Теория та практика антен

Мета дисципліни
придбання навичок проектування пристроїв НВЧ та антен, формування комплексу знань з теорії антено - фідерних пристроїв, а також вивчення можливостей використання НВЧ антен в радіотехнічних системах.

Завдання дисципліни: 
Вивчення базових характеристик НВЧ антен. 
 Вивчення методів аналізу та синтезу антен зі спеціальними властивостями щодо діаграми спрямованості. 
 Вивчення апертурних антен та фазованих антенних решіток.
 Засвоєння методів математичного аналізу пристроїв НВЧ.
Методи побудови дільників потужності та мостових пристроїв. 
 Придбання навичок щодо   побудови композиційних НВЧ пристроїв.
У процесі вивчення курсу зосереджується увага на засвоєнні знань з таких питань: загальні основи побудови та використання радіотехнічних систем з сучасними антенами, розвиток теорії антен і антенних решіток.
 
 
Основні результати навчання
 
Знати теорію та методи фундаментальних та загальноінженерних наук в об’ємі необхідному для розв’язання спеціалізованих задач та практичних проблем у галузі професійної діяльності.
 
Здатність знаходити, оцінювати і використовувати інформацію з різних джерел, необхідну для розв’язання професійних завдань, включаючи відтворення інформації через електронний пошук. 
Знаходити рішення практичних задач радіоелектроніки та телекомунікації  шляхом застосування відповідних понять теорії кіл, електродинаміки та поширення радіохвиль, сигналів та процесів в радіотехніці.
 
У результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен знати:
фізичні явища, процеси та закономірності в електронних пристроях і приладах  НВЧ;  
принципи  роботи  та  характеристики  пристроїв  і  приладів НВЧ,  а  також  їх  елементів;  основи  теорії  антен;  
основи  проектування  та розрахунків  типових  антен  і  пристроїв  НВЧ; 
основні  призначення  та експлуатації антен і пристроїв НВЧ; область простору, що істотно впливає на ПРХ;  
особливості  поширення  в  атмосфері  радіохвиль  різних  діапазонів; 
енергетичний розрахунок радіоліній зв'язку. 
 
    Уміти проводити якісний аналіз електромагнітних процесів у будь яких пристроях  і  приладах  НВЧ.  Володіти технікою  експериментального дослідження  електромагнітних  полів  у  вільному  просторі,  замкнутих електродинамічних структурах та пристроях і приладах НВЧ; розробляти рекомендації  щодо  призначення  та  експлуатації  антен,  елементів, пристроїв  і  приладів  НВЧ  на  основі  довідкових  даних,  а  також  при альтернативному  виборі  необхідних  антен,  елементів  і  пристроїв  НВЧ; розраховувати параметри антен та радіоліній зв'язку. 

 
Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять
 
Л – лекційні заняття; СРЗ – самостійна робота здобувача вищої освіти; ЛЗ – лабораторні заняття; К – консультації викладача, МКР – модульна контрольна робота.
 
 
Тематика та види навчальних занять
 
1 тиждень
Л1.  Основні характеристики антен і пристроїв НВЧ.
1.1 Антени і пристрої НВЧ в  радіосистемах.
1.2 Загальні характеристики  антен  і пристроїв  НВЧ.    
1.3 Особливості розрахунку і конструювання антенно-фідерних пристроїв.
1.4 Класифікація  антен і ліній  передачі.
ЛЗ 1. Вимірювання параметрів роботи довгої лінії для випадків різноманітного навантаження.
Забезпечення узгодження лінії передачі НВЧ енергії та навантаження на лабораторному стенді.
СРЗ. К.

2 тиждень
Л2. Основи теорії ліній передачі.
 2.1 Класифікація ліній передачі НВЧ.
 2.2 Диференціальні рівняння довгої лінії.
ЛЗ 2. Розрахунок  режиму роботи лінії та параметрів навантаження.
СРЗ. К

3 тиждень
Л3. Аналіз режимів роботи ліній передачі.
3.1 Режими роботи довгої лінії без втрат.
3.2 Коефіцієнт корисної дії лінії з втратами.
3.3 Межі застосовності теорії регулярних ліній передачі.
ЛЗ 3. Вимірювання матриці опорів спрямованого відгалужника [9].
Вимір закону розподілу НВЧ поля в лінії передачі, що навантажена на спрямований відгалужник
Розрахунок матриці опорів спрямованого відгалужника
 
СРЗ. К

4 тиждень
Л4. Характеристики основних типів ліній передачі НВЧ.
4.1 Металеві хвилеводи.
4.2 Узагальнення теорії довгих ліній  на хвилеводні тракти.
4.3 Коаксіальні хвилеводи.
4.4 Полозкові лінії.
ЛЗ 4. Вивчення режимів роботи НВЧ ліній передачі.
Вимір коефіцієнтів відображення, бігучої хвилі, стоячої хвилі у режимах холостого ходу та короткого  замкнення 
Розрахунок параметрів хвилі, що існує у лінії
СРЗ. К

