Реализация амплитудно-фазовых распределений излучателей слабонаправленных малоэлементных щелевых СВЧ антенн с диэлектрическим покрытием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат наук Ибрахим Салем Азез

• Ибрахим Салем Азез
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Ибрахим Салем Азез

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАБОТ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ БЕСКОНЕЧНОГО ПЛОСКОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ЩЕЛЕВЫХ АНТЕНН

2.1 Постановка задачи

2.2 Представление поля щели под диэлектрическим слоем в виде суммы невозмущённого поля, создаваемого щелью и отраженного от внешней границы слоя

2.3 Обсуждение результатов расчета полного поля внутри слоя диэлектрика

2.4 Влияние параметров слоя диэлектрика на диаграмму направленности щели в металлическом экране, покрытом слоем диэлектрика

ВЫВОДЫ по главе 2

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ЩЕЛЕВОЙ АНТЕННЫ, ПОКРЫТОЙ СЛОЕМ ДИЭЛЕКТРИКА И ВОЗБУЖДАЕМОЙ СИММЕТРИЧНОЙ ПОЛОСКОВОЙ ЛИНИЕЙ В ОБЪЕМНОМ РЕЗОНАТОРЕ

3.1 Эквивалентная схема прямоугольной щелевой антенны, возбуждаемой симметричной полосковой линией в объемном резонаторе с воздушным заполнением

3.1.1 Конструкция и эквивалентная схема антенны

3.1.2 Реализация антенны

3.2 Исследование диаграммы направленности и частоты согласования прямоугольной щелевой антенны, покрытой слоем диэлектрика и

возбуждаемой симметричной полосковой линей в объемном резонаторе

3.2.1 Конструкция и реализация антенны, покрытой слоем диэлектрика

3.2.2 Влияние изменения положения слоя диэлектрика на частоту согласования

3.2.3 Результаты расчета и эксперимента диаграммы направленности прямоугольной щелевой антенны, покрытой слоем диэлектрика и возбуждаемой симметричной полосковой линей в объемном резонаторе

ВЫВОДЫ по главе 3

ГЛАВА 4. СИНТЕЗ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЙ ЩЕЛЕВЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ МАЛОЭЛЕМЕНТНЫХ СВЧ АНТЕНН, ПОКРЫТОЙ СЛОЕМ ДИЭЛЕКТРИКА

4.1 Постановка задачи

4.2 Поле внутренних источников возбуждения и поле вспомогательных источников

4.3 Интегрирования по поверхности

4.4 Численное решение интегро-функционального уравнения

4.5 Синтез антенной решетки из щелевых излучателей под диэлектрическим покрытием

4.6 Результаты численного решения

ВЫВОДЫ по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение 1

Приложение 2

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

/0 - резонансная частота

Л0— длина волны в свободном пространстве

Я5 - длина волны основного типа в щелевой линии

- длина щели иЛу - ширина щели

ширина полоскового проводника к - высота подложки

10Ш - характеристическое сопротивление проводника 25 — характеристическое сопротивление щелевой линии 2 - входное сопротивление щели ¿вход - входное сопротивление антенны

- круговая частота поля

£г - относительная диэлектрическая проницаемость материала подложки — эффективная диэлектрическая проницаемость материала подложк Х5, У5 - центр щели

Хй, Уа, 2& — координаты центра слоя диэлектрика Ь0 — длина и ширина слоя диэлектрика с1 — толщина слоя диэлектрика

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Реализация амплитудно-фазовых распределений излучателей слабонаправленных малоэлементных щелевых СВЧ антенн с диэлектрическим покрытием»

ВВЕДЕНИЕ

Малоэлементные слабонаправленные антенны решают важные задачи в составе радиосистем и их разработка представляет актуальную и, вместе с тем трудную задачу. Многие методы, с успехом применяющиеся для разработки фазированных антенных решеток (теория бесконечных периодических структур, методы геометрической и физической оптики, гибридные методы, позволяющие учитывать краевые эффекты при замене бесконечных структур конечными), для малоэлементных антенн, как правило, не эффективны. Трудности значительно возрастают при наличии в таких антеннах диэлектрических покрытий. Получение изотропного излучения - основной задачи слабонаправленных антенн, реализуемое в отсутствие покрытия одиночным щелевым излучателем, при его наличии превращается в трудную проблему из-за изрезанное™ диаграммы направленности одиночного элемента и требует применения нескольких. Это приводит к задаче синтеза изотропной диаграммы направленности излучателями с не изотропными диаграммами, которая при обычном подходе требует построения тензорной функции Грина неоднородного пространства. С помощью метода ингегро-функциональных уравнений эти трудности удается частично преодолеть и рассчитать амплитуды и фазы излучателей по заданной диаграмме направленности при наличии диэлектрического покрытия конечных размеров и произвольной формы. Однако возникает проблема реализации полученных амплитудно-фазовых распределений, которая представляет самостоятельную задачу и является предметом предпринятого в настоящей работе исследования. Входное сопротивление каждого щелевого излучателя зависит от его положения относительно диэлектрического покрытия, от электрофизических его параметров.

В данной работе проведено исследование влияния размеров покрытия, включая и бесконечные, электрофизических параметров на частоту согласования отдельного щелевого излучателя и предложена его эквивалентная схема с реальной схемой возбуждения в виде резонатора с симметричной полосковой линией. Разработаны программы анализа и синтеза малоэлементных антенн и методика экспериментального исследования, что в совокупности позволяет реально проектировать такие антенны. В работе с помощью программ расчета на основе метода анализа и синтеза антенн с помощью интегро-функциональных уравнений и средств современного эксперимента впервые исследованы свойства малоэлемептных щелевых антенн с диэлектрическим покрытием, в том числе и конечных размеров.

Диссертация содержит введение, четыре главы основного текста, заключение, список использованной литературы, приложения, список сокращений.

