Высокотехнологичные антенные решетки СВЧ на основе многослойных плат для радаров и систем связи

• Автор: Парнес, Михаил Давидович
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 282 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Фазированные антенные решетки и фазовращатели в их составе

1.1. Оптическое возбуждение антенной решетки

1.2. Отражательные антенные решетки

1.3. Обобщенная характеристика фазовращателя

для работы в ФАР,

1.4. Фазовращатели на основе намагниченного феррита

1.5. Дискретные фазовращатели на нар-/-и-диодах

Глава 2. Планарные отражательные антенные решетки

2.1. Планарная отражательная антенна на основе тонкопленочной технологии
2.2. Отражательная решетка со сканирующим лучом, составленная из микрополосковых излучателей-фазовращателей
на базе полупроводниковых варакторов
2.3. Отражательная плоская ФАР для волны с круговой поляризацией и фазовращателямий на />-/—н-диодах
Глава 3. Многоэлементная решетка излучателей в фокальной плоскости радиотелескопа
3.1. Введение в проблему
3.2. Антенные характеристики радиотелескопа
РАТАН-600 в многолучевом режиме
3.3. Радиотелескоп, использующий систему Шмидта
Глава 4. Исследование фазовращателей для использования в фазированной антенной решетке
4.1. Поляризационные отражательные фазовращатели
нар—/—и-диодах для волны с круговой поляризацией
4.2. Разработка и изготовление электронно-перестраиваемых фазовращателей с использованием сегнетоэлектрических управляемых элементов
4.3. Изготовление и результаты испытаний
экспериментальных образцов фазовращателей «Сигма»
4.4. Дискретные многоразрядные СВЧ-фазовращатели, выполненные на транзисторных ключах
Глава 5. Различные варианты фазированных антенных решеток
5.1. Микрополосковая антенна круговой поляризации
5.2. Печатная микрополосковая антенная решетка
с косекансной диаграммой направленности на рабочую частоту 76 ГГц для использования в аэропортах
5.3. Адаптивные антенны для системы связи
5.4. Конформная антенная решетка
5.5. Мощностные характеристики фидерных цепей
антенных решеток
Приложения
П1. Процедура численного расчета фазы коэффициента
отражения от вибратора, нагруженного на варактор
П2. Максимальная СВЧ-мощность, которую может выдержать
варактор, включенный в диполь
ПЗ. Протоколы измерений
поляризационного фазовращателя Х-диапазона
П4. Акты о практическом использовании результатов
диссертационной работы
Используемая литература
Список работ автора по теме диссертации
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время антенны сверх высоких частот (СВЧ) от 1 до 100 ГГц во многих случаях выполняются в виде решеток излучателей [1-3]. Во многих случаях решетки вытесняют параболические зеркальные антенны [4,5].
Требования к размерам решетки могут быть решающими в выборе системы питания. Система питания для маленькой апертуры не может быть аналогичной очень большой апертуре, и наоборот, системы питания для апертур размером порядка сотен длин волн, не может работать с апертурой, размер которой меньше 10 длин волн. Трудности в конструктивных решениях зависят от рабочей частоты, размера апертуры и числа лучей, а также от требуемой устойчивости к ударам, вибрации и условий окружающей среды. Тепловой режим обеспечивается за счет удаления излишнего тепла, вызванного потерями СВЧ-энергии в линиях передачи диаграммообразующих схем (ДОС), а также в предотвращении формирования льда и накопления снега. Различные варианты ДОС могут использоваться, как в решетках с фиксированным амплитудио-фазовым распределением, так и в антеннах с управляемым фазовым распределением (ФАР) [6] или в антеннах с управляемым фазовым и амплитудным распределением, содержащих усилители в каждом канале (активные ФАР или АФАР) [7]. Требования к боковым лепесткам являются одними из основных, определяющих структуру системы питания, которая должна эффективно распределить мощность или собрать ее от элементов решетки. Требуемый уровень боковых лепестков определяет допустимое квантование по амплитуде в системе питания, т. е. определяет, сколько элементов могут быть запитаны с одинаковой амплитудой и фазой [8].
Простейшая схема планарной отражательной антенны представляет собой плоскую отражающую поверхность, на которой расположены планарные элементы, размеры которых подобраны так, чтобы фаза отраженной волны от каждого элемента компенсировала разность фаз между сферическим и плоским фронтом волны. Компенсация разности фаз приводит к тому, что сферический фронт первичного излучателя после отражения от микропо-лосковых излучателей превращается в плоский фазовый фронт. Сформули-

ками управления не вписываются в современную планарную технологию массового производства. Поэтому наряду с высокими функциональными параметрами ферритовые фазовращатели характеризуются высокой стоимостью производства. Несмотря на большой опыт разработки и эксплуатации ферритовых фазовращателей в течение более 50 лет, конструкторы ФАР стремятся найти другие технические решения.
На рис. 1.21 приведена фотография антенны радара ракетно-зенитного комплекса С-300, разработанного советскими специалистами на базе ферритовых фазовращателей и завоевавшего большой авторитет как в России, так и за рубежом.
Рисунок 1.21. Фотография антенны радара ракетно-зенитного комплекса С-
1.5. Дискретные фазовращатели на /ъ-|-я-диодах
Дискретным фазовращателем называется устройство, обеспечивающее скачкообразное изменение фазы электромагнитной волны без изменения ее амплитуды. Простейший одноступенчатый фазовращатель характеризуется двумя различными фазовыми состояниями. Переключение из одного состояния в другое, как правило, обеспечивается выключателями, входящими в состав фазовращателя. Идеальный выключатель представляет собой линейный двухполюсник, имеющий два различных состояния, в одном из которых он является идеально пропускающим, в другом - идеально отражающим.