WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

ПЛАСТИКОВ Андрей Николаевич

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОЛУЧЕВЫХ ОФСЕТНЫХ

ДВУХЗЕРКАЛЬНЫХ АНТЕНН С ОДНОКООРДИНАТНЫМ

И ДВУХКООРДИНАТНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ

Специальность 05.12.07 – Антенны, СВЧ устройства и их технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2013

Работа выполнена на кафедре Антенных устройств и распространения радиоволн Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» (ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ»).

Доктор технических наук

Научный руководитель:

КОГАН Борис Лазаревич

Официальные оппоненты: КАЛОШИН Вадим Анатольевич, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН ШИШЛОВ Александр Васильевич, кандидат технических наук, начальник отдела ОАО «Радиофизика»

Ведущая организация: ОАО «Концерн радиостроения «Вега» (г. Москва)

Защита состоится 30 мая 2013 г. в 14.45 на заседании диссертационного совета Д 212.157.05 при ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» по адресу: 111250, г.

Москва, Красноказарменная ул., д. 17, аудитория А-402.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., 14, Ученый совет ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ».

Автореферат разослан «26» апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157. кандидат технических наук, доцент Т.И. КУРОЧКИНА

Общая характеристика работы

Введение. Среди различных типов антенных систем (АС) повышенной эффективности можно выделить класс многолучевых антенн – антенн с несколькими независимыми входами, каждому из которых соответствует своя пространственная диаграмма направленности (ДН), которую принято называть лучом АС. Очевидным преимуществом многолучевых антенн перед антеннами, работающими по одному лучу, является использование одной излучающей апертуры для формирования нескольких лучей, что позволяет одной антенне заменить несколько однолучевых антенн. Классифицируя «обычных»

многолучевые антенны по способу реализации излучающей части, можно выделить апертурные (зеркальные и линзовые) антенны и антенные решетки, а также их сочетания – гибридные антенны. В целом, каждый из этих классов многолучевых антенн имеет свои особенности, достоинства и недостатки.

На практике значительный интерес представляют многолучевые зеркальные антенны (МЗА), имеющие простейшую диаграммообразующую схему облучающей решетки – каждый луч АС формируется отдельным облучателем. Вследствие этого основная проблематика разработки МЗА связана непосредственно с проектированием самой системы зеркал. Достоинствами МЗА являются потенциальная широкополосность и большая энергетическая эффективность. Развитие теории МЗА началось с построения апланатического зеркального оптического телескопа Шварцшильдом (K. Schwarzchild). Существенный вклад в развитие теории и техники МЗА внесли работы таких специалистов, как Б.Е. Кинбер и его ученики, Л.Д. Бахрах, В.А. Калошин, Б.Л. Коган; Раппапорт (C.M. Rappaport), Драгоне (C. Dragone), Альбертсен (N.C. Albertsen), Бёрд (T.S. Bird), Хэй (S.G. Hay), и других.

Проблема проектирования МЗА обычно представляет собой задачу оптимизации электрических характеристик АС при ограничениях на допустимые габариты всей АС и отдельных ее элементов – главного зеркала, вспомогательных зеркал, облучателей. Сегодня разработка МЗА актуальна как для наземных, так и для бортовых радиотехнических систем. При этом, в зависимости от решаемых задач, такие АС могут иметь одномерный или двухмерный сектор обзора. Например, АС земных станций спутниковой связи могут иметь веер лучей, направленных на спутники, размещенные на дуге геостационарной орбиты, причем каждый луч АС может наводиться на свой спутник независимо от других лучей. Бортовые спутниковые МЗА, обозревающие всю видимую поверхность Земли или ее часть, могут иметь двухмерный сектор обзора с произвольной формой внешней границы.

Большой практический интерес представляют конструкции офсетных двухзеркальных МЗА, в частности, АС, построенные на основе бифокальных зеркальных антенн (БЗА), имеющих два точных фокуса, а также АС с нестандартной оптической схемой с классическими профилями зеркал в виде конических поверхностей второго порядка – антенн Кассегрена с вогнутыми гиперболическими контррефлекторами. Проведенные исследования литературных источников показывают, что возможности этих двух классов антенн еще недостаточно полно исследованы, что не позволяет эффективно решать многие практические задачи. Такие МЗА и выступают объектом исследования данной диссертации. Оптимизация характеристик данных МЗА (с практическими характеристик МЗА позволит проектировать более эффективные радиотехнические системы, что делает соответствующие исследования перспективными.

Цели работы. Можно выделить две основные цели диссертационной работы.

