Электродинамические модели резонансных гребенчатых структур для анализа и синтеза высокоэффективных дифракционных антенн

• Автор: Останков, Александр Витальевич
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 421 с. : ил.

Содержание
Используемые в тексте сокращения
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния теории и техники антенн на основе открытых электродинамических структур
1.1. Анализ возможностей и основных характеристик существующих плоских дифракционных антенн в контексте перспектив их развития и совершенствования
1.2. Обзор методов анализа излучающих металлодиэлектрических структур
1.3. Анализ возможностей и эффективности применения программных комплексов численного электродинамического моделирования для разработки антенн на основе открытых
структур
Выводы к главе
Глава 2. Математический аппарат для анализа антенн вытекающей волны, содержащих периодические гребенчатые структуры одноуровневого типа
2.1. Принцип действия антенны, построенной на основе открытой линии, экранированной гребенчатой структурой, и физическая модель угло-частотной и поляризационной чувствительности антенны
2.2. Постановка задачи анализа дифракционных антенн на основе периодических одноуровневых гребенок. Идеализация
и ограничения для формализации решения. Методика электродинамического расчета характеристик антенны
2.3. Формализация задачи пространственного преобразования волн накрытой слоем диэлектрика металлической одноуровневой гребенкой со сложной структурой периода и ее сведение
к СЛАУ 1-го рода
2.4. Сведение задачи преобразования волн
металлодиэлектрической одноуровневой гребенкой со сложной структурой периода к СЛАУ 2-го рода
2.5. Характеристическое уравнение открытой излучающей структуры с одноуровневой гребенкой и расчет на его основе

комплексной постоянной распространения вытекающей волны
Выводы к главе
Глава 3. Исследование и разработка антенн вытекающей волны
на основе периодических гребенчатых структур одноуровневого типа
3.1. Теоретическое исследование характеристик
антенн, содержащих периодические одноуровневые гребенки
3.2. Экспериментальное исследование антенн вытекающей волны
на основе простой гребенки (с одной канавкой на периоде)
3.3. Теоретическое и экспериментальное исследования антенны вытекающей волны на основе одноуровневой гребенки для работы
с ортогонально поляризованными волнами
3.4. Теоретическое и экспериментальное исследования антенн вытекающей волны, содержащих одноуровневые двумернопериодические гребенки, для приема ортогонально поляризованных волн
3.5. Теоретическое исследование гребенчатых структур для реализации антенн вытекающей волны с повышенной
и ослабленной угловой чувствительностью
Выводы к главе
Глава 4. Анализ антенн вытекающей волны, содержащих периодические двухуровневые и трехуровневые гребенчатые структуры, и исследование их характеристик
4.1. Формализация задачи анализа антенн вытекающей волны
на основе периодических двухуровневых гребенок
4.2. Анализ и параметрический синтез антенн вытекающей волны, содержащих периодические двухуровневые гребенки
4.3. Математическая модель для анализа антенн вытекающей волны, содержащих трехуровневые и некоординатные периодические гребенчатые структуры
4.4. Результаты исследований характеристик антенн на основе
многоуровневых и некоординатных периодических гребенок
Выводы к главе
Глава 5. Электродинамические модели и исследование характеристик антенн вытекающей волны, содержащих периодические многослойные гребенчатые структуры

5.1. Анализ антенн с полотном в виде периодической многослойной гребенчатой структуры типа "решетка щелей
слой диэлектрика - гребенка"
5.2. Анализ и параметрический синтез инверсного и частных случаев общей конфигурации многослойной гребенчатой структуры для реализации антенн вытекающей волны
5.3. Экспериментальное исследование характеристик антенн, содержащих многослойные периодические гребенчатые структуры
5.4. Исследование квазифрактальной двухдиапазонной антенны
вытекающей волны
Выводы к главе
Глава 6. Анализ и параметрический синтез антенн вытекающей волны, построенных на основе квазипериодических и неэквидистантных гребенок
6.1. Электродинамическая модель для анализа антенн вытекающей волны, содержащих квазипериодические и неэквидистантные гребенки
6.2. Теоретическое исследование характеристик излучения антенн вытекающей волны на основе квази- и периодических гребенок
6.3. Дифракционная антенна вытекающей волны с нестандартной реализацией излучающего раскрыва
6.4. Синтез антенного полотна с заданным направлением излучения
и максимальной эффективностью
6.5. Параметрический синтез антенны вытекающей волны,
реализованной по интерферометрической схеме
Выводы к главе
Глава 7. Анализ, параметрический синтез и разработка зеркальных антенн с плоским гребенчатым рефлектором
7.1. Принцип работы и приближенная методика расчета исследуемого типа зеркальных антенн с плоским гребенчатым рефлектором. Требования к электродинамической модели
антенны
7.2. Формализация задачи электродинамического анализа зеркальной антенны с гребенчатым рефлектором. Дифракция локально-плоской волны на конечной ГС в экране

ПДВ. Формирование ДН осуществляется за счет дифракции £-волны ПДВ на ДР. Включение излучающей апертуры в состав резонатора обеспечивает ее симметричную запитку, близкую к равномерной. В основном режиме работы приемо-передача сигналов происходит на одной частоте по нормали к поверхности ДР, которая может быть выполнена в виде гребенки, ленточной или двойной решетки, состоящей из ленточной на широкой грани ПДВ и гребенки, расположенной вблизи его противоположной грани. В последнем случае излучающая система представляет собой аналог резонаторной антенны [206]. Утверждается, что при реализации ДР в виде ленточной решетки с прозрачностью I, возрастающей от центра апертуры -а, а] к ее краям по закону
?= ?о+ 6-8ш[71-(х —а)/(2а)] (1.5)
(?о и 0 - постоянные коэффициенты: 0 < 0 < Ц), ф + 0 < 1»х - текущая координата вдоль апертуры), улучшается КНД антенны за счет более равномерного распределения поля на излучающей апертуре.
В [207] представлены результаты исследований антенн на основе плоского волновода со щелями, отличающихся от известных щелевых решеток наличием импедансной пленки, размещенной над экраном волновода. Показано, что такие структуры имеют дополнительную степень свободы по управлению величиной связи волны плоского волновода с излучающими щелями при сохранении их ориентации и резонансного режима. Установлено, что применение импедансного слоя позволяет оптимизировать амплитудное распределение в апертуре антенны и расширить ее полосу частот за счет стабилизации частотной зависимости угла излучения в окрестности резонансной частоты.
Не менее важной, чем задача эффективного возбуждения и использования излучающей апертуры дифракционных антенн вытекающей волны, является задача обеспечения в этих антеннах свойства приема и излучения волн линейных ортогональных типов поляризации, а также волн с круговой поляризацией. Подобная проблема может быть решена, как было показано выше, за счет использования возбудителя поверхностной волны в виде радиального волновода и ДР круговой формы с дуговыми или кольцевыми нерегулярностями [202,126]. Похожие конструкции описаны в [109,125]; в них применен радиальный волновод с парными щелями в верхней стенке. По данным [109], подобные антенны могут обладать эффективностью до 80% при коэффициенте усиления 35 дБ в диапазоне частот (11.7...12.0) ГГц. Типовое значение уровня кросс-поляризации составляет в рабочей полосе частот "минус" 15 дБ.