Исследование и проектирование двумерно-периодических антенных решеток щелевых излучателей на основе плоского волновода

• Автор: Дупленкова, Мария Дмитриевна
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 205 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 Планарные антенны

1.2 Обзор конструкций планарных антенн

1. 3. Методы анализа решеток на плоском волноводе

1.'4. Цели и задачи работы. Структура работы

ГЛАВА 2. БЕСКОНЕЧНАЯ РЕШЕТКА ЩЕЛЕВЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ. 4/

2.1. Формулировка граничной задачи

2.2. Вывод интегрального уравнения (ИУ).....................................9.0.

2.3. Система линейных алгебраических уравнений (СЛАУ)................ОЯ..

2.4. Вычисление коэффициентов СЛАУ
2.5. Численные результаты
ГЛАВА 3. КОНЕЧНАЯ РЕШЕТКА
3.1. Две модели конечной решетки...........г......................................699..
3.2. Вывод СЛАУ для решетки конечной длины........................6.9..
3.3. Алгоритм вычисления коэффициентов СЛАУ....................................... ЯЗ..
3.4. Матрица рассеяния решетки
3.5. Диаграмма направленности и коэффициент усиления
антенной решетки..............................................4.9..
3.6. Одноволновое приближение без учета отражений.................3.3.
3.7. Численные результаты.........................................9.Р..
3.8. Интересные физические эффекты, характерные для
двумерно-периодических решеток

ГЛАВА 4. ВОЛНОВОДНАЯ РЕШЕТКА, СОДЕРЖАЩАЯ
ДВЕ ЩЕЛИ НА ПЕРИОДЕ.................................9.4.
4.1. Вывод СИУ для бесконечной решетки, содержащей
две щели на периоде......................................7.4.*?
4.2. Вывод СИУ для решетки, конечной по одной координате, бесконечной по другой, и содержащей две щели на периоде
4.3. Алгоритм вычисления коэффициентов СЛАУ для решетки, содержащей две щели на периоде .............................'.. 4Я6.
4.4. Матрица рассеяния решетки, содержащей две щели на периоде 39.
4.5. Диаграмма направленности и коэффициент усиления
решетки, содержащей две щели на периоде
4.6. Численные результаты
ГЛАВА 5. ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РЕАЛИЗАЦИЯ
АНТЕНН ПЛАНАРНОГО ТИПА..............................4.99.
5.1. Исследование двумерно-эквидистантной решетки щелевых излучателей конечных размеров с помощью эквивалентных схем замещения 4.9.6.
5.2. Учет влияния конечности размеров возбудителя............46.7..
5.3. Экспериментальное исследование решетки щелевых излучателей
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................. 4.9.
ЛИТЕРАТУРА.....................................................4.9.
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Актуальность темы обусловлена потребностью современных радиоэлектронных систем в эффективных антеннах СВЧ диапазона, обладающих следующей совокупностью показателей качества: высоким коэффициентом использования поверхности (КИП), низкой стоимостью, малыми весом и габаритными размерами. Такие антенны используются в системах мобильной связи, спутниковой связи и телевидения, различных бортовых радиоэлектронных комплексах. Одним из направлений в создании таких антенн являются планарные антенны, отличающиеся тем, что ' габаритные размеры их апертуры много больше толщины антенны. Часто планарные антенны изготавливаются методами технологии печатных схем, что обусловливает их относительно низкую стоимость.
В настоящее время хорошо известны и широко используются четыре основных типа планарных антенн: полосковые, волноводно-щелевые
решетки (ВЩР), антенны на плоском волноводе (ПВ), антенны на плоском диэлектрическом волноводе (ПЛДВ). Отдельной проблемой является создание планарных антенн в верхней части сантиметрового диапазона радиоволн и в миллиметровом диапазоне. Дело в том, что хорошо изученные полосковые антенны и в целом полосковые устройства на этих частотах имеют большие диссипативные потери, что приводит к снижению коэффициента полезного действия таких антенн. С другой стороны, волноводные антенны и, в частности, ВЩР отличаются высокой эффективностью, но имеют высокую сравнительно с полосковыми аналогами стоимость. Данное техническое противоречие стимулировало поиск новых вариантов построения планарных антенн для данного диапазона Был предложен ряд конструкций антенн, имеющих в качестве основы ПВ и ПЛДВ. Антенны на ПЛДВ более перспективны в верхней части миллиметрового диапазона, так как на этих частотах они имеют
задачи создания двухполяризационных антенн крайне затруднительно для таких устройств. Основной недостаток этих антенн характерен для всего класса антенн на ПВ - это узкая рабочая полоса частот.
Антенны на ПВ с питанием плоскими волнами обладают теми же достоинствами, что и антенны на ПВ с центральным питанием: высокий КИП, низкую стоимость, малые вес и габаритные размеры. Для решения * задачи создания двухполяризационных антенн, антенны с плоскими волнами
предпочтительнее антенн на основе радиальной линии. К недостаткам таких антенн можно отнести необходимость использования специального возбудителя, имеющего более сложную структуру, чем возбудитель цилиндрических волн, а также узкую рабочую полосу частот. В ряде работ - теоретически показано, что использование резонанса щелевого излучателя может расширить полосу рабочих частот антенны на ПВ (отметим, что этот 4 эффект можно использовать и в ВЩР) в 2-2.5 раза
Антенны на ПЛДВ имеют высокий КИП, малые стоимость и вес, однако габаритные размеры таких антенн значительно больше, чем у рассмотренных выше. Последнее связано со сложностью построения компактного и эффективного возбудителя волн ПЛДВ, поскольку эти волны относятся к классу поверхностных волн, возбуждение которых требует плавных переходов, имеющих большие размеры. Это является серьезным препятствием для применения таких антенн в качестве, например, бортовой аппаратуры. К числу достоинств таких антенн можно отнести то, что с их помощью можно решить задачу создания двухполяризационной антенны. Как и рассмотренные выше антенны на ПВ, антенны на ПЛДВ имеют узкую полосу рабочих частот.
Таким образом, в верхней части сантиметрового диапазона и в нижней части миллиметрового диапазона наиболее перспективным решением являются антенны на основе ПВ. Обоснуем это утверждение. Полосковые антенны не перспективны в силу низкого КИП. ВЩР не имеют преимуществ перед антеннами на ПВ, но существенно дороже последних. Антенны на