Первой целью является улучшение электрических характеристик БЗА, что позволит использовать данный класс АС для построения МЗА со средними (габариты апертуры более 50 длин волн) и большими (габариты апертуры более 150 длин волн) электрическими габаритами с широкими однокоординатными секторами обзора более 20. Другая цель работы состоит в сопоставлении характеристик МЗА с двухмерным сектором обзора, построенных на основе офсетных антенн Кассегрена с вогнутыми гиперболическими контррефлекторами, с различными вариантами построения АС. В качестве основных электрических характеристик МЗА рассматриваются величины коэффициента использования поверхности (КИП), также оцениваются уровни бокового и кроссполяризационного излучения.

Для достижения поставленных в диссертационной работе целей решаются следующие основные задачи:

1. Синтез и анализ многолучевых БЗА с широким сектором обзора, в том числе:

1.1. Совершенствование процедуры синтеза профилей рефлекторов БЗА (упрощение процедуры, повышение КИП главного зеркала, расширение сектора обзора).

1.2. Выделение возможных топологически различных вариантов построения антенных систем БЗА.

1.3. Проектирование многолучевой БЗА с сектором обзора 50° при коэффициенте направленного действия (КНД) более 52 дБ с ограничениями на габаритные размеры.

2. Исследование электрических характеристик многолучевых офсетных антенн Кассегрена с вогнутыми гиперболическими контррефлекторами с двумя возможными вариантами реализации решетки облучателей – в виде «плоской решетки» (когда фазовые центры облучателей расположены в одной плоскости, а их оси параллельны) или когда положение фазового центра и направление оси каждого облучателя оптимизировано по КНД, в том числе:

2.1. Сопоставление характеристик (электрических и геометрических) двух возможных оптических схем АС в широком секторе обзора.

2.2. Оценка влияния размеров контррефлектора и ширины ДН облучателя на электрические характеристики АС, работающей в режиме МЗА.

2.3. Исследование возможности сближения соседних лучей АС с различными типами облучателей.

Методы исследования. В работе использованы методы вычислительной математики, программирования, асимптотический метод прикладной электродинамики, трехмерное электромагнитное моделирование в современных программных комплексах (Ticra GRASP, ICARA и др.).

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Представлена процедура синтеза профилей зеркал трехмерных БЗА, позволяющая проектировать многолучевые или сканирующие зеркальные антенны с широким сектором обзора. Данную процедуру можно считать частным случаем методики синтеза БЗА, предложенной в работах Кинбера и соавторов, однако в публикациях этих авторов исследования были проведены недостаточно детально. Предложена методика оценки и оптимизации геометрии зеркал многолучевых БЗА по критерию КИП. Впервые спроектированы многолучевые БЗА, имеющие сектор обзора существенно шире 20° и КНД более 50 дБ.

2. Впервые выделено несколько различных возможных вариантов построения антенной системы БЗА, отличающихся взаимным положением рефлекторов и облучателя и картиной хода геометрооптических (ГО) лучей, в двух ортогональных плоскостях – плоскости сканирования и плоскости симметрии.

3. Исследованы и сопоставлены между собой характеристики нескольких возможных вариантов построения многолучевых офсетных антенн Кассегрена с вогнутыми гиперболическими контррефлекторами.

4. Исследована возможность использования цилиндрических диэлектрических антенн бегущей волны модифицированного профиля в качестве облучателей многолучевой офсетной антенны Кассегрена с вогнутым гиперболическим контррефлектором, позволяющих сблизить соседние лучи АС.

Практическое значение работы.

1. Описанная в работе методика синтеза и оптимизации БЗА и ее программная реализация позволяют разрабатывать многолучевые или сканирующие зеркальные антенны с широким одномерным сектором обзора. В результате удается существенно улучшить качество таких антенн по сравнению с вариантами БЗА, предложенными в работах Раппапорта и соавторов.

2. Спроектированная многолучевая БЗА с сектором обзора 50° и КНД более дБ, по сравнению с известным МЗА-аналогом, разработанным в лаборатории CSIRO, при сопоставимых габаритах главного зеркала и более широком (на 30%) секторе обзора обладает бльшей эффективностью по критерию КИП всего раскрыва главного зеркала, меньшими продольными габаритами АС, меньшим угловым разносом соседних лучей АС и позволяет использовать облучатели меньших электрических габаритов.

3. Синтезированные БЗА могут быть использованы в качестве эффективного начального приближения геометрии АС в процедуре численной оптимизации профилей рефлекторов с целью стабилизации формы ДН АС во всем секторе обзора.

