Волноводная технология. Статьи о перспективах применения волноводов большего сечення, полупроводниковых коммутаторах и о современном состоянии техники ферритовых элементов для высокочастотных трактов.

Сборник рассчитан на инженерно-технических и научных работников и на студентов вузов. Он преследует цель популяризации современных достижений науки и техники среди более подготовленных читателей.

Статья И. В. Вавиловой и К- И. Могильниковой знакомит читателей с величииами, характеризующими параметры современных больших остронаправленных антенн и с особенностями измерения этих параметров. Она является вводной к следующим двум статьям. Первая из них, написанная Л. Д. Бахрахом, посвящена многозеркальным антеннам, получившим в последние годы широкое распространение как в бортовых самолетных радиостанциях, так и в наземных установках, в которых зеркальные антенны достигают очень больших размеров. Особенности антенных устройств, применяемых в радиоастрономии, рассматриваются в статье А. А. Пи-стол ькорса.

Последующие две статьи посвящены проблеме сканирования или управления положением луча, играющей чрезвычайно важную роль в современной антенной технике. Первая, написанная Г. А. Евст-роповым, знакомит читателей с основами теории поверхностных волн, получивших широкое применение и используемых, в частности, для частотного сканирования, основанного на изменении частоты передатчика или приемника. Статья А. И. Ардабьевского и М. Т. Новосартова посвящена различным способам сканирования и методам решения возникающих при этом технических задач.

Три статьи относятся к области волноводной техники. Б. В. Се-строрецкий излагает основы теории и практики применения полупроводниковых коммутаторов в волноводных трактах. Эта новая область применения полупроводниковых устройств возникла недавно и бурно развивается. Статья В. В. Шчшкаревой и Б. В. Сес-трорецкого посвящена проблеме использования волноводов большого сечения, играющей большую роль в технике радиотелескопов и в антеннах миллиметровых и субмиллиметровых волн. Техника ферритовых устройств, широко применяемых в волноводных трактах, стоит сейчас перед новыми задачами. О них рассказывает в своей статье А. К. Столяров.

Одной из наиболее новых и оригинальных идей антенной техники, реализованных в последние годы, является идея создания составной (синтезированной) антенны путем суммирования последовательно получаемой информации с приемной антенны, установленной на движущемся объекте. Рассмотрению вопросов, связанных с решением указанной задачи, посвящена статья С. Г. Рудневой. Новая, оптическая область антенной техники, вызванная появлением лазеров, нашла свое отражение в статье Ю. В. Тыж-нова и Г. X. Фридмана.

Наряду с развитием техники остронаправленных антенн значительное развитие получила за последние годы п техника широкодиапазонных слабонаправленных антенн. Ее достижениям посвящена статья Л. С. Бененсона.

Таким образом, настоящий сборник охватьшает широкий круг вопросов современной антенно-волноволнои техники. Помимо указанной выше категории читателей, он представляет интерес и для антенных специалистов, работающи.х в узкой области антенной техники. Сборник, несомненно, будет полезен также студентам радиотехнических вузов.

Интересная, но в то же время трудная задача, поставленная перед авторами, потребовала от них большой работы, связанной с поисками наиболее подходящей формы изложения необходимого материала. Наскол?жо эти поиски увенчались успехом, пусть судит читатель. Коллектив авторов надеется, однако, что даже в настоящем, далеко не совершенном виде выпускаемый сборник представит интерес для широкого круга читателей и в первом приближении решит поставленную перед ним задачу.

А. А. Пистолькорс

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ

И ПРОБЛЕМЫ ТЕОРИИ АНТЕНН

я. и. ФЕЛЬД, л. с. БЕНЕНСОН

1. Введение

Обширный круг задач, решаемых современной радиотехникой, приводит к необходимости разработки антенн различного назначения. Одна нз областей применения современных антенн - радиоастрономия, где требуются приемные антенны с предельно высокой разрешающей способностью, обеспечивающие возможность просматривать узким лучом широкий телесный сектор (вплоть до полусферы). Для этих антенн-радиотелескопов первостепенной является задача повышения отношения сигнал/шум на их выходе, т. е. максимальное снижение уровня шума и увеличение коэффициента усиления. Это требует снижения уровня боковых лепестков и потерь. В радиоастрономии применяются также методы повышения разрешающей способности антенн за счет специальной обработки сигнала, при этом коэффициент усиления или не меняется, или же несколько падает.

Требование просмотра широкого пространственного сектора приводит к необходимости разработки антенн с управляемым лучом. Благодаря отсутствию жестких временных ограничений в радиоастрономии здесь возможно применение механических методов управления; однако в столь больших и громоздких системах, какими являются радиотелескопы, эти методы не всегда применимы. Поэтому разрабатьшаются и внедряются методы электромеханического и электрического управления (первые - преимущественно в зеркальных антеннах, вторые - в решетках). ,

Другой важной областью современной радиотехники является разработка систем сверхдальней (космической) связи. Здесь, как правило, необходимы антенны с предельно высоким коэффициентом усиления (КУ). Поскольку и в отношении остальных параметров требования к этим антеннам и радиотелескопам близки, то зачастую большие антенны строятся для решения обеих задач.

