Широкополосные низкопрофильные печатные излучатели фазированных антенных решеток с широкоугольным сектором сканирования луча тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Люлюкин Константин Викторович

• Люлюкин Константин Викторович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Люлюкин Константин Викторович

Введение

Глава 1. Широкополосные низкопрофильные печатные излучатели фазированных антенных решеток. Аналитический обзор и постановка задачи исследования

1.1 Обзор и анализ существующих решений построения низкопрофильных широкополосных фазированных антенных решеток с широким сектором углов электрического сканирования луча

1.2 Выбор методов снижения взаимного влияния элементов низкопрофильных малогабаритных печатных излучателей ФАР с широким угловым сектором электрического сканирования луча

1.3 Постановка задачи исследования и разработки широкополосных низкопрофильных печатных излучателей для ФАР с широким угловым сектором электрического сканирования луча

1.4 Выводы по главе

Глава 2. Разработка методики оценки электрических характеристик низкопрофильного печатного излучателя над полостью в основании с расположенной в межэлементном пространстве малоэлементной резонансной структурой

2.1 Задача нахождения распределения токов вдоль элементарной ячейки

2.2 Определение электромагнитных полей элементарной ячейки ФАР

2.3 Верификация результатов и проверка сходимости решения численного моделирования с использованием предложенной методики

2.4 Выводы по главе

Глава 3. Развитие методики разработки антенного полотна на базе широкополосных печатных излучателей и резонансных структур с использованием полноволнового метода электродинамического моделирования

Стр.

3.1 Предложение пути развития методики внедрения резонансной структуры в раскрыв широкополосных печатных излучателей ФАР в плоскости наибольшей связи между излучателями

3.2 Выбор сетки расположения элементов антенного полотна

3.3 Исследование и разработка широкополосного низкопрофильного печатного излучателя ФАР с широким сектором углов сканирования луча

3.4 Электродинамический анализ и оптимизация конструкции широкополосного печатного излучателя антенной решётки

3.5 Введение малоэлементной резонансной структуры в свободное пространство между излучателями

3.5 Оптимизация структуры излучателя ФАР в канале Флоке при введении в элементарную ячейку резонансной структуры

3.6 Выводы по главе

Глава 4. Разработка и исследование экспериментального образца фрагмента раскрыва ФАР низкопрофильных широкополосных печатных излучателей с широкоугольным сектором сканирования луча

4.1 Обоснование выбора размеров макетного образца

4.2 Разработка макетных образцов фрагментов ФАР широкополосных низкопрофильных печатных излучателей с широкоугольным сектором сканирования луча

4.3 Разработка измерительного стенда для экспериментальных исследований широкополосных печатных излучателей ФАР

4.4 Численное исследование конечного фрагмента раскрыва ФАР, содержащего резонансную структуру между излучателей и проведение сравнения с экспериментальными данными

4.5 Сравнение экспериментальных результатов при наличии и отсутствии резонансной структуры в раскрыве фрагмента ФАР

4.6 Выводы по главе

Общие выводы и заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Широкополосные низкопрофильные печатные излучатели фазированных антенных решеток с широкоугольным сектором сканирования луча»

Введение

Возможности модернизации современных радиоэлектронных систем во многом определяются шириной полосы радиочастот, в котором позволяют работать как излучатели, так и элементы тракта радиоэлектронной аппаратуры. В сложных системах для осуществления возможности быстрого обзора пространства, адаптации к помеховой обстановке, переключения направления сканирования луча применяются фазированные антенные решетки (ФАР) [1, 2].

На практике, выбор облика ФАР и системы деления и фазирования связан с решением комплексной задачи по обеспечению требуемых электрических характеристик в полосе рабочих частот и требуемом секторе углов сканирования луча, и при этом должна обеспечиваться повторяемость характеристик, технологичность и, по возможности, минимальные массогабаритные характеристики. Также важным критерием является конечная стоимость готового изделия, которую необходимо минимизировать.

