Разработка и исследование низкопрофильных излучающих радиотехнических устройств УВЧ-диапазона и адаптивных антенных решеток на их основе

• Автор: Андреев, Роман Николаевич
• Шифр специальности: 05.12.04, 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 204 с. : ил.

Введение
Глава 1. Общие вопросы построения низкопрофильных приемопсрсдающих излучающих структур для систем подвижной радиосвязи

1.1. Математические модели базовых элементов малогабаритных микрополосковых антенн

1.2. Приближение заданного распределения плотности поверхностного тока как эффективный метод анализа микрополосковых излучающих структур
1.3. Характеристики излучения прямоугольных микрополосковых антенн в приближении заданного распределения плотности поверхностного тока

1.4. Характеристика антенной решетки с учетом взаимного влияния излучателей

1.5. Выводы
Глава 2. Разработка малогабаритных присмопсрсдающих излучающих структу р для подвижных УКВрадиостанцнй
2.1. Разработка рекомендаций размещения ААР на подвижном объекте и выбора ее геометрической формы

2.2. Методика инженерного расчета основных параметров

2.2.1. Исследование влияния количества излучателей и структуры ААР на ее параметры

2.3. Методика инженерного расчета приемной антенной решетки с фазированием на промежуточной частоте
2.3.1. Расчет диаграммы направленности лучей антенной решетки
2.3.2. Разработка требований к алгоритму выбора и управления адаптивной антенной решетки
2.3.3. Структурная схема адаптивной антенной решет
2.3.4. Адаптивная антенная решетка мобильного узла
2.4. Выводы
Глава 3. Многолучевые антенные решетки базовых станций сис
тем подвижной связи на основе низкопрофильных излучающих структур
3.1. Электродинамическое описание и особенности проек
тирования цилиндрических ФАР
3.1.1. Цилиндрическая ФАР
3.1.2. Дуговая антенная решетка
3.1.3. Дуговая антенная решетка электрических дипо лей малого размера вибраторов Герца
3.1.4. Дуговая антенная решетка из вибраторов с реф
лекторами
3.1.5. Оптимизация амплитуднодугового распределе 1 ния в дуговой решетке
3.1.6. Диаграмообразующая схема кольцевой решетки об
3.1.7. Диаграмма направленности цилиндрической фа Ю9 зированной антенной решетки
3.1.8. Влияние отклонения амплитуднофазового рас 0 пределения от оптимального на диаграмму направленности цилинд
рической ФАР. Оценка технологических допусков на амплитуду и фазу возбуждаемых токов
3.2. Результаты математического моделирования малогабаритных антенных решеток на основе низкопрофильных излучателей
3.2.1. Выбор и обоснование схемы построения многолучевой АР
3.3. Выбор излучающего элемента антенной решетки
3.4. Выводы
Глава 4. Экспериментальные исследования приемопередающих излучающих структур, антенных решеток на их основе, устройств фазирования и управления ААР
4.1 Теоретические основы проектирования многочастотных вибраторных излучателей
4.2. Практическая реализация одночастотных вибраторных излучателей
4.3. Методика измерений низкопрофильных вертикальных малогабаритных вибраторов различных типоразмеров и их электрических параметров
4.4. Экспериментальные исследования многочастотных вертикальных вибраторных излучателей
4.5. Экспериментальные исследования взаимного влияния многочастотных низкопрофильных излучателей
4.6. Экспериментальные исследования системы фазирования по промежуточной частоте
4.7. Экспериментальные исследования макета ААР со схемой питания излучателей при ручном управлении ДН
4.8. Выводы
Заключение
Литература