4. Представленные результаты анализа характеристик офсетных антенн Кассегрена с вогнутыми гиперболическими контррефлекторами позволяют определить область наилучшего применения таких антенн на практике.

5. Использование в качестве облучателей офсетной антенны Кассегрена с вогнутым гиперболическим контррефлектором с достаточно высоким уровнем пересечения соседних лучей АС цилиндрических диэлектрических антенн бегущей волны модифицированного профиля вместо рупорных антенн потенциально позволяет получить лучшие электрические характеристики МЗА.

Достоверность полученных в работе результатов подтверждается использованием апробированного апертурного метода расчета ДН зеркальных антенн и широко известных и апробированных программных пакетов электродинамического моделирования и сопоставлением результатов, полученных различными методами.

Внедрение результатов исследования. Результаты диссертационной работы были использованы при проектировании перспективных многолучевых зеркальных антенн для предприятий ОАО «ОКБ МЭИ» и ЗАО «КИА системы», а также в курсе лекций «Техника зеркальных антенн» кафедры АУиРРВ НИУ «МЭИ», читаемых студентам по направлению «Радиотехника», что подтверждается актами о внедрении.

Автор диссертации удостоен награды Doctoral Research Award международного конкурса работ аспирантов, проводимого Международным обществом IEEE Antennas and Propagation Society, за осенний цикл 2012 года.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены и обсуждались на шести научно-технических конференциях: 17-я, 18-я Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва (2011-2012 гг.); 5-я, 6-я Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь», Москва (2011-2012 гг.);

Международная конференция «Progress in Electromagnetics Research Symposium», Москва (2012 г.); 7-я Международная конференция «European Conference on Antennas and Propagation», Гетеборг, Швеция (2013 г.). Основное содержание диссертации было также представлено на Московском электродинамическом семинаре в ИРЭ им. Котельникова РАН 5 марта 2013 г.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Получили дальнейшее развитие известный алгоритм синтеза рефлекторов и методика оптимизации эффективности многолучевых бифокальных зеркальных антенн, позволившие спроектировать варианты таких антенн с наилучшими на данный момент характеристиками. Особенности данного метода проектирования БЗА:

1.1. в процедуре синтеза главного и вспомогательного зеркал используется минимально возможное количество шагов;

1.2. при сканировании луча в секторе обзора засвечиваемое пятно на главном зеркале практически не меняет своего положения, что приводит к экономии размеров этого зеркала;

1.3. оптимизируется КИП во всем секторе обзора за счёт выбора положения и ориентации элементов решётки облучателей.

2. Приведена классификация бифокальных зеркальных антенн по вариантам взаимного положения рефлекторов и облучателей и картинам хода ГО лучей в двух ортогональных плоскостях – плоскости сканирования и плоскости симметрии, позволяющая учесть при синтезе практические особенности размещения антенн.

3. Проведен сравнительный анализ характеристик многолучевых офсетных антенн Кассегрена с вогнутыми гиперболическими контррефлекторами, на основе которого определена область наилучшего применения таких антенн на практике.

Публикации.

опубликованы в 9 работах, из них 2 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК, и 1 учебное пособие.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, включая литературный обзор, и заключения. Она изложена на 186 страницах машинописного текста, иллюстрирована 63 рисунками и включает 11 таблиц.

Список цитированной литературы содержит 122 наименования.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, описана проблематика проектирования МЗА, сформулированы цель работы, ее научная новизна и практическая значимость полученных результатов, кратко представлено основное содержание работы.

Первая глава диссертации содержит литературный обзор по материалам отечественных и зарубежных публикаций по тематике, связанной с теорией и техникой МЗА. Обзор затрагивает следующие типы зеркальных систем:

симметричные и несимметричные однозеркальные параболические антенны и двухзеркальные антенны Кассегрена и Грегори; офсетные двухзеркальные антенны с нестандартной оптической схемой – антенны Кассегрена с вогнутыми гиперболическими контррефлекторами и инверсные антенны Кассегрена; тороидальные и сферические антенны; апланатические двухзеркальные антенны; бифокальные антенны; одно- и двухзеркальные антенны с профилированными зеркалами; некоторые другие варианты построения МЗА. В том числе рассмотрены несколько современных коммерчески доступных МЗА. В конце главы делаются выводы, часть из которых находит развитие в последующих главах диссертации.

Во второй главе приводятся результаты исследования характеристик многолучевых офсетных антенн Кассегрена с вогнутыми гиперболическими контррефлекторами. Отметим, что в некоторых зарубежных источниках данный класс АС называют антеннами Драгоне (Dragonian antennas). Расчеты ДН АС проведены в приближении метода физической оптики в программном пакете Ticra Grasp.

