Печатные рефлекторные антенны миллиметрового диапазона длин волн с поворотом плоскости поляризации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат наук Михайлов Артемий Николаевич

• Михайлов Артемий Николаевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Михайлов Артемий Николаевич

Оглавление

Обозначения и сокращения

Общая характеристика работы

Введение

Глава 1 .АППП с осесимметричным трансрефлектором на основе многослойных ПАФ

1.1.АППП с осесимметричным трансрефлектором на основе многослойных ПАФ

1.1.1.АППП с параболическими и плоскими трансрефлекторами на основе однослойной ПАФ

1.1.2. Структура и методы расчета характеристик осесимметричного трансрефлектора на основе многослойной ПАФ

1.1.3. Конструкция и модель АППП с осесимметричным трансрефлектором на основе многослойной ПАФ

1.1.3.1.Конструкция и модель облучателя

1.1.3.2.Конструкция и модель АППП

1.2. АППП с не осесимметричным трансрефлектором на основе многослойной ПАФ

1.2.1.Структура и методы расчета неосесимметричного трансрефлектора на основе многослойной ПАФ

1.2.2. Конструкция и модель АППП с не осесимметричным трансрефлектором на основе многослойной ПАФ

1.3. Численные методы моделирования АППП

1.4. Результаты натурных и вычислительных исследований

Выводы к главе

Глава 2.Исследование влияний отклонений и дефектов геометрических параметров элементов АППП на характеристики излучения

2.1. Фазовые ошибки в раскрыве трансрефлектора при смещении облучателя относительно фокальной оси

2.2. Влияние разрывов проводников трансрефлектора на его поляризационные характеристики

2.3. Влияние затенения апертурного поля 114 Выводы к Главе

Глава З.Двухдиапазонные антенные системы на основе АППП и ВЩАР

3.1. Структура и принципы работы ДАС на основе АППП и ВЩАР

3.2 Анализ пути уменьшения взаимного влияние элементов ДАС

3.3 Конструкция и модель ДАС с не осесимметричным параболическим и плоским трансрефлектором на основе многослойной ПАФ

3.4 Конструкция и модель облучателей ДАС

3.5 Результаты вычислительных исследований 146 3.5. Сопоставление результатов и дальнейшие пути реализации ДАС 153 Выводы к главе 3 155 Основные результаты и выводы 156 Публикации по теме диссертации 158 Список литературы 160 Приложение А. 170 Приложение Б. 174 Приложение В. 174 Приложение Г

Обозначения и сокращения

АППП - антенна с поворотом плоскости поляризации

АФАР - активная фазированная антенная решётка

ВПП - взлетно-посадочная полоса

ВЩАР - волноводно-щелевая антенная решётка

ДАС - двухдиапазонная антенная система

ДН - диаграмма направленности

КД - конструкторская документация

КИП - коэффициент использования поверхности

КНД - коэффициент направленного действия

КУ - коэффициент усиления

ЛА - летательного аппарата

ММДВ - миллиметровый диапазон волн

МПОАР - микрополосковая печатная отражательная антенная решётка

ПАФ - печатная антенна Френеля

ПХ - поляризационные характеристики

РА - рупорная антенна

РАФ - рефлекторная антенна Френеля

РЛА - рупонолинзовая антенна

РЛС - радиолокационная система

РСН - равносигнальное направление

СМДВ - сантиметровый диапазон волн

УБЛ - уровень бокового лепестка

ФАР - фазированная антенная решётка

ФЦ - фазовый центр

ХИ - характеристики излучения ЧСС - частотно-селективная структура ШДН - ширина диаграммы направленности ЭМВ - электромагнитная волна

БЭТЭ - метод конечных разностей во временной области

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Печатные рефлекторные антенны миллиметрового диапазона длин волн с поворотом плоскости поляризации»

Общая характеристика работы

Актуальность работы. На протяжении последних десятилетий проявляется заметный интерес к разработке радиосистем миллиметрового диапазона волн (ММДВ), а в настоящее время данный вопрос приобретает особую актуальность. Это связано с развитием телекоммуникационных систем, разработкой автомобильных радиолокационных систем (РЛС) и реализацией концепции "умных дорог", а также активным внедрением беспилотных летательных аппаратов. Как известно, телекоммуникационные системы ММДВ, обладающие широкополосностью, способны в несколько раз увеличить плотность информационного потока. РЛС ММДВ должны, фактически, выполнять функции оптических систем в любое время суток, при любых погодных условиях и даже в условиях пыльных бурь и задымленности. При этом, неоспоримыми преимуществами обладают двухканальные скомплексированные РЛС с существенным разнесением несущих частот, один из каналов которых - миллиметровый.

При разработке радиосистем ММДВ и, особенно, 3-х ММДВ предъявляются повышенные требования к точности, технологичности антенн и, как следствие, повторяемости их характеристик от образца к образцу. Антенны обзорных РЛС должны, как правило, обеспечивать широкоугольный сектор сканирования.

Современные тенденции в антенной технике связаны с разработкой фазированных и активных фазированных антенных решеток (ФАР/АФАР). В России больших успехов в разработке ФАР ММДВ достигли сотрудники МВТУ им. Н.Э. Баумана - В.М. Крехтунов, Ю.С. Русов, Е.В. Комиссарова. Вместе с тем, в нашей стране ФАР 3-х ММДВ имеют высокую стоимость, а технология полностью не отработана.

Радиолокационные задачи обзорных РЛС гражданского назначения успешно решаются с помощью сканирующих рефлекторных антенн. На сегодняшний день для радиосистем ММДВ в качестве общепризнанного решения являются двухрефлекторные антенны с поворотом плоскости

поляризации (АППП). Среди наиболее известных авторов, посвятивших свои труды разработке и исследованию АППП ММДВ, следует отметить Д. Ханфлинга и Г. Зрнича, В. Боркара, Э. Хольцмана. Общей проблемой для АППП является сложность изготовления основного элемента - параболического трансрефлектора, связанную с необходимостью выполнения жёстких требований к профилю криволинейной поверхности, сложными технологическими операциями напыления и скрайбирования для нанесения поляризационной структуры. Вместе с тем известны антенны ММДВ с плоским зонированным рефлектором Френеля, различным вариантам реализации которых посвящены труды Ю. Гуо, С. Бартона, Т. Райта, Д. Гаррета, Д. Вилтса, Б. Нгуен, К. Ямомото и других авторов.

Таким образом, перспективным представлялся поиск научно обоснованных решений, связанных с разработкой в ММДВ АППП с плоскими рефлекторами, поляризационные структуры которых выполнены по отработанной на сегодняшний день технологии изготовления печатных плат.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование следующих сканирующих антенн с плоскими печатными рефлекторами ММДВ:

- АППП ММДВ;

- Двухдиапазонной антенной системы (ДАС) с общей апертурой и состоящей из волноводно-щелевой антенной решетки (ВЩАР) сантиметрового диапазона волн (СМДВ) и АППП ММДВ.

Задачами диссертационного исследования являются:

- анализ пути и уровня развития антенн ММДВ, специфики применяемых

технологий и методов построения плоских печатных диаграммобразующих и поляризационных рефлекторов сканирующих зеркальных антенн ММДВ;

- разработка методики расчета геометрических параметров плоского печатного трансрефлектора АППП ММДВ и её верификация на основе компьютерного моделирования при центральном и вынесенном расположении облучателя АППП;

- разработка конструкций, компьютерных моделей и экспериментальных образцов АППП ММДВ с плоскими печатными трансрефлекторами, выполнение вычислительных и натурных исследований, с целью определения характеристик излучения и влияния на них возможных дефектов изготовления;

- разработка ДАС, состоящей из ВЩАР СМДВ и АППП ММДВ, выполнение вычислительных исследований с целью поиска пути уменьшения взаимного влияния на характеристики излучения ДАС в обоих диапазонах частот.

Объектом исследования является АППП ММДВ диапазона, а также ДАС, с существенно разнесенными частотами.

Предметом исследования являются: структура и характеристики поляризационных плоских рефлекторов антенн АППП ММДВ; конструкция и характеристики АППП ММДВ с плоскими печатными трансрефлекторами; конструкция и характеристики ДАС на основе АППП ММДВ и ВЩАР СМДВ; влияние щелей на характеристики АППП ММДВ, а поляризационных структур твистрефлектора АППП ММДВ - на характеристики ВЩАР СМДВ.

Методы исследования. При решении поставленных задач применялись методы: геометрическая оптика при разработке методики расчета геометрических параметров плоских печатных трансрефлекторов; интегральные уравнения с использованием каналов Флоке для расчёта математических моделей поляризационных структур; конечных интегралов во временной области, основой которого являются уравнения Максвелла в интегральной форме, для вычислительных исследований математических моделей полноразмерных антенн и антенных систем; метод измерений в дальней зоне амплитудных диаграмм направленности (ДН) при натурных исследованиях макетных образцов антенн.

Научная новизна, полученных в диссертации результатов, заключается в следующем:

- Разработана и научно обоснована методика расчета геометрических параметров и конструкции плоских печатных трансрефлекторов

осесимметричной и не осесимметричной структур для АППП ММДВ, отличающаяся от известных совместным применением методов геометрической оптики для диаграммобразующих структур и эквивалентных схем для разработки фильтров поляризации;

- Исследовано влияние кубической фазовой ошибки распределения поля в апертуре АППП ММДВ на ДН при формировании равносигнального направления (РСН) и показано её снижение в случае применения плоского печатного трансрефлектора.

- Получена зависимость коэффициентов отражения и передачи ступенчатой поляризационной структуры плоского печатного трансрефлектора от различных углов падения плоской электромагнитной волны (ЭМВ), и предложен способ увеличения поляризационной развязки.

- Разработана новая двухдиапазонная антенная система (ДАС) с существенным разнесением частот, состоящая из АППП ММДВ и ВЩАР СМДВ, работоспособность которой доказана с помощью вычислительных исследований на основе компьютерного моделирования.

- С помощью вычислительных исследований на основе компьютерного моделирования установлено влияние поляризационной структуры твистрефлектора, выполненного на диэлектрике, на характеристики ВЩАР СМДВ, предложены и реализованы конструктивные и технологические пути устранения этого влияния.

