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

	
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

	
	
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

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»). 

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;

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). 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О Б 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;

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