Ряд проблем возникает при разработке антенн для радиолокационных систем (РЛС). Эти антенны, прежде всего, должны иметь высокий коэффициент усиления, низкий уровень боковых лепестков (ввиду необходимости повышения помехозащищенности) и, в отличие от антенн для целей радиоастрономии и космической связи, высокую скорость сканирования (качания луча).

Механическое управление положением луча в современных РЛС, как правило, неприемлемо; необходимо применять чисто электрическое управление при сохранении высоких требований к параметрам антенн.

Разрабатываются также методы управления при помощи самонастройки и временной модуляции распределения тока в антенне; последний метод позволяет улучшить отдельные характеристики антенн и совместить несколько функций в одной системе.

Большинство перечисленных вопросов относится к наземным антеннам. Однако имеется ряд важных задач, касающихся бортовых антенн. Некоторые нз них конструктивно-технологического характера, другие-принципиальные, как, например, разработка антенн с синтезированным раскрывом, получающимся при последовательном перемещении малой антенны за счет когерентной обработки принимаемого ею сигнала. Точно так же важны задачи разработки антенн с диаграммами, максимально приближающимися к ненаправленным, и маловыступающих бортовых антенн.

Теория антенн до последнего времени основывается на использовании метода Гюйгенса - Кирхгофа в совокупности с методами геометрической оптики. Однако эти методы дают удовлетворительную картину поля только в пределах главного лепестка и ближайших к нему боковых лепестков диаграммы направленности.

Для исследования тонкой структуры дальних боковых лепестков, а следовательно, и определения зависящих от них КУ и шумовой температуры антенны эти методы явно недостаточны. Между тем Теория дифракции в настоящее время пополнилась большим количеством эффективных методов, таких как, например, методы краевых волн, параболического уравнения (метод поперечной диффузии), дифракционных лучей и ряд других асимптотических методов. Использование этих методов в теории антенн в настоящее-вре-мя является актуальной задачей.

2. Основные типы

современных остро:(аправленных антенн

Большинство современных остронаправленных антенн может быть отнесено к одной из двух основных групп - антеннам оптического типа и антенным решеткам.

Антенны оптического типа (преимущественно зеркальные) получили широкое распространение благодаря простоте конструкции и несложности настройки. В настоящее время применяется много

различных модификаций этих антенн, например двух- и трехзер-кальные, позволяющие улучшить коэффициент использования поверхности зеркала, уменьшить габариты и облегчить реализацию электромеханического качания луча. В последнее время разработаны также большие зеркальные антенны переменного профиля, выполняемые в виде набора плоских элементов, положением которых можно управлять. Эти антенны позволяют производить качание луча в широком секторе в обеих плоскостях. Благодаря тому, что они состоят из отдельных элементов, которые могут выставляться геодезическими способами, точность выдерживания необходимой поверхности у них на один - два порядка выше, чем у обычных сплошных антенн; это позволяет резко увеличить оптимальные размеры антенны в одной плоскости.

Антенные решетки - давно известный тип антенны. Однако до последнего времени они использовались главным образом как антенны без качания луча и, вследствие сложности Системы питания и трудностей при настройке, не могли конкурировать, например, с зеркальными антеннами.

В настоящее время фазированные решетки начинают широко применяться благодаря тому, что посредством их легко осуществлять быстрое (электрическое) качание луча, создавать оптимальные диаграммы направленности, применять различные способы обработки сигнала, самонастройку (самонаведение) и направленное переизлучение сигнала, а также повышать излучаемую мощность путем установки в каналах отдельных излучателей относительно маломощных СВЧ усилителей.

3. Проблемы, связанные с разработкой методов синтеза

Основная задача построения антенны, это - по сути дела - задача синтеза, так как на практике по заданным выходным параметрам необходимо сначала синтезировать, а затем реализовать распределение источников. Однако полностью эта задача, как правило, не решается, и обычно ограничиваются лишь первой ее частью, т. е. получением требуемого распределения источников. Реализация этого распределения представляет собой задачу синтеза схемы антенны и включает в себя как выбор конструкции антенны, так и расчет параметров ее элементов по заданным токам. Например, в случае антенных решеток последний сводится главным образом к расчету сопротивления излучателей. Однако ценность такого, весьма трудоемкого расчета невелика из-за малой точности расчета реактивных компонент сопротивлений. Поэтому эта, вторая часть задачи построения антенны обычно решается при помощи различных инженерных приемов и методов, зачастую полуэмпирических.

Следует отметить, что в случае рассеивающих антенн оптического типа можно, применяя методы геометрической оптики, рас-