На основе полученных результатов при выполнении диссертационной

работы сформулированы следующие положения, выносимые на защиту:

- Плоский печатный трансрефлектор, выполненный в соответствии с разработанной методикой расчета его геометрической структуры повышает технологичность изготовления, уменьшает стоимость и улучшает повторяемость характеристик излучения АППП ММДВ;

- Применение плоского печатного трансрефлектора АППП ММДВ при формировании РСН приводит к снижению УБЛ на 1,6 дБ и смещения

максимума ДН на 0,1 град за счет уменьшения кубической фазовой ошибки апертурного поля.

- ДАС, реализованная на основе АППП и ВЩАР, обеспечивает работу в СМДВ и ММДВ с соотношением длин волн 10/1.

- Металлизация диэлектрических стенок щелевых отверстий твистрефлектора из решетки проводников (классический), или применение многоэлементного твистрефлектора ДАС ММДВ существенно снижает его влияние на характеристики ДАС в СМДВ.

Практическая ценность и внедрение результатов работы.

На основе разработанной методики определения поляризационной структуры плоского трансрефлектора создан макетный образец АППП ММДВ, который подтвердил соответствие характеристики при теоретическом исследовании, отдельно при натурных измерениях в дальней зоне и работе в составе РЛС.

Определены исходные данные на разработку конструкторской документации (КД) плоских рефлекторов для ДАС, разработана КД на плоские рефлекторы, включая плоские многослойные трансрефлекторы и твистрефлекторы с различной поляризационной структурой.

Результаты диссертационной работы внедрены в рамках инициативных работ, выполняемых АО «НПП «Радар ммс», и учебном процессе Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения» и дали положительные результаты при экспериментальном исследовании модернизированных антенных систем (соответствующий акт о внедрении приведен в приложении диссертации), а также подготовке новой дисциплины магистерской программы. Результаты диссертационной работы могут быть использованы на предприятиях радиотехнического профиля для разработки антенн РЛС различного назначения.

Достоверность результатов, основывается на корректном применении численных и аналитических методов, использовании современных САПР реализующих методы точного электродинамического расчёта, апробированных экспериментальных методик, поверенного и откалиброванного оборудования. Результаты являются воспроизводимыми и проверяемыми, наблюдается количественное и качественное совпадение результатов моделирования, экспериментальных данных и данных, известных из литературы.

Апробация результатов. Результаты работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях:

- Научно-техническая конференция «Состояние, проблемы и перспективы создания корабельных информационно-управляющих комплексов», АО «Концерн «Моринсис-Агат», Москва, 2017 г..

- VI Всероссийская конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ», СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, 2017 г..

- 27-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Севастополь, 2017 г..

- 28-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Севастополь, 2018 г..

- 29-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Севастополь, 2019 г..

- Всероссийская научно-техническая конференция «Антенны и распространение радиоволн» 15-17 окт. 2019, г. Санкт-Петербург, 2019 г.

Публикации. Основные теоретические и практические результаты по теме диссертации опубликованы в 12 статьях и докладах, из которых 6 публикаций, из которых 1 без соавторов, в рецензируемом научном издании, рекомендованном действующим Перечнем ВАК, 1 патенте на полезную модель и 5 докладах на научно-теоретических конференциях.

Структура и объём диссертации. Структурно диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, выводов, заключения, списка источников и приложения. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста и

содержит 84 рисунка и 10 таблиц. Список использованных источников насчитывает 101 наименование. Приложение с актами использования результатов исследований, патента на полезную модель и дополнительными материалами изложено на 8 страницах.

13

Введение

Всё более широкое применение находят РЛС, функционирующие в миллиметровом диапазоне волн (ММДВ). Использование ММДВ представляет интерес, поскольку позволяет значительно увеличить помехозащищённость устройств, точность измерения угловых координат и возможности по портретированию объектов. В то же время РЛС ММДВ могут иметь значительно меньшие размеры антенн и меньшую потребляемую среднюю мощность, по сравнению со станциями, использующими традиционные диапазоны (например, СМДВ), что позволяет создавать устройства небольших размеров, в том числе и мобильные станции.

Возможные области применения ММДВ [1]:

- Системы идентификации объектов [2-6].

- РЛС ЛА различного назначения [7-11].

- Транспортные РЛС [12-20].

- Системы радиометеорологии и экологического контроля [21,22].

- Масштабное моделирование, исследование материалов [23-24] и спорт [25].

ММДВ в сравнении с СМДВ обладает рядом преимуществ [26-28], таких как:

- Переход в коротковолновую часть ММДВ позволяет на порядок улучшить угловую разрешающую способность, при одинаковых размерах апертуры антенн;

- Применение сигналов с более широкой полосой частот позволяет повысить разрешающую способность по дальности, что необходимо для обнаружения радиолокационными методами малоразмерных объектов на фоне рассеяния земными покровами;

- ММДВ предоставляет единственную возможность функционировать радиолокационным, связным и другим системам вблизи поверхности земли, воды и других сильно отражающих границ раздела с хаотическими неровностями.

- Только ММДВ обеспечивает прохождение зондирующего сигнала с приемлемым затуханием в дожде и тумане, сквозь снежные и пыледымовые образования, в любое астрономическое время года. В части антенных устройств наиболее широко в 3-х ММДВ используются зеркальные и печатные антенны наибольший интерес среди которых представляет двухзеркальная антенна с поворотом плоскости поляризации (АППП) [29-34]. Впервые конструкция и принцип действия АППП были описаны в 1956 г. Чарльзом Кохрэйном в патенте на изобретение [34]. Конструкция типичной двухзеркальной АППП с осесимметричным параболическим трансрефлектором состоит из 3-х основных элементов: 1) облучателя; 2) трансрефлектора - параболического обтекателя с расположенной на нём поляризационной решёткой проводников и 3)твистрефлектора - плоского зеркала поворачивающего плоскость поляризации. Благодаря коэффициенту редукции равному 2 отклонение твистрефлектора на угол а приводит к отклонению диаграммы направленности (ДН) антенны на угол 2а, что позволяет расширить угловой диапазон сканирования в несколько раз, в сравнении с параболической зеркальной антенной.

Антенны такого типа обладают известным рядом преимуществ [32] над классическими параболическими зеркальными антеннами, а именно:

1. Возможность сканирования в диапазоне углов до ±45° без значительного искажения ДН антенны;

2. Возможность установить приемопередающее устройство на неподвижном основании благодаря неподвижной системе «облучатель - трансрефлектор»;

3. Обеспечением минимальной длины волноводного тракта, позволяя уменьшить потери в нем.

В настоящее время особенно остро стоит проблема минимизации размеров антенного устройства, при сохранении высокого коэффициента направленного действия (КНД), простоты изготовления, малой стоимости. С одной стороны проблема уменьшения размеров решается переходом на более высокие рабочие

частоты, а с другой - использованием более технологичных микрополосковых печатных отражательных антенных решёток (МПОАР) [35-40], рефлекторных антенн Френеля (РАФ) [41-50] и других комбинированных планарных схем [7,51,52].

Планарные антенны отражательного типа представляют собой печатную плату, на облучаемой стороне которой, в зависимости от конструкции, расположена зонная поверхность Френеля [41,42] (для РАФ) либо решётка микроплосковых отражательных элементов [53-58] (для МПОАР), а со стороны противоположной излучению - плоский рефлектор (экран). Антенны такого типа являются аналогом параболических зеркальных антенн. Поэтому, как и в зеркальных антеннах, в зависимости от смещения облучателя относительно оси антенны могут быть разделены на осесимметричные и не осесимметричные [59,60].

Осесимметричные антенны, в которых первичный облучатель расположен в фокусе отражающей поверхности [60], в сравнении с не осесимметричными антеннами, имеют меньший уровень боковых (УБЛ) лепестков и меньший коэффициент использования поверхности (КИП). В не осесимметричных антеннах ось облучателя смещена на угол а относительно фокальной оси отражателя, т.е. облучатель находится не в поле волны, отражённой от фокусирующей поверхности. Такие не осесимметричные отражатели имеют лучший КИП из-за отсутствия эффекта затенения апертуры [61-67]. Данный эффект возникает в случае, когда отражённая от зонной поверхности электромагнитная волна переотражается от облучателя или элементов его крепления в обратном направлении. Отрицательным фактором смещения облучателя является эффект «затекания», являющийся причиной увеличения УБЛ и снижения КНД.

Так же все рефлекторные антенны можно разделить по минимальной разности фаз между соседними зонами/элементами также называемой фазовым дискретом Недостатком МПОАР и РАФ с является их сравнительно низкий КПД который составляет ~50%. Совершенствование печатных

отражательных структур идет по пути увеличения их эффективности. Так значительно повысить значение КПД печатного отражателя можно за счёт уменьшения дискрета фазы до значений ¥=л/2^л;/4, что приводит к повышению фазовой эффективности отражателя к^ до 0,8^0,95. В случае РАФ для уменьшения ¥ до п/2 может быть использована многослойная структура, которая позволяет уменьшить разность фаз без значительного усложнения производства [68,69]. Отражающие поверхности, называемые зонами, располагающиеся на параллельных диэлектрических пластинах, соответствуют одной из фаз 0°, 90°, 180° или 270°. Для МПОАР могут быть использованы фазокорректирующие элементы различной формы (круглой, прямоугольной, крестообразной и др.), обеспечивающие плавное изменение фазы в зависимости от их геометрических размеров. Также возможным является комбинированный вариант [7,51,52], известный как РАФ с фазокорректирующими элементами, в котором зонная поверхность Френеля с совмещена с микрополосковыми отражательными элементами.

Существующие антенны отражательного типа имеют как преимущества и недостатки в значительной степени ограничивающие их функциональные возможности. Поэтому целесообразной является разработка антенн, построенных по принципам зеркальных антенн, например АППП, с использованием элементов отражательных антенных решёток, которые, за счёт применения современных технологий, позволяют упростить конструкцию, повысить технологичность изготовления и уменьшить занимаемый антенной объем при сохранении характеристик излучения (ХИ).

