. 8. Ил. 254. Библиогр. 279 назв.

2302020300-067

П -10-89

046(01)-89

Рецензент д-р техн. наук, проф. В. А. Каплун Редакция литературы по радиотехнике

Научное издание

БАХРАХ ЛЕВ ДАВЫДОВИЧ, БЕЙ НИКОЛАЙ АРСЕНТЬЕВИЧ, БРАТЧИКОВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ и др.

проблемы антенной техники

Заведующий редакцией В. Л. Стерлигов

Редактор В. А. Лазарева Художественный редактор А. С Широков Технический редактор О. А. Гришкииа Корректор Т. В. Дземидович

ИБ № 1740

Сдано в набор I7.II.88 Подписано в печать 23.02.89

Т-07749 Формат 60x90/ie Бумага типографская № 2 Гарнитура литературная

Печать высокая Усл. печ. л. 23,0 Усл. кр.-отт. 23,0 Уч.-изд. л. 24,32

Тираж 9200 экз. Изд. № 22563 Зак. № 178 Цена 2р. 70 к.

Издательство Радио и связь . lOIOOO Москва, Почтамт, а/я 693

Типография издательства *Радио и связь . 101000 Москва, ул. Кирова, д. 40

ISBN 5-256-00335-6 © Издательство Радио и связь , 1989

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пожалуй, ни одна из отраслей радиоэлектроники не является столь многогранной я динамической, как техника антенно-вол-новодных устройств. Она во многом определяет состояние радиолокации, техники связи, радиоастрономии. Современные антенно-волноводные устройства базируются не только на электродинамике, НО и на последних достижениях электроники, полупроводниковой техники, теории информации, системах управления и т. д. Новые качественные характеристики радиотехнических систем в значительной мере определяются антенными устройствами. Наблюдается тенденция во многих случаях органического слияния собственно антенн, передающих и приемных устройств и систем обработки сигналов. Ярким примером сказанного являются активные фазированные решетки.

Осуществление дальней космической связи, развитие радиоастрономии вОСНОВНОМ определяется созданием оптимальных больших антенн. Большая насыщенность радиосигналами окружающего пространства заставляет адаптироваться к окружающей обстановке, в частности создавать адаптивные антенные системы. Различные объекты, например летательные аппараты, имеют десятки антенных устройств различных диапазонов и назначения, поэтому необходимо создавать совместимые электромагнитные системы, эффективность которых во многом зависит от характеристик антенных устройств. Эти отдельные примеры иллюстрируют некоторые новые тенденции современной техники антенн. С другой стороны, в настоящее время от традиционных антенных систем, как правило, требуется обеспечить предельные характеристики, такие, например, как весьма низкий уровень боковых лепестков, максимальный коэффициент использования поверхности, широко-полосность, быстрое управление диаграхммой направленности и т. д.

Настоящая книга является третьей книгой, посвященной проблемам антенно-волноводной техники. Первая, вышедшая в 1967 г. под редакцией А. А. Пистолькорса, представляла собой сборник статей по актуальным проблемам антенной техники и имела цель главным образом популяризовать этот раздел радиоэлектроники. Вторая книга, вышедшая в 1979 г. (редакторы Л. Д. Бахрах и Д. И.Воскресенский), была написана в другом стиле, в ней достаточно кратко были систематично описаны основные тенденции развития антенн и роль антенных устройств в радиотехнических

системах. Основное внимание было уделено фазированным антенным решеткам.

Настоящая книга, по построению соответствуя первой, существенно отличается от нее не только тем, что в ней рассмотрены многие новые тенденции развития антенн (20 лет - весьма значительный срок для бурно развивающейся антенной техники), но и главным образом - уровнем изложения материала. Книга прежде всего предназначена для специалистов, работающих в области антенн, и в ней в ряде случаев рассмотрены совершенно новые вопросы, которые можно найти только в периодической литературе.