Облучатели представлены в виде точечного источника поля с осесимметричной ДН.

На примере АС с диаметрами апертуры 100 ( – длина волны) и одинаковыми величинами эквивалентного фокусного расстояния проведено сопоставление характеристик вторичного поля излучения двух типов антенн Кассегрена с вогнутыми гиперболическими контррефлекторами – с возбуждением сбоку (side fed offset Cassegrain, SFOC) и с возбуждением спереди (front fed offset Cassegrain, FFOC), см. рис. 1. Эффективность данных МЗА оценена в секторе углов ±20° в двух Рис. 1. Геометрия антенн и картина хода ГО лучей (для облучателей, расположенных в фокусе) в сечении плоскостью симметрии для АС ортогональных плоскостях при двух различных вариантах решетки облучателей – в виде «плоской решетки» и с оптимизированным на максимум КНД АС положением и ориентацией каждого облучателя. Облучатель, расположенный в фокусе АС, обеспечивает уровень облучения края контррефлектора -12 дБ.

Проведенные исследования показали, что рассмотренная АС типа FFOC имеет бльшие габариты всей АС, более габаритные рефлекторы и более узкий сектор обзора в плоскости симметрии по сравнению с АС типа SFOC. Последняя при положении облучателей, оптимизированном на максимум КНД, имеет сектор обзора около 29° (более 40 ширин ДН) по уровню КИП 40% в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При использовании упрощенной схемы расположения облучателей (типа «плоской решетки») сектор обзора по выбранному уровню КИП снижается примерно в 2 раза. Отметим, что величина КИП определялась в соответствии с выражением где Seff – эффективная площадь зеркальной антенны по кополяризационной составляющей поля с учетом с учетом потерь на переливание энергии за края зеркал, Sap – площадь апертуры центрального луча АС.

Особенностью исследованного в данной главе класса АС является наличие крупного контррефлектора, зачастую сопоставимого по габаритам с размерами главного зеркала. Для оценки эффективности двухзеркальных антенн с крупными контррефлекторами введен в рассмотрение критерий коэффициента использования поверхностей зеркал (КИПЗ), равный отношению эффективной площади зеркальной антенны к сумме площадей поверхностей обоих рефлекторов, в дополнение к КИП.

Спроектирована антенна Кассегрена типа SFOC с коническим сектором обзора с углом при вершине конуса 18° и шириной ДН около 1° (диаметром эффективности АС на краю сектора обзора посредством увеличения габаритов контррефлектора относительно исходных, определяемых геометрической оптикой, а также влияние ширины ДН облучателя на характеристики АС. При использовании оптимизированной решётки облучателей для АС с увеличенным контррефлектором удалось обеспечить КИП более 65% в рассматриваемом секторе обзора.

На примере этой же МЗА исследована возможность использования цилиндрических диэлектрических антенн бегущей волны модифицированного профиля (см. рис. 2) в качестве облучателей антенны с большой величиной эквивалентного фокусного расстояния, позволяющих сблизить соседние лучи при обеспечении относительно высокого уровня (-3,5 дБ) пересечения соседних ДН.

Подобный антенный элемент (в составе решетки) способен обеспечить небольшой (до нескольких десятых долей децибела) выигрыш в КНД АС по сравнению с элементом в виде рупорной антенны. Расчеты характеристик таких облучателей проведены методом конечных разностей во временной области в составе модели гексагональной решетки с двумя рядами соседних излучателей.

В третьей главе приводится описание процедуры синтеза профилей зеркал БЗА, позволяющей проектировать многолучевые антенны с широким сектором обзора при достаточно высоких величинах КИП всего раскрыва главного зеркала.

Опишем данную процедуру синтеза.

Рис. 2. Поперечное сечение антенного элемента (а) и модель для расчета характеристик элемента в составе решетки облучателей (б) Мы проектируем зеркальную систему, симметричную относительно вертикальной плоскости XZ и полагаем (без ограничения общности), что лучи АС осуществляют сканирование в горизонтальной плоскости XZ, а центральный луч направлен вдоль оси Z. Для каждого из двух лучей АС с точной фокусировкой предлагается обеспечить максимально эффективное ГО облучение главного зеркала, при облучении только половины контррефлектора, своей для каждого луча АС. При этом по мере отклонения и перемещения луча ДН от одного контррефлекторе токов перемещается от одного его края к другому, а «пятно»

токов на главном зеркале практически не меняет своего положения.