В первой главе на основе аналитического обзора литературы, сформулирована постановка задачи проектирования малоэлементных слабонаправленных микрополосковых и щелевых антенн. При проектировании антенн с диэлектрическими покрытиями необходимо учитывать влияние последних на характеристики излучения и, следовательно, на работу радиосистем в целом. В настоящее время исследованы антенны с диэлектрическим покрытием бесконечных размеров и покрытий правильной геометрической формы, допускающих аналитическое решение. Однако исследование антенн с диэлектрическими покрытиями конечных размеров остается актуальной и в настоящее время. В соответствии с анализом состояния работ в этой области в конце первой главы сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе проведено исследование структуры поля внутри плоского диэлектрического покрытия, как суперпозиции невозмущённого поля щелевого излучателя в однородной среде с параметрами покрытия и поля отраженного от внутренней границы покрытия, а также внешнего поля и диаграммы направленности элементарного щелевого излучателя.

В третьей главе проведен анализ и разработана методика проектирования прямолинейной щелевой антенны в плоском экране, возбуждаемой полосковой линией в прилегающем с обратной стороны к экрану прямоугольном резонаторе с воздушным заполнением. Разработана конструкция и выполнен стенд щелевой антенны, возбуждаемой симметричной полосковой линией в объемном резонаторе с воздушным заполнением. Проведено сравнение расчетных данных с результатами экспериментального исследования резонансной частоты, входного сопротивления, концевой емкости, коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) и модуля коэффициента отражения антенны. Исследовано влияние положения слоя диэлектрика конечных размеров относительно щели на частоту согласования и диаграмму направленности прямоугольной щелевой антенны, покрытой слоем диэлектрика и возбуждаемой симметричной полосковой линей в объемном резонаторе, проведено сравнение экспериментальных данных с расчетами.

В четвёртой главе проведен анализ прямой и обратной трехмерных задач возбуждения малоэлементных СВЧ антенн из щелевых излучателей под слоем диэлектрика конечных размеров и предложена методика их решения на основе метода вспомогательных источников и т. н. интегро-функциональных уравнений. При решении прямой задачи поле внутренних источников возбуждения и искомое внешнее поле, возбуждаемое щелевой антенной, представлено в виде суммы полей элементарных магнитных диполей.

Проведено исследование диаграммы направленности щелевой антенной решетки при заданном распределении ее элеметов. Исследовано влияние взаимного расположения щелевых излучателей при различной их ориентации. В завершение главы рассматривается задача синтеза амплитудно-фазового распределения напряжений щелей антенной решетки по заданной диаграмме направленности щелевой антенны.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты, полученные в настоящей диссертационной работе, приведены методические рекомендации по практическому внедрению.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих всероссийских конференциях:

1. Всероссийская научно-техническая конференция, «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций», (Самара СГАУ -2012),

2. X Международная IEEE Сибирская конференция по управлению и связи SIBCON - 2013, International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON - Krasnoyarsk: Siberian Federal University, 2013),

3. Международный конгресс «Проблемы и перспективы развития наукоемкого машиностроения», Международная научно-техническая конференция (Нигматуллинские чтения-2013, Казань),

4. XV Международная научно-техническая конференция (Проблемы техники и технологий телекоммуникаций ПТиТТ-2014, Казань),

Результаты работы опубликованы в журналах «Вестник КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева»; «Антенны. Москва, Радиотехника»; «Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы»; «European Scientific Journal», рекомендованных ВАК.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В качестве слабонаправленных малогабаритных невыступающих бортовых антенн летательных аппаратов в диапазоне от метровых до сантиметровых волн широко используются микрополосковые и щелевые антенны с двусторонним и односторонним излучением. Щелевые антенны с двусторонним излучением излучает в обе стороны от металлической поверхности. Односторонние антенны излучают лишь в одну сторону. При установке антенны на корпусе летательного аппарата излучение осуществляется только во внешнее пространство), с другой стороны щель закрывают металлической полостью, образующей резонатор. Исходя из требований, предъявляемых к диаграмме направленности и поляризационным характеристикам, применяются резонаторно-щелевые антенны с различными конфигурациями щелей (прямолинейные, кольцевые и др.) и формами резонаторов (прямоугольные, коаксиальные или круглые цилиндрические), существует четыре типа расположения щелей на плоскости прямоугольного резонатора [1-4]. Такие антенны устанавливаются заподлицо с корпусом летательного аппарата, а для сохранения обтекаемой формы летательного аппарата и защиты от воздействий окружающей среды покрываются различного рода защитными обтекателями. На космических летательных аппаратах, возвращаемых из космоса в плотные слои атмосферы, щелевые антенны располагаются под защитными теплоизоляционными покрытиями, предохраняющими корпус от разрушения вследствие нагрева при прохождении атмосферного слоя [5-7].

Разумеется, замена слабонаправленных или ненаправленных антенных решёток (например, связных) остронаправленными сканирующими антенными

решётками позволяет не только получить энергетический выигрыш в системе благодаря возрастанию коэффициента усиления, но и в ряде случаев ослабить взаимное влияние одновременно работающих радиотехнических систем, т.е. обеспечить электромагнитную совместимость этих систем [8-10]. Но это возможно далеко ие во всех случаях. Реальные условия размещения антенн таковы, что приходится довольствоваться ограниченным числом элементов и учитывать влияние неоднородности прилегающего к антенне пространства, в том числе и из-за наличия диэлектрических покрытий.