Первые главы посвящены общим вопросам состояния теории и техники антенн и проблемам ЭМС, связанным с антенными устройствами. Фазированным антенным решеткам посвящены гл. 3-7. В этих главах, во-первых, обобщены известные положения теории и техники ФАР и изложены новые результаты, полученные в последнее время. Рассмотрены различные функциональные характеристики ФАР, такие, например, как широкополос-ность, многолучевость, дианазонность, совмещение нескольких диапазонов. Рассмотрены также методические вопросы расчета и проектирования ФАР. Вопросы цифровых методов формирования диаграмм направленности приемных антенных решеток в таком систематическом виде излагаются в отечественной литературе впервые.

Исключительное значение ;в настоящее время приобретают адаптивные антенные решетки. В гл. 8 изложены основные свойства и характеристики адаптивных антенных решеток, и специалистам во многих случаях пользоваться этим компактным материалом удобнее, чем вышедшей недавно переводной монографией Мозинго и Миллера. Радиооптические антенные решетки (гл. 9) еще мало известны специалистам. Изложенный по этому направлению материал поможет читателям понять круг вопросов, связанных с радиооптическими решетками. В гл. 10 изложена в сжатом виде техника больших зеркальных антенн. Характерной особенностью здесь является комплексный под.ход к их проектированию, рассматриваются не только их технические характеристики, но и конструкция, системы наведения и т. д. Аналогична по своей прикладной направленности гл. 11, посвященная антенным системам автоматических космических станций.

Глава 12 посвящена сканирующим антеннам на основе линз с электрически управляемым показателем преломления. Этот частный тин антенн вызывает значительный интерес как в нашей стране, так и за рубежом. В гл. 13, посвященной синтезу антенн, развито новое направление статистики антенн, имеющее важное теоретическое и практическое значение. Последние четыре главы посвящены вопросам, которые слабо обвещены в литературе. Это вопросы управления антенными комплексами, энергетические, стоимостные характеристики антенн, автоматизация проектирования в антенностроении. Все эти вопросы весьма су-

щественны, поскольку в настоящее время антенны - не отдельная область радиоэлектроники, а большая самостоятельная отрасль.

Некоторые актуальные разделы теории и техники антенн в книге отсутствуют. Для этого имеется ряд причин. Не включен в книгу такой важный раздел, как антенные измерения, так как по данному вопросу вышли монографии: А. Ф. Страхова Автоматизированные антенные измерения (М.: Радио и связь, 1985 г.) и коллектива авторов под ред. Г. Г. Бубнова Коммутационный метод измерения характеристик ФАР (М.: Радио и связь, 1988 г.).

Выпущены монографии по микрополосковым антеннам; монография, касающаяся некоторых вопросов проектирования активных фазированных решеток. Несколько монографий опубликовано по машинному проектированию СЕЧ устройств, в частности, антенн. К сожалению, ограниченный объем книги не позволил рассмотреть такие важные и актуальные разделы антенной техники, как активные ФАР, гибридные антенны, многозеркальные антенны с оптимальными свойствами и др. Выбор материала монографии прежде всего определяется актуальностью проблем, но в известной мере связан с направленностью работ авторов. Что же касается изложения теоретических вопросов, таких, как, например, электродинамическая теория антенн, теория синтеза антенн, то здесь надо сказать, что эти вопросы рассмотрены применительно к отдельным типам антенн; по некоторым общим вопросам электродинамики антенн изданы известные в отечественной литературе монографии, вопросам синтеза антенн в семидесятые годы также был посвящен ряд монографий, в которых рассматривались различные аспекты этой проблемы.

Коллектив авторов надеется, что книга в представленном виде все же окажется полезной специалистам, работающим в области антенн и смежных областях.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ АНТЕНН И ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ

Л. Д. БАХРАХ, Д. И. ВОСКРЕСЕНСКИЙ 1.1. АНТЕННЫ В СОВРЕМЕННОЙ РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ

Расширение круга задач, решаемых современной радиоэлектроникой, а также их усложнение стимулировало в последние десятилетия интенсивное развитие теории и техники антени. Основные области использования радиоэлектроники - связь, телевидение, радиолокация, радиоуправление, радиоастрономия, а также системы определения государственной принадлежности, инструментальной лосадки, радиоэлектройного противодействия, телеметрия и другие невозможны без применения antenH с различными характеристиками. В процессе развития антенн они усложнялись, появлялись принципиально новые их классы, расширялись выполняемые функции, и антенны зачастую превращались из простых взаимных устройств в сложные динамические системы, содержащие в большинстве случаев сотни, тысячи различных эле-.ментов.