В качестве исходных данных задачи синтеза выбран следующий набор параметров: угловой разнос лучей точной фокусировки, 2·; форма сечения контррефлектора плоскостью симметрии; координаты точки фокуса; длина оптического пути от фокуса до точки в апертуре. Поверхности зеркал рассчитываются с учётом требования обеспечения одинаковой величины длины оптического пути для всех лучей, выходящих из фокуса и достигающих апертуры, с учетом геометрооптического закона отражения.

На первом этапе синтеза проводится расчет опорных точек на симметричных боковых ребрах главного зеркала и нормалей к поверхности рефлектора в этих точках. Поверхность главного зеркала далее формируется из набора кривых (дуг), соединяющих каждую симметричную пару полученных опорных точек и ортогональных нормалям в этих точках. Вариация формы этих кривых является дополнительной степенью свободы для процедуры синтеза и позволяет оптимизировать эффективность БЗА во всем секторе обзора. В работе реализована возможность задания соответствующих кривых в виде кривых второго и более высокого порядка. Точки на поверхности контррефлектора рассчитываются затем по результатам отражения ГО лучей от поверхности главного зеркала. При этом в силу симметрии достаточно рассчитать координаты точек только одной половины вспомогательного зеркала.

получаем возможность определить профили зеркал параметрических переменных. Одна из них – нормированная координата плоскости симметрии, другая нормированная координата p вдоль кривой, точки на боковых ребрах главного зеркала, см. рис. 3.

Заметим, что данную процедуру можно считать частным случаем общей методики синтеза БЗА, предложенной в работах Б.Е. Кинбера и соавторов. Однако этот случай не был исследован в соответствующих публикациях. В диссертации более подробно отмечается связь изложенной процедуры синтеза БЗА с идеями, использованными в работах Кинбера и соавторов и Раппапорта и соавторов.

В качестве примера рассмотрены две синтезированные БЗА, имеющие габариты апертуры около 60 х 60 и оптическую схему построения АС в плоскости симметрии типа антенны Кассегрена. Исследование электрических характеристик антенн проведено в приближении метода физической оптики в программном пакете ICARA. Облучатели представлены в виде точечного источника поля с осесимметричной ДН. Первый пример БЗА имеет сектор обзора 23° по уровню КИП не менее 63%. Вторая из представленных БЗА, геометрия АС которой изображена на рис. 4, имеет сектор обзора около 47° по уровню КИП не менее 47%. Следует отметить, что сектор обзора примеров БЗА, рассмотренных в работах Раппапорта и соавторов, не превышает 20°.

Выделено семь топологически различных возможных вариантов построения АС БЗА, отличающихся взаимным положением рефлекторов и облучателей, а также картиной хода ГО лучей, в плоскости симметрии и три Рис. 4. Вид сбоку (слева) и вид сверху (справа) примера БЗА с сектором обзора 47°. Все размеры по осям указаны в длинах волн варианта в плоскости сканирования.

В четвертой главе приводится описание реализованной методики оценки и оптимизации эффективности многолучевых БЗА по критерию КИП. Для проведения соответствующих вычислений используется апертурный метод расчета, учитывающий геометрооптический закон преобразования волнового фронта облучателя в волновой фронт АС в плоскости апертуры и поляризационные искажения, вносимые самой зеркальной системой.

Для оценки эффективной площади Seff произвольного луча БЗА (с учетом поляризационных эффектов и потерь на переливание) использованы выражения:

Здесь f(,) – ДН скалярного облучателя; u и v – координаты в плоскости апертуры; L – длина оптического пути от фазового центра облучателя до точки в апертуре; J – якобиан геометрооптического преобразования угловых координат облучателя в декартовые координаты апертуры главного зеркала; – скалярная направления вектора поляризации поля в точке на апертуре от направления кополяризационной составляющей поля в плоскости апертуры; k – единичный вектор с началом в точке положения фазового центра облучателя; t и p – параметрические координаты, задающие поверхность зеркал БЗА. В выражении (3) частная производная координаты u точки в апертуре по параметру t обозначена как u t и т.д. Величина КИП рассчитывается по формуле (1).

Интегрирование в числителе выражения (2) производится по освещаемой области апертуры, в знаменателе – в пределах полного телесного угла. Интегралы рассчитываются численно на основе расчета большого числа ГО лучей, выпущенных из точки положения фазового центра облучателя. При этом полагается, что в произвольную точку освещаемой части апертуры главного зеркала попадает только один ГО луч. Для этого в процессе проектирования проверяется условие отсутствия каустик в непосредственной близости от поверхностей рефлекторов.