В последние годы большое внимание уделяется развитию ближне- и среднемагистральной авиации. При этом, как правило, инструментальный заход летательного аппарата (ЛА) на посадку должен выполняться на аэродромы I или II категории [3]. В случае быстро и негативно изменившихся погодных условий необходимо активное участие пилота для своевременного принятия решения, а для этого, при отсутствии приемлемой оптической видимости, отображение на индикаторе взлетно-посадочной полосы (ВПП) и условий

посадки должна обеспечить бортовая система радиовидения. Максимально возможная дальность действия бортовых РЛС радиовидения [1,2], при приемлемом разрешении и заданной входной мощности, обеспечивается в 3-х СМДВ. Если на трассе РЛС 3-х СМДВ обеспечивает распознавание и отображение больших радиолокационных объектов и метеообразований, то при посадке в сложных погодных условиях визуализацию с хорошей контрастностью взлётно-посадочной полосы (ВПП) и других объектов реализуемо только за счет усложнения алгоритма обработки принятых радиолокационных сигналов. Например, переход к когерентным РЛС существенно повысил вероятность определения такого опасного метеоявления, как сдвиг ветра на глиссаде. Повышение функциональных возможностей РЛС и, как следствие, безопасности полетов, возможно за счёт использования скомплексированых каналов с существенно разнесенными несущими частотами. Такие системы обладают возросшими информационными преимуществами, обеспечивают безопасность полетов и гарантированную посадку ЛА в заданную точку ВПП в сложных метеоусловиях. Один из путей решения этой проблемы видится в дополнительном использовании миллиметрового радиолокационного канала 3-х ММДВ. Представляется особенно важным применение подобных РЛС на вертолетах, полет которых может выполняться на небольших высотах, над пересеченной местностью или в городских условиях.

Сложной задачей при построении двухканальных РЛС с существенно разнесенными несущими частотами является создание двухдиапазонной антенной системы с общей апертурой.

Одна из антенных систем 3-х СМДВ и 3-х ММДВ, имеющая в своем составе ВЩАР, представленная в [4], где излучающая поверхность ВЩАР совмещена с отражателем зональной РАФ. Основными недостатками рассматриваемой антенны в 3-х ММДВ являются невысокий коэффициент использования поверхности РАФ и ограниченный сектор сканирования при неподвижном облучателе в 3-х ММДВ для такого типа систем, отклонение ДН

от оси антенны ограниченно 3^4 значениями ширины диаграммы направленности (ШДН) по уровню половинной мощности. В работе [5] впервые предлагается создание ДАС на основе сочетания АППП и ВЩАР. Такое сочетание, кроме желания создать ДАС с большими углами сканирования (±45°), обусловлено большим распространением ВЩАР в качестве антенн метеонавигационных РЛС переднего обзора, широко применяемых на летательных аппаратах гражданской авиации. Однако представленный вариант требует проведения канала облучателя 3-х ММДВ через отверстие в центре ВЩАР 3-х СМДВ, что усложняет реализацию устройства.

Глава 1. АППП с осесимметричным трансрефлектором на основе

многослойных ПАФ

1.1. АППП с осесимметричным трансрефлектором на основе

многослойных ПАФ

1.1.1. АППП с параболическими и плоскими трансрефлекторами на основе

однослойной ПАФ

Структура двухзеркальной АППП с осесимметричным параболическим трансрефлектором приведена на рисунке 1.1. Она состоит из 3-х основных элементов: облучателя (1); трансрефлектора (2) - параболического обтекателя с расположенной на нём поляризационной решёткой проводников (4) и твистрефлектора (3) - плоского зеркала, поворачивающего плоскость поляризации. Излучаемая первичным облучателем (1), например рупором, расположенным в фокусе «O» трансрефлектора (2), сферическая электромагнитная волна (ЭМВ) с поляризацией вектора Епад напряженности электрического поля совпадающей с ориентацией металлических полосок (Рисунок 1.1б) преобразуется трансрефлектором (2) в плоскую ЭМВ Еотр и отражается от него в направлении твистрефлектора (3). Твистрефлектор (3) представляет собой печатную плату толщиной Хд/4, где Хд - длина волны в диэлектрике, на которой со стороны облучаемой ЭМВ расположены полоски проводников (5) шириной приблизительно Х0/4 и шагом Х0/2, где Хо — длина волны в свободном пространстве, а с противоположной стороны -металлическая плоская поверхность, называемая экраном. Металлические проводники (5) твистрефлектора (3) ориентированы так, что они образуют угол 45° с плоскостью поляризации ЭМВ Еотр отражённой от трансрефлектора (2) (Рисунок 1.1в). Принцип работы твистрефлектора, а именно поворот плоскости поляризации падающей на него ЭМВ Еотр, поясняется рисунком 1.1в. ЭМВ с вектором Еотр падающая на твистрефлектор может быть представлена в виде суммы векторов Ец параллельного и Е± перпендикулярного металлическим полоскам (5). Поле, характеризуемое вектором Ец, отражается от проводников,

а поле, характеризуемое вектором Б±, проходит через поляризационную структуру, слой диэлектрического материала и отражается от экрана в противоположном направлении, приобретая за время распространения дополнительный фазовый набег равный 180° в сравнении с Бц. На рисунке 1.1 в вектор с дополнительным фазовым набегом обозначен Б ±. В результате суммирования двух векторов Бц и Б± полный вектор Ботр отражённой ЭМВ претерпевает пространственный поворот плоскости поляризации на 90 ° по отношению к Бпад и обозначается Бпр. Отражённая от твистрефлектора (3) ЭМВ с вектором Бпр направленным перпендикулярно проводникам трансрефлектора (2) проходит через них, диэлектрический обтекатель и излучается с малыми потерями в свободное пространство (Рисунок 1.1 а, в). Управление положением основного луча диаграммы направленности (ДН) осуществляется за счёт поворота плоского зеркала твистрефлектора (3). При этом благодаря коэффициенту редукции равному 2 отклонение твистрефлектора (3) на угол а приводит к отклонению ДН антенны на угол 2а, что позволяет расширить угловой диапазон сканирования в несколько раз в сравнении с параболической зеркальной антенной.

В патенте [34] приведены несколько возможных вариантов конструкции, в которых трансрефлектор выполнен в виде плоской поляризационной структуры, а твистрефлектор имеет форму параболы. При этом для уменьшения габаритов антенны предлагается использовать диэлектрическую линзу. Такие изменения конструкции значительно влияют на угловой диапазон сканирования, в котором характеристики остаются приемлемыми, снижая его до 3^4 величин ШДН и приводят к усложнению конструкции. По этой причине далее будет рассматриваться вариант конструкции, приведённый на рисунке 1.1 .

б) в)

Рисунок 1.1 -АППП с параболическим трансрефлектором: а) структура; б) трансрефлектор; в) твистрефлектор;

Наиболее полное описание конструкции антенны и существующих методов теоретического расчёта геометрических размеров поляризационных структур транс- и твистрефлектора приведено в [70]. Процесс разработки конструкции АППП с параболическим трансрефлектором поясняется рисунком 1.2, где приведена образующая параболы (2) которая определяется выражением:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Михайлов Артемий Николаевич, 2020 год

\ /

N < —/

ч / /у

\ > г/

\ \ =2= —/у

\\

—V —V-

\ —V-. \ /

=}

1-г

. /

-Н-

0 9 1 9 — С 2 гра 9 д. 3 £ 9 10 ГГ] 4 град д 9 . 5 9 20 г 6 рад 9 7 9

Рисунок 3.10 - Частотные зависимости в 3-х ММДВ коэффициента отражения на совпадающих поляризациях многоэлементного твистрефлектора для углов отклонения в горизонтальной плоскости 0°, 10° и 20°.

Как видно из результатов моделирования ПХ системы (рисунок 3.10) в 3-х ММДВ и угловом секторе отклонения от 0° до 20° многоэлементный твистрефлектор имеет полосу £квч±1ГГц по уровню -20 дБ. Причем с ростом угла отклонения резонансный минимум смещается в сторону меньших частот и достигает значений до -45 дБ, что связано с уменьшением геометрических размеров проекции элементов решётки на плоскость падающей ЭМВ и увеличением эффективной толщины печатной платы. Следует отметить, что наличие сквозных отверстий в многослойном твистрефлекторе не привело к значительному изменению его характеристик.

Влияние платы твистрефлектора установленной на излучающую поверхность ВЩАР на характеристики излучения решётки в 3-х СМДВ на частоте 9.4 ГГц также проводилось во временной области. Результаты моделирования ДН ВЩАР без структуры многоэлементного твистрефлектора и

вместе с ней приведены в сводной таблице 3.1 и на рисунке 3.11 в азимутальной и угломестной плоскости.

Таблица 3.1 - Характеристики излучения системы «ВЩАР/многоэлементный

твистрефлектор» в 3-х СМДВ

№ Тип излучающей системы ВЩАР ВЩАР/многоэлементный твистрефлектор

1 Плоскость Аз. Ум. Аз. Ум.

2 КНД, дБ 27,5 27,7

3 ШДН по 3 дБ, ° 7,9 8,3 7,9 8,2

4 УБЛ, дБ -26,3 -26,4 -24,5 -24,5

В 3-х СМДВ форма основного лепестка диаграммы направленности ВЩАР (рисунок 3.11) при установке платы многослойного твистрефлектора практически не изменяется. Максимальный УБЛ увеличился приблизительно на 2 дБ как в азимутальной, так и в угломестной плоскости и не превышает значения -24,5 дБ. Рост УБЛ связан в первую очередь с изменением формы ДН единичной щели ВЩАР за счёт проникновения части излучаемой энергии в структуру многоэлементного твистрефлектора, которая возбуждает расположенные рядом с ней элементы решётки печатных элементов. При этом влияние указанного твистрефлектора на характеристики излучения в 3-х СМДВ мало по причине того, что его структура дискретна и не является резонансной для поля 3-х СМДВ.

а)

б)

Рисунок 3.11 - Диаграммы направленности в 3-х СМДВ в азимутальной (а) и

угломестной (б) плоскостях для: (-) системы «ВЩАР/многоэлементный

твистрефлектор»; (---) ВЩАР без многоэлементного твистрефлектора.

3.3 Конструкция и модель ДАС с не осесимметричным параболическим и плоским трансрефлектором на основе многослойной ПАФ.

