Разработка методов создания антенн с контурными диаграммами направленности на основе многолучевых антенн

• Автор: Шитиков, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Разработка методов создания антенн с контурными диаграммами направленности на основе многолучевых антенн. Оглавление
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТИПОВ АНТЕНН С КДН И МЕТОДОВ ИХ СОЗДАНИЯ
1.1. Антенны с КДН и предъявляемые к ним требования
1.2. Антенны с КДН на основе многолучевых антенн
1.2.1. Схема антенны
1.2.2. Основные существующие методы синтеза антенн с КДН на основе МЛЗА
1.3. Антенны с КДН с зеркалами специальной формы
1.3.1. Схемы построения антенн
1.3.2. Основные существующие методы синтеза антенн с зеркалами специальной формы
для формирования КДН
1.4. Другие методы создания антенн с КДН
1.4.1. Антенна с КДН на основе ФАР
1.4.2. Гибридная антенна с КДН
1.4.3. Комбинированные схемы
1.5. Сравнительный анализ типов антенн с КДН и методов их расчетов
ГЛАВА 2. ТЕОРЕМА ОТСЧЕТОВ В ДВУМЕРНОМ СЛУЧАЕ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ СИНТЕЗА КОНТУРНЫХ ДИАГРАММ С ПОМОЩЬЮ ИДЕАЛИЗИРОВАННОЙ МНОГОЛУЧЕВОЙ АНТЕННЫ
2.1. Доказательство теоремы отсчетов в двумерном случае. Синтез КДН методом суммирования функций отсчетов
2.1.1. Доказательство двумерной теоремы отсчетов
2.1.2. Анализ возможности применения теоремы отсчетов для синтеза КДН
2.2. Поведение контурной диаграммы вблизи границ свет-тень
2.3. Изменение формы контурной диаграммы при изменении количества функций отсчетов, расстояния между ними и веса пограничной диаграммы
2.3.1. Изменение формы контурной диаграммы при изменении веса пограничной функции
2.3.2. Выбор весов в случае более частой расстановки функций отсчетов
2.3.3. Поведение контурной диаграммы при увеличении расстояния между функциями отсчетов
2.3.4. Особенности создания «узких» КДН
2.4. Выбор весов функций отсчетов в двумерном случае круглой апертуры. Использование концепции кластеров для выбора весов функций отсчетов
2.4.1. Использование кластеров для выбора весов функций отсчетов в одномерном случае
2.4.2. Веса функций отсчетов в двумерном кластере, для случая прямоугольной и гексагональной сетки
2.4.3. Выбор весов функций отсчетов с использованием кластеров, для формирования двумерных КДН

2.5. Применение теоремы отсчетов и концепции кластеров для выбора весов функций отсчетов, формирующих контурную диаграмму направленности. Основные характеристики контурных диаграмм, которые могут быть получены таким способом
2.6. КНД контурной диаграммы антенны с плоской апертурой. Эффективность антенны с контурной диаграммой направленности
ГЛАВА 3. МОДИФИКАЦИЯ МЕТОДА ДЛЯ СИНТЕЗА КДН СУММИРОВАНИЕМ ПАРЦИАЛЬНЫХ ДН РЕАЛЬНЫХ МНОГОЛУЧЕВЫХ АНТЕНН
3.1. Влияние отличия формы реальных парциальных диаграмм от формы функций отсчетов
3.2. Метод взвешенной локальной коррекции формы контурной диаграммы
3.2.1. Формулы для вычисления контурной диаграммы направленности
путем суммирования парциальных диаграмм
3.2.2. Формулы для взвешенной локальной коррекции формы контурной диаграммы
3.3. Обсуждение метода взвешенной локальной коррекции
3.3.1. Примеры корректировки формы контурной диаграммы
3.3.2. Сходимость метода
3.3.3. Степени свободы при коррекции формы КДН. Особенности коррекции формы узких контурных диаграмм
3.4. Устойчивость характеристик контурной диаграммы: влияние амплитудных и фазовых ошибок возбуждения парциальных диаграмм на ее форму
3.4.1. Влияние фазовых ошибок на форму контурной диаграммы
3.4.2. Влияние амплитудных ошибок на форму контурной диаграммы
3.4.3. Корректировка искажений контурной диаграммы направленности
ГЛАВА 4. СИНТЕЗ КДН НА ОСНОВЕ ЗЕРКАЛЬНЫХ АНТЕНН С МНОГОЭЛЕМЕНТНЫМИ ОБЛУЧАТЕЛЯМИ
4.1. Антенна С-диапазона для освещения территории России
4.1.1. Постановка задачи
4.1.2. Выбор параметров антенной системы
4.1.3. Формирование контурной диаграммы направленности
4.2. Антенна Ku-диапазона с контурным лучом
4.2.1. Постановка задачи
4.2.2. Формирование контурной диаграммы направленности
4.3. Практические аспекты синтеза антенн с узкими (вытянутыми) контурными диаграммами направленности
4.4. Применение описанных методик для синтеза гибридных зеркальных антенн
4.4.1. Геометрия модельной системы
4.4.2. Управление формой луча в гибридной зеркальной антенне
4.4.3. Применение метода локальной взвешенной коррекции для отклонения луча в гибридных зеркальных антеннах
4.4.4. Оценка возможностей ГЗА по отклонению луча