5 тиждень
Л5. Принципи узгодження лінії  передачі із навантаженням.
5.1 Цілі  узгодження.
5.2 Способи вузько-смугового узгодження.
ЛЗ 5. Вивчення методів узгодження НВЧ ліній передачі з навантаженням.
Вимір коефіцієнтів відображення, бігучої хвилі, стоячої хвилі при різних типах навантаження 
Розрахунок параметрів шлейфу, що компенсує
СРЗ. К

6 тиждень
Л6. Погоджуючи пристрої.
 6.1 Способи широкосмугового узгодження.
     6.2 Погоджуючи пристрої в лініях  передачі НВЧ.
ЛЗ 6. Вивчення трансформаторів      опору на основі східчастого переходу.
Вимір порівняльного загасання хвилі основного типу в східчастому переході
Розрахунок параметрів трансформатору      опору на основі східчастого переходу.
СРЗ. К

7 тиждень
Л7.  Поле випромінювання  і спрямованість дії антен.
7.1 Електродинамічні основи теорії  антен. Поняття дальньої,  проміжної і ближньої  зон.
7.2 Векторна  комплексна діаграма  спрямованості антени.
7.3 Коефіцієнти  направленої дії і посилення антени.
ЛЗ 7. Вивчення трансформаторів      опору на основі експонентного переходу.
Вимір порівняльного загасання хвилі основного типу в експонентному переході
Розрахунок параметрів трансформатору      опору на основі експонентного переходу.
СРЗ. К

8 тиждень
Л8.  Енергетичні характеристики антен.
8.1 Опір випромінювання, коефіцієнт корисної дії  і  вхідний імпеданс.
8.2 Робоча смуга частот і гранична потужність антени.
ЛЗ 8. Вивчення вентилів НВЧ.
Вимір потужності НВЧ полів на вході та на виході вентилю. 
Розрахунок характеристик вентилів.
МКР1.СРЗ. К
 
9 тиждень
Л9.  Симетричний вібратор.
            9.1 Постановка  і строге  рішення задачі про розподіл струму на вібраторі
9.2 Наближена теорія  вібратора
9.3 Поле випромінювання симетричного вібратора і його діаграма спрямованості
ЛЗ 9. Вивчення фазообертачів НВЧ.
Вимір потужності НВЧ полів на вході та на виході відбивного фазообертача 
Розрахунок матриці  розсіювання відбивного фазообертача
СРЗ. К

10 тиждень
Л10.  Основи теорії антен НВЧ.
10.1 Класифікація антен  НВЧ.
10.2 Строга і наближена теорії антен НВЧ. Внутрішня і зовнішні задачі теорії антен.
10.3 Поле випромінювання і діаграма спрямованості плоского синфазного  розсуву.
10.4 Коефіцієнт направленої дії синфазного плоского розсуву.
10.5 Вплив фазових помилок  на діаграму спрямованості  і  КНД  плоского розсуву.
ЛЗ 10. Визначення коефіцієнту підсилення антен методом дзеркального відображення.
Вимір параметрів розподілу поля в лінії передачі, що навантажена на рупорну антену
Розрахунок коефіцієнту підсилення антени На основі аналізу величини коефіцієнту стоячої хвилі з навантаженням і в режимі холостого ходу
СРЗ. К
 
11 тиждень
Л11.  Випромінювачі у вигляді  відкритого  кінця  хвилеводу.
11.1 Хвилевий опір хвилеводної антени.
11.2 Розрахунок діаграми спрямованості антени у вигляді відкритого  кінця  хвилеводу.
ЛЗ 11. Вивчення характеристик направленості рупорних антен.
Вимір діаграми направленості рупорної антени у двох взаємно-перпендикулярних  площинах 
Визначення коефіцієнту підсилення, рівню бічних пелюстків, коефіцієнту спрямованої дії
СРЗ. К

12 тиждень
Л12.  Рупорні антени.
12.1 Основні типи рупорних антен.
12.2 Розрахунок геометричних параметрів рупорної антени.
12.3 Розрахунок діаграми спрямованості рупорної антени.
ЛЗ 12. Вивчення характеристик направленості дзеркальних антен.
Вимір діаграми направленості дзеркальної антени у двох взаємно-перпендикулярних  площинах 
Визначення коефіцієнту підсилення, рівню бічних пелюстків, коефіцієнту спрямованої дії
СРЗ. К
 
13 тиждень
Л13.  Дзеркальні антени.
13.1 Характеристики спрямованості дзеркальних антен.
13.2 Усунення реакції дзеркала на випромінювач.
13.3 Точність  виготовлення  дзеркальних антен. Граничний коефіцієнт підсилення дзеркальних антен.
13.4 Спеціальні типи дзеркальних антен. Галузі застосування дзеркальних антен.
ЛЗ 13. Вивчення характеристик направленості хвилеводно - щілинних антен.
Вимір діаграми направленості хвилеводно - щілинної антени у двох взаємно-перпендикулярних  площинах 
Визначення коефіцієнту підсилення, рівню бічних пелюстків, коефіцієнту спрямованої дії
СРЗ. К