Методы исследования характеристик резонаторно-щелевых антенных решёток развивались несколькими научными коллективами и также нашли отражение в работах А.Г.Свешникова, А.С.Ильинского, А.Ю.Гринева и Ю.В.Когова (МГУ) [11-14], С.Д.Кременецкого и Ю.Ю.Радцига (Новгород) [1621], О.Ш. Даутова, IO.E. Седсльиикова, Н.Г. Воробьёва, A.A. Авксентьева (КГТУ) [22-27]. Исследования по резонаторно-щелевым полосковым линиям были выполнены Е.И. Нефёдовым [33]. Широко известны работы Е.Н.Васильева и Л.А.Вайнштейна по исследованию резонаторно-щелевых структур [2-4,15]. Исследование резонансных свойств продольной щели в волноводе полностью проведено JI.A. Вьюшковой [32]. Частотные свойства щелевых излучателей в слоистой среде наиболее полно рассмотрены В. Н. Красюком, В.В. Чебышевым и ILIO. Филатовым [28-30,42]. Исследованием частотных характеристик двумерно-периодической решётки щелевых излучателей на основной частоте занимался С.Е. Банков [31]. В работе [34] исследовано влияние конструктивных параметров многослойных конечных диэлектрических покрытий на характеристики согласования и направленности антенных решеток. Численно исследовано влияние параметров диэлектрика на поле излучения представленной модели нелинейной фазированной антенной

решётки при размещении решётки нитей стороннего магнитного тока на экране и иа поверхности слоя [35]. Разработаны математические модели и методика расчёта электродинамических характеристик (адмитансных, энергетических и характеристик направленности) кольцевых и дуговых щелевых антенн на коаксиальном и круглом цилиндрическом резонаторе и прямоугольных резонаторно-щелевых антенн с учётом слоя защитного покрытия без потерь и заполнения полости резонатора материалом с произвольными электродинамическими параметрами. Проведены комплексные численные исследования характеристик резонаторно-щелевых излучателей с учётом защитных покрытий и возможности их миниатюризации, путём заполнения полости резонатора магнитодиэлектриком. В результате получены новые данные о распределении напряжения вдоль щели, входной проводимости, частотных характеристиках, отношении мощности поверхностных волн ко всей мощности, излучаемой щелью, и о диаграммах направленности излучателей [36].

Щелевую антенну можно запитывать различными способами. Обычно для этой цели используют либо полосковую линию, которую подводят к щелевой антенне в виде щели в заземмляющем проводнике печатной платы и излучающей в полупространство под ним, либо с помощью дополнительной полосковой линии, связанной с полосковой линией, расположенной между излучающим раскрывом и заземленным слоем, либо излучающий раскрыв совмещают непосредственно с выходным концом питающей линии (волновода), расположенной под отверстием в заземленном слое и изолированной от него диэлектрическим слоем. Линию питания можно экранировать расположенным под ней дополнительным заземленным слоем, образующим трехслойную симметричную линию. Полосковые и коаксиальные линии питания обладают

определенной асимметрией, и возникающие в них волны высокого порядка создают поперечно поляризованное излучение. Симметричная полосковая линия, обеспечивая большую развязку с неизлучающей стороны антенны, может быть, однако, более дорогой и связанной с дополнительными потерями и различными проблемами схемного характера, особенно в антенных решетках. Были предложены некоторые приближенные модели, основанные на теории цепей, для разработки эффективных эквивалентных схем антенн. Расчет антенн с кондуктивным возбуждением и антенн, возбуждаемых петлями, рассмотрен в книге [40]. В работе Седельникова [41] предложена эквивалентная схема щели в полосковой линии. Концепция комплексной излучаемой мощности и распределения напряжения па щели с некоторыми приближениями была применена для расчета входного сопротивления в работе [37]. В работе Аксельрода и др. [38] дано объяснение характеристик излучения щели на основе определения входного сопротивления по результатам эксперимента и моделирования полосковой щелевой линии передачи с использование идеального трансформатора, описываемого в свою очередь соотношением Кнорра [39].

Во многих приложениях антенн возникает необходимость обеспечения изотропной или секторной диаграммы направленности антенной системы, покрытой слоями диэлектрика для обеспечения защиты от климатических и экологических опасностей. Антенны с диэлектрическим покрытием являются одной из актуальных проблем современной техники СВЧ и КВЧ диапазона волн. При проектировании антенн с диэлектрическими покрытиями необходимо учитывать влияние последних на характеристики излучения и, следовательно, на работу радиосистем в целом. Воздействие окружающей среды может значительно изменить электрические свойства диэлектриков в процессе

эксплуатации, что также приводит к ухудшению функционирования радиосистем. В этом случае имеет место сложное электродинамическое взаимодействие поля антенны с диэлектриком, появление многократных переотражений и поверхностных волн значительной интенсивности. Так, если антенна рассчитывается для излучения в направлении нормали к раскрыву, то энергия поверхностной волны будет определять потери и уменьшит коэффициент усиления антенны. Кроме того, она может быть причиной паразитных излучений, возникающих вследствие дифракции поля на покрытии конечных размеров [42-43].

Обтекатели располагаются, как правило, на значительном расстоянии от раскрыва антенны в дальней и промежуточной зоне. Исследованию влияния обтекателей на характеристики излучения антенн посвящен ряд работ. Покрытие, в отличие от обтекателя, прилегает к раскрыву антенны вплотную или находится в ее ближней зоне, и в значительной степени определяет процесс излучения электромагнитных волн. При этом, покрытие влияет на характеристики излучения антенн двояким образом: во-первых, возбуждаясь оно поляризуется и становится вторичным источником радиоволн, которые накладываясь на первичное поле излучения антенны искажают её диаграмму направленности, во-вторых, отражаясь от границ раздела слоев с различной диэлектрической проницаемостью, часть электромагнитной энергии попадает обратно в раскрыв антенны, изменяя ее согласование и даже изменяя возбуждающее поле [44-46].

Микрополосковые антенны с диэлектрическим покрытием исследовались рядом авторов. Так, характеристики одиночной дисковой полосковой антенны с диэлектрическим покрытием проанализированы в [47]. Численный анализ характеристик микрополоскового вибратора,

расположенного в слоистой среде, выполнен в [48]. В работе [49] предложена модель расчета микрополосковой антенной решетки из прямоугольных излучателей, содержащей диэлектрическую подложку и обтекатель.