Начиная с середины прошлого века [3, 4] печатные антенны набирают всё большую популярность [5, 6] благодаря развитию технологий как в области производства современных материалов, работающих в СВЧ диапазонах и использующихся в качестве диэлектрических подложек печатных плат, так и в области технологии производства печатных плат. Развитие СВЧ печатных диэлектрических оснований привело к появлению широкого ряда СВЧ материалов с различными фиксированными толщинами и точными, повторяющимися электрическими характеристиками [7], перекрывающего большинство потребностей в производстве печатных микрополосковых антенн различных назначений. Также развитие технологий позволило выполнять многослойные печатные платы на СВЧ диэлектриках, что расширяет возможности для применения печатных излучателей, а также позволяет разрабатывать различные типы излучателей, включая гибридные типы.

Развитие теории, направленной на исследование и разработку печатных антенн, берет своё начало с 1950-х годов, когда появились первые статьи, в которых была показана возможность использования печатных антенн [3, 4]. Печатные микрополосковые антенны развивались быстрыми темпами, что привело к развитию теории расчета электрических характеристик печатных антенн. Однако, стремление к уменьшению габаритов, расширению рабочей полосы частот, получению специальных характеристик излучения связано с неизбежным усложнением алгоритмов анализа и синтеза печатных антенн. Развитие теории отображается в появлении большого количества статей, а также книг, посвященных исключительно микрополосковым антеннам [8-10]. Основные труды по созданию печатных микрополосковых антенн направлены на синтез топологии, позволяющей обеспечить требуемые характеристики излучения и согласования. В связи с развитием вычислительных технологий и возможности использования параллельных вычислений, большую популярность набрали коммерческие проекты систем автоматизированного проектирования (САПР), позволяющие с помощью различных методов математического моделирования проводить оценки сложных электродинамических моделей [11-13].

Одной из разновидностей печатных антенн являются печатные микрополосковые антенны. В зарубежной литературе их также называют патч-антеннами. Такой тип антенн по характеристикам излучения относится к классу слабонаправленных. Их широко применяют как в качестве самостоятельной антенны, так и в составе антенных решеток (АР). Микрополосковые печатные антенны обладают как рядом достоинств, так и недостатков [6]. Разработка печатной микрополосковой антенны для конкретного применения может привести в результате к получению оптимального результата как по электродинамическим характеристикам, так и по стоимостным.

Основными достоинствами печатных микрополосковых антенн по сравнению с другими традиционными типами антенн, такими как рупорные, спиральные, директорные, зеркальные антенны и другими, являются [6]:

- очень низкий профиль печатной микрополосковой антенны делает её легкой, а также позволяет занимать очень малый объем относительно всей конструкции. Благодаря малой толщине, печатные антенны возможно изгибать, что позволяет делать конформные антенны, которые возможно встраивать в корпуса транспортных средств и летательных аппаратов. Антенны с большой апертурой возможно сделать складными для применения в космосе [14, 15];

- изготовление печатных микрополосковых антенн может быть произведено с помощью простого процесса травления, который в настоящее время распространен на многих производствах и обладает достаточно низкой стоимостью производства. Также для многоэлементных антенных решеток, возможно совмещение излучателей с элементами тракта на одном диэлектрическом основании;

- возможна разработка печатных микрополосковых излучателей, позволяющих работать в нескольких диапазонах рабочих частот, что достигается путем модификации топологии, использовании дополнительных слоев топологии, а также различных комбинаций фидерных трактов;

- возможность комбинирования технологии микрополосковых печатных антенн с другими, например, для создания большеразмерных отражательных антенных решеток.

К недостаткам печатных микрополосковых антенн можно отнести:

- классическая микрополосковая печатная антенна на тонкой диэлектрической подложке, толщиной менее 0,02 длины волны в свободном пространстве, как правило, имеет узкую полосу пропускания менее 5%. Однако, с применением различных модификаций возможно добиться относительной ширины полосы рабочих частот до 50% [16-22];

- относительно небольшая рабочая мощность из-за малого расстояния между топологией и земляной поверхностью. Как правило, средняя мощность составляет не более нескольких десятков ватт. Однако данная величина сильно зависит от типа и толщины используемой диэлектрической подложки;

- печатные микрополосковые антенны часто имеют большие потери, чем антенны других типов с равным эквивалентным размером апертуры. В основном эти потери связаны с потерями в диэлектрической подложке, а также с потерями в проводнике микрополосковой линии деления мощности. Однако, существуют различные методы снижения потерь в линиях передачи. Применение современных материалов с меньшими вносимыми потерями также является одним из вариантов снижения потерь в антенной системе.

