Совершенствование технических и технологических решений при создании многочастотных элементов активных фазированных антенных решеток

• Автор: Гаврилов, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.02.22
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Оглавление
Введение
1 Обзор современных подходов и технологических решений для построения
излучающих элементов активных фазированных антенных решеток
1.1 Обзор технологий построения излучающих элементов активных фазированных антенных решеток
1.2 Обзор методов и средств измерения радиотехнических характеристик антенн и микроволновых устройств
1.3 Обзор систем автоматизированного проектирования и их основных математических методов моделирования
1.4 Выводы
2 Исследование процесса проектирования излучающего элемента для активной фазированной антенной решетки с цифровым диаграммообразованием
2.1 Задача декомпозиции при моделировании излучающей системы многодиапазонной фазированной антенной решетки
2.2 Синтез амплитудно-фазового распределения по желаемой диаграмме направленности
2.3 Исследование и разработка излучателей для апертуры активной фазирвоанной антенной решетки Х-диапазона в программных средах математического моделирования методами конечных элементов
2.4 Модернизация излучающего элемента для создания интегрированного приемо-передающего модуля
2.5 Выводы
3 Исследование конструкторско-технологических решений для создания излучателей активных элементов антенных решеток различных диапазонов частот
3.1 Исследование процесса построения апертуры фазированной антенной решетки Ь-диапазона со спадающим к краям амплитудно-фазовым распределением

3.2 Исследование путей технологической реализации совмещенных излучающих элементов для антенных решеток с круговой поляризацией
3.3 Техническое решение для построения трехрежимной фазированной антенной решетки для навигационной аппаратуры потребителя
3.4 Исследование характеристик много диапазонного излучателя круговой поляризации на основе вложенных спиралей
3.5 Выводы
4 Организация производства приемо-передающих элементов активных
фазированных антенных решеток
4.1 Организация рабочего места для тестирования активной части приемопередающих модулей
4.2 Рекомендации к контролю радиотехнических характеристик после воздействия климатических факторов и физических воздействий
4.3 Организация рабочего места для проведения предварительных заводских
и приемо-сдаточных испытаний
4.4 Технология производства и сборки активных антенных элементов для навигационной аппаратуры потребителя
4.5 Рекомендации по проведению тестирования активных модулей навигационной аппаратуры на производстве
4.6 Выводы
Заключение и результаты диссертационной работы
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
Благодарности
Приложение А Копии актов о внедрении
Приложение Б Копии патентов и международных заявок
ВВЕДЕНИЕ
Современные радиоэлектронные средства (РЭС) не обходятся без антенн и антенных систем, сопряженных с активными устройствами и высокочастотными трактами. РЭС, такие как радиолокационные, радионавигационные и телеметрические работают, как правило, в двух и более частотных диапазонах, совмещающих несколько литер в рамках выделенного диапазона частот или несколько разнесенных частотных диапазонов. Создание и внедрение в серийное производство таких систем в условиях сжатых сроков на разработку и подготовку их серийного производства, унификации базовых активных модулей, минимизации затрат времени и ресурсов на вычислительные и испытательные мощности, требует необходимости применения комплексных подходов к процессу разработки и испытаний с созданием методик, учитывающих последние достижения в области САПР и контрольно-измерительной аппаратуры.
Работы по созданию многодиапазонных антенных систем, в том числе активных фазированных антенных решеток (АФАР), и систем навигации и телеметрии ведутся во многих организациях, занимающихся созданием РЭС. Вопросами построения многодиапазоиных РЛС с АФАР и направленных зеркальных антенн для передачи информации занимаются крупные концерны такие как ОАО «Алмаз-Аантей», ОАО «АФК-система», ОАО «Моринформсистема», «Thales», «EADS-Astrium», JSC «Raytheon», JSC «Northrop Grumman» и др. Работы в области создания многодиапазонных антенных систем и ФАР для спутниковой навигационной аппаратуры потребителя (НАП) ведутся в ОАО «НИИ КП», ОАО «КБ «Компас»», ОАО «КБ «Навис», «Торсоп», «Javad GNSS» и др.
Построение активных фазированных антенных решеток (АФАР) по модульному принципу вынуждает обращать внимание на такие сложности как: выбор сетки размещения элементов АФАР в условиях жестких конструктивных ограничений, способы интеграции активной и пассивной части в приемо-передающих модулях (ППМ), подбор наименее затратных технологий производства позволяющих реализовывать высокую идентичность радиотехнических характеристик при серийном производстве. Серийное производство радиотехнических устройств, в особенности СВЧ требует контроля на стадии производства ее функциональных узлов, а зачастую и настройки. При этом, процесс настройки может занимать множество времени у оператора без наличия априорных данных, вычисляемых по данным измерений. Практика создания антенных модулей в ОАО «ЛЭМЗ», ОАО «РТИ им. Минца», ОАО «НИИ КП» и др. показывают, что тестирование таких устройств требует существенных временных затрат и требовать высокую квалификацию рабочего персонала. При этом, на предприятиях применяется современная аппаратура измерений с высоким потенциалом по интеграции в процесс производства с полной автоматизацией контрольных испытаний.
Решение задач в области создания элементной базы многофункиональных и многодиапазонных АФАР затрагивает вопросы научного поиска технических решений,

Но необходимо на первичном этапе также провести оценку квадратичных ошибок фазовращателей (ступенчатость фазовой характеристики, связанной с дискретом фазовращателя). В случае использования не дискретных ФВ — проводить оценку искажения фазового фронта, связанного с неидентичностью фазы на выходах в % соотношении от номинала.
При рассмотрении задачи построения апертуры без сканирования в Н-плоскости, при первичном подходе остается оценить для Е-сечения ДН максимально допустимый угол сканирования без возникновения дифракционных лепестков и максимально возможный шаг между излучателями для минимальной длины волны рабочего диапазона частот.
Результаты расчетов, которые ложатся в основу дальнейшего моделирования методом КРВО приведены в Таблице 2.2. Отметим, что параметры приведены для равномерного АФР. Эти выходные данные можно считать теоретической базой, к которой нужно стремиться при создании прототипа и эти данные ложатся в технические требования по настройке данными для ТУ или ПО контроля параметров для определения годности полученного образца.
Таблица 2.
Результаты моделирования методом конечных разностей во временной области
Параметр Е-плоскость Н-плоскость
Ширина луча 12 градусов 2.8 градуса
Коэффициент усиления (КУ) 12.1 дБ при КПД 90% 30.4 дБ
Сектор сканирования 40 градусов
Шаг между излучателями: 0.59А. 0.56 X
УБЛ -12.1 дБ зависит от АФР
Размер апертуры 2.5Х 36,25).
Для получения более низких УБЛ (менее - 22 дБ) необходимо применять ЛР спадающее к краям апертуры, как вариант - приведенные в [85], например, распределение типа косинус квадрат на пьедестале:
А(х) = Да + (1 - Д2)соз р^)2 (2.7)
где Д1= 0,22, Л2 = 0,22,