ДС.В.1 Теория антенных систем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Радиофизический факультет
Кафедра электродинамики
УТВЕРЖДАЮ
Декан радиофизического факультета
____________________Якимов А.В.
«27» июня 2012 г.
Учебная программа
Дисциплины ДС.В.1 «Теория антенных систем»
по специальности 090106 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»
Нижний Новгород
2012 г.
1. Область применения
Данная дисциплина относится к дисциплинам по выбору, преподается в 10-м семестре.
2. Цели и задачи дисциплины
Содержание дисциплины направлено на изучение теории антенных систем и базируется на
знаниях студентов, приобретенных в курсах общей физики, электродинамики, статистической
радиофизики, общих основ радиотехники, математического анализа, аналитической геометрии.
Целями курса являются:
 развитие знаний по основным задачам современной теории антенных систем;
 изучение особенностей формирования и приема пространственно-временных сигналов в
различных средах (свободном пространстве, неоднородных средах, случайно-неоднородных
волновых каналах);
 анализ физических аспектов теории и возможностей ее использования при решении
практических задач дистанционного зондирования сред, управления волновыми полями в
неоднородных средах, радио- и гидролокации.
3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны:
 знать постановки задач и основные методы решения, включая прямые и обратные задачи
теории антенных систем;
 уметь анализировать основные особенности формирования волновых полей с помощью
пространственно-развитых источников;
 иметь навыки применения соответствующих знаний при решении конкретных задач расчета
направленных свойств излучающих и приемных антенных систем.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графическая работа
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
Всего часов
143
34
34
–
–
–
–
109
–
–
–
–
экзамен
Семестры
10
34
34
–
–
–
–
109
–
–
–
–
экзамен
5. Содержание дисциплины
5.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№ п/п
1.
2.
3.
4.
Раздел дисциплины
Введение.
Прямые задачи теории антенных систем:
расчет поля антенны по заданной функции
амплитудно-фазового распределения по
апертуре.
Синтез антенн в однородных и неоднородных
средах.
Теория антенн с обработкой сигналов.
Лекции
4
12
12
6
ПЗ (или С)
ЛР
5.2. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Введение
Краткий обзор проблематики курса. Классификация основных задач теории антенн.
Раздел 2. Прямые задачи теории антенн
2.1. Постановка задачи. Расчет поля антенны по заданной функции амплитудно-фазового
распределения по апертуре.
2.2. Ближняя зона, волновая зона и дальняя зона антенны. Диаграмма направленности и
связанные с ней интегральные характеристики антенны. Коэффициент направленного действия,
эффективная апертура, добротность антенны.
Раздел 3. Синтез антенн в однородных и неоднородных средах.
3.1. Синтез антенн как обратная задача теории антенных систем. Синтез линейного излучателя
в однородной среде. Постановка задачи синтеза. Необходимые условия существования
решения: математические и физические аспекты.
3.2. Точные методы синтеза антенн: метод парциальных диаграмм, метод интеграла Фурье.
3.3. Приближенные методы синтеза.
3.4. Явление сверхнаправленности. Методы регуляризации сверхнаправленных решений задачи
синтеза. Функции двойной ортогональности. Некоторые постановки задач синтеза антенн с
оптимальными параметрами.
3.5. Синтез антенн в многомодовых волноводах. Примеры приложений.
3.6. Статистическая теория антенн. Прямые задачи: основные эффекты влияния статистических
свойств амплитудно-фазового распределения антенны на характеристики направленности.
Обратные задачи: статистический синтез антенн.
Раздел 4. Теория антенн с обработкой сигналов.
4.1. Классификация антенн с обработкой сигналов. Антенные решетки.
4.2. Когерентность и ортогональные разложения волновых полей.
4.3. Пространственная обработка сигналов на фоне помех. Основные модели принимаемых
сигналов. Критерии эффективности обработки.
4.4. Оптимальная обработка когерентных сигналов на фоне помех. Оптимальная обработка
частично-когерентных сигналов.
4.5. Элементы теории адаптивных антенн.
6. Лабораторный практикум
Не предусмотрен.