Модели ДАС 3-х СМДВ и 3-х ММДВ с не осесимметричным параболическим и плоским многослойным трансрефлектором приведены на рисунке 3.12.

а)

б)

Рисунок 3.12 - Варианты конструкции ДАС 3-х СМДВ и 3-х ММДВ: а) с параболическим трансрефлектором; б) с плоским плоским многослойным

трансрефлектором

Исследуемая модель ДАС (рисунок 3.12) работает на частотах с разнесением 10/1, а именно на 9.4 ГГц и 94 ГГц. АППП имеет трансрефлекторы диаметром Втр=120 мм, фокусное расстояние 1=60 мм. Диаметр твистрефлектора АППП Втр=135 мм, выполненного из диэлектрического материала толщиной И=0.254 мм, имеющего диэлектрическую проницаемость 8=2.33 и тангенс угла диэлектрических потерь tg5=0.0012, расположенного на излучающей поверхности ВЩАР 3-х СМДВ размером 4 на 4. Изучающие щели ВЩАР

имеют размеры 3 мм на 16 мм. Плоский многослойный трансрефлеткор (рисунок 3.12б) имеет параметр дискретизации фазы М=4.

В значительной степени сдерживающим фактором при построении ДАС с разнесением рабочих частотных диапазонов 10:1 (рисунок 3.12) является медленное развитие элементной базы 3-х ММДВ, при создании которой пришлось столкнуться с рядом трудностей, таких как возрастание потерь в линиях передачи, уменьшение предельной пропускаемой мощности, высокие требования к точности изготовления элементов и стабильности параметров. Поэтому было принято решение дополнительно исследовать ДАС с уменьшенным разнесение рабочих частотных диапазонов до 4:1, т.е. построить систему в 3-х СМДВ и 8-ми ММДВ. Кроме того, положительные результаты теоретического исследования АППП с не осесимметричным плоским трансрефлектором на основе многослойной ПАФ приведённые в параграфе 1.4 послужили основой для создания ДАС с плоским трансрефлектором на его основе.

Модели ДАС 3-х СМДВ и 8-ми ММДВ (разнесение 4/1) с не осесимметричным параболическим и плоским многослойным трансрефлектором приведены на рисунке 3.12.

а) б)

Рисунок 3.13 - Варианты конструкции ДАС 3-х СМДВ и 8-ми ММДВ: а) с параболическим трансрефлектором; б) с плоским плоским многослойным

трансрефлектором

Одинаковые параметры компоновки 1 и параболического (рисунки 3.12а и 3.13а) и плоского (рисунки 3.13б и 3.13б) трансрефлектора позволят провести объективное сравнение ХИ ДАС в двух исследуемых рабочих диапазонах. Геометрические размеры поляризационной структуры трансрефлекторов выбраны аналогичными используемым в параграфе 1.1.2, 1.1.3 поскольку обеспечивают приемлемую поляризационную развязку как 3-х, так и в 8-ми ММДВ, низкие потери при прохождении ЭМВ во всех исследуемых частотных диапазонах. Диэлектрический колпак трансрефлектора, стоит, в зависимости от конструкции, из параболической либо плоской части и

конической части, толщина которых равна t • у, где 1=1,2 .. ,Дд - длина волны в

диэлектрике, что вносит минимальные потери электромагнитной энергии при прохождении ЭМВ через трансрефлектор. Материал колпака трансрефлектора имеет следующие параметры: диэлектрическая проницаемость 8=3,35 и тангенс угла диэлектрических потерь tg5=0.013. Расчёт геометрических размеров полупрозрачных дугообразных подзон плоского трансрефлектора ДАС выполнен по методике, приведённой в параграфе 1.2.1 для параметра дискретизации фазы М=4 соответствующего фазовому дискрету равному 90°.

Твистрефлектор в обоих вариантах конструкции ДАС с разнесением 4/1 выполнен в виде плоского печатного отражателя из материла имеющего 8=3,55, tg5=0.0012 толщиной И=0.813 мм и поперечным размером Втв=220 мм. На лицевой стороне печатной платы твистрефлектора расположен ряд параллельных металлических полосок шириной W=0.69 мм и шагом расположения 8=1.66 мм, ориентированных под углом 45° к оси щелевых излучателей ВЩАР. Внутренняя поверхность отверстий в твистрефлекторе, по форме и расположению совпадающих со щелями ВЩАР, металлизирована на основе результатов параграфа 3.2. Габаритные размеры ВЩАР выбраны таким образом, чтобы в азимутальной и угломестной плоскости твистрефлектор перекрывал апертуру трансрефлектора и модели облучателей ДАС рассмотрены в следующем параграфе.

Для исследуемых ДАС (рисунки 3.12 и 3.13) ВЩАР 3-х СМДВ, на которой расположен твистрефлектор, является резонансной. Щелевые излучатели расположены в широкой стенке волновода 3-х СМДВ стандартного размера 23 мм на 5 мм, а их размеры и положение рассчитаны таким образом, что создаваемое в раскрыве ВЩАР амплитудное распределение является квазиоптимальным как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, обеспечивая минимально возможный УБЛ и максимальный КНД для указаного размера. Основным отличием

В качестве облучателей исследуемых ДАС для каждого из вариантов используется пирамидальный рупор, геометрические размеры которого зависят от углов облучения трансрефлектора (параграф 3.4).

Основные геометрические размеры ДАС с двумя типами неосесимметричных трансрефлекторов приведены на рисунке 3.14.

3.4 Конструкция и модель облучателей ДАС

Математическое моделирование геометрических размеров пирамидальных рупоров с целью получения ХИ, обеспечивающих требуемый уровень облучения краёв трансрефлектора, проведено методом БЭТО подробно описанным в параграфе 1.3. В данном и последующих параграфах для удобства записи принято обозначение по разнесению частот: ДАС 3-х СМДВ/ 8-ми ММДВ - ДАС 4/1; ДАС 3-х СМДВ/ 3-х ММДВ - ДАС 10/1.

Расчёт геометрических размеров пирамидальных рупоров проведён в 8-ми ММДВ на частоте 35 ГГц и в 3-х ММДВ на частоте 94 ГГц с использованием выражений, приведённых в параграфе 1.1.3.1. Уровень поля на краю раскрыва принят -10 дБ в соответствии с таблицей 1.1., на основании которой определена требуемая ШДН по известным геометрическим размерам трансрефлектора (таблица 3.2.).

Таблица 3.2 - Требуемые ШДН облучателя ДАС.

Разнесение частот ДАС 4/1 10/1

Тип трансрефлектора парабола плоский парабола плоский

Плоскость сечения ДН H E H E H E H E

ШДН (-10 дБ), ° 100 54 71 50 73 60 60 44

Также в конструкции облучателей предусмотрен волноводный изгиб позволяющий направить максимум излучения РА в центр трансрефлектора.

РА для ДАС 4/1 с не осесимметричным параболическим и плоским трансрефлектором имеют геометрические размеры показные на рисунке 3.15. Основные сечения ДН промоделированных пирамидальных РА приведены на рисунках 3.16, 3.17, а их ХИ занесены в сводную таблицу 3.3.

РА для ДАС 10/1 с не осесимметричным параболическим и плоским трансрефлектором имеют геометрические размеры показные на рисунках 3.19, 3.20. Основные сечения ДН промоделированных пирамидальных РА приведены на рисунке 3.19 и 3.20, а их ХИ занесены в сводную таблицу 3.4.

Таблица 3.3 - ХИ пирамидальных РА для ДАС 4/1 с не осесимметричными

параболическим и плоским трансрефлекторами.

Тип трансрефлектора ДАС Параболический Плоский

Полскость Е Н Е Н

КНД, дБ 13,8 15,5

ШДН (-3 дБ), ° 34,9 40,2 26,0 34,3

ШДН (-10 дБ), ° 61,4 73,4 47,4 62,4

УБЛ -14,3 -22,6 -11,5 -29,3

ФЦ мм 0;0;-1,78 0;0;-6,97

б)

Рисунок 3.15 - Геометрические размеры пирамидального рупорного облучателя для ДАС 4/1 с не осесимметричным трансрефлектором: а) параболическим; б) плоским.

а)

б)

Рисунок 3.16 - ДН пирамидальной РА ДАС с не осесимметричным параболическим трансрефлектором в декартовой системе координат в Е-плоскости (а) и Н-плоскости (б).

а)

б)

Рисунок 3.17 - ДН пирамидальной РА ДАС с не осесимметричным плоским трансрефлектором в декартовой системе координат в Е-плоскости (а) и Н-плоскости (б).

Таблица 3.4 - ХИ пирамидальных РА для ДАС 3-х СМДВ и 3-х ММДВ с не осесимметричными параболическим и плоским трансрефлекторами.

Тип трансрефлектора ДАС Параболический Плоский

Полскость Е Н Е Н

КНД, дБ 13,3 14 ^,9

ШДН (-3 дБ), ° 30,6 52,8 30,6 52,8

ШДН (-10 дБ), ° 51,6 99,8 51,6 99,8

УБЛ -16,0 -27,9 -16,0 -27,9

ФЦ (x;y;z), мм 0;0;-0,7 0;0;-1,46

б)

Рисунок 3.18 - Геометрические размеры пирамидального рупорного облучателя для ДАС 4/1 с не осесимметричным трансрефлектором: а) параболическим; б) плоским.

53.91

180 -135 -90 -45| -26.971 0 26.937145 90 135 180

6, град.

а)

б)

Рисунок 3.19 - ДН пирамидальной РА ДАС с не осесимметричным параболическим трансрефлектором в декартовой системе координат в Е-плоскости (а) и Н-плоскости (б).

а)

б)

Рисунок 3.20 - ДН пирамидальной РА ДАС с не осесимметричным плоским трансрефлектором в декартовой системе координат в Е-плоскости (а) и Н-плоскости (б).

Моделирование геометрических размеров позволило обеспечить практически полное совпадение требуемого и рассчитанного значений ШДН. Наличие в конструкции облучателя не привело к изменению формы ДН. Как видно из результатов (таблиц 3.3, 3.4) разработанные облучатели имеют приемлемые ХИ и могут быть использованы в конструкции ДАС.