Создание малогабаритных низкопрофильных антенных устройств сопряжено с рядом трудностей, к числу которых следует отнести, в первую очередь, поиск и выбор новых схемноконструктивных решений на современной элементной базе, вовторых, разработку математических моделей и алгоритмов численного расчета электродинамических характеристик излучения и, наконец, расчет конструктивных параметров, изготовление и отработку требуемых характеристик. Перспективным, на наш взгляд, видится подход к конструированию печатных микрополосковых и щелевых излучателей, открывающий широкие возможности создания конформных фазированных антенных решеток ФАР с самыми разнообразными, в том числе и управляемыми характеристиками линейной и круговой поляризацией поля излучения, одно и многочастотных и др. Высокая технологичность и, как правило, низкая стоимость, возможность создания многослойных высокочастотных плат, объединяющих излучающее полотно, фазовращатели и делители мощности, делают их перспективными для антенн и ФАР на их основе самого различного назначения. Рассмотрим вопросы, связанные с разработкой математических моделей и алгоритмов численного расчета электродинамических характеристик излучения малогабаритных антенн. В качестве конструктивных разновидностей малогабаритных антенн для рассмотрения выберем следующие три базовых элемента дисковую микрополосковую антенну МПА, прямоугольную МПА и щелевую лабиринтную структуру. Дисковая МПА. Типичная диаграмма направленности МПА, работающей на основном типе колебаний в области между излучателем и экраном, имеет максимум в направлении нормали к его плоскости. Однако для ряда радиотехнических систем, в частности, систем радиосвязи с подвижными объектами, необходимы излучающие элементы с осесимметричной диаграммой направленности с максимумом излучения, близким к плоскости излучателя, которую также можно получить с использованием дисковой МПА при осесимметричном распределении тока на излучающем элементе. В работе построена математическая модель дисковой МПА при осесимметричном возбуждении с использованием строгого решения соответствующей краевой задачи и исследованы основные характеристики излучателя. В качестве модели такой антенны рассматривается бесконечно тонкий круглый диск радиусом а, лежащий на бесконечной диэлектрической подложке толщиной И, расположенный на идеально проводящем экране ,. Структура возбуждается элементарным диполем, расположенным на оси диска и ориентированным параллельно ей. В виду осевой симметрии конструкции создаваемое электромагнитное поле не зависит от азимутального угла и описывается одной компонентой вектора Герца П е2П. Соответственно компоненты вектора Герца представляется суммой П П П3. Рассеянное поле удовлетворяет однородному уравнению Гельмгольца в свободном пространстве и в подложке, а также условию излучения и условию на ребре, а полное поле граничным условиям в плоскостях 0, . УС . Щ п екг 1. Г2ГЩ кг2ткг2е1ГгЩ,
которая с точностью до постоянного коэффициента представляет собой спектральную амплитуду тока на диске. Ти ,СС 2 1. ЛтСпСтЬт, т 1,2,3,. Атп еММФ, 1тепухрт1 , Окш1 кМ 1. СЛАУ 1. Анализ подынтегральной функции в 1. Л лск1п, обеспечивающую требуемую точность решения. СЛАУ 1. Характеристики электромагнитного поля в волновой зоне находятся при использовании метода стационарной фазы для асимптотического вычисления интегралов в представлении вектора Герца с учетом требований, налагаемых условием излучения. Прямоугольная МПА. Для ее описания используем строгое представление поля излучения через плотность поверхностного тока на антенне . Введем систему координат так, чтобы ось ОЪ была перпендикулярна границам магнитодиэлектрика, а начало координат находилось в плоскости идеально проводящего экрана. Излучатели МПА расположены в плоскости Х и представляют собой идеально проводящие бесконечно тонкие участки на поверхности магнитодиэлектрика, по которым протекает ток. Поле излучения этого тока определяется в предположении, что известна его поверхностная плотность. В каждой из выделенных областей пространства с постоянными значениями 8, х поле электромагнитной волны можно представить в виде суперпозиции ТЕ и ТМ волн. Е2ЩЬгкУ,Н2, я2У,2у,Яг , 1. Н Н егН2, к йЛе0ц0 2 к2сл Г2, 0 л, Ом. Из выражений 1. ТЕволны, у которой Е2 0, и ТМволны, у которой Н2 0. Используем его для представления электромагнитного поля в двух рассматриваемых областях пространства. К к. Vн Е СОъу Н1ту2г 1. Поле 1.