В работах [50-51] разработана методика исследований и выполнен расчет характеристик излучения микрополосковых антенных решеток из прямоугольных излучателей с многослойным диэлектрическим покрытием. Выяснены вопросы влияния такого покрытия на характеристики антенны. Показана возможность коструирования микрополосковых антенных решеток с многослойным диэлектрическим покрытием, обладающих заданными характеристиками. В качестве примера рассмотрена четырехэлементная решетка с двухслойным диэлектрическим покрытием. Обнаружен эффект существенного сужения диаграммы направленности в Е-плоскости и ее расширения в Н-плоскости для случая линейных решеток.

В работе [52] исследовано влияние различных диэлектрических покрытий разных толщин и свойств на формирование диаграммы направленности излучения апертурных антенн. Исследования проводились для диэлектриков, располагаемых непосредственно в раскрыве антенны.

В работах [53-55] описана и исследована модель фазированной антенной решетки из прямоугольных волноводов с новым способом возбуждения и новым способом сканирования. Питание излучающих элементов в такой антенне производится путем преобразования поверхностной волны планарного диэлектрического волновода в волноводные волны, распространяющиеся в волноводных каналах. Такой способ запитки избавляет от необходимости решать конструктивную задачу согласования линии питания с волноводными каналами. Исследованы амплитудно-фазовые характеристики

электромагнитного поля поверхностной волны в планарной диэлектрической структуре, которая возбуждается с помощью активной микрополосковой решетки из конечного числа прямоугольных излучателей. В данной структуре путем подбора количества излучателей можно добиться практически линейного фазового распределения электромагнитного поля в поверхностной волне, что позволяет синфазно возбуждать фазированную антенную решетку из отрезков прямоугольных волноводов. Установлено, что путем сдвига фаз на возбуждающих микрополосковых элементах можно изменять наклон фазовой характеристики электромагнитного поля поверхностной волны, что дает возможность осуществлять сканирование лучом фазированной антенной решетки. В работах [56-58] предложены методы синтеза амплитудно-фазового распределения токов в раскрыве цилиндрической антенной решетки продольных вибраторов из условия минимизации среднеквадратического отклонения или совпадения в требуемых направлениях заданной и формируемой диаграммы направленности, в котором в отличие от известных методов коэффициенты получаемой системы уравнений находятся на основе аналитических преобразований.

В случае однослойного покрытия исходная электродинамическая задача сводится на основе аппарата тензорных функций Грина к системе интегро-дифференциальпых уравнений относительно магнитных токов на апертурах волноводов и диэлектрического покрытия. При этом используются модальные разложения для компонент тензорной функции Грина волноводов, и спектральные представления компонент для функции Грина внешнего полупространства. В области однослойного покрытия используется представление для функции Грина прямоугольного резонатора, полученное из функции Грина волновода при наложении соответствующих граничных условий

типа электрической стенки на открытых поверхностях укрытия. Для многослойных диэлектрических покрытий использован комбинированный подход к выводу интегро-дифференциальных уравнений, при котором в области конечного многослойного покрытия используются представления полей через электрический и магнитный векторные потенциалы в виде суперпозиции собственных волн. Из условий непрерывности полей на границах диэлектрических слоев получены компактные рекуррентные соотношения для пересчета комплексных амплитуд волн. Полученные соотношения используются в итоговой системе интегро-дифференциальных уравнений [64].

В статье [65] рассматривается волноводно-щелевой излучатель, покрытый несколькими слоями диэлектрика. Получены аналитические выражения для нормированной проводимости наклонной щели в широкой стенке прямоугольного волновода. Результаты расчётов хорошо совпадают с экспериментальными данными.

В результате исследования волноводных решеток с конечными невыступающими диэлектрическими покрытиями показано, что для улучшения согласования антенных решеток при широкоугольном сканировании необходимо использовать покрытия с двумя и более слоями. В работе [59-60] изложен строгий численно-аналитический метод анализа широкого класса решеток прямоугольных волноводов с конечными диэлектрическими покрытиями. Предложенное решение построено на основе метода тензорных функций Грина и метода Галеркина с учетом краевой особенности поля, исследовано влияние конструктивных параметров многослойных конечных диэлектрических покрытий на характеристики согласования и направленности антенных решеток. Методом итерационного решения объемных интегральных и интегродифференциальных уравнений совместно с соответствующими

функционалами определены квазисобствепные моды открытых цилиндрических и прямоугольных диэлектрических резонаторов [61]. Моделирование пассивных волноводных компонентов для современной элементной базы СВЧ и КВЧ диапазона может быть выполнено на основе универсальных численных методов (метод конечных элементов, конечного интегрирования, конечных разностей во временной области, метод Я-функций [62] и др.), численно-аналитических методов, гибридных (комбинированных) методов. Спектральные интегралы в области питающего волновода вычисляются по квадратурной формуле из [63].

В СВЧ-диапазопе микрополосковые структуры со свойствами режекторного фильтра могут быть реализованы с использованием планарных линий передачи с периодически изменяющимся параметром с нарушением периодичности в пределах одного периода. В качестве изменяющегося параметра может быть ширина полоскового проводника или диэлектрическая проницаемость материала подложки. При наличии нарушения периодичности в структуре (один слой имеет толщину отличную от остальных) внутри провала в спектре возникает узкий резонансный пик. Благодаря их уникальным характеристикам открываются возможности их широкого применения в микроволновых цепях в качестве селективных фильтров [66-67], резонаторов [68], микрополосковых антенн (уменьшение уровня боковых лепестков диаграммы направленности антенны) и т. д. [69-70]. Для расчета коэффициента прохождения и отражения электромагнитной волны в микрополосковых структурах со свойствами режекторного фильтра существует два подхода. В первом подходе используется матрица передачи четырехполюсника сложной структуры, представляющей собой каскадное соединение элементарных четырехполюсников с известными матрицами передачи [66]-[71]. Но он обеспечивает низкий уровень точности, поскольку количество матриц равно

числу границы между слоями (ошибка увеличивается с ростом числа слоев и метод имеет ограниченные пределы применения и практически может быть использован при узком диапазоне изменений параметров и общей толщиной слоя только до единицы длины волны). Во втором подходе в работе [72] показано, что громоздкое матричное описание модели многослойной структуры, традиционно используемое в литературе, не является единственно возможным и может быть заменено рекуррентной формой модели, с помощью которой могут быть исследованы все параметры многослойной структуры.