3.5 Результаты вычислительных исследований

Расчёт характеристик излучения проводился методом БЭТЭ используемый для решения уравнений Максвелла во временной области на частоте 9.4 ГГц в 3-х СМДВ, 35 ГГц в 8-ми ММДВ и 94 ГГц в 3-х ММДВ для нулевого угла отклонения системы «твистрефлектор/ВЩАР». Результаты моделирования показаны на рисунках 3.21 ^ 3.26. В таблицах 3.5-3.6 приведены ХИ исследуемой ДАС 10/1 и ДАС 4/1 соответственно.

а)

б)

б)

Рисунок 3.22 - ДН ДАС 10/1 с не осесимметричным праболическим трансрефлектором в 3-х ММДВ в а) азимутальной и б) угломестной плоскости.

а)

б)

Рисунок 3.23 - ДН в 3-х СМДВ ДАС 10/1 с не осесимметричным плоским трансрефлектором в а) азимутальной и б) угломестной плоскости.

а)

б)

Рисунок 3.24 - ДН в 3-х ММДВ ДАС 10/1 с не осесимметричным плоским трансрефлектором в а) азимутальной и б) угломестной плоскости.

а)

б)

Рисунок 3.25 - ДН в 3-х СМДВ в азимутальной (штриховая) и угломестной (непрерывная) плоскости ДАС 4/1 с не осесимметричным плоским трансрефлектором: а) параболическим; б) плоским.

90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

град.

а)

90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

град.

б)

Рисунок 3.26 - ДН в 8-ми ММДВ в азимутальной (штриховая) и угломестной (непрерывная) плоскости ДАС 4/1 с не осесимметричным плоским трансрефлектором: а) параболическим; б) плоским.

Таблица 3.5 - Характеристики излучения ДАС 10/1 с двумя типами

неосесимметричных трансрефлекторов.

Тип трансрефлектора ДАС Параболический Плоский

Частота, ГГц 9,4

Плоскость Азимут Угол Места Азимут Угол Места

КНД, дБ 19,2 19,2

ШДН,°. 19,0 19,2 19,3 21,6

УБЛ, дБ -20,8 -26.0 -20,7 -25,0

Частота, ГГц 94 \,0

КНД, дБ 39,2 34,8

ШДН,° 1,7 1,7 1,6 1,9

УБЛ, дБ -19,3 -23,8 -20,8 -22,1

Таблица 3.6 - Характеристики излучения ДАС 4/1 с двумя типами

неосесимметричных трансрефлекторов.

Тип трансрефлектора ДАС Параболический Плоский

Частота, ГГц 9,4

Плоскость Азимут Угол Места Азимут Угол Места

КНД, дБ 23,9 23,0

ШДН, 12.4 11.4 13,0 12,4

УБЛ, дБ -27,9 -20.2 -21,4 -17,2

Частота, ГГц 35,0

КНД, дБ 32,6 31,1

ШДН, 3,3 3,5 3,1 3,3

УБЛ, дБ -17,2 -21,5 -17,4 -17,6

3.5. Сопоставление результатов и дальнейшие пути реализации ДАС

Для ДАС работающей в 3-х СМДВ и 8-ми ММДВ видно, что в 3-х СМДВ (таблица 3.7) при использовании плоского трансрефлектора снижение КНД составило ~0,9 дБ. Увеличение ШДН в азимутальной плоскости составило 0.6°. В угломесной плоскости ДН расширилась на 1°. Таким образом расширение ДН в обоих плоскостях не превысило 10% от значений показанных ДАС с параболическим трансрефлектором. УБЛ увеличился в азимутальной на 6,5 дБ и угломестной плоскости на 3,6 дБ и составили -21,4 дБ и -16,4 дБ соответственно. Указанные изменения связаны в первую очередь с дискретной структурой проводников трансрефлектора. Их длина близка к резонансной для ЭМВ 3-х СМДВ, что приводит к значительному влиянию переизлучаемого ими поля на плоский фронт волны, идущий от ВЩАР. Данное явление особенно сильно проявляется в азимутальной плоскости, поскольку ДН элементарного проводника конечной длины, как и у резонансного вибратора, имеет форму тороида - всенаправленная в азимутальной плоскости и узконаправленная в угломестной.

Приведённые в таблице 3.8 результаты моделирования показали снижение КНД ДАС с плоской многослойной структурой в сравнении с параболическим трансрефлектором на 1,5 дБ и 5 дБ в 8-ми и 3-х ММДВ соответственно. Основная причина снижения КНД, как и в исследованных ранее однодиапазонных структурах связана с наличием в плоской многослойной структуре постоянной фазовой ошибки, определяемой параметром дискретизации М зонной поверхности, которая приводит к снижению фазовой эффективности. На ряду с этим в 3-х ММДВ к снижению КНД приводит возрастание потерь за счёт прохождения большей части энергии в отверстия ВЩАР в сравнении с 8-ми ММДВ. Замена параболического трансрефлектора плоским привела к изменению ШДН не более чем на 5% как в азимутальной, так и угломестной плоскости. УБЛ ДАС с неосесиммтеричным плоским отражателем в 8-ми ММДВ увеличился как в азимутальной плоскости с

-18,2 дБ до -17,4 дБ, так и в угломестной с -21,5 дБ до -17,6 дБ. Напротив, в 3-х ММДВ УБЛ ДАС практически не изменилась.

Указанные ухудшения ХИ двух вариантов ДАС как в 8-ми, так и в 3-мм ММДВ вызваны заменой облучателя ДАС, которая привела к изменению амплитудного распределения в апертуре отражателя. Расчет геометрических размеров рупорных облучателей был проведён таким образом, чтобы создаваемая ими ДН обеспечивала примерно одинаковое амплитудное распределение в апертуре трансрефлектора каждой из исследуемых антенных систем. Расположение в пространстве и геометрические размеры исследуемых отражателей сильно отличаются, приводя к изменению углов его облучения при условии стационарного облучателя. Так, например, для случая ДАС 4/1 в угломестной плоскости пирамидальный рупор для параболической структуры должен иметь ШДН по уровню -10 дБ равную 60,0°. при этом для плоской многослойной структуры ШДН должна составлять 43,1°. Уменьшение ШДН облучающей системы приводит к росту УБЛ который в свою очередь изменяет амплитудное распределение в раскрыве трансрефлектора и, следовательно, влияет на характеристики ДАС в целом. В азимутальной плоскости разница ШДН по уровню -10 дБ для параболической и плоской многослойной структуры составляет 9,81°. Таким образом, изменение геометрических размеров раскрыва облучателя в горизонтальной плоскости на 2,1 мм не приводит к сильному увеличению УБЛ ДАС, что видно из таблиц 3.5-3.6.

Данные моделирования подтвердили работоспособность предложенной схемы построения ДАС как в 8-и, так и в 3-х ММДВ, а также показали, что разработанная система имеет низкий уровень взаимного влияния структур одного диапазона на структуры другого и при совмещении двух независимых антенн различных диапазонов практически полностью сохраняет характеристики. Использование одного из ММДВ в паре с 3-х СМДВ обосновывается требуемыми характеристиками системы а также уровнем технологической базы. К недостаткам предложенной ДАС можно отнести сложность обеспечения требуемого АР в апертуре трансрефлектора.

Возможным решением данной проблемы является корректировка отражающего рисунка неосесимметричной отражающей поверхности и установка её под углом к облучателю, что позволит использовать один облучатель для двух структур, но при сканировании неосесимметричная структура колпака трансрефлектора может привести к неравномерному искаженью формы ДН. Другим вариантом может являться уменьшение угла выноса облучателя, однако, данная конструкция потребует изменения конструкции ВЩАР.

Таким образом предложенный вариант конструкции ДАС позволяет решить проблему повышения разрешающей способности бортовых РЛС переднего обзора, при этом позволяя упростить её производство за счёт применения технологии многослойных печатных плат.

Выводы к главе 3

1) Проведён анализ существующих конструкций ДАС со значительно разнесёнными рабочими частотами, а также описаны их преимущества и недостатки.

2) Разработана ДАС с существенным разнесением частот, состоящая из АППП ММДВ и ВЩАР СМДВ, работоспособность которой доказана с помощью вычислительных исследований на основе компьютерного моделирования.

3) Установлено влияние поляризационной структуры твистрефлектора, выполненного на диэлектрике, на характеристики ВЩАР СМДВ.

4) Предложены и реализованы конструктивные и технологические пути устранения этого влияния с помощью металлизации диэлектрических стенок щелевых отверстий твистрефлектора ММДВ из решетки проводников (классический) или применяя многоэлементный твистрефлектор.

Основные результаты и выводы

Известная с 1960-х годов АППП нуждалась в модернизации, поскольку развитие методов разработки антенных устройств в значительной мере ускорилось в 1990-х годах из-за технологического скачка, связанного с повсеместным внедрением микроэлектронных технологий. В свою очередь это повлекло за собой совершенствование сопутствующей области прецизионного изготовления печатных плат, что сделало её более доступной широкому кругу специалистов. Одним из наиболее быстро развивающихся направлений, сформировавшихся на развитой технологической базе, являются РАФ и МПОАР, в которых отражатель изготавливается по технологии однослойных и многослойных печатных плат. Основным результатом данной работы является предложенная методика разработки плоского отражателя - трансрефлектора АППП, выполненного по технологии многослойных печатных плат, что позволило упростить конструкцию, повысить технологичность изготовления и уменьшить занимаемый антенной объем при сохранении характеристик излучения.

В ходе написания работы были решены следующие задачи:

- Проведен анализ путей развития антенн 3-х ММДВ, современных технологий изготовления элементов антенн и специфики их применения в различных РЛС. Анализ существующих плоских печатных диаграммобразующих отражателей используемых в антеннах 3-х ММДВ.

- Проведён поиск метода построения плоского печатного трансрефлектора АППП 3-х ММДВ.

- Разработан метод построения плоского печатного трансрефлектора АППП позволяющий рассчитывать геометрические параметры плоского печатного трансрефлектора для различного фокусного расстояния, уровня фазовой коррекции и материалов с различными диэлектрическими параметрами

- Проведено теоретическое и экспериментальное исследование характеристик излучения образца АППП 3-х ММДВ с параболическим и предложенным плоским печатным трансрефлектором.

