Моделирование и алгоритмизация проектирования дифракционных структур в САПР радиолокационных антенн

• Автор: Преображенский, Андрей Петрович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 238 с. : 35 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ САПР

ДИФРАКЦИОННЫХ СТРУКТУР.

1.1. Анализ современных САПР дифракционных структур

1.2. Особенности построения САПР дифракционных структур и радиолокационных антенн

1.3. Постановка и пути решения задач рассеяния электромагнитных волн на объектах сложной формы
1.3.1. Обоснование выбора метода интегральных уравнений для расчета поля рассеяния электромагнитных волн на объектах сложной формы
1.3.2. Обоснование целесообразности использования модального метода расчета характеристик рассеяния полых структур эллиптического поперечного сечения.
1.3.3. Особенности решения задач оценки характеристик рассеяния электромагнитных волн на дифракционных структурах при их проектировании.
Выводы.
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАССЕЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН НА ПОЛЫХ СТРУКТУРАХ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ МЕТОДОМ ИНТЕГРАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ.
2.1. Основные средства проектирования дифракционных структур.
2.2. Алгоритм расчета поля рассеяния электромагнитных волн на двумерных идеально проводящих полых структурах сложной формы с радиопоглощающими покрытиями.
2.3. Расчет характеристик рассеяния двумерных полых структур сложной формы с радиопоглощающими покрытиями.
2.4. Оценка возможностей модального метода для расчета характеристик рассеяния двумерных идеально проводящих
полых структур
2.5. Построение алгоритма оценки средних характеристик рассеяния полых структур
2.6. Нейросетевое моделирование процессов распространения и рассеяния электромагнитных волн.
Выводы
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАССЕЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛЫ НА ПОЛЫХ СТРУКТУРАХ КРУГЛОГО
И ЭЛЛИПТИЧЕСКОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
СЛОЖНОЙ ФОРМЫ.
3.1. Постановка задачи и алгоритм расчета поля рассеяния электромагнитных волн на идеально проводящих полых структурах круглого поперечного сечения сложной формы
3.2. Расчет методом интегральных уравнений характеристик рассеяния полых структур круглого поперечного сечения сложной формы.
3.3. Постановка задачи и алгоритм определения электромагнитного поля, рассеянного полой структурой эллиптического поперечного сечения
3.4. Результаты расчета модальным методом характеристик рассеяния полых структур эллиптического поперечного сечения
Выводы.
4. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ РАССЕЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛТI НА ОБЪЕКТАХ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ
4.1. Решение обратной задачи при рассеянии электромагнитной волны на полости
4.2. Применение итерационного алгоритма решения интегральных уравнений в задачах дифракции электромагнитных волн.
4.3 Алгоритм оценки характеристик рассеяния объектов сложной формы с использованием метода краевых воли.
4.4 Построение алгоритма расчета характеристик рассеяния
рупорных антенн.
Выводы
5. АЛГОРИТМЫ РАСЧЕТА РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕНН
5.1. Расчет характеристик двумернопериодичных
гребенок с диэлектрическим волноводом.
5.2. Расчет металлодиэлектрических антенн
5.2.1. Плоская дифракционная антенна с электронным управлением поляризации принимаемых волн
5.2.2. Расчет характеристик металлодиэлектрических антенн
на основе методов строгого электродинамического анализа.
5.3. Моделирование СВЧ антенны на основе фокусирующей отражательной решетки с помощью трехмерных векторных интегральных уравнений Фредгольма второго рода
5.4. Разработка, математическое моделирование и
экспериментальные исследования рупорнощелевого
возбуждающего элемента дифракционных антенных решеток СВЧ диапазона волн
5.5. Расчет характеристик рассеяния вибраторных антенн на основе метода интегральных уравнений
Выводы
6. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР ДИФРАКЦИОННЫХ СТРУКТУР.
6.1. Разработка структурной схемы САПР дифракционных структур
6.2. Оценка адекватности и эффективности разработанной САПР дифракционных структур, рекомендации по ее практическому использованию.
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


В программе реализован метод моментов с добавлением методов физической оптики, что позволяет рассчитывать характеристики антенных систем, в присутствии больших металлических объектов со сложной формой 4. Одной из особенностей программы , отличающей се от аналогичных продуктов например, 3, 6 и т. Такое сочетание методов позволяет преодолеть главный недостаток программ компьютерного моделирования высокочастотных структур большие затраты ресурсов например, времени, оперативной памяти при моделировании объектов с размерами много большими длины волны. В результате существует возможность решения таких задач, как рассеяние радиоволн на самолете или корабле и распространение радиоволн в городских условиях с хорошей точностью. Система З компания предназначена для проектирования монолитных сверхвысокочастотных микросхем, высокочастотных структур фильтров, коммутационных интегральных схем, микрополосковых и проводных, а также антенн. В программе используется метод моментов для электромагнитного моделирования и оптимизации 7, 8. Моделирование возможно для трехмерных конструкций с несколькими диэлектрическими уровнями, охваченными излучаемой, замкнутой или периодической границами излучения. По заявлению разработчиков, программа не имеет ограничений на форму конструкций. Среди отечественных САПР в области антеннофидерных и СВЧ устройств и систем известны программные продукты, разработанные большими коллективами авторов под руководством Д. И. Воскресенского, В. В. Никольского, Д. М. Сазонова, А. А. Кириленко, Я. С. Шифрина, Б. В. Сестрорецкого. Известны пакеты программ ТАМ1С, разработанные фирмой ВегаСтар г. Москва под руководством Б. В. Сестрорецкого 7, 9. Математический аппарат этих программ основан на использовании импедансных сеток и топологических ограничений, что позволяет сводить трехмерный анализ электродинамического объекта к двумерному 7, 9. ТАМ1С выполнены на высоком уровне, что позволяет им конкурировать с самыми лучшими зарубежными продуктами. Таким образом, как мы видим, в существующих в настоящее время программных комплексах и системах проектирования решение задачи сводится, как правило, к разбиению пространства на ячейки при численном решении дифференциальных или интегральных уравнений, например, методом моментов. Но такое разбиение не учитывает особенностей поведения токов на поверхностях контурах объектов. Задача решается без учета возможности понижения размерности получаемых систем линейных уравнений, например, путем сведения к двумерной задаче, или использования аналитических решений, комбинации нескольких методов. Все это, в конечном счете, значительно увеличивает время расчета характеристик объектов, как один из основных этапов проектирования сложных дифракционных структур и антенн. Исходя из вышеизложенного, могут быть поставлены задачи построения математических моделей и алгоритмов расчета характеристик, как математического обеспечения специализированной САПР дифракционных структур и радиолокационных антенн, позволяющей проводить проектирование сложных объектов. При этом решение проблемы проектирования таких объектов идет от простого к сложному вначале строятся модели и алгоритмы расчета базовых элементов, входящих в состав более сложных объектов, затем моделируются более сложные составные структуры, и далее антенны. При этом на каждом из этапов используются возможности уменьшения времени расчета, понижения размерности задачи. При выборе вида базовых элементов дифракционных структур, когда проводится анализ радиолокационных характеристик, может быть использован принцип максимума коэффициента корреляции параметров выбранных базовых элементов и требуемых характеристик рассеяния электромагнитных волн, а также стоимостных характеристик антенны с требуемыми характеристиками технического задания на автоматизированное ее проектирование. При этом число проектных вариантов может быть сокращено за счет использования системы весовых коэффициентов значимости основных параметров и характеристик, задаваемой пользователем САПР , 6, 9. Рис, 1.