Методы расчета антенн без диэлектрического покрытия в настоящее время достаточно развиты и продолжают развиваться. Методы расчета амплитудно-фазовых распределений (АФР), обеспечивающих наилучшее приближение к желаемой диаграммы направленности, составляют предмет теории синтеза антенн и представляют интерес при разработке антенн любого назначения. Достаточно проста методика расчета АФР достаточно широкого класса антенных решеток по заданной диаграммы направленности, что позволяет, например, проводить числовые эксперименты по исследованию с эффекта сверхнаправленности. При создании системы адаптивной пространственной селекции помех возникает необходимость блокировки приема из заданной области. В работе [79] показана возможность формирования компенсационных ДМ с регулируемой шириной главного лепестка с использованием методики синтеза амплитудно-фазового распределения на апертуре компенсационного канала для реализации известных требований к форме диаграммы направленности этого канала.

В работах [80-85] излагаются основы синтеза амплитудно-фазового распределения по заданной комплексной диаграммы направленности. Основное внимание в этих работах уделяется синтезу амплитудно-фазового

распределения для криволинейных излучателей и плоских АР. В то же время вопросы синтеза амплитудно-фазового распределения на отражателях произвольной формы по ограниченному набору заданных параметров диаграммы направленности требуют проведения отдельных исследований.

В работе [73] рассматриваются вариационные задачи синтеза плоских излучающих систем по заданной диаграмме направленности по мощности, которые сводятся в дальнейшем к исследованию и численному решению нелинейных интегральных уравнений типа Гаммерштейпа, ядро которых содержит два физических параметра, описывающих размеры излучающего раскрыва. Показано, что для задач синтеза плоских излучающих систем при заданных требованиях к диаграмме направленности по мощности характерны неединственность и бифуркация решений, зависящие от физических параметров антенны. Во многих практических применениях на этапе проектирования антенн и антенных решеток предъявляются требования лишь к диаграмме направленности по мощности [74-76], а свобода выбора фазовой диаграммы направленности используется для улучшения качества приближения квадрата модуля синтезируемой диаграммы направленности к заданной.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ибрахим Салем Азез, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Воскресенский Д.И. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток: учебное пособие.// под ред. Д.И. Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1994. - 592 с.

2. Васильев E.H. Возбуждение тел вращения. - М.: Радио и связь, 1987. - 271 с.

3. Васильев E.H., Охматовский В.И Влияние полу бесконечного диэлектрического укрытия на характеристики излучения фазированной антенной решётки.// Радиотехника и электропика - 1997. №6. с. 675-679.

4. Васильев E.H. Краевые эффекты в щелевой фазированной антенной решётке при излучении из-под полу бесконечного диэлектрического покрытия.// Радиотехника и электроника. 1997. №11. с. 1320-1326.

5. Банков С.Е. Двумерно-периодическая решётка щелевых излучателей.// Радиотехника и электроника, т. 46, № 4, 2001, с. 441-447.

6. Резников Г. Б. Антенны летательных аппаратов, Москва, Сов. Радио, 1967. -416с.

7. Кириллов Л. Г. Жуков Ю.А. Особенности современных щелевых антенн: Обзор-Зарубежная радиоэлектроника, 1976, №6, с. 120 - 138.

8. Вольман В.И. Техническая электродинамика. - М.: Связь, 1971. - 488 с.

9. Тишер Ф. Техника измерений на сверхвысоких частотах. - М., ГИФМЛ, 1963. -368 с.

10. Ямпольский В.Г. Антенны и ЭМС. - М: Радио и связь, 1983. - 326 с. П.Горбачев A.A. Особенности зондирования электромагнитными волнами

сред с нелинейными включениями.// Радиотехника и электроника. 1996. т. 41. №2. с. 152-157.

12. Гринев А.Ю. Характеристики сканирования резонаторно-щелевой периодической антенной структуры с диэлектрическим покрытием.// Изв. ВУЗов СССР. Радиотехника. 1978. с. 24-28.

13. Извекова Ю.А. О решении внутренней задачи синтеза криволинейного щелевого излучателя.// Всесоюзная научная сессия: Тез. док. М., 1974.

14. Корн Г. Справочник по математике для инженеров и научных работников. — М.: Наука. 1984.-е. 831.

15. Вайнштейн Л.А. Открытые резонаторы и открытые волноводы. - М.: Советское радио, 1966. - 475 с.

16. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. - М: Радио и связь. 1989. -с. 473.

17. Кременецкий С.Д. О некоторых возможностях щелевых излучателей, возбуждаемых симметричными полосковыми линиями.// Вопросы радиоэлектроники, Сер. общетехи. вып. 3. 1972. с. 35-38.

18. Прудников А.П. Интегралы и ряды. -М.: Наука. 1981. - с. 784.

19. Радиоизмерительная аппаратура для решения задач ЭМС РЭС: Межвуз. сб. Горький: ГГУ, 1989.-е. 112.

20. Радциг Ю.Ю. О решении задачи реализации амплитудно-фазового распределения поля в криволинейных щелевых излучателях.// Вопр. радиоэлектроники. Серия ОТ. Вып. 12. 1969.

21. Радциг Ю.Ю. Решение внутренней задачи синтеза щелевой антенны методом саморегуляризации.// Всесоюз. науч. сессия НТОРЭС им. А.С.Попова: Аннотации и тезисы докладов. М., 1973.

22. Авксентьев A.A. Исследование влияния конструктивных размеров на широкополосные свойства кольцевого щелевого.// Радиоэлектронные устройства - РТИ: Рязань, 1978. с. 123-125.

