Теория антенн и антенные решетки

Антенны преобразуют направленные сигналы в излучаемые волны и обратно, характеризуются диаграммой направленности, коэффициентом усиления и импедансом, а также объединяются в решетки для обеспечения направленности.

Definition

Теория антенн изучает устройства, которые эффективно излучают или принимают электромагнитные волны, количественно оценивая их характеристики с помощью диаграммы направленности, направленности, коэффициента усиления, импеданса и поляризации, а решетки объединяют несколько элементов для управления формой и направлением излучаемого луча.

Scope

Эта тема охватывает проектирование излучающих структур: линейные и апертурные антенны, диаграмму направленности, направленность и коэффициент усиления, сопротивление излучения, входное сопротивление и полосу пропускания, поляризацию, взаимность передачи и приема, а также антенные решетки с их множителем решетки, управлением лучом и формированием луча. Она применяет теорию излучения к практическим системам связи и зондирования.

Core questions

• Как определяются диаграмма направленности и коэффициент усиления антенны?
• Почему свойства передачи и приема связаны принципом взаимности?
• Как решетки элементов управляют и формируют луч?

Key concepts

• диаграмма направленности
• направленность
• коэффициент усиления
• сопротивление излучения
• входное сопротивление
• взаимность
• множитель решетки
• формирование луча

Key theories

Параметры антенны и взаимность

Антенна описывается диаграммой направленности, направленностью, коэффициентом усиления, сопротивлением излучения и импедансом, и в силу взаимности ее диаграммы передачи и приема идентичны.

Множитель решетки и формирование луча

Совместная диаграмма направленности антенной решетки представляет собой диаграмму направленности элемента, умноженную на множитель решетки, определяемый расстоянием между элементами и их фазированием, что позволяет сужать и электронно управлять лучом.

Clinical relevance

Конструкция антенн обеспечивает мобильную и спутниковую связь, радиолокацию и дистанционное зондирование, радиотелескопы, беспроводную передачу энергии и RFID, а также фазированные решетки и конструкции катушек, используемые в радиолокационной медицине и магнитно-резонансной томографии.

History

Диполь и петля Герца были первыми антеннами, а Маркони масштабировал их для беспроводной связи на большие расстояния. В XX веке были созданы направленные антенные решетки, такие как конструкция Яги-Уда, а антенна Янского обнаружила космические радиоволны, положив начало радиоастрономии; фазированные решетки позднее позволили осуществлять электронное управление лучом.

Key figures

• Guglielmo Marconi
• Heinrich Hertz
• Karl Jansky

Seminal works

• balanis2016
• kraus2002

Frequently asked questions

Что такое коэффициент усиления антенны?

Коэффициент усиления измеряет, насколько сильно антенна концентрирует излучаемую мощность в предпочтительном направлении по сравнению с изотропным излучателем, сочетая направленность с эффективностью.

Как решетка может управлять своим лучом без физического перемещения?

Путем регулировки относительной фазы сигнала, подаваемого на каждый элемент, решетка изменяет направление, в котором вклады элементов складываются конструктивно, электронно управляя лучом.