Антенные и дифракционные характеристики многослойной линзы Люнеберга

• Автор: Комарова, Елена Владимировна
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Историческая справка
1.2 Геометро-оптический подход к определению профиля линзы
1.3 Многослойная модель линзы. Способы аппроксимации
1.4 Способы решения задачи электромагнитного возбуждения
1.5 Технологии изготовления линз Люнеберга и используемые материалы
1.6 Применение линз Люнеберга в СВЧ-технике и оптике
1.7 Выводы
2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ И ДИФРАКЦИЯ НА МНОГОСЛОЙНЫХ СФЕРИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ
2.1 Реализация способов электромагнитного возбуждения многослойных сферических областей
2.2 Преобразования общих представлений тензоров Грина при возбуждении поперечными источниками
2.3 Решение задачи электромагнитной дифракции на многослойных сферических областях
2.4 Выводы
3 ДИФРАКЦИЯ ПЛОСКОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ НА МНОГОСЛОЙНОЙ ЛИНЗЕ ЛЮНЕБЕРГА
3.1 Определение дифракционных характеристик линзы Люнеберга
3.2 Равношаговое приближение профиля линзы. Численные результаты
и их анализ
3.3 Оптимизированная стратификация тела линзы. Численные результаты и их анализ
3.4 Появление кроссполяризационных составляющих поля

3.5 Сравнение с результатами других исследований
3.6 Выводы
4 ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОГО МЕТОДА К
РАСЧЁТУ АНТЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНЗЫ ЛЮНЕБЕРГА
4.1 Первичные источники возбуждения линзы Люнеберга
4.2 Возбуждение линзы Люнеберга одиночным вибратором
4.3 Возбуждение линзы Люнеберга источником однонаправленного излучения
4.4 Возбуждение линзы Люнеберга вибратором с рефлектором
4.5 Влияние смещения облучателя от поверхности линзы на антенные характеристики
4.6 Поляризационные характеристики линзы
4.7 Амплитудно-фазовое распределение по эквивалентной апертуре на теневой стороне линзы. Влияние положения первичного источника на амплитудно-фазовое распределение
4.8 Коэффициент направленного действия и коэффициент усиления антенны
4.9 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В различных системах радиолокации, радионавигации, радиоастрономии, наземной и космической связи, а также радиопротиводействия находят широкое применение антенны высокой направленности. Наиболее распространенными типами направленных антенн являются зеркальные и двухзеркальные антенны (Кассегрена, АДЭ, Грегори), фазированные антенные решетки, плоские ускоряющие и замедляющие линзовые антенны [1-14], а также появившиеся в последние два десятилетия антенны на основе поверхностных гребенчатых структур, как разновидность антенн вытекающей волны [15]. Для многих практических приложений направленных антенн желательно иметь систему управления лучом в широком диапазоне углов обзора. При этом в зеркальных и плоских линзовых антеннах такое управление лучом достигается путем их механического поворота в пространстве, что является не всегда приемлемым. Общими проблемами для этих антенн являются также вопросы ширины полосы рабочих частот и защиты антенных систем от внешних воздействий.
В фазированных антенных решетках управление лучом достигается с помощью специальных систем управления диаграммой направленности. Высокое быстродействие управления диаграммой - одно из важнейших достоинств этих антенн. Однако и они также имеют известные ограничения по диапазону углов сканирования и ширине полосы рабочих частот. Кроме того, стоимость на проектирование и изготовление систем управления диаграммой направленности решёток достаточно высока и часто превосходит стоимость самого антенного полотна.
Сравнительно новыми по отношению к перечисленным выше антеннам и свободными от ряда отмеченных недостатков являются антенны, построенные на базе линзы Люнеберга (ЛЛ). Впервые возможности фокусировки луча с помощью этой линзы были описаны математиком Рудольфом Карлом Люнебер-гом в работе «Математическая теория оптики», опубликованной в 1944 году [16]. В своих работах на основе квазиоптического приближения [17,18] Люне-

Как видно из рисунка, наибольшее количество патентов принадлежит передовым в области науки и технологии странам, таким как США, Япония и Великобритания. Также следует отметить разработки Франции и России и появившийся в последнее время интерес к линзе Люнеберга китайских ученых.
Перейдем непосредственно к применению линз Люнеберга. При удалении первичного источника от поверхности, линза Люнеберга может формировать направленную диаграмму рассеяния и поэтому может быть использована для направленного переизлучения плоской электромагнитной волны. В этом качестве линза может быть использована как средство подавления нежелательного излучения, то есть быть средством радиопротиводействия. С учетом круговой симметрии направление для подавления нежелательных источников может меняться.
Линза Люнеберга также может быть использована в качестве остронаправленной антенны. Для этого необходимо расположить облучатель вблизи поверхности сферической линзы, кроме того, облучатель должен иметь квази-однонаправленное излучение с максимумом, ориентированным в сторону линзы. Это необходимо делать для получения высокого коэффициента направленного действия и коэффициента усиления.
Линза Люнеберга также может быть использована для широкоугольного сканирования. Поскольку ЛЛ обладает сферической симметрией, при любом положении облучателя формируется одинаковая диаграмма направленности, которая определяется диаметром ЛЛ и коэффициентом усиления. Перемещая облучатель по освещенной стороне линзы можно формировать лучи и осуществлять сканирование в широком секторе углов. В этом смысле ЛЛ может служить аналогом полноповоротной зеркальной антенны.
Благодаря сферической симметрии возможно использование ЛЛ в многолучевом режиме [61,62]. Для этого необходимо расположить несколько первичных облучателей вокруг линзы. При этом возможно формирование нескольких независимых диаграмм направленности.