23. Авксентьев A.A. К рассчету щелевого излучателя, возбуждаемого полосковыми линиями.// Радиоэлектронные устройства: Межвуз. сб., Казань, 1978. Вып. 2. с. 52-55.

24. Данильчук В.И. Модельная задача расчета щелевой антенны под покрытием.// Радиотехника. 2000. №9. с. 12-15.

25. Даутов О.Ш. Моделирование полей при конструировании электронной аппаратуры: Учеб. пособие. Казань: КГУ, 1997. - 32 с.

26. Даутов О.Ш. Влияние диэлектрического покрытия на диаграмму направленности и сопротивление излучения синфазной щели.// Радиоэлектронные устройства: Мезвуз. сб. - Казань, 1978. с. 56-60.

27. Даутов О.Ш. Возбуждение слоя диэлектрика кольцом магнитного.// Радиоэлектронные устройства: Межвуз. сб. вып. 2. 1978. с. 73-77.

28. Чебышев В.В. Расчёт и проектирование микрополосковых антенн. - М.: МИРЭА, 2000. - 161 с.

29. Чебышев В.В. Частотные свойства микрополосковых вибраторов в слоистой среде.// Радиотехника, №11. 2002. с. 16-19.

30. Штейншлейгер В.Б. Нелинейное рассеяние радиоволн металлическими объектами.//Успехи физ. Наук - 1984. т.142. №1. с.131-145.

31. Банков С.Е. Двумерно-периодическая решётка щелевых излучателей.// Радиотехника и электроника, т. 46, № 4, 2001, с. 441-447.

32. Вьюшкова JT.A. Исследование резонансных свойств продольной щели на широкой стенке прямоугольного волновода с волной Ню, укрытой диэлектрическим слоем.// Сб. ст. «Антенны». Вып.19. -М., 1974. с. 118-126.

33. Монзинго P.A. Адаптивные антенные решётки: введение в теорию. - М.: Радио и связь. 1986. - с. 137.

34. Мануйлов М.Б., Синявский Г.П. Волноводные антенные решетки с многослойными конечными диэлектрическими покрытиями.// Электромагнитные волны и электронные системы, 2010. - №2. - С. 33-41.

35. Семенихина Д.В. Возбуждение решетки нелинейных нагрузок на идеально проводящем экране, покрытом диэлектриком.// Изв. вузов. Радиофиз., 2001. Vol: 44, №7. - С. 592-599.

36. Радциг Ю.Ю., Туишев М.А. Исследования характеристик слабонаправленных резонаторно-щелевых антенн с учетом покрытий. ВИНИТИ, N 3619-В86, Новгород 1986, 23с.

37. Das. В. N. Das and Joshi.K. К. "Impedance of a radiating slot in the ground plane of a microstrip line," IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-30,pp. 922-926, May 1982.

38. Axelrod. A, Kisliuk. M, and Moaz. J. "Broadband microstrip-fed slot radiator," Microwave J., pp. 81-94, June 1989.

39. Knorr.J. B. "Slot-line transitions." IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-22, pp. 548-554, May 1974.

40. Резников Г.Б. Самолётные антенны. - M.: Сов. радио, 1962.

41. Седельников Ю.Е. Резонансная щель в симметричной полосковой линии. -Труды Казанского авиационного института, 1970, вып. 104.

42. В.Н.Красюк. Антенны СВЧ с диэлектрическими покрытиями. - Л.: Судостроение, 1986.- 164 с.

43. Панченко Б.А., Нефёдов Е.И. Микрополосковые антенны. - М.: Радио и связь, 1986.-144 с.

44. Каплун В. А. Обтекатели СВЧ. М.: Сов. радио, 1974. -240с.

45. Пригода Б. А., Кокунъко В. С. Обтекатели антенн летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1978. -120с.

46. Воробьев Е. А., Михайлов В. Ф., Харитонов А. А. СВЧ-диэлектрики в условиях высоких температур. М.: Сов. радио, 1977. -208с.

47. Lu К. М„ Tarn W. V., Yip С. L. Analysis of the disk microstrip antenna with dielectric coating//IEEE Proc. H. - 1989,- Vol. 136, No. 3. - P. 261-262.

48. Чебышев В. В., Филатов Н. 10. Частотные свойства микрополосковых вибраторов в слоистой среде // Радиотехника. - 2002.- №11.

49. Reuven S. Dielectric cover effect on rectangular microstrip antenna array //IEEE Trans. Antennas Propag. - 1994. - Vol. 42, No. 8. - P. 1180-1184.

50. Селезнев Д.Г. Микрополосковые антенные решетки с многослойным диэлектрическим покрытием.// Радиофизика и радиоастрономия. — 2006. — Т. И, №4,—С. 369-378.

51. Селезнев Д.Г. Микрополосковые антенные решетки с диэлектрическим покрытием.// Радиофизика и радиоастрономия. — 2005. — Т. 10, № 1. — С. 85-92.

52. Бестугин, А.Р. Аналитические и экспериментальные исследования влияния диэлектрических покрытий на излучение апертурных антенн.// Информационные управляющие системы. 2006. № 6 (31). С. 34-40.

53. Грибовский А.В. Свойства фазированной антенной решетки из прямоугольных волноводов, возбуждаемой поверхностной волной//Радиофизика и ридиоастрономия. 2001. Т. 6. № 4. С. 332-336.

54. Грибовский А.В. Новый способ управления излучением в волноводной фазированной антенной решетке.//Радиофизика и ридиоастрономия. 2002. Т. 7. №4. С. 11-16.

55. Грибовский, А. В., Резник, И. И., Селезнев, Д. Г. Свойства поверхностной волны в планарной экранированной диэлектрической структуре, возбуждаемой микрополосковой решеткой.// Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2011. - Т. 14, N 2. - С. 32-38.

56. Габриэльян, Д.Д., Лабунько, О.С., Кальченко, О.В. Амплитудно-фазовый синтез токов в антенных решетках на цилиндрах произвольного сечения.// Электромагнитные волны и электронные системы. -2007. Т. 12, №6. С.63-66.

