Антенно-фидерные устройства

МИНИCTEPCTBO НАУКИ И Высшего обрАзоВАНИя 

россИЙсКоЙ ФеДерАЦИИ

ФеДерАльНое госУДАрстВеННое АВтоНоМНое 
обрАзоВАтельНое УчрежДеНИе Высшего обрАзоВАНИя
«сеВеро-КАВКАзсКИЙ ФеДерАльНыЙ УНИВерсИтет»

Д. Г. Гончаров, К. М. Сагдеев

АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА

УЧЕБНИК 

Направление подготовки 
11.03.02 – Инфокоммуникационные технологии и системы связи 

Профиль подготовки 
«Инфокоммуникационные системы и сети»

бакалавриат

ставрополь

2022

УДК  621.396.67 (075.8)
ббК  32.845 я73
 
г 65

Печатается по решению 
редакционно-издательского совета 

северо-Кавказского 
федерального университета

© ФгАоУ Во «северо-Кавказский 
федеральный университет», 2022

Гончаров Д. Г., Сагдеев К. М.  

Г 65 
Антенно-фидерные устройства: учебник / Д. Г. Гончаров,  
К. М. Сагдеев. – Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2022. – 245 с.

Содержание учебника полностью соотвествует рабочей программе дисциплины и удовлетворяет требованиям федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по данному направлению. 
В нём раскрыты основные научные и методологические аспекты в области 
антенно-фидерных устройств, играющих важную роль в современных радио- 
и радиотехнических системах и сетях беспроводного доступа, использующих 
для передачи информации изменения электромагнитных полей. Рассмотрены 
элементы основы теория антенн, принципы построения и работы антенно-фидерных устройств декаметрового, метрового и дециметрового диапазонов 
волн, представлен математический аппарат, описывающий их свойства, параметры и характеристики, расскрыт физический смысл. Понятийный аппарат 
курса изложен в соответствии с принятой научной терминологией в области 
антенной техники на основе действующей нормативной базы.
Учебник предназначен для студентов, обучающихся по направлению 
подготовки 11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи. 
А также будет полезен широкой студентческой аудитории и представителям 
профессионального сообщества в области связи, информационных и коммуникационных технологий.

УДК 621.396.67 (075.8)
ББК 32.845 я73

Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор, зам. директора по науке и развитию  
Н. В. Кандаурова
(«МИРЭА – Российский технологический университет» в г. Ставрополе)
д-р техн. наук, профессор, В. П. Пашинцев
(Институт цифрового развития СКФУ)

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие ........................................................................................................6

 
1. Общие сведения об антенно-фидерных устройствах ...........9
 
 
1.1.  Классификация радиоволн и радиолиний ........................10
 
 
1.2.  Классификация антенн ..........................................................12
 
 
1.3.  Влияние параметров антенн на энергетический 
 
 
 
потенциал радиолинии ..........................................................14 
 
 
1.4.  общие требования, предъявляемые к антеннам 
 
 
 
и фидерам ..................................................................................17
 
 
1.5.  Элементы общей теории антенн ..........................................20
 
 
1.6.  Вопросы и задания для самоконтроля ...............................23
 
2. Радиотехнические параметры и характеристики 
 
 
передающих антенн .......................................................................26
 
 
2.1.  Анализ антенны в передающем режиме ............................26
 
 
2.2.  Входное сопротивление и сопротивление 
 
 
 
излучения антенны .................................................................28
 
 
2.3.  сопротивление потерь и коэффициент полезного 
 
 
 
действия антенны ....................................................................29
 
 
2.4.  Действующая длина антенны ...............................................30
 
 
2.5.  Характеристика направленности антенны .......................31
 
 
2.6.  Коэффициент направленного действия и усиления 
 
 
 
антенны ......................................................................................34
 
 
2.7.  Вопросы и задания для самоконтроля ...............................35
 
3. Основы теории приемных антенн ............................................38
 
 
3.1.  Анализ антенны в приемном режиме ................................38
 
 
3.2.  основные электрические характеристики 
 
 
 
приемных антенн .....................................................................40
 
 
3.3.  шумовая температура приемной антенны .......................43
 
 
3.4.  Вопросы и задания для самоконтроля ...............................47
 
4. Теория симметричных вибраторов ..........................................49
 
 
4.1.  Антенна как открытый колебательный контур ...............49
 
 
4.2.  Поле излучения и направленные свойства 
 
 
 
