Мета дисципліни – засвоїти сучасні правила і тенденції побудови антен з обробкою сигналу та навчитися співставляти реальні конструкції з відповідними математичними моделями, а також ознайомитись з існуючими потужними оболонками автоматизованого проектування як окремих елементів антенної техніки, так і складних антенних систем загалом.

Завдання

У результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен отримати

загальні компетентності: вільно володіти державною та спілкуватися іноземною мовами; навчитись обирати адекватний розв’язуваній задачі математичний апарат та  виробити навики вирішення певних технічних та наукових задач, які пов’язані з проектуванням сучасних антен спеціального призначення.

фахові компетентності: вибрати ефективну структуру антени з обробкою сигналів з урахуванням наявних задач і апаратного та програмного забезпечення; здійснювати параметричний синтез антен спеціального призначення, створювати програми в середовищах MATLAB та MathCAD для моделювання антен спеціального призначення та їх окремих елементів; користуватися програмними середовищами електродинамічного моделювання Microwave Office та Ansoft HFSS.

Програма навчальної дисципліни

Змістовий модуль 1.  Характеристики та параметри антен з обробкою сигналів

Тема 1. Антени в сучасній радіоелектроніці. Класи антен, їх параметри та характеристики. Класифікація антен за принципом формування поля випромінювання. Електрично малі антени, антени рухомої хвилі, апертурні антени, антенні решітки, антени з обробкою сигналів.

Тема 2. Класифікація  антен з обробкою сигналу як основного напрямку розвитку та їх коротка характеристика. Багатоелементні антени, багатопроменеві, перевипромінюючі, електрично скануючі, активні, динамічні антени, антени з нелінійною обробкою, адаптивні антени, антени логічного та апертурного синтезу, цифрові, голографічні, радіооптичні антени.

Тема 3. ФАР. Різновиди ФАР, амплітудний та фазовий розподіл, характеристики випромінення та узгодження. Взаємодія елементів ФАР. Алгоритм розрахунку ФАР. Елементи синтезу. Застосування САПР для цього.

Тема 4. Проектування антен апертурного синтезу та циліндричних АР з електричним скануванням.  Принципи синтезування апертури. Втрати сигналу та середньоквадратична помилка фази траєкторного сигналу на трасі за рахунок розсіювання, відбиття та затухання в середовищі. Закони зміни траєкторного сигналу ДС на передачу і прийом. Вимоги до системи обробки цифрової інформації: частота виборок АЦП, кількість розрядів АЦП, частота виборок траєкторного сигналу, кількість променів ДС на одному інтервалі синтезування, кількість некогерентно підсумовуваних зображень тієї ж самої ділянки місцевості. Розрахунок геометрії, схеми збудження, керування променем та ДС циліндричної АР.

Тема 5. Антени мобільного з’язку. Фрактальні антени. Різновиди. Деревні структури (Кейлі, Пеано, Гільберта, Мандельброта,Майлза), серветка і килим Серпінського. Фрактальні діполі та монополі. Скейлінг-ефект. Мультичастотні властивості фрактальних антен. Узгодження з лінією живлення. Діаграми спрямованості. Фрактальні антенні решітки. Об'ємні фрактальні антени.

Змістовий модуль 2. Сучасні середовища електродинамічного моделювання антен та пристроїв НВЧ

Тема 6. Метаматеріали. Електрично і магнітно від'ємні середовища (MNG, ENG та DNG). Ліві середовища. Лінза Веселаго. Конструкції і математичне моделювання. Властивості класичних та фрактальних антен в присутності метаматеріалів. Роль метаматеріалів в проблемі узгодження та в створенні зверхспрямованих антен при поєднанні електрично малих антен з кіральними середовищами.

Тема 7. Коротка характеристика сучасних САПР НВЧ загалом. Структура, призначення, переваги і недоліки САПР  FEKO, STC, MWO, ADS, Empire3D, Ansoft HFSS. Математичні методи аналізу, які закладено в основу згаданих САПР, порівняння можливостей та обмежень.

Тема 8. Застосування середовища Microwave Office для проектування  НВЧ антен. Зміст проекту. Бази даних MWO. Побудова проекту. Основні команди командного меню. Сумісність з іншими САПР на рівні даних та результатів (фільтри-конвертори форматів і застосування процедур export-import).

Тема 9. Середовище електродинамічного 3D моделювання НВЧ антен та пристроїв Ansoft HFSS. Створення нового проекту. Завдання граничних умов. Розрахунок власних типів хвиль і резонансів структури. Розрахунок багатомодових S-параметрів. Завдання хвилеводних (wave) та дискретних (lumped) портів живлення структури. Завдання параметрів допустимої похибки результату та ступеню його збіжності. Встановлення частот і кутів для розрахунку дальнього поля антени. Оптимізація конструкції згідно завданого критерію. Вивід двовимірних та тривимірних графіків. Часова анімація розподілу поля.

Тема 10. Проектування монополя на основі серветки Серпінського в середовищі Ansoft HFSS. Топологія, побудова боксів, формування вихідних даних, граничних умов, завдання властивостей матеріалів підкладинки, металізацій і навколишнього середовища, параметрів порту живлення, вивід розподілу живлячого поля, тривимірної і полярної (плоскої) діаграми спрямованості, частотних залежностей елементів комплексної матриці розсіювання та вхідного імпедансу. Способи оцінювання ступеня достовірності отриманих результатів моделювання.

Викладач дисципліни:

Бугрова Тетяна Іванівна, доцент кафедри «Радіотехніка та телекомунікації», к.т.н.

Опис навчальної дисципліни

Розподіл балів, які отримують студенти