57. Габриэльян, Д.Д., Кальченко, О.В. Синтез диаграмм направленности антенных решеток на цилиндрах произвольной геометрии.// Изв. высш. учеб. заведений. Радиоэлектроника. 2007. Т.50. № 9. С.58-63.

58. Габриэльян, Д.Д., Лабунько О.С., Кальченко О.В. Влияние параметров численного алгоритма на точность решения задачи дифракции.// Электромагнитные волны и электронные системы. -2008.Т. 13, №5. С. 11-13.

59. Мануйлов М. Б., Синявский Г. П. Волноводные антенные решетки с многослойными конечными диэлектрическими покрытиями.// Электромагнитные волны и электронные системы. - 2010. - Т. 15, N 2. - С. 3341.

60. Мануйлов М.Б. Электродинамический метод анализа решеток прямоугольных волноводов с конечными диэлектрическими покрытиями.// Радиотехника и электроника, 2003, т. 48, № 6, с. 664-672.

61. Давидович, М. В. Итерационные методы и алгоритмы решения интегральных уравнений поля в диэлектрических резонаторах.// Известия ВУЗов. Сер, Радиофизика : Научно-теоретический и прикладной журнал широкого профиля. - 2010. - Том 53, N 4. - С. 296-309.

62. Кравченко В.И., Басараб М.А. Булева алгебра и методы аппроксимации в краевых задачах электродинамики. - М.: Физматлит, 2004, 308 с.

63. Lerer A.M., Schuchinsky A.G. Full-wave analysis of three-dimensional planar structures// IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1993, vol.41. N. 11, p. 2002-2015.

64. Мануйлов, М.Б. Электродинамический анализ конечных волноводных антенных решеток, частотно-селективных и распределительных устройств на

гребневых и прямоугольных волноводах: автореф. дис. на еоиек. учен. степ, д-ра физ.-мат. наук: специальность 01.04.03 <Радиофизика>; [Юж. федер. унт]. - Ростов-на-Дону: 2007. - 38 с)

65. Bailey.М. С. The impedance properties of dielectric-covered narrow radiating slots in the broad face of a rectangular waveguide, IEEE Trans. Antennas Propag. Sep. 1970, vol. AP-18, no. 5, pp. 596-603.

66. Pascal X., Jean-Daniel A., Salem I. Математическая модель взаимодействия электромагнитного излучения СВЧ-диапазона с одномерными микрополосковыми фильтрами на периодических структурах.// Институт микроэлектроники, электромагнетизма и фотоники, Гренобль, Франция.-2007,. 62 с.

67. Nesic D., Nesic A. Bandstop Microstrip PBG Filter with Sinusoidal Variation of the Characteristic Impedance and without Etching in the Ground Plate.// Microwave and Optic Technology Letters, Vol. 29. - 2001. - No. 6. - P. 418-420.

68. Yeoul Yun Т., Chang. Uniplanar K. One-Dimensional Photonic-Bandgap and Resonators.// IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol. 49. - 2001. - No. 3 - P. 549-553.

69. Hung-Yu David Yang. Theory Of Microstrip Lines On Artificial Periodic Substrates.// IEEE Transactions On Microwave Theory and Techniques. Vol.47. -1999.-pp. 629-635.

70. H-Y. D. Yang , N. G. Alexopoulos, E. Yablonovitch. " Photonic Bandgap Materials for High-Gain Printed Circuit Antennas", IEEE Trans, on Antennas and Prop., vol. 45, No 1, January 1997.

71. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Абрамов A.B., Боголюбов А.С., Куликов М.Ю., Пономарев Д,В. Микрополосковые фотонные кристаллы и их использование для измерения параметров жидкостей.// Журнал технической физики. 2010. Т. 80, вып. 8; с. 143-148.

72. Dautov. O.Sh. Excitation of the one-dimensional inhomogeneous isotropic media by the monochromatic electromagnetic plane wave.// Environ., Radioecol., Appl., Ecol., vol 13,2007. -№1, c. 16-29.

73. Андрийчук. M. И, Кравченко. Савенко. В. Ф, П. А, Ткач. М. Д. Синтез плоских излучающих систем по заданной энергетической диаграмме направленности.// Физические основы приборостроения. 2013. Т.2. №3. С. 4055.

74. Андрийчук М.И., Войтович Н.Н., Савенко П.А.,Ткачук В.П. Синтез антенн по амплитудной диаграмме направленности.// Численные методы и алгоритмы. Ан.Украина. ин-т прикладных проблем механики и математики. Отв. Ред. А.Н.Сивов.-К.: Наукова думка. 1993.- 255с.

75. Дмитриев В. И., Березина Н. И. Численные методы решения задач синтеза излучающих систем. М.: МГУ, 1986. - 180с.

76. Савенко П. А., Ткач М. Д. Структура решений задачи синтеза линейной микрополосковой антенной решетки при использовании энергетического критерия.// Изв. ВУЗов. Сер. Радиоэлектроника. 2004. Т. 46. № 1. С. 38-49.

77. Войтович Н.Н., Каценеленбаум Б.З., Коршунова E.II. и др. Электродинамика антенн с полупрозрачными поверхностями. Методы конструктивного синтеза / Под ред. Каценеленбаума Б.З., Сивова А.Н. М.: Наука, 1989. - 176 с.

78. Величко Е.А. Влияние диэлектрического покрытия на рассеяние плоской электромагнитной волны металлическим цилиндром. // Радиофизика и радиоастрономия. — 2013. — Т. 18, № 1. — С. 65-74.

79. Карпухин, В. И. Синтез амплитудно-фазового распределения на апертуре компенсационного канала системы адаптивной пространственной компенсации помех.// Антенны : Науч.-техн. и теорет. журн. - 2012. - N 5. - С. 24-28.

80. Бобков Н. И., Габриэльян Д.Д., Пархоменко Н.Г. Синтез амплитудно-фазового распределения токов на отражающей поверхности по заданной диаграмме направленности.// Журнал «Известия ЮФУ. Технические науки», №11, 2012 г., с. 15-25.