симметричного вибратора ....................................................50
 
 
4.3.  Параметры симметричного вибратора ..............................54
 
 
4.4.  Методы расширения диапазонности симметричного 
 
 
 
вибратора ...................................................................................60
 
 
4.5.  Питание симметричных вибраторов ..................................66
 
 
4.6.  Метод зеркальных изображений .........................................74
 
 
4.7.  Вопросы и задания для самоконтроля ...............................79

- 4 
Антенно-фидерные устройства

 
5. Методы получения узких диаграмм направленности ........82
 
 
5.1.  теорема перемножения диаграмм направленности .......82
 
 
5.2.  линейные антенные решетки с равно амплитудным 
 
 
 
возбуждением ...........................................................................84
 
 
5.3.  линейный непрерывный излучатель. 
 
 
 
Провод с бегущей волной тока .............................................93
 
 
5.4.  Плоские антенные решетки ..................................................95
 
 
5.5.  Излучение возбужденных раскрывов ................................98
 
 
5.6.  Вопросы и задания для самоконтроля .............................106

 
6. Антенные решетки с управляемой диаграммой 
 
 
направленности и с обработкой сигнала ..............................109
 
 
6.1.  Фазированные антенные решетки ....................................110
 
 
6.2.  Антенные решетки с частотным сканированием ..........113
 
 
6.3.  Многолучевые антенные решетки ....................................114
 
 
6.4.  Подавление боковых лепестков диаграммы 
 
 
 
направленности антенной решетки ..................................115
 
 
6.5.  Крест Миллса .........................................................................117
 
 
6.6.  Антенны с синтезированной апертурой .........................118
 
 
6.7.  Адаптивные антенные решетки .........................................119
 
 
6.8.  Вопросы и задания для самоконтроля .............................120

 
7. Вибраторные антенны  ...............................................................122
 
 
7.1.  горизонтальный симметричный вибратор .....................122
 
 
7.2.  горизонтальные диапазонные вибраторные антенны ......130
 
 
7.3.  шунтовые горизонтальные диапазонные 
 
 
 
вибраторные антенны ..........................................................133
 
 
7.4.  Уголковые горизонтальные антенны ................................137
 
 
7.5.  синфазные горизонтальные антенны ..............................139
 
 
7.6.  Несимметричные вибраторы в режиме удлинения ......144
 
 
7.7.  Методы улучшения характеристик вибраторных 
 
 
 
антенн в режиме удлинения ...............................................148
 
 
7.8.  г–образные, т–образные и зонтичные антенны ...........157
 
 
7.9.  Антенны с верхним питанием ............................................159
 
 
7.10. Вопросы и задания для самоконтроля ............................162

 
8. Антенны с бегущей волной тока ..............................................165
 
 
8.1.  однопроводная антенна бегущей волны 
 
 
 
(антенна бевереджа) .............................................................165
 
 
8.2.  ромбическая горизонтальная антенна .............................169
 
 
8.3.  сложные ромбические антенны ........................................177
 
 
8.4.  Модификации ромбических антенн .................................181
 
 
8.5.  Антенны бегущей волны с собирательной линией .......182

- 5 
 
 
8.6.  Модификации антенны бс .................................................190
 
 
8.7.  Полуромбическая, V–образная и λ –образная 
 
 
 
антенны ....................................................................................193
 
 
8.8.  Вопросы и задания для самоконтроля .............................197

 
9. Логопериодические антенны ....................................................199
 
 
9.1. Конструкция и принцип действия 
 
 
 
логопериодической антенны ..............................................199
 
 
9.2.  логопериодические антенны декаметрового 
 
 
 
диапазона волн .......................................................................203
 
 
9.3.  Вопросы и задания для самоконтроля .............................205

 
10. Типы антенно-фидерных устройств УКВ диапазона ........207
 
 
10.1. зигзагообразная антенна ....................................................207
 
 
10.2. Антенна волновой канал ....................................................210
 
 
10.3. спиральная антенна ............................................................213
 
 
10.4. Вопросы и задания для самоконтроля ............................217

 
11. Апертурные антенны ..................................................................218
 
 
11.1. рупорные антенны ...............................................................218
 