- Проведен теоретический анализ причин изменения ХИ АППП с предложенным плоским печатным в сравнении с параболическим трансрефлектором.

- были вынесены предложения по улучшению ХИ и увеличению функциональных возможностей АППП.

Основными научными результатами являются следующие утверждения:

- Плоский печатный трансрефлектор позволяет реализовать отражатели, с различным параметром фазовой дискретизации, на основе фольгированных материалов с различными диэлектрическими параметрами в зависимости от требуемых характеристик излучения. Проведённый сравнительный анализ результатов теоретического и экспериментального исследования макетного образца АППП подтвердил работоспособность предложенного плоского трансрефлектора обеспечивающего приемлемые характеристик излучения.

- Приведен подробный теоретический анализ фазовых ошибок в раскрыве плоского трансрефлектора при создании РСН который показал значительное уменьшение кубических ошибок на его периферии, за счёт дискретности фазокорректирующей структуры, в сравнении с параболической структурой, позволившему снизить УБЛ на 1,6 дБ.

- Плоский печатный трансрефлектор позволяет повысить технологичность изготовления, в сравнении с параболическим отражателем, за счёт использования технологии многослойных печатных плат. Обоснованность данных выводов подтверждена в ходе экспериментальных

исследований изготовленного образца АППП в рамках НИОКР, выполняемых

АО «НПП «Радар ммс».

Публикации по теме диссертации

1. Галкина Э. В. Влияние твистрефлектора w-диапазона на характеристики двухдиапазонной антенны в х-диапазоне / Э. В. Галкина, А. В. Кирпанев, А. Н. Михайлов // Вопросы радиоэлектроники. - 2016. - Вып.11. - С. 35-39.

2. Кузьмин А. А. Конструкция антенны с поворотом плоскости поляризации на основе плоского трансрефлектора / А. А. Кузьмин, А. Н. Михайлов // Вопросы радиоэлектроники. - 2017. - Вып.9. - С. 2226.

3. Кирпанев А. В. Двухдиапазонная антенная система для бортовой радиолокационной станции переднего обзора / А. В. Кирпанев, А. Н. Михайлов // Вопросы радиоэлектроники. - 2018 -Вып.9. - С. 22-26.

4. Михайлов А. Н Снижение взаимного влияния элементов двухдиапазонной антенны при использовании многоэлементного твистрефлектора // Вопросы радиоэлектроники. - 2019. Вып.2. -С. 15-19.

5. Батутина М.С. Антенна с поворотом плоскости поляризации на основе плоского неосесимметричного трансрефлектора / М. С. Батутина, А. А. Кузьмин, А. Н. Михайлов // Вопросы радиоэлектроники. - 2019. Вып.2. - С. 26-30.

6. Кирпанев А. В. Двухчастотные антенны с офсетными трансрефлекторами / А. В. Кирпанев, А. Н. Михайлов // Вопросы радиоэлектроники. - 2019 -Вып.8. - С. 71-78.

Патенты:

7. Пат. на полезную модель №167147, Российская Федерация. Трансрефлектор / Кузьмин А. А., Михайлов А. Н.; Заявитель и патентообладатель АО «НПП «Радар ммс», - №2016129875, заявл. 20.07.2016. опубл. 27.12.2016.

Статьи и тезисы в трудах российских и международных конференций:

8. Михайлов А. Н. Оценка возможности построения антенны с поворотом плоскости поляризации на основе плоского трансрефлектора / А. Н. Михайлов, А. А. Кузьмин // Сборник докладов научно-технической конференции «Состояние, проблемы и перспективы создания корабельных информационно-управляющих комплексов» (4-5 апр. 2017, г. Москва), под

общ. ред. Е. С. Новикова; АО «Концерн «Моринсис-Агат» - 2017 г. -С.219-224

9. Кузьмин А. А. Антенна с поворотом плоскости поляризации на основе плоского трансрефлектора / А. А. Кузьмин, А. Н. Михайлов // Сборник докладов VI D Всероссийской конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ » (29 мая - 1 июня 2017, г. Санкт-Петербург); СПбГЭТУ «ЛЭТИ» - 2017 г. - С.340-345

10. Кузьмин А. А. Антенна с поворотом плоскости поляризации на основе плоского трансрефлектора / А. А. Кузьмин, А. Н. Михайлов // Материалы конференции «27-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», (10-16 сент. 2017, г. Севастополь); СевГУ - 2017 - С. 597-603

11. Кирпанев А. А. Двухдиапазонная сканирующая антенна / А. А. Кирпанев, А. Н. Михайлов // Материалы конференции «27-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», (10-16 сент. 2017, г. Севастополь); СевГУ - 2017 - С. 592-596

12. Кирпанев А. А. Двухдиапазонная антенная система / А. А. Кирпанев, А. Н. Михайлов // Материалы конференции «28-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (9-15 сент. 2018, г. Севастополь); СевГУ - 2018 - С. 580-586

13. Кирпанев А. А. Антенная система с существенно разнесенными частотами и широкоугольным сканированием / А. А. Кирпанев, А. Н. Михайлов // Материалы всероссийской научно-технической конференции «Антенны и распространение радиоволн» (15-17 окт. 2019, г. Санкт-Петербург) - 2019

160

Список литературы

1. Андреев, Г.А. Зарубежная радиоэлектроника №11. Миллиметровые волны и их применение/ Г.А. Андреев - М.: Радио и связь. 1984. - 127 с.

2. Hang Cheng. W-band three-dimensional surveillance imaging system / Hang Cheng, Haitao Zheng, Liechen Yu et al.// 2015 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC) - Nanjing, China - 2015.

3. Sheen, D.M. Three-dimensional millimeter-wave imaging for concealed weapon detection / D.M. Sheen, D.L. McMakin, T.E. Hall // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques - 2001. - Vol.49, №9. -P.1581-1592

4. Atsushi Kanno. Nondestructive Reflection Imaging in the W-band Using Photonics-Based Incoherent Signal Source /Atsushi Kanno, Norihiko Sekine, Akifumi Kasamatsu et al. // 2016 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS) - San Francisco, CA, USA - 2016.

5. Goshi, D.S. A W-band Interferometric Real-beam Scanning FMCW Imaging Radar / D.S. Goshi, Y. Liu, K. Mai, L. Bui, Y. Shih // 2011 IEEE MTT-S International Microwave Symposium - Baltimore, MD, USA - 2011.

6. Appleby, R. Millimeter-Wave and Submillimeter-Wave Imaging for Security and Surveillance / R Appleby, R.N. Anderton // Proceedings of the IEEE -2007. - Vol.95, №8. - P.1683 - 1690

7. Nguyen, B. D. 94 GHz Folded Fresnel Reflector Using C-Patch Elements / B.D. Nguyen, J. Lanteri, J.-Y. Dauvignac et al. // IEEE Transactions on Antennas and Propagation - 2008. - Vol.56, №11. P.3373-3381

8. Ziegler, V. Helicopter Near-Field Obstacle Warning System Based on Low-Cost Millimeter-Wave Radar Technology / V. Ziegler, F. Schubert, B. Schulte et al. // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques - 2013. -Vol.61, №1. P.658-665

9. Johannes, W. Miniaturized high resolution Synthetic Aperture Radar at 94 GHz for microlite aircraft or UAV / W. Johannes, , H. Essen, , S. Stanko et al. // 2011 IEEE SENSORS Proceedings - Limerick, Ireland - 2011.

10. Bui, L.Q. 94 GHz FMCW radar for low visibility aircraft landing system / L.Q. Bui, Y. Alon, T. Morton // 1991 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest - Boston, MA, USA - 1991

11. Van Caekenberghe, K. A 94 GHz OFDM Frequency Scanning Radar for Autonomous Landing Guidance / K. Van Caekenberghe, K.F. Brakora, K. Sarabandi // 2007 IEEE Radar Conference. - Boston, MA, USA - 1991

12. Systems characteristics and compatibility of automotive radars operating in the frequency band 77.5-78 GHz for sharing studies / REPORT ITU-R M.2322-0-2014 57p.

13. Dapeng, W. 76-81 GHz Planar Antenna Development and Utilization for Automotive Radar Applications / W Dapeng - Department of Microtechnology and Nanoscience Chalmers University of Technology - Göteborg Sweden. 2016 - 47p.

14. Guy Kouemou, Radar Technology / Kouemou Guy - Croatia: InTech - 2010 J. Schoebel, P. Herrero, - 410 p chapter «Planar Antenna Technology for mm-Wave Automotive Radar, Sensing, and Communications» J. Schoebel, P. Herrero, P.297-318

15. Schneider, R. System aspects for future automotive radar / R. Schneider ; J. Wenger // 1999 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest (Cat. No.99CH36282) - Anaheim, CA, USA - 1999

16. Solbach, K. Antenna Technology for Millimeter Wave Automotive Sensors / K. Solbach, R. Schneider // 1999 29th European Microwave Conference -Munich, Germany, Germany - 1999

17. Artis, J.-P. Low Cost Millimeter Wave Radars in the automotive field / J.-P. Artis, S. Kemkemian // 2006 CIE International Conference on Radar -Shanghai, China - 2006

18. Beer, S. Novel Antenna Concept for Compact Millimeter-Wave Automotive Radar Sensors / S. Beer ; G. Adamiuk ; T. Zwick // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters - 2009 - Vol.8 - P. 771-774

19. Hasch, J. Millimeter-Wave Technology for Automotive Radar Sensors in the 77 GHz Frequency Band / J. Hasch, E. Topak, R. Schnabel et al, // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques - 2012 - Vol.60,№3 - P. 845-860

20. Menzel, W. Antenna Concepts for Millimeter-Wave Automotive Radar Sensors / W. Menzel, A. Moebius // Proceedings of the IEEE - 2012 -Vol.100,№7 - P. 2372-2379

21. Pazmany, A.L. An airborne 95 GHz dual-polarized radar for cloud studies / A.L. Pazmany, R.E. McIntosh, R.D. Kelly, G. Vali // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing - 1994 - Vol.32,№4 - P. 731-739

22. Hewison, T.J. Airborne measurements of forest and agricultural land surface emissivity at millimeter wavelengths / T.J. Hewison // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing - 2001 - Vol.39,№2 - P. 393-400

23. Zech, C. Active millimeter-wave imaging system for material analysis and object detection / C. Zech, A. Hulsmann, I. Kallfass, A. Tessmann et al. // Proc. SPIE Millimetre Wave and Terahertz Sensors and Technology IV - 2011 -Bellingham, WA. - Vol. 8188. - P.81880D-1 - 81880D-9

24. Kharkovsky, S. Near-field millimeter wave non-contact measurement of step and gap mismatch in aircraft and automotive panels / S. Kharkovsky, R. Zoughi // 2009 IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference - Singapore, Singapore - 2009

25. Hoare E. Automotive Millimetre-Wave Radar, Current Applications and Future Developments / E. Hoare // 2006 IET Seminar on the Future of Civil Radar -London, UK - 2006

26. Борзов, А.Б. Современные радиотехнические системы управления и наведения высокоточного оружия / А.Б. Борзов, Р.П. Быстров, А.С. Корачков, В.К. Машляковский // Успехи современной радиоэлектроники. - 2011 - №3. - С.24-35

27. Борзов А.Б. Миллиметровая радиолокация. Методы обнаружения и наведения в условиях естественных и организованных помех/ Москва: Радиотехника, 2010. — 376 с.