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Рекомендуемая литература
а) основная литература:
1. Зелкин Е.Г., Соколов В.Г. Методы синтеза антенн. М.: Сов. радио, 1980.
2. Хургин Я.И., Яковлев В.П. Финитные функции в физике и технике. М.: Наука, 1971.
3. Шифрин Я.С. Вопросы статистической теории антенн. М.: Сов. радио, 1970.
4. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. М.: Радио и связь, 1986.
5. Пистолькорс А.А., Литвинов О.С. Введение в теорию адаптивных антенн. М.: Наука, 1991.
б) дополнительная литература:
1. Бахрах Л.Д., Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем. М.: Сов. радио, 1974.
2. Проблемы антенной техники. Под ред. Л.Д. Бахраха, Д.И. Воскресенского. М.: Радио и
связь, 1989.
3. Таланов В.И. О синтезе антенн в многомодовых волноводах. Изв. вузов. Радиофизика, 1985,
т. 28, № 7, с.872-879.
8. Вопросы для контроля
1. Постановка прямой задачи теории антенн.
2. Приближенные методы расчета поля антенны по заданной функции амплитудно-фазового
распределения по апертуре (основные уравнения и приближения).
3. Ближняя зона, волновая зона и дальняя зона антенны (определения, оценки, интерпретация).
4. Диаграмма направленности антенны.
5. Интегральные характеристики антенны: коэффициент направленного действия, добротность,
эффективная апертура.
6. Постановка обратной задачи теории антенн.
7. Необходимые условия существования точного решения: математические и физические
аспекты.
8. Точные методы синтеза линейного излучателя в однородной среде: метод парциальных
диаграмм, метод интеграла Фурье, их взаимосвязь.
9. Постановка задачи приближенного синтеза антенн. Критерий качества решения.
10. Метод приближенного синтеза на основе полиномиальной аппроксимации. Физические
ограничения на реализуемость приближенного решения.
11. Явление сверхнаправленности: математические и физические аспекты.
12. Метод регуляризации сверхнаправленных решений задачи синтеза. Функции двойной
ортогональности.
13. Постановки задач синтеза антенн с оптимальными параметрами.
14. Уравнения синтеза антенн в многомодовых волноводах. Аналогии с задачей синтеза в
свободном пространстве.
15. Классификация задач статистической теории антенн. Основные эффекты влияния
статистических свойств амплитудно-фазового распределения антенны на характеристики
направленности.
16. Постановки обратной задачи статистической теории антенн. Влияние статистических
свойств антенны на регуляризацию сверхнаправленных решений задачи синтеза.
17. Классификация антенн с обработкой сигналов.
18. Диаграмма направленности антенной решетки.
19. Частично-когерентные сигналы. Разложение сигнала в собственном ортогональном базисе.
20. Классификация задач пространственной обработки сигналов на фоне помех. Критерии
эффективности обработки.
21. Уравнения оптимальной пространственной обработки когерентных сигналов на фоне
помех. Физическая интерпретация решения.
22. Уравнения оптимальной обработки частично-когерентных сигналов на фоне помех.
Физическая интерпретация решения.
23. Постановка задачи адаптивной пространственной обработки. Критерии эффективности
адаптивной обработки.
9. Критерии оценок
Превосходно
Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Плохо
Превосходная подготовка с очень незначительными
погрешностями.
Подготовка, уровень которой существенно выше среднего с
некоторыми ошибками.
В целом хорошая подготовка с рядом заметных ошибок.
Хорошая подготовка, но со значительными ошибками.
Подготовка, удовлетворяющая минимальным требованиям.
Необходима дополнительная подготовка для успешного
прохождения испытания.
Подготовка совершенно недостаточная.
10. Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки
Не предусмотрена
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом по
специальности 090106 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем».
Автор программы_________________ Малеханов А.И.
Программа рассмотрена на заседании кафедры 29 марта 2012 г. протокол № 34
Заведующий кафедрой ___________________ Кудрин А.В.
Программа одобрена методической комиссией факультета 17 мая 2012 г.
протокол № 02/12
Председатель методической комиссии_________________ Миловский Н.Д.