Соответствующая методика расчета КИП БЗА представляет собой относительно простой в реализации, быстрый и нересурсоемкий способ оценки эффективности рассматриваемого класса МЗА. Результаты расчета, полученные с помощью данной апертурной методики, находятся в хорошем соответствии с результатами расчета методом физической оптики в программе ICARA.

Процедура оптимизации многолучевых БЗА реализована таким образом, что осуществляется перебор вариантов исходных данных задачи синтеза, т.е.

варьирование геометрии самих БЗА, а в автоматическом режиме проводится нахождение оптимальных положений и ориентаций облучателей и ширины их ДН в процессе максимизация КИП антенны для различных лучей АС в секторе обзора.

Объединение возможностей синтеза, оценки и оптимизации эффективности рассматриваемого класса БЗА в единой программной среде позволило получить эффективный инструмент проектирования и оптимизации таких МЗА.

Для оценки меры аберраций в раскрыве БЗА введена в рассмотрение величина эффективного среднеквадратического отклонения (СКО) длины оптического пути, учитывающая амплитудное распределение поля в раскрыве.

В пятой главе приведены результаты оптимизации двух многолучевых БЗА с электрическими размерами апертуры более 170. Обе БЗА имеют оптическую схему построения АС в плоскости симметрии типа антенны Грегори (одна из каустических поверхностей расположена между зеркалами), сектор обзора более 40 и меньшие аберрации при сопоставимых электрических габаритах апертуры по сравнению с двумя примерами БЗА, рассмотренными в третьей главе.

Одна из двух представленных в главе БЗА, изображенная на рис. 5, спроектирована для обеспечения сектора обзора шириной 50° при КНД более дБ. АС спроектирована для угла =20,5. Обращает на себя внимание тот факт, что вертикальные ребра главного зеркала и, в особенности, контррефлектора данной БЗА имеют резко выраженную искривленную форму. Исследования показали, что данная особенность характерна для синтезированных БЗА c конфигурацией АС типа антенны Грегори в плоскости симметрии. Рассчитанные в программе ICARA распределения токов на поверхностях зеркал БЗА показывают, что возможно существенного снижения КНД обоих лучей АС, см. рис. 5б. Это позволяет уменьшить габариты зеркал в плоскости сканирования и повысить таким образом КИП и КИПЗ данной БЗА для всех лучей АС в секторе обзора.

На рис. 6 приведено семейство ДН АС в секторе обзора, рассчитанных методом физической оптики. В качестве облучателя данной БЗА спроектирована гофрированная рупорная антенна. Величины КИП и КИПЗ АС во всем секторе обзора составляют не менее 43% и 23%, соответственно. По сравнению с коммерческой МЗА, разработанной в австралийской лаборатории CSIRO, при сопоставимых габаритах апертуры главного зеркала и на 30% более широком секторе обзора данная БЗА обладает бльшей эффективностью по критерию КИП, меньшими продольными габаритами всей АС, меньшим угловым разносом соседних лучей АС и позволяет использовать облучатели с Рис. 5. БЗА с сектором обзора 50°: а) вид сбоку с набором геометрооптических лучей, выходящих из фокуса и отраженных от сечения контррефлектора в плоскости симметрии; б) вид спереди с отображенным распределением токов для луча, соответствующего направлению точной фокусировки. Пунктирными рамками обведены области рефлекторов, оставшиеся после «обрезки» краев.

Рис. 6. Кополяризационные (сплошные кривые) и кроссполяризационные (пунктирные кривые) ДН БЗА с сектором обзора 50° существенно более широкой ДН. Однако БЗА имеет бльшие уровни бокового и заднего излучения и кроссполяризационной составляющей.

Заметим, что форма ДН БЗА в секторе обзора меняется. Это вызвано различием величины аберраций в апертуре для различных направлений прихода плоской волны. Так, например, для двух лучей точной фокусировки аберрации отсутствуют (в ГО приближении), а максимальные фазовые искажения характерны для лучей АС, близких к центральному. При необходимости снижения уровней бокового и кроссполяризационного излучения и/или стабилизации ДН во всем секторе обзора, геометрия спроектированной БЗА может быть использована в качестве начального приближения для получения более оптимальной МЗА посредством описанной в литературе процедуры численной оптимизации профилей рефлекторов. Отметим также, что для увеличения величины кополяризационной составляющей КНД АС предпочтительным может быть использование облучателей с неосесимметричной ДН, более широкой в плоскости сканирования (по сравнению с ортогональной плоскостью).

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы, отмечены возможные направления дальнейшего развития представленных в работе исследований.

