Исследование и разработка печатных отражательных антенных решеток с использованием модели на основе конечно-бесконечных структур

• Автор: Балландович, Святослав Владимирович
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 178 с. : ил.

Список условных обозначений

Введение

Глава 1. Печатные отражательные антенные решетки

1.1. Общие сведения

1.2. Математическая модель одиночного элемента

1.3. Исследование свойств одиночного элемента

1.4. Применение методов фазового синтеза при проектировании ПОАР ДН специальной

формы

1.5 Методы анализа ПОАР

1.6. Практическая реализация ПОАР

1.7. Выводы
Глава 2. Математическая модель печатных отражательных антенных решеток
на основе конечно-бесконечных структур
2.1. Математическая модель печатной отражательной антенной решетки на основе конечно-бесконечных структур
2.1.1. Общие выражения
2.1.2. Применение метода эквивалентных схем для вывода выражений функции Грина
2.1.3. Решение системы интегральных уравнений для конечно-бесконечной ПОАР..
2.1.4. Оценка сходимости и точность разработанной математической модели
2.2. Исследования свойств ПОАР на основе разработанной модели
2.3. Выводы
Глава 3. Проектирование многополосных ПОАР
3.1. Широкополосные ПОАР с малой апертурой
3.2. Особенности проектирования ПОАР со средней апертурой
3.3. Проектирование двухчастотных ПОАР с большой апертурой
3.4. Общие вопросы проектирования остронаправленных двухчастотных ПОАР с большим отношением центральных частот рабочих диапазонов
3.5. Проектирование остронаправленных двухчастотных ПОАР с большим отношением центральных частот рабочих диапазонов с учетом взаимного влияния элементов
3.6. Проектирование трехчастотных ПОАР
3.7. Выводы
Глава 4. Практическая реализация ПОАР
4.1. ПОАР с секторной и косекансной ДН
4.2. Антенная решетка миллиметрового диапазона с диаграммой направленности специальной формы
4.3. ПОАР для систем спутникового телевидения
4.4. Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение

Список условных обозначений
АР - антенная решетка АФУ - антенно-фидерное устройство ДН - диаграмма направленности ЗА - зеркальная антенна
КИП - коэффициент использования поверхности
КНД - коэффициент направленного действия
КУ - коэффициент усиления
ОАР - отражательная антенная решетка
ПОАР - печатная отражательная антенная решетка
ПЭ - печатный элемент
УБЛ - уровень боковых лепестков

Введение
К современным антенно-фидерным устройствам (АФУ) могут предъявляться различные требования, причем часто взаимоисключающие, по технологичности, надежности, направленности и др. Наиболее технологически и технически сложными АФУ на сегодняшний день являются антенные решетки (АР). Прежде всего, они используются для создания остронаправленной диаграммы направленности (ДН) с возможностью качания главного лепестка, но обладают и рядом уникальных возможностей как, например, создание ДН специальной формы или пространственная селекция помех. Основными недостатками высокоэффективных АР являются большая стоимость и сложность при производстве. Использование антенн с пространственной системой деления мощности позволяет решить часть указанных проблем [1-3]. Наибольшее распространение среди них получили отражательные АР (ОАР). Изготовление ОАР с помощью печатной технологии позволяет сделать их максимально удобными в производстве, существенно уменьшить стоимость и при этом сохранить основные преимущества таких антенн.
Актуальность темы исследования: Печатные отражательные антенные решетки (ПОАР) начали активно исследоваться с середины 90-х годов. Помимо множества работ в периодических изданиях [4; 5], известны книги, посвященные целиком данной тематике, например, [6; 7]. В общем случае, ПОАР состоят из облучателя и рефлектора (чаще всего плоского), который изготовлен по печатной технологии. Последний представляет собой набор элементов, с помощью которых формируется требуемое фазовое распределение вдоль раскрыва. Для расширения возможностей ПОАР в их составе могут применяться различные управляющие элементы [8; 9], в том числе коротказамыкающие штыри [7], варакторы [10], МЕМБ-переключатели [8; 11], жидкие кристаллы [12] и даже механические устройства [13]. В последнее время выработалось несколько основных направлений развития

диэлектрика с просверленным отверстием. Изменение радиуса отверстия позволяет регулировать фазу коэффициента отражения.
Антенны, спроектированные на основе диэлектрических элементов, отличаются от ПОАР только технологией производства. Преимущество таких антенн заключается в возможности их изготовления средствами механической обработки (фрезерование, сверление) или лазерной резки
1,3.4. В ряде работ [18; 46; 58-59], отмечается, что ПЭ в виде вложенных друг в друга рамок обладают свойствами многослойных элементов и технологичностью однослойных. На рис. 1.16 показана геометрия ПЭ в виде вложенных друг в друга квадратных рамок. На рис. 1.17 показана зависимость коэффициента отражения от размеров в диапазоне частот 9-11 ГГц, а на рис. 1.18 изображены фазовые характеристики для различных углов падения. Из рис. 1.17 и 1.18 видно, что ПЭ в виде вложенных рамок обладают диапазоном регулировки фазы большим, чем 360°, а их свойства слабо зависят от углов падения электромагнитного поля, что делает их привлекательными при использовании в технологичных широкополосных ПОАР. Основным недостатком таких элементов является то обстоятельство,
Рис. 1.16. Геометрия широкополосного однослойного печатного элемента: 117=0.8 мм, ]¥о= 1 мм, 0=1 мм, с1=2 мм, е'=