 
11.2. линзовые антенны ...............................................................220
 
 
11.3. зеркальные параболические антенны .............................227
 
 
11.4. Вопросы и задания для самоконтроля ............................231

заключение ......................................................................................................233

список литературы .......................................................................................235

глоссарий..........................................................................................................239

список сокращений и аббревиатур ...........................................................243

Содержание

- 6 
Антенно-фидерные устройства

Предисловие

Антенно-фидерные устройства (АФУ) являются обязательными элементами современных радио- и радиотехнических систем и сетей беспроводного доступа, использующих для передачи информации изменения электромагнитных полей. Функции 
антенн состоят в излучении и приеме электромагнитных волн 
(радиоволн). Для этого они подключаются к радиопередатчику 
или радиоприемнику, следовательно, антенны подразделяются 
на передающие и приемные. Данное подключение осуществляется обычно не непосредственно, а с помощью специальных 
линий передачи энергии (фидеров). При этом передающая антенна преобразует энергию электрических колебаний, поступающих по фидеру от радиопередатчика к антенне, в энергию 
электромагнитных волн, распространяющихся в окружающем 
пространстве. В свою очередь, приемная антенна за счет явления электромагнитной индукции преобразует энергию электромагнитных волн в энергию электрических колебаний, которые 
поступает по фидеру на вход радиоприемника.  
Разнообразие радиотехнических систем, осуществляющих 
передачу информации на различные расстояния и в различных 
диапазонах радиоволн, привело к тому, что в настоящее время 
спроектировано и применяется на практике большое количество 
антенн, различающихся по назначению, диапазонности, конструкции, принципу действия и другим признакам.  
Специалист, осуществляющий эксплуатацию систем радиосвязи и беспроводных телекоммуникационных сетей, должен 
обладать профессиональными компетенциями в области современной антенной техники. Этот предмет рассматривается в дисциплине «Антенно-фидерные устройство» и данном учебнике. 
Дисциплина «Антенно-фидерные устройства» является обязательной дисциплиной для студентов, обучающихся по основной образовательной программе высшего образования по 
направлению подготовки 11.03.02 «Инфокоммуникационные 
технологии и системы связи» (направленность (профиль) «Инфокоммуникационные системы и сети»). 

- 7 
Предисловие

Целью дисциплины является формирование у обучающихся 
набора профессиональных компетенций, необходимых для проектирования, применения и эксплуатации АФУ.
Основные задачи дисциплины – подготовка к решению задач 
профессиональной деятельности:
• 
в проектной деятельности – анализа и синтеза антенн, 
компьютерному моделированию и экспериментальному 
исследованию АФУ для реализации современных тенденций развития радиосистем и сетей беспроводного доступа;
• 
в технологической деятельности – применения и эксплуатации АФУ для реализации технологических процессов обмена информацией на расстоянии с учетом требований по обеспечению электромагнитной совместимости и безопасности.
Дисциплина «Антенно-фидерные устройства» является 
достаточно сложной в освоении, поскольку он базируется на 
физических процессах, явлениях и законах, описываемых операторами векторного анализа в виде дифференциальных и интегральных уравнений, в том числе в комплексном представлении. 
Данный учебник содержит необходимую систему научно-предметных знаний в области АФУ, а также методических рекомендаций по их овладению, что позволит студентам успешно освоить данный предмет.
Учебник предназначен для самостоятельной работы студентов при изучении дисциплины «Антенно-фидерные устройства», может быть полезным при выполнении выпускной квалификационной работы, а также для выпускников при решении 
задач профессиональной деятельности по применению эксплуатации антенной техники.
Результатом успешного освоения дисциплины является система сформированных знаний, умений и навыков, а именно: 
• 
знание основных принципов построения и работы АФУ; 
перспектив их технического развития; порядка проектирования (синтеза) АФУ; основ технической эксплуатации 
АФУ; порядка их приемки в эксплуатацию, методик проведения контроля их проектных параметров;

- 8 
Антенно-фидерные устройства

• 
умение вырабатывать решения по применению АФУ для 
организации новых и расширения имеющихся направлений связи; рассчитывать параметры и моделировать АФУ 
с использованием специализированного программного 
обеспечения; выполнять с помощью технической и технологической документации настройки, регулировки и 
испытания АФУ;
• 
владение навыками расчета направленных характеристик и энергетических параметров АФУ для расчета зоны 
радиопокрытия; компьютерного моделирования АФУ; 
контроля работоспособности АФУ.
Данная система знаний, умений и навыков позволит студентам успешно выполнять трудовые функции, связанные с АФУ, 
применительно к следующим профессиональным стандартам: 
06.006 специалист по радиосвязи и телекоммуникациям; 06.007 
инженер-проектировщик в области связи (телекоммуникаций); 
06.010 инженер технической поддержки в области связи (телекоммуникаций); 06.018 инженер связи (телекоммуникаций). 

