Антенные и дифракционные характеристики линз Люнеберга при облучении полем круговой поляризации

• Автор: Денисов, Дмитрий Вадимович
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 184 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Использование линз Люнеберга в технике

1.2 Историческая справка. Обзор публикаций по теме исследования.

2 ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

СТРАТИФИЦИРОВАННОЙ МОДЕЛИ ЛИНЗЫ ЛЮНЕБЕРГА

Введение

2.1 Определение тензоров Грина

2.2 Тензоры Грина для составных сферических областей
2.3 Источники поля круговой поляризации
2.4 Геометро - оптическое приближение профиля линзы Люнеберга
2.5 Многослойная модель линзы. Способы аппроксимации
2.6 Дифракционная задача
2.7 Антенная задача
2.8 Сходимость рядов по угломестным гармоникам
Выводы
3 ДИФРАКЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ НА МНОГОСЛОЙНОЙ ЛИНЗЕ ЛЮНЕБЕРГА
Введение
3.1 Расчет диаграмм рассеяния линзы Люнеберга
3.2 Энергетические характеристики линзы Люнеберга
3.3 Омические потери в материале линзы Люнеберга
Выводы
4 АНТЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНЗЫ ЛЮНЕБЕРГА
Введение
4.1 Расчет антенных характеристик линзы Люнеберга
4.2 Электрические характеристики линзы Люнеберга при облучении крестообразным вибратором с рефлектором
4.3 Электрические характеристики линзы Люнеберга при облучении апертурным излучателем
4.4 Влияние уровня стратификации линзы Люнеберга на ее антенные характеристики

4.5 Сравнение результатов решения антенной задача с данными других авторов.
Моделирование линзы Люнеберга в программном пакете Апвуз НР88.і
Выводы
5 ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА ТЕНЗОРНЫХ ФУНКЦИЙ ГРИНА ДЛЯ СФЕРИЧЕСКИХ СЛОИСТЫХ
ОБЛАСТЕЙ
Введение
5.1 Сходимость метода функций Грина для многослойных областей на примере задачи электромагнитной дифракции на проводящей сфере.
5.2 Дифракция электромагнитной волны на проводящей сфере с диэлектрической оболочкой. Роль поверхностных волн. Сравнение методов
5.3 Электромагнитное поле в ближней зоне антенны Люнеберга
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Отметим некоторые возможности применения линз Люнеберга в современной технике. Высоконаправленные антенны широко применяются в радиолокации. радионавигации, радиоастрономии, радиопротиводействии, в системах наземной и космической связи. Распространенными типами высоконаправленных антенн являются зеркальные, фазированные антенные решетки, а также плоские линзовые антенны (ускоряющие и замедляющие) [1-14]. Высокой направленностью обладают и антенны на основе поверхностных гребенчатых структур (разновидность антенн вытекающей волны) [15]. При технической реализации высоконаправленных антенн часто необходимо иметь систему управления лучом в широком диапазоне углов обзора. Управление лучом, как правило, осуществляется путем механического поворота антенной системы (зеркальные антенны), путем управления амплитудно-фазовым распределением поля по раскрыву облучателя (гибридные зеркальные антенны), либо путем электрического управления лучом (антенные решетки). Такие методы управления существенно усложняют конструкцию антенной системы. Не всегда являются приемлемым решением в связи с кинематическими свойствами конструкции. Так же для антенн высокой направленности проблемными являются вопросы выбора ширины полосы рабочих частот и защиты антенной системы от внешних воздействий. Более эффективными в эксплуатации являются антенны типа ФАР, в которых управление лучом осуществляется с помощью диаграмма образующей системы (ДОС). Такие антенны имеют ограничения по используемой ширине рабочих частот и диапазону углов сканирования, кроме того, затраты на проектирование таких антенн часто превосходят стоимость их непосредственного изготовления.
Антенны, построенные на базе диэлектрической линзы Люнеберга (ЛЛ), свободны от вышеотмеченных недостатков. Работу ЛЛ впервые описал математик Рудольф Карл Люнеберг. В работе "Математическая теория оптики" [16] он показал, что сферическое тело, возбуждаемое в какой-либо точке на поверхности,

Сферические функции Бесселя и Неймана: Л (*),«„(*) связаны с цилиндрической функцией Бесселя полуцелого порядка соотношением

7 (х) = А—7 | (х) (функция Риккати-Бесселя, или нормировка Шварцшильда)
V 2 »+-
[72]. В дальнейшем под аргументами хх,х2 надо понимать кгг, (к1 - волновое число, г - радиальная координата, / - номер области, многослойной линзы Люнеберга).
Функции токов и напряжений имеют следующий вид:
Ё(г )
I (с ) = с„ (к/,;(кчг>;кчгч_х),

1р(г<>гр)=с» (кРг<; )+г' (*/<; ) >

у(г )
К(г<’,'р)=с» (кРг<;*л)+* -гг1-)>
(2.9)
у(г _)
К (г» V))=с* {Кг>>кягя-*) - *'^4, (*/>;*/,-■ )•
где: кр = к0^ер/лр',кч = ка^еч'/ия' - электрофизический параметр слоя; к
Л0 = —— — характеристическое сопротивление слоев структуры;

/0 =---- характеристическая проводимость слоев структуры.

Сопротивления 7. [грпересчитываются по рекуррентным формулам от крайних слева и справа областей к сечениям г или ф, :