Методы синтеза гибридных зеркальных антенн для радиосистем с одномерным сканированием

• Автор: Реутов, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

1. Введение
2. Сравнительный анализ схем ГЗА
2.1 Классификация схем построения ГЗА
2.2 ГЗА для одномерного сканирования
2.3 Схемы ГЗА с параболическим цилиндром
2.4 ГЗА на основе фокусатора, двухзеркальные схемы
2.5 Эффективность использования зеркала в однозеркальных ГЗА
2.6 Выводы по разделу 2
3. ГЗА на основе рефлектора фокусатора
3.1 Лучевая структура поля с фокальной линией.
Уравнение поверхности фокусатора
3.2 Варианты схем ГЗА на основе зеркала-фокусатора
3.3 Оптимальный фокусатор. Синтез ГЗА с фокусатором
на основе геометрической оптики
3.4Характеристики излучения ГЗА с фокусатором.
Симметричная схема
3.5 Эксперимент
3.6 ГЗА с модифицированным фокусатором
4. Алгоритм синтеза рефлекторов зеркальных антенн с контурными диаграммами направленности

4.1 Общие замечания
4.2 Онлайновый метод параметризации рефлектора
4.3 Формирование модели требуемой КДН
4.4 Нелинейный метод наименьших квадратов
4.5 Стратегия синтеза

4.6 Вычисление градиента диаграммы
4.7 Минимаксная оптимизация
4.8 Пример. Синтез КДН России
5. Число степеней свободы в задаче синтеза КДН и способ быстрой аппроксимации диаграммы
5.1 Постановка задачи
5.2 Число степеней свободы в задаче синтеза контурной 72 диаграммы направленности
5.3 Статистический анализ поля антенны в дальней зоне
5.4 Практический алгоритм
5.5 Примеры использования метода быстрой аппроксимации
6. Ограничения на КИП однозеркальных ГЗА
6.1 Минимальное количество управляемых элементов.
Формализм подсчета числа степеней свободы
6.2 Число независимых лучей однозеркальной ГЗА
7. Синтез ГЗА с использованием алгоритма формироання профилированного рефлектора

7.1 Метод наименьших квадратов
7.2 Минимаксная оптимизация
7.3 Пример 1. ГЗА с одномерным прямолинейным сектором сканирования
7.4 Пример 2. ГЗА с криволинейным сектором сканирования
Заключение
Приложение
П1 След для минимального количества управляемых элементов
112 Число лучей ГЗА
Литература

Ї. Введение
История создания радиосистем, в которых используется электрическое перемещение луча, насчитывает более полувека. За эти десятилетия разработано большое число систем, как радиолокационных, так и связных, в которых используются станции с широким сектором обзора иа основе многоэлсментных фазированных антенных решеток. Однако ввиду высокой стоимости многоэлементных ФАР для решения ряда практических задач созданы и используются также и станции с электрическим сканированием в ограниченном секторе, в которых применяются более дешевые антенны с меньшим количеством управляемых элементов.
Одним из типов антенн, обеспечивающих электрическое сканирование (или формирование связки лучей) в ограниченном секторе углов, являются гибридные антенны. В них соединены оптическое устройство, формирующее луч, и облучатель в виде фазированной решетки, позволяющий осуществлять электрическое сканирование.
В случае, когда в качестве оптического устройства используется зеркало, система называется гибридной зеркальной антенной (ГЗА). При этом, применение собирающего зеркала позволяет увеличить КУ антенны, но ограничивает сектор сканирования.
Использование двумерной решетки в данном случае является избыточным.
В качестве примеров систем с одномерным сканированием можно указать следующие.
• Системы связи через искусственный спутник Земли, находящийся на геосинхронной орбите. Эта орбита наклонена под малым углом по отношению к геостационарной
Хорошо изученной является ГЗА, схема которой показана на Рис. 1.0.1. Ее рефлектор — параболическое зеркало. Облучатель — двумерная фазированная антенная решетка (ФАР), немного смещенная из фокуса в сторону рефлектора. Подобная система позволяет сканировать в двух плоскостях.
Рис. 1.0.1 ГЗА с параболическим зеркалом
Однако, в ряде радиосистем достаточно использовать сканирование только в одной плоскости.
4.2 Сплайновый метод параметризации рефлектора
Для того чтобы иметь возможность изменять поверхность зеркала, необходимо ввести некоторое параметрическое описание рефлектора. Тогда варьирование поверхностью будет заключаться в варьировании вектора параметров. В описываемом ниже алгоритме используется следующий способ параметризации.
Апертура антенны накрывается прямоугольной сеткой (см. Рис. 4.2.1). Центральный узел этой сетки считается неподвижным. Остальные узлы могут перемещаться вдоль оси OZ в одну и другую сторону. Поверхность рефлектора определяется как двумерный кубический сплайн, натянутый на данную прямоугольную сетку. При этом Ъ координаты подвижных узлов составляют параметрический вектор представления рефлектора, обозначаемый ниже как р = [2),Г2 7ь]Т, где Ь — общее число узлов сплайна. Именно этот вектор ищется в процессе оптимизации зеркала.
Если необходимо увеличить число степеней свободы, то текущий сплайн пересчитывается на более мелкую сетку разбиения (с большим числом узлов).
Очевидно, что введение того или иного параметрического описания в некоторой мере условно. Тем не менее, выбранный способ представления зеркала имеет ряд важных особенностей, которые делают его весьма привлекательным для решения задачи синтеза рефлекторов сложной формы.
Эти особенности заключаются в следующем:
• данное представление линейно по выбранным параметрам;
• любую гладкую поверхность можно сколь угодно точно описать указанным сплайном, измельчая лишь сетку, формирующую сплайн;
• синтезируемая поверхность получатся гладкой;
« использование сплайнов наделяет поверхность естественными упругими свойствами, что позволяет минимизировать мелкие колебания функции (которые обычно возникают при других способах аппроксимации) между узлами;
Рис. 4.2.1 Параметрическое представление рефлектора