При проектировании и модернизации элементов антенной решетки одними из важнейших параметров являются электрические характеристики излучателей. Они должны обеспечивать работу антенной системы в заданной рабочей полосе и заданном секторе углов сканирования луча [2]. Как отмечалось, среди недостатков печатной микрополосковой антенны присутствует работа в узкой полосе частот наиболее простых классических микрополосковых антенн. Однако, имеются способы расширения рабочих частот. Наиболее простой из них это применение более толстых диэлектрических подложек. Однако указанный способ имеет значительные ограничения к применению при проектировании элементов антенной решётки. Во многом это обусловлено тем, что с увеличением электрической толщины подложки усиливаются эффекты, связанные с возбуждением поверхностных волн экранированной плоскослоистой структуры, в результате чего значительно возрастают коэффициенты связи между излучателями ФАР [23, 24]. Проявление данного эффекта приводит к рассогласованию излучателей, снижению коэффициента усиления (КУ), а в отдельных случаях - к «ослеплению» ФАР при сканировании, то есть к значительному падению КУ по основной поляризации в направлении сканирования луча, которое может быть обусловлено как рассогласованием, так и изменением поляризационной структуры излучаемых волн [25].

Расширение рабочей полосы частот печатных излучателей также возможно и при помощи различных вариантов модификации топологии излучателя. Однако, возможности внесения различных изменений в топологию ограничиваются технологическими возможностями современных производств, такими как

минимально достижимые в процессе травления печатной платы величины зазоров и ширины проводников топологии.

Таким образом, задача исследования и разработки низкопрофильных широкополосных элементов печатных фазированных антенных решеток (ФАР) является актуальной и включает в себя необходимость проведения ряда исследований и нахождения компромиссных решений, которые одновременно позволят обеспечить широкую рабочую полосу частот и широкий сектор электрического сканирования луча.

Объектом исследования работы являются низкопрофильные широкополосные печатные излучатели ФАР с широкоугольным сектором сканирования луча.

Предмет исследования - геометрические и электрические параметры, а также конструктивная реализация низкопрофильных печатных излучателей ФАР, определяющие характеристики согласования и излучения в требуемой полосе частот и в заданном секторе углов сканирования луча, методы электродинамического анализа излучателей.

Цель работы - исследование и разработка широкополосных низкопрофильных печатных излучателей ФАР с широкоугольным сектором сканирования луча.

В работе поставлены и решаются следующие задачи.

1. Создание конструктивно простого и технологичного низкопрофильного печатного широкополосного излучающего элемента ФАР, позволяющего работать в широком секторе углов сканирования луча.

2. Исследование возможности дальнейшего уменьшения взаимной связи излучателей и улучшение электрических характеристик при сканировании луча за счет введения резонансных структур, обладающих запрещенной зоной в полосе рабочих частот, в ячейку решетки.

3. Разработка методики проектирования печатных микрополосковых излучателей ФАР и расчета их электрических характеристик при введении

резонансных структур, обладающих запрещенной зоной в полосе рабочих частот, в ячейку решетки.

Методы исследования. При электродинамическом моделировании широкополосных печатных микрополосковых излучателей, предназначенных для использования в составе ФАР, применяется принцип декомпозиции. Решается задача о собственных волнах поперечного сечения элементарной ячейки в канале Флоке. Производится процедура сшивания полей в указанном сечении элементарной ячейки с учетом периодических граничных условий. Также проводится полноволновое электродинамическое моделирование в частотной области методом конечных элементов, что позволяет наиболее точно определить электрические характеристики и учесть большинство факторов, влияющих на них, таких как потери в материалах и возможная анизотропия диэлектрической подложки.

Научная новизна диссертационной работы определяется следующими полученными в ней оригинальными результатами.

1. Предложена методика проектирования печатных микрополосковых излучателей ФАР при введении малоэлементной резонансной структуры в состав элементарной ячейки для снижения взаимных связей излучателей в Е-плоскости, расположенных на модифицированном проводящем основании.

2. Впервые проведены теоретические и экспериментальные исследования низкопрофильных широкополосных печатных излучателей, расположенных над полостью в основании в составе ФАР при введении в межэлементное пространство малоэлементной резонансной структуры, обладающей запрещенной зоной и расположенной в одном слое с излучателями, в плоскости наибольшей связи между излучателями.