Список публикаций автора по теме диссертации 1. Пластиков А.Н. Исследование возможностей сканирования двух многолучевых зеркальных антенн, построенных по схеме Драгоне // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2012. – № 2. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/iso/feb12/14/text.html.

2. Plastikov A.N., Kogan B.L. About a new procedure for offset bifocal reflector antennas synthesis (О новой процедуре синтеза офсетных бифокальных зеркальных антенн) // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2013. – Vol. 12. – P. 512-515.

3. Курушин А.А., Пластиков А.Н. Проектирование СВЧ-устройств в среде CST Microwave Studio: учебное пособие. – М.: Издательский дом МЭИ, 2012. – 152 с.

4. Пластиков А.Н., Коган Б.Л. О многолучевых зеркальных антеннах // конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2011. – Т.1. – С. 106-107.

5. Пластиков А.Н. Моделирование многолучевой зеркальной антенны, построенной по схеме Драгоне // Сборник трудов 5-й Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь», Москва, 2011. – С. 391-395.

6. Пластиков А.Н., Коган Б.Л. Моделирование бифокальной зеркальной антенны // Сборник тезисов докладов 18-й Международной научнотехнической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2012. – Т.1. – С. 101.

7. Plastikov A.N., Kogan B.L. A novel way for designing bifocal reflector antennas (Новый способ проектирования бифокальных зеркальных антенн) // Proceedings of the Progress in Electromagnetics Research Symposium, Moscow, 2012. – P. 1204-1207.

8. Пластиков А.Н., Коган Б.Л. Проектирование многолучевых офсетных «Радиолокация и радиосвязь», Москва, 2012. – Т.1. – С. 54-57.

9. Plastikov A.N., Kogan B.L. Bifocal reflector antenna design procedure for wide-angle multi-beam applications (Методика проектирования бифокальных зеркальных антенн для многолучевых задач с широким сектором обзора) // Proceedings of the 7th European Conference on Antennas and Propagation, Gothenburg, Sweden, 2013. – P. 3246-3250.



 


Похожие работы:

«Бабак Леонид Иванович ТЕОРИЯ, МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СИНТЕЗА СВЧ ТРАНЗИСТОРНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ДЕКОМПОЗИЦИОННОГО ПОДХОДА Специальность 05.12.07 – Антенны, СВЧ устройства и их технологии Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Томск 2011 2 Работа выполнена в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)....»

«Бакеев Владимир Борисович СОЗДАНИЕ МЕТОДИК И ОСНОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСОВ ОБОРУДОВАНИЯ КОНФИДЕНЦИАЛЬНЫХ КОРПОРАТИВНЫХ СИСТЕМ ТОННЕЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ Специальность 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Самара – 2009 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики...»

«Орлов Владимир Владимирович МЕТОДЫ СКРЫТОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЯХ Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Самара – 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования государственный университет телекоммуникаций и Поволжский информатики (ФГОБУ ВПО ПГУТИ). Научный...»

«Смирнов Александр Сергеевич МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ЦИФРОВЫХ РАДИОЛИНИЙ СВЯЗИ Специальность: 05.12.13 — Системы, сети и устройства телекоммуникаций Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2009 Работа выполнена на кафедре Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы Московского государственного института электроники и математики (технического университета) доктор технических наук, профессор...»

«Xвaлин Aлeкcандp Львoвич Aнaлиз и cинтeз интeгpaльныx мaгнитоупpaвляемыx рaдиoтeхничecкиx устpoйств нa фeppитoвыx peзoнaтopax 05.12.04 Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Самара – 2014 Работа выполнена в ОАО Институт критических технологий, г.Саратов Официальные оппоненты : Ильин Евгений Михайлович, д.ф.-м.н., ведущий аналитик Инновационного технологического центра КНП МГТУ им....»

«Гюнтер Антон Владимирович ФОРМИРОВАНИЕ НОВЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ С НУЛЕВОЙ ЗОНОЙ КОРРЕЛЯЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИСТЕМАХ Специальность 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Самара – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования Сибирский государственный университет...»

«Парнес Михаил Давидович ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫЕ АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ СВЧ НА ОСНОВЕ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЛАТ ДЛЯ РАДАРОВ И СИСТЕМ СВЯЗИ Специальность: 05.12.07 – Антенны, СВЧ-устройства и их технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург – 2011 Работа выполнена в ЗАО Светлана-Электронприбор и ООО Резонанс (г. Санкт-Петербург). Научный консультант – доктор технических наук, профессор Вендик Орест Генрихович Официальные оппоненты :...»