4.4.5. Частичное использование облучающей системы. Деление элементов на группы
4.5. О точности ориентации антенны и влиянии ее на неравномерность освещения заданной территории
4.5.1.0 необходимости дополнительной ориентации антенн с КДН
4.5.2. Уменьшение ошибки позиционирования антенны с использованием моноимпульсного датчика
4.5.3. Соотношения, используемые для вычисления угловых координат цели с помощью моноимпульсного датчика. Точность определения угловых координат
4.5.4. Особенности использования моноимпульсного датчика для ориентации антенны с КДН
4.5.5. Моноимпульсный угловой датчик в случае гексагональной сетки расстановки парциальных диаграмм
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
СВИДЕТЕЛЬСТВА О ВНЕДРЕНИИ

элементов в составе облучающей системе. С другой стороны, увеличение расстояния между элементами облучающей системы снижает величину взаимных связей между ними.
Необходимо подчеркнуть, что на основании проведенных выше рассуждений можно пока сделать вывод только о применимости теоремы отсчетов для воспроизведения контурной диаграммы заранее известной формы, про которую известно, что она может быть получена с помощью данной антенны с плоской апертурой (относится к классу воспроизводимых данной антенной). Можно перечислить три основных вопроса, которые необходимо решить прежде, чем переходить собственно к синтезу контурной диаграммы: это форма контурной диаграммы, форма парциальных диаграмм и их количество. Рассмотрим эти вопросы подробнее.
Прежде всего, неизвестна форма контурной диаграммы, которую требуется получить, суммируя функции отсчетов. В самом деле, идеализированная контурная диаграмма имеет границы свет-тень бесконечной крутизны, а, следовательно, ее спектр также бесконечен и не может быть ограничен апертурой конечных размеров. Формальное применение теоремы отсчетов даст контурную диаграмму, отличающуюся от заданной функции, и степень этих отличий нуждается в оценке.
Затем, даже если известна форма контурной диаграммы, теорема требует суммировать бесконечное количество функций отсчетов для ее воспроизведения. Сумма (13) имеет бесконечное количество членов, и теорема отсчетов требует суммирования бесконечного количества функций отсчетов, в то время как любая реальная многолучевая антенна формирует конечное количество парциальных диаграмм. Очевидно, только часть из них будет иметь достаточно большой вес, чтобы вносить заметный вклад в формирование контурной диаграммы, остальные можно не использовать. Необходимо исследовать, какое искажение в форму диаграммы вносит отказ от этих диаграмм.
Наконец, следует помнить, что теорема отсчетов подразумевает использование парциальных диаграмм одинаковой, строго определенной формы. Однако в реальных схемах многолучевых антенн такого достичь практически невозможно. Например, в классической схеме многолучевой зеркальной антенны отклонение луча достигается выносом облучателя из точки фокусировки зеркала. Амплитудное распределение в апертуре такой антенны, как правило, не является равномерным, при отклонении луча появляется не только линейный фазовый член, но и добавочные члены более высоких порядков, что приводит к тому, что форма парциальной диаграммы в такой антенне
™ ч лШг(47+ у25/2) отличается от функции г (м,у) =
л/м2+у2
форма парциальных диаграмм неодинакова и зависит от направления луча. В другой классической схеме - многолучевой линзовой антенне, построенной на основе линзы Люнеберга, парциальные лучи в первом приближении одинаковы, но амплитудное распределение неравномерно. В антенне на основе ФАР фазирование элементов дискретно, что наряду со взаимодействием элементов приводит к отличию парциальной диаграммы от идеализированной. Таким образом, в любой реальной антенне форма парциальных диаграмм неодинакова и/или отличается от формы функций отсчетов. Это приводит к тому, что контурная диаграмма, полученная суммированием парциальных диаграмм, будет отличаться от исходной контурной диаграммы, и степень этого отличия также нуждается в оценке.
Ниже анализируется влияние перечисленных обстоятельств на форму синтезируемой контурной диаграммы направленности и ее основные характеристики. В настоящей главе исследуется