14 тиждень
Л14.  Лінзові антени.
14.1 Розрахунок геометричних параметрів лінзової антени, що прискорює.
14.2 Розрахунок діаграми спрямованості лінзової антени, що прискорює.
14.3 Розрахунок геометричних параметрів лінзової антени, що уповільнює.
14.4 Розрахунок діаграми спрямованості лінзової антени, що уповільнює.
ЛЗ 14. Вивчення характеристик направленості діелектричних - стрижневих антен.
Вимір діаграми направленості діелектрично - стрижневої антени у двох взаємно-перпендикулярних  площинах 
Визначення коефіцієнту підсилення, рівню бічних пелюстків, коефіцієнту спрямованої дії
СРЗ. К

15 тиждень
Л15.  Антенні  решітки.
15.1 Антенні решітки і їх класифікація
15.2 Методи  розрахунку характеристик  антенних решіток 
15.3 Випромінювання лінійної синфазної антени
15.4 Випромінювання  плоских  і  просторових  синфазних решіток.
15.5 Решітки з лінійним  набігом  фази. Антени з електричним  скануванням.
ЛЗ 15. Вивчення характеристик направленості лінійних  антенних решіток.
Вимір діаграми направленості лінійної  антенної решітки у двох взаємно-перпендикулярних  площинах 
Визначення коефіцієнту підсилення, рівню бічних пелюстків, коефіцієнту спрямованої дії
МКР2. СРЗ. К

Індивідуальна робота - курсова робота

Курсова робота має наступні цілі:
закріплення основних теоретичних положень курсу, 
придбання навичок інженерного розрахунку антен до пристроїв НВЧ, 
використання ЕОМ і прикладних програм для розрахунку характеристик пристроїв і вибору основних елементів конструкції розроблювальних пристроїв.
Завдання на курсову роботу видається на початку 7-го семестру.
Студентам   надаються індивідуальні теми, присвячені дослідженню окремих задач створення складних антен НВЧ,   переважно такі, що   пов’язані   з   виконанням   дипломних робіт.
Тематика КР може охоплювати наступні  питання:
аналітичний огляд проблем проектування антен та окремих частин НВЧ тракту;
розрахунок та проектування складних антен у тому числі антенних решіток;
розробка методики оптимізації параметрів антен і антенних решіток  з урахуванням діючих керівних матеріалів і стандартних програм ЕОМ.
Захист курсової роботи  проводиться на 15 тижні
 
Самостійна робота
 
Самостійна робота складає 75 годин. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт: підготовка до лекційних занять – 15 годин;  підготовка до лабораторних занять – 30 годин, виконання курсової роботи – 30 годин.
 
 
Процедура оцінювання
 
Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. 
Здобувачі протягом семестру готуються до лекційних та практичних занять, виконують дві модульні контрольні роботи. Кожний модуль оцінюється у 50 балів:
Семестровий модуль № 1
Оцінка за виконання лабораторних робіт (1 – 7) – 20 балів. Термін надання виконаних робіт – до 8 тижня.
МКР1 – 30 балів (8 тиждень). 
Перескладання можливе протягом 9 – 11 тижнів за розкладом консультацій.
Семестровий модуль № 2
Оцінка за виконання лабораторних робіт (8 – 15) – 20 балів. Термін надання виконаних робіт – до 15 тижня.
МКР2 – 30 балів (15 тиждень). 
Максимальна оцінка, яку може отримати здобувач за всі виконані види робіт – 100 балів. Залік оцінюється за системою: «зараховано», «не зараховано». Оцінка «зараховано» виставляється за умови отримання не менш, ніж 60 балів за всі види робіт. Складання/перескладання заліку відбувається за встановленим деканатом розкладом.
 
 
Умови допуску до підсумкового контролю 

Залік виставляється здобувачу вищої освіти як сумарна оцінка за виконання всіх елементів навчальної дисципліни не менше ніж на 60%.

Курсова робота

Для оцінки якості виконання курсової роботи з дисципліни запроваджена 100 бальна шкала. Шкали оцінювання та визначення навчання наведені в наступній таблиці:

Шкала оцінювання
Визначення якості навчання
ICTS
Бали
100
5
A
90-100
5
ВІДМІННО ― відмінне виконання, або виконання лише з незначними помилками.
B
82-89
4
ДУЖЕ ДОБРЕ ― вище середнього рівня з кількома помилками.
C
75-81
ДОБРЕ ― в загальному правильно виконане завдання з незначною кількістю грубих помилок.
D
67-74
3
ЗАДОВІЛЬНО ― непогано, але зі значною кількістю недоліків.
E
60-66
ДОСТАТНЬО ― виконання задовольняє мінімальні критерії.
FX
34-59
2
НЕЗАДОВІЛЬНО ― потрібна додаткова праця над дисципліною
F
< 34
НЕЗАДОВІЛЬНО ― потрібне повторне вивчення дисципліни. 

Політика освітнього процесу

Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 

Виконаний не свій варіант завдання здобувачем не оцінюється.
 
Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.
 
Відсутність здобувача на модульній контрольній роботі відповідає оцінці «0». 

Під час лекції здійснювати телефонні дзвінки забороняється.

Заборонено використання будь-яких літературних джерел, конспектів лекцій, шпаргалок під час проходження модульних контролів з дисципліни.