28. Апертурные антенны сантиметровых и миллиметровых длин волнАвтор: Шаров Г.А., Гладейчук В.В., Гусинский А.В., Кондрашов Д.А., Свирид М.С.Издательство: Горячая Линия - Телеком - 2017 - С. 332

29. Martin, R.W. A Rapid Wide Angle Scanning Antenna With Minimum Beam Distortion / R. W. Martin, L. Schwartzman // Proc. of East Coast A.N.E. Conference - 1958. - pp. 47-51

30. Houseman, E.O. A Millimeter - Wave Polarization Twist Antenna / E.O. Houseman // Proc. of International A.P. Conference - 1978 - pp. 51-54 ,

31. Waineo, D.K. A Millimeter Wave Monopulse Antenna With Rapid Scan Capability / D.K. Waineo, J. F. Konleczny // Proc. of International A.P. Conference - 1979 - pp. 477-480

32. Oren B. Kes ler , William F. Montgomery A MILLIMETER-Wave Scannig Antenna for Radar Application

33. Бахрах, Л.Д. Зеркальные сканирующие антенны / Л.Д. Бахрах, Г.К. Галимов - M.: Наука, 1981. -с.250, с.258-259

34. C.A. Cochrane, High Frequency Radio Aerials, US Patent 2,736,895 February 28, 1956

35. Menzel, W. A 76 GHz multiple-beam planar reflector antenna/ W.Menzel, M. Al-Tikriti, R. Leberer // 32nd European Microwave Conference -2002.

36. Nayeri, P. Reflectarray Antennas: Theory,Designs, and Applications / P. Nayeri, F. Yang, A.Z. Elsherbeni // 2018 John Wiley & Sons Ltd - P.820

37. S. R. Rengarajan, "Scanning and defocusing characteristics of microstrip reflectarrays," IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 9, pp. 163-166, Mar. 2010.

38. P. Nayeri, F. Yang, and A. Z. Elsherbeni, "Bifocal design and aperture phase optimizations of reflectarray antennas for wide-angle beam-scanning

performance," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 61, no. 9, pp. 4588-4597, Sept. 2013.

39. J. Lanteri, J. Y. Dauvignac, C. Pichot, and C. Migliaccio, "Beam-scanning improvement of reflectarrays by reducing the cell size at millimeter waves," Microw. Opt. Technol. Lett., vol. 48, no. 5, pp. 966-968, May 2006.

40. Huder, B. Flat printed reflector antenna for mm-wave applications / B. Huder, W. Menzel // Electronics Letters - 1988 - Vol.24, №6 - P.318.

41. Zhi Ning Chen Duixian LiuZhi Ning Chen Duixian Liu Handbook of antenna technologies/ Wileypp.1187-1248

42. Baggen LC, Herben M (1993) Design procedure for a Fresnel-zone plate antenna. Int J Infrared Millim Waves 6:1341-1352

43. Baggen LC, Jeronimus CJ, Herben M (1993) The scan performance of the Fresnel zone plate antenna: a comparison with the parabolic reflector antenna. Microw Opt Technol Lett 13:769-774 (Correction in vol 14, p 138)

44. Dey K, Khastgir P (1973b) A study of the characteristics of a microwave spherical zone plate antenna. Int J Electron 35:97-103

45. Gagnon N, Petosa A, McNamara DA (2013) Research and development on phase-shifting surfaces (PSSs). IEEE Antennas Propag Mag 2:29-48

46. Guo YJ, Barton S, Wright T (1991) Design of high-efficiency Fresnel zone plate antennas. IEEE Antennas Propag Symp 182-185

47. Guo YJ, Barton S (2002) Fresnel zone antennas. Kluwer, Norwell

48. Hristov HD (2000) Fresnel zones in wireless links, zone plate lenses and antennas. Artech House, Boston-London

49. Minin I, Minin O (2005) Three dimensional Fresnel antennas. In: Tazon A (Ed) Advances on antennas, reflectors, and beam control. Research Singpost, India 115-148

50. Minin I, Minin O (2008a) Basic principles of Fresnel antenna arrays. Springer Academic, Berlin

51. Nguyen, B. D. W-Band Fresnel Zone Plate Reflector for Helicopter Collision Avoidance Radar / B. D.Nguyen, C. Migliaccio, C. Pichot, , K. Yamamoto et

al/// IEEE Transactions on Antennas and Propagation - 2007 - Vol.55, №5 -P.1452-1456.

52. Guo YJ, Barton S (1995) Phase correcting zonal reflector incorporating rings. IEEE Trans Antennas Propag 43:350-355

53. Analysis of Element Design for Folded Reflectarray Jun Gi Jeong ; Young Joong Yoon ; Hyungrak Kim 2018 IEEE International Workshop on Electromagnetics:Applications and Student Innovation Competition (iWEM)

54. Reflectarray Element Using Cut-Ring Patch Coupled to Delay Line B. D. Nguyen; Kien T. Pham; Van-Su Tran; Linh Mai; N. Yonemoto IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters Year: 2015 | Volume: 14

55. D. M. Pozar, S. D. Targonski, H. D. Syrigos, "Design of millimeter wave microstrip reflectarrays", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 45, no. 2, pp. 287-296, Feb. 1997.

56. F. Venneri, S. Costanzo, G. Di Massa, G. Amendola, "Aperture-coupled reflectarrays with enhanced bandwidth features", J. Electromagn. Waves Appl., vol. 22, pp. 1527-1537, 2008.

57. Bozzi, M. Performance comparison of different element shapes used in printed reflectarrays / M. Bozzi, S. Germani, L. Perregrini // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. Digest. Held in Conjunction with: USNC/CNC/URSI North American Radio Sci. Meeting (Cat. No.03CH37450)

58. Designing an Element KU-Band Microstrip Reflectarray of Variables Size Patches Using an Equivalent Unit Cell Waveguide Approach/ //IEEE Transactions on antennas and propagation - 2003 - Vol.51, №10 - October.

59. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1988.

60. A.W. Rudge; N.A. Adatia Offset-parabolic-reflector antennas: A review Proceedings of the IEEE Volume: 66 , Issue: 12 , Dec. 1978 )

61. D.M. Pozar; S.D. Targonski; R. Pokuls A shaped-beam microstrip patch reflectarray IEEE Transactions on Antennas and Propagation Volume: 47 , Issue: 7 , Jul 1999

62. W. Strutzman; M. Terada Design of offset-parabolic-reflector antennas for low cross-pol and low sidelobes EEE Antennas and Propagation Magazine Volume: 35, Issue: 6, Dec. 1993

63. Jordan Budhu; Yahya Rahmat-Samii Understanding the appearance of specular reflection in offset fed reflectarray antennas Published in: 2011 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation (APSURSI)

64. Influence of Shadowing Aperture by the Focal Module on Directional Characteristics of Reflector AntennasN.N. Gorobets ; V.I. Kijko2007 International Kharkov Symposium Physics and Engrg. of Millimeter and SubMillimeter Waves (MSMW)

65. W.V.T. Rusch ; L.R. Welch ; G.E. Mires Observation-point-dependent blocking shadows on a reflector antenna Published in: IEEE Transactions on Antennas and Propagation ( Volume: 37 , Issue: 6 , Jun 1989 )

66. B.M. Park, P. Ramanujam, "Modeling of blockage effects in axi-symmetric dual reflector systems", Antennas and Propagation Society International Symposium 1998. IEEE, vol. 4, pp. 2074-2077 vol.4, 1998.

67. Yu Pan, Yan Zhang, "Analysis of Blockage Effects in a Center-Fed Reflectarray", Microwave and Optical Technology Letters, vol. 55, pp. 1921, 2013.

68. Y.J. Guo ; I.H. Sassi ; S.K. Barton Multilayer offset Fresnel zone plate reflector Published in: IEEE Microwave and Guided Wave Letters ( Volume: 4 , Issue: 6 , June 1994 )P 196 - 198

69. Guo, Y. J. A high-efficiency quarter-wave zone plate reflector/ Y. J. Guo, S. K. Barton // IEEE Microwave and Guided Wave Letters - 1992 - Vol.2, №12 -P.470-471

70. E.L. Holzman Transreflector antenna design for millimeter-wave wireless links IEEE Antennas and Propagation Magazine 47(5):9 - 22 ■ November 2005

71. R. E. Collin, Antennas and Radiowave Propagation, NewYork, McGraw-Hill, 1 985, pp. 206-210.

72. Анцев Г.В. Кузьмин А.А. Погребняков А.М. Патент №2439757 Трансрефлектор

73. Garrett J.E. and Wiltse J.C. Fresnel zone plate antennas at millimeter wavelengths // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. vol. 12. № 3. pp. 195220. Dec. 1991

74. V.G. Borkar «Millimeter Wave Twist Reflector Design Aspects»

75. R. E. Collin «Field Theory of Guide Waves, Second Edition»,New York, IEEE Press, 1991 , pp: 192-196

76. N. Marcuvitz «Waveguide Handbook», London, Peter Peregrinus, 1986, pp. 280-285.

77. Пригода Б.А., Кокунько В.С. Обтекатели антенн летательных аппаратов, М.:Изд. «Машиностроение», 1970 г., стр.51

78. A.Foroozesh «On the Scattering Analysis Methods ofand Reflection Characteristics for an AMC/AEC Surface

79. В.П.Шестопалов «Резонансное рассеяние волн. Том 1. Дифракционные решетки» стр. 37 - 53

80. Andrew Peterson, Scott Ray, Raj Mittra, Computational Methods for Electromagnetics, IEEE Press, New York, NY 1998.

81. Автоматизированное проектирование устройств СВЧ. Под ред. В.В.Никольского/ М., Радио и Связь, 1982. - 272 с.