81. Фролов О.П., Вальд В.П. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи. // - М.: Горячая линия-Телеком, 2008. - 496 с.

82. Будагян И.Ф., Щучкин Г.Г. Моделирование характеристик излучения зеркальных антенн с корректирующим переменным импедансом.// Антенны. 2004. №12 (91)., с.6-27.

83. Зелкин Е.Г., Кравченко В.Ф. Задачи синтеза антенн и методы их решения. Кн.1. - М.: ИПРЖР, 2002. - 72 с.

84. Зелкин Е.Г., Кравченко В.Ф. Синтез антенн на основе атомарных функций. Кн.2. - М.: ИПРЖР, 2003. - 72 с.

85. Бахрах Л.Д., Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем. Теория и методы расчета. - М.: Сов. радио, 1974.

86. Колчин Валерий Анатольевич. Моделирование электромагнитного рассеяния на нескольких идеально проводящих телах методом вспомогательных источников : Дис. канд. физ.-мат. наук : 05.13.18 Томск, 2006.- 154 с.

87. Купрадзе В. Д. О приближенном решении задач математической физики. // УМН. 1967. Т. 22. Вып. 2. С. 59-107.

88. Еремин Ю. А., Свешников А. Г. Обоснование метода неортогональных рядов и решение некоторых обратных задач дифракции.// ЖВМ и МФ. 1983. 23. №3. С. 738-743.

89. Еремин Ю. А., Свешников А. Г. Использование сопряженных уравнений в методе вспомогательных источников.// ЖВМ и МФ. 1988. Т. 28. №6. С. 879886.

90. Еремин Ю. А., Лебедев О. А., Свешников А. Г. Использование мультипольных источников в методе неортогональпых рядов в задачах дифракции.// ЖВМ и МФ. 1985. Т. 25. №3. С. 466-470.

91. Еремин Ю. А., Орлов Н. В., Свешников А. Г. Модифицированный метод мультипольных источников в задачах дифракции электромагнитных волн.// Радиотехника и электроника. 1992. Т. 37. №9. С. 1572-1581.

92. Еремин Ю. А., Свешников А. Г. Компьютерная технология анализа задач рассеяния методом дискретных источников.// ЖВМ и МФ. 2000. Т. 40. №12. С. 1842-1856.

93. Еремин Ю. А., Свешников А. Г. Метод дискретных источников в задачах рассеяния электромагнитных волн.// Успехи современной радиоэлектроники. 2003. №10. С. 3-40.

94. Дмитренко А. Г. Моделирование электромагнитного рассеяния на идеально проводящем шаровом сегменте.// Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2010. № 4 (13). С. 24-30.

95. Даутов О.Ш. Проектирование антенн в неоднородном пространстве.// Фазированные антенные решетки и их элементы. Автоматизация проектирования и измерений: Тез. докл. Всесоюзной научно-техн. конф. IIIS июля 1990г. -Казань, 1990. - С.70-71.

96. Даутов О.Ш. Проектирование щелевых антенн с укрытием из однородного диэлектрика.// Сложные антенные системы и их компоненты. Теория, применение, экспериментальные исследования: Тезисы докладов Межрегиональной научно-технической конференции 17-21 июня 1991 г. / ЛГУ.-Ленинград, 1991.-С. 131-132.

97. Garg, R., Bhartia, P., Bahl, I., Ittipiboon, A. Microstrip Antenna Design Handbook. Artech. House. 2001. - 845c

98. Hammerstad E. О. Equations for Microstrip Circuit Design.// Proc. Fifth European Microwave Conf., September 1975. p. 268-272.

99. Бахарев С.И., Вольман В.И., Либ Ю.Н. и др. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств.// - М.: Радио и связь. 1982. -328 с.

100. Голубев В.И., Ковалев И.С., Кузнецов Е.Г. и др. Конструирование и расчет полосковых устройств. М.: Сов. радио, 1974. - 296с.

101. Бобков Н. И., Габриэльян Д.Д., Пархоменко Н.Г. Синтез амплитудно-фазового распределения токов на отражающей поверхности по заданной диаграмме направленности.// Журнал «Известия ЮФУ. Технические науки», №11, 2012 г., с. 15-25.

102. Фролов О.П., Вальд В.П. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи.// - М.: Горячая линия-Телеком, 2008. - 496 с.

103. Будагян И.Ф., Щучкин Г.Г. Моделирование характеристик излучения зеркальных антенн с корректирующим переменным импедансом.// Антенны. 2004. №12 (91)., с.6-27.

104. Бахрах Л.Д., Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем.// Теория и методы расчета. -М.: Сов. радио, 1974.

105. Габриэльян, Д.Д., Лабунько, О.С., Кальченко, О.В. Амплитудно-фазовый синтез токов в антенных решетках на цилиндрах произвольного сечения.// Электромагнитные волны и электронные системы. -2007. Т. 12, №6. С.63-66.

106. Войтович H.H., Кацснеленбаум Б.З., Коршунова E.H. и др. Электродинамика антенн с полупрозрачными поверхностями. Методы конструктивного синтеза / Под ред. Каценеленбаума Б.З., Сивова А.Н. М.: Наука, 1989.-176 с.

107. Даутов О. Ш. Применение функциональных уравнений для решения задач возбуждения диэлектрических тел.// Сб. науч.- метод, статей по прикладной электродинамике. Вып.2. М.: Высшая школа. - 1978. - С.113-120.

108. Даутов О. Ш. Интегро-функциональные уравнения в задачах дифракции на произвольном магнито-диэлектрическом теле.// Рассеяние электромагнитных волн: Междуведомственный тематический научный сборник. / ТРТИ. -Таганрог, 1991. - Вып. 8,- С. 19-23.

109. Хорн Р., Джонсон Ч. Матричный анализ: Пер. с англ.// — М.: Мир, 1989. — 635 с.