- 9 
Раздел 1

1. оБЩие сведеНиЯ оБ АНТеННо-ФидерНЫХ 
 
УсТроЙсТвАХ

Переносчиком сообщений в линии радиосвязи являются электромагнитные волны, это обуславливает важную роль АФУ, как необходимой составляющей части систем радиосвязи (см. рис. 1.1).  
 

Рисунок 1.1. Система радиосвязи

Основной элемент АФУ – непосредственно антенна. Передающая антенна ( А1) – это радиотехническое устройство, преобразующее энергию токов высокой частоты в энергию электромагнитных волн и обеспечивающее ее распространение в заданных 
направлениях. Передающая антенна является комплексной нагрузкой выходного каскада радиопередающего устройства. Приемная антенна ( А 2 ) – это радиотехническое устройство, преобразующее энергию электромагнитных волн, приходящих с заданных 
направлений в энергию токов высокой частоты. Приемная антенна является источником ЭДС с комплексным внутренним сопротивлением во входной цепи радиоприемного устройства. 
Таким образом, в целом, антенна – это радиотехническое 
устройство, предназначенное для приема или излучения радиоволн. Кроме непосредственно антенны, АФУ включает в свой 
состав элементы, обеспечивающие наиболее оптимальные условия для ее функционирования. Это могут быть:
• 
устройства для согласования антенн;
• 
устройства для симметрирования антенн;

- 10 
Антенно-фидерные устройства

• 
фидеры (линии передачи) для передачи электромагнитной энергии между антенной и оконечной аппаратурой, 
которой являются радиопередающие (РПРД) и радиоприемные (РПРМ) устройства.
Сложные по структуре АФУ называют антенно-фидерными 
трактами (АФТ) или системами (АФС).

1.1. Классификация радиоволн и радиолиний

В соответствии с международным регламентом радиосвязи к 
радиоволнам относят электромагнитные волны с частотами 
0 3 10
3 10
4
12
. ⋅
÷ ⋅
Гц. Радиоволны используются в радиолиниях для 
передачи информации. Радиоволны разбиты на диапазоны [17, 
23, 30], наименования которых приводятся в таблице 1.1. 
Таблица 1.1 
Подразделение спектра частот радиоволн на диапазоны

№ 
п/п

Название диапазона 
волн (дополнительное название)

Обозначение 
диапазона 
волн

Длина 
волн, λ

Название 
диапазона 
частот

Обозначение 
диапазона 
частот

Частота, 
f

1
Сверхдлинных 
волн   
(мириаметровый)
СДВ
10 – 100 
км

Очень 
низкие 
частоты
ОНЧ
30 – 3 кГц

2
Длинных волн  
(километровый)
ДВ
1 – 10 км
Низкие 
частоты
НЧ
300 – 30 
кГц

3
Средних волн   
(гектометровый)
СВ
100 – 1000 
м
Средние 
частоты
СЧ
3 МГц – 
300 кГц

4
Декаметровый  
(коротких волн)
ДКВ (КВ)
10 – 100 м
Высокие 
частоты
ВЧ
30 – 3 
МГц

5
Метровый  
МВ
1 – 10 м
Очень 
высокие 
частоты
ОВЧ
300 – 30 
МГц

6
Дециметровый 
ДМВ
10 – 100 
см

Ультравысокие 
частоты
УВЧ
0.3 – 3 
ГГц

7
Сантиметровый 
СМВ
1 – 10 см
Сверхвысокие 
частоты
СВЧ
3 – 30 ГГц

8
Миллиметровый 
ММВ
1 – 10 мм
Крайне 
высокие 
частоты
КВЧ
30 – 300 
ГГц