82. L.E.R. Peterson et al. "Analysis of Periodic Structures via a Time-DomainFinite-Element Formulation with a Floquet ABC" IEEE Trans, AP, March 2006, pp 933- 944.

83. Shavit R.Radome Electromagnetic Theory and Design. Wiley-IEEE Press, 2018, 328 p.

84. Rudge A. W., Adatia N. A. Offset-parabolic-reflector antennas: a review // Proceedings of the IEEE. 1978. Vol. 66. No. 12. P. 1592-1618.

85. Krichevskiy V., Difonzo D. D. Optimum beam scanning in offset single and dual reflector antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1985. Vol. AP-33. No. 2. P. 179-188.

86. Jamnejad-Dailami V.,Rahmat-SamiiY. Some important geometrical features of conic-section generated offset reflector antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1980. Vol. AP-28. No. 6. P. 952-957.

87. Горбачев, А.П., Ермаков Е.А. Проектирование печатных фазированных антенных решеток в САПР «CST Microwave Studio»: учебное пособие. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008, - 88 с., Гринев А.Ю. Численные методы решения прикладных задач электродинамики. М.: Радиотехника, 2012, - 336 с.

88. Michel M. Ney FTDT method: Recent developments 1992 Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics Year: 1992 | Conference Paper | Publisher: IEEE

89. L. Kulas ; M. Mrozowski Implementing the concept of a macromodel in the FTDT method 14th International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications. MIKON - 2002. Conference Proceedings (IEEE Cat.No.02EX562) Year: 2002 | Volume: 2 | Conference Paper | Publisher: IEEE

90. K.S.Yee. «Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic media», IEEE Trans. Antennas Propagat., 1966, vol. 14, no. 4, pp. 302-307

91. Захарьев Л.Н., Леманский А.А., Турчин В.И., Цейтлин Н.М., Щеглов К.С. Методы измерения характеристик антенн СВЧ Под ред. Н.М. Цейтлина. — М.: Радио и связь, 1985. — 368 с.

92. Сосунов Б.В., Попов О.В., Фитенко Н.Г., Хитров Ю.А. Методы измерения характеристик антенно-фидерных устройств. Под ред. Б. В. Сосунова. — Л.: ВАС, 1990. — 182 с.

93. Clive Parini, Stuart Gregson, John Mc Cormick , Daniël Janse van Rensburg Theory and Practice of Modern Antenna Range Measurements / The Institution of Engineering and Technology - 2014 - 784 pages

94. Constantine A. Balanis, Modern Antenna Handbook/Wiley - 2007 - P.1704

95. Blake L.V., Long M.W. Antennas: Fundamentals, Design, Measurement 3rd ed. — Raleigh, NC : SciTech, 2009. — 527 p.

96. Казаринов Ю.М. (ред.) Радиотехнические системы Учебник для вузов. — Гришин Ю.П., Ипатов В.П., Казаринов Ю.М., Коломенский Ю.А., Ульяницкий Ю.Д. — Москва: Высшая школа, 1990. — 496 с.: ил. — ISBN 5-06-000687-5.

97. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств Москва; Ленин0: Энергия, 1966. — 648 с.: ил.

98. Mailloux R. J. Phased Array Antenna Handbook, Second Edition. Artech House, 2005, 514 p.

99. Khaled El Maghoub, Fan Yang, Atef Elsherbeni Scattering Analysis of Periodic Structures Using Finite-Difference Time-Domain Morgan & Claypool Publishers (May 25, 2012) 140 pages

100. Zhengqing Yun Magdy F. IskanderImplementation of Floquet Boundary Conditions in FDTD Analysis of Periodic Phased Array Antennas with Skewed Grid Electromagnetics 20(5) September 2000

101. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники 2-е издание, переработанное и дополненное. — Москва: Советское радио, 1967. — 651 с.

Таблица П. 1 - Радиусы, ограничивающие кольцевые зоны симметричного трансрефлектора 3-х ММДВ на основе многослойных ПАФ.

Но Номер Радиус, Номер Радиус, Но Номер Радиус, Номер Радиус,

мер кольцево мм кольцево мм мер кольцево мм кольцево мм

пла й зоны. и зоны. пла и зоны. й зоны.

сти сти

ны. ны.

8. Слой 2 Слой 3 6. Слой 4 Слой 5

1. 9.40 1. 9.40 1. 13,34 1. 16,40

13.34 16,40 19,00

2. 19.00 2. 21.32 2. 23,43 2. 25,40

21.32 23.43 25,40 27,24

3. 27.24 3. 29.00 3. 30,67 3. 32,27

29.00 30.67 32,27 33,82

4. 33.82 4. 35.32 4. 36,77 4. 38,19

35.32 36.77 38,19 39,57

5. 39.57 5. 40.92 5. 42,24 5. 43,54

40.92 42.24 43,54 44,81

6. 44.81 6. 46.06 6. 47,3 6. 48,51

46.06 47.30 48,51 49,71

7. 49.71 7. 50.89 7. 52,06 7. 53,21

50.89 52.06 53,21 54,35

о 54.35 о 55.48 о 56,59 о 57,70

8. 55.48 8. 56.59 8. 57,70 8. 58,80

9. 58.80 9. 59.88 9. 60,96 9. 62,03

59.88 60.96 62,03 63,09

10. 63.09 10. 64.15 10. 65,19 10. 66,23

64.15 65.19 66,23 67,27

11. 67.27 11. 68.29 11. 69,31 11. 70,33

68.29 69.31 70,33 71,34

12. 71.34 12. 72.34

72.34 73.00

Таблица П.2 - Радиусы, ограничивающие кольцевые зоны неосесимметричного

трансрефлектора 3-х ММДВ на основе многослойных ПАФ.

Номер Радиус, Номер Радиус, Номер Радиус, Номер Номер

кольцевой мм кольцевой мм кольцевой мм кольцевой кольцевой

зоны. зоны. зоны. зоны. зоны.

Слой 1 Слой 2 Слой 3 Слой 4

1 0 1 12.652 1 17.929 1 22.002

12.652 17.929 22.002 25.455

2 25.455 2 28.516 2 31.298 2 33.872

28.516 31.298 33.872 36.281

3 36.281 3 38.556 3 40.719 3 42.789

38.556 40.719 42.789 44.776

4 44.776 4 46.693 4 48.548 4 50.346

46.693 48.548 50.346 52.095

5 52.095 5 53.799 5 55.462 5 57.088

53.799 55.462 57.088 58.679

6 58.679 6 60.239 6 61.77 6 63.274

60.239 61.77 63.274 64.753

7 64.753 7 66.208 7 67.641 7 69.054

66.208 67.641 69.054 70.448

8 70.448 8 71.823 8 73.182 8 74.524

71.823 73.182 74.524 75.85

9 75.85 9 77.162 9 78.461 9 79.746

77.162 78.461 79.746 81.018

10 81.018 10 82.279 10 83.528 10 84.766

82.279 83.528 84.766 85.994

11 85.994 11 87.212 11 88.42 11 89.619

87.212 88.42 89.619 90.809

12 90.809 12 91.991 12 93.165 12 94.33

91.991 93.165 94.33 95.488

13 95.488 13 96.639 13 97.783 13 98.92

96.639 97.783 98.92 100.05

14 100.05 14 101.174 14 102.292 14 103.404

101.174 102.292 103.404 104.511

15 104.511 15 105.611 15 106.707 15 107.797

105.611 106.707 107.797 108.882

16 108.882 16 109.962 16 111.037 16 112.107

109.962 111.037 112.107 113.174

17 113.174 17 114.235 17 115.293 17 116.346

114.235 115.293 116.346 117.395

18 117.395 18 118.441 18 119.482 18 120.52

118.441 119.482 120.52 121.554

19 121.554 19 122.585 19 123.612 19 124.636

122.585 123.612 124.636 125.656

20 125.656 20 126.673 20 127.688 20 128.699

126.673 127.688 128.699 129.707

21 129.707 21 130.712 21 131.715 21 132.714

130.712 131.715 132.714 133.711

22 133.711 22 134.705 22 135.697 22 136.686

134.705 135.697 136.686 137.673

23 137.673 23 138.657 23 139.639 23 140.618

138.657 139.639 140.618 141.595

Продолжение таблицы П.2

Номер Радиус, Номер Радиус, Номер Радиус, Номер Номер

кольцевой мм кольцевой мм кольцевой мм кольцевой кольцевой

зоны. зоны. зоны. зоны. зоны.

Слой 1 Слой 2 Слой 3 Слой 4

24 141.595 24 142.57 24 143.543 24 144.513

142.57 143.543 144.513 145.482

25 145.482 25 146.448 25 147.413 25 148.375

146.448 147.413 148.375 149.335

26 149.335 26 150.294 26 151.251 26 152.205

150.294 151.251 152.205 153.159

27 153.159 27 154.11 27 155.059 27 156.007

154.11 155.059 156.007 156.953

28 156.953 28 157.898

157.898 158.841

Таблица П.3 - Структура многослойной платы симметричного и неосесимметричного трансрефлектора 3-х ММДВ на основе печатных ПАФ

№ Наименование Материал Толщина. мм

1 Слой 4 медь 0.009

2 Плата 4 Rogers RO 4003c 0.203

3 Слой 3 медь 0.009

4 Плата 4 Препрег Rogers 4450b 0.202