«Карякин Дмитрий Владимирович ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СРЕДЫ ВИЗУАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Самара – 2009 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Поволжский государственный...»

«Смирнов Алексей Витальевич МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В AD HOC СЕТЯХ С ВЫСОКОСКОРОСТНЫМИ ОБЪЕКТАМИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НАПРАВЛЕННЫХ АНТЕНН 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 2011 Диссертационная работа выполнена на кафедре телекоммуникационных систем Национального исследовательского университета МИЭТ Научный руководитель доктор...»

«Малахов Василий Алексеевич МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ДИСПЕРСИОННЫХ ЗАДАЧ ДЛЯ СВЧ, КВЧ СТРУКТУР, ОПИСЫВАЕМЫХ НЕСАМОСОПРЯЖЕННЫМИ ОПЕРАТОРАМИ СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.12.07 - АНТЕННЫ, СВЧ УСТРОЙСТВА И ИХ ТЕХНОЛОГИИ Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Нижний Новгород - 2013 Работа выполнена на кафедре Физика и техника оптической связи федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Нижегородский...»

«Орешкин Виталий Иванович Оценка степени влияния дестабилизирующих факторов на характеристики цифровой антенной решетки Специальность 05.12.07 Антенны, СВЧ-устройства и их технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2009 Работа выполнена на кафедре Микроэлектронные радиотехнические устройства и системы Московского государственного института электронной техники (Технического университета). Научный руководитель : кандидат...»

«ТИМАШЕВА Татьяна Геннадьевна ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МИЛЛИМЕТРОВЫХ СИГНАЛОВ, ОТРАЖЕННЫХ ОТ ОБЪЕКТА СО СЛОЖНЫМ ХАРАКТЕРОМ ДВИЖЕНИЯ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2014 Работа выполнена на кафедре Радиоприемных устройств ФГБОУ ВПО НИУ МЭИ доктор технических наук, профессор Научный руководитель : ГРЕБЕНКО Юрий Александрович ХРИСТОФОРОВ...»

«ПЕТРОВ Виталий Валерьевич СТРУКТУРА ТЕЛЕТРАФИКА И АЛГОРИТМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ ПРИ ВЛИЯНИИ ЭФФЕКТА САМОПОДОБИЯ 05.12.13 – “Системы, сети и устройства телекоммуникаций” АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва, 2005 Работа выполнена на кафедре Радиоприемных устройств Московского энергетического института (Технического университета) Научный руководитель – кандидат технических наук, профессор БОГАТЫРЕВ Евгений...»

«ПОЗДНЯК Ирина Сергеевна РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ АДАПТИВНОЙ МАРШРУТИЗАЦИИ В МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЯХ СВЯЗИ Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Самара 2009 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики (ГОУВПО ПГУТИ). Научный...»

«Хабаров Евгений Оттович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛЬНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ПО КАНАЛАМ С МЕЖСИМВОЛЬНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИЕЙ Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Самара 2013 2 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования Поволжский государственный университет...»

«СПИРИНА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТЕЙ ТЕЛЕВИЗИОННОГО И ЗВУКОВОГО ВЕЩАНИЯ НА ОСНОВЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ И ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Казань - 2003 Работа выполнена в Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева Научный руководитель : кандидат технических наук, профессор Щербаков Г.И....»

«Xвaлин Aлeкcандp Львoвич Aнaлиз и cинтeз интeгpaльныx мaгнитоупpaвляемыx рaдиoтeхничecкиx устpoйств нa фeppитoвыx peзoнaтopax 05.12.04 Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Самара – 2014 Работа выполнена в ОАО Институт критических технологий, г.Саратов Официальные оппоненты : Ильин Евгений Михайлович, д.ф.-м.н., ведущий аналитик Инновационного технологического центра КНП МГТУ им....»

«Перфильев Виктор Вячеславович РАЗРАБОТКА СВЧ УСТРОЙСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ Специальность 05.12.07–Антенны, СВЧ устройства и их технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2013 г. Работа выполнена на кафедре Радиоэлектроники и телекоммуникаций Национального исследовательского университета Высшая школа экономики Научный руководитель : Климов Константин Николаевич, доктор технических наук...»

«Строганова Елена Петровна ДОСТОВЕРНОСТЬ ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИК И РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ НА ЭТАПАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ Специальность 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2010 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский технический университет связи и...»

«Удалов Василий Николаевич Высокочастотные коммутационные устройства с повышенным быстродействием Специальность: 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения 05.12.07 – Антенны, СВЧ устройства и их технологии Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 г. 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.