Конструктивно антенны в процессе развития также существенно видоизменялись. Наряду с проволочными вибраторными антеннами, созданными на первых этапах развития, широко рас-пространецы антенны апертурные, бегущей волны, фазированные антенные решетки (ФАР), активные ФАР (АФАР), антенны с обработкой сигнала и др. Разработаны щелевые, импедансные, диэлектрические, ферритовые, печатные и другие типы конструктивного исполнения антенн.

Кроме излучения и приема электромагнитных волн для передачи информации на расстояние антенная система стала выполнять дополнительные функции: определение угловых координат источников излучения (с возможно большей точностью и разрешающей способностью); усиление сигналов, пространственную, временную, пространственно-временную обработку принятых сигналов, адаптацию, самонастройку для обеспечения помехозащищенности и электромагнитной совместимости. В ряде случаев антенна должна решать задачи получения внекоординатной информации об отражающем объекте, распознавания образа или осуществления радиовидения путем поляризационной обработки и голографических методов преобразования приходящих электро-6

магнитных полей радиодиапазона. В некоторых антенных задачах возникает необходимость получения пространственно-временной фильтрации полей источников, расположенных в зоне Френеля. Прорабатывается ряд новых областей использования антенной техники. Например, для решения энергетических проблем предлагаются антенные СВЧ системы передачи мощности на сверхдальние расстояния и орбитальные солнечные станции с активными антенными решетками для канализации энергии на землю. Огромную роль играет антенная техника в решении проблем космического оружия [1].

Таким образом, наряду с антеннами, представляющими простые взаимные устройства, применяются активные электрически управляемые антенные системы с присущими им характеристиками управления, динамического диапазона, нелинейностью, быстродействием, гиротропией и т. д. Расчет и проектирование таких современных антенн базируется не только на прикладной электродинамике, но и на теории радиотехнических систем и сигналов, электронных цепей, технической кибернетики и т. д. Реализуемость требуемых антенных характеристик во многом определяется существующей технологической и элементной базой, материалами, активными приборами, фазовращателями, микропроцессорной техникой и ЦВМ.

С развитием техники антенн возросла их роль в радиотехнических системах, увеличилась их стоимость и к настоящему времени в ряде областей радиоэлектроники антенны играют решающую роль. В наибольшей степени это относится к ФАР, АФАР, антенным решеткам с обработкой сигнала, радиотелескопам. Реализуемые в настоящее время характеристики антенн предопределяют основные параметры радиооистем. Так, в радиолокационных станциях с ФАР разрешающая опособность, точность определения угловых координат объектов, время обзора и установки луча в заданную точку пространства, помехозащищенность и другие параметры определяются в основном характеристиками антенн. Многие антенные характеристики являются исходными при построении новых радиосистем, например комплексов для дальнего космоса, в которых реализуемое усиление антенны определяет дальность действия.

Конструкция многоэлементных антенных систем оказывается весьмасложной и в основном определяет массогабаритные харак-теристиюи радиосистем. Развитие микроэлектроники и ее достижения нашли свое отражение и в антенной технике. Так, элементная база микроэлектроники применяется в антенных устройствах обработки сигнала и системах управления лучом ФАР. Непосредственно в антеннах широко используются интегральные по-лосковые узлы, полосковые и микрополосковые линии передачи и выполненные на их основе различные устройства СВЧ (фазовращатели, коммутаторы, смесители, усилители и т. д.). Последнее время интенсивно разрабатываются печатные полосковые антенные решетки. Однако потенциальные возможности микроэлек-

[1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62