3. Проведено исследование пространственно-частотных характеристик коэффициентов связи элементов ФАР и обоснован выбор числа колец окружающих элементов, требуемых для экспериментальных исследований элемента ФАР.

Теоретическая значимость исследования заключается в получении новых научных результатов в части решения задачи о собственных волнах поперечного

сечения элементарной ячейки излучателя с введенной резонансной структурой в канале Флоке и последующей процедуры сшивания полей в сечении элементарной ячейки ФАР.

Практическая значимость полученных результатов исследования определяется следующими пунктами:

1. На основе решения задачи о собственных волнах поперечного сечения элементарной ячейки излучателя разработана программа для расчета электрических характеристик заданной геометрии излучателя в составе ФАР.

2. С использованием результатов решения задачи о собственных волнах поперечного сечения элементарной ячейки излучателя предложена методика разработки печатного микрополоскового элемента ФАР, содержащего печатный излучатель над полостью в проводящем основании и малоэлементную резонансную структуру в плоскости наибольшей связи между излучателями.

3. Предложена новая конструкция низкопрофильных печатных микрополосковых излучателей, обеспечивающих работу широкополосной ФАР с широкоугольным сектором сканирования луча.

4. Разработаны и экспериментально исследованы макеты печатных микрополосковых излучателей, обеспечивающих относительную ширину полосы рабочих частот не менее 12% в коническом секторе углов сканирования луча ±45° по критерию потерь на отражение не превышающих минус 1 дБ.

5. Развит подход по измерению макетных образцов, позволяющий учесть наличие краевых эффектов в малоэлементном макете и минимизировать их влияние для подтверждения электрических характеристик печатного микрополоскового излучателя, соответствующего расположению в многоэлементной решетке.

6. Разработанные излучатели вошли в состав модульных активных фазированных антенных решеткок (АФАР), разработанных в ходе приведения ряда СЧ НИР и СЧ ОКР в Научно-исследовательском институте радиоэлектронной техники МГТУ им. Н.Э. Баумана, что подтверждено актом о внедрении.

Достоверность и обоснованность полученных в диссертации результатов анализа характеристик печатных микрополосковых излучателей ФАР подтверждается

- исследованием сходимости численного решения в зависимости от числа базисных функций;

- сравнением с результатами решения тестовых задач, результаты которых приведены в открытых источниках;

- сравнением с результатами решения тестовых задач, результаты которых получены путем полноволнового электродинамического моделирования методом конечных элементов в частотной области;

- сравнением результатов моделирования печатных микрополосковых излучателей ФАР с результатами экспериментальных исследований;

- сравнением рассчитанных и экспериментально измеренных характеристик ФАР в составе изделий, разработанных в ходе выполнения СЧ НИР и СЧ ОКР в Научно-исследовательском институте радиоэлектронной техники МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Достоверность результатов, полученных при экспериментальных исследованиях макетов фрагментов раскрыва антенного полотна (АП) и рабочих изделий, обеспечивается использованием аттестованных измерительных приборов, разработанных стендов, проведением измерений диаграмм направленности фрагмента раскрыва АП в безэховой камере и всего раскрыва модульных АФАР в коллиматоре и в условиях полигонов.

Апробация результатов работы. Полученные в работе результаты докладывались и обсуждались на XI Всероссийской научно-технической конференции, организованной МГТУ им. Н.Э. Баумана, с. Небуг, 2015; 25-й и 26-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Севастополь, 2014 и 2015; Всероссийской научно-технической конференции «Антенны и распространение радиоволн», Санкт-Петербург, 2018; Международных конференциях Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS) 2017, 2019.

Публикации. Содержание диссертации отражено в 9 научных работах, из них 2 работы опубликованы в рецензируемых журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ [26, 27], и 3 работы в изданиях, индексируемых базой данных Scopus [28-30].

Внедрение результатов диссертационной работы. Результаты теоретических исследований, разработанные электродинамические модели, методики и результаты расчетов, разработанные новые конструкции печатных микрополосковых излучателей ФАР, макеты фрагментов раскрывов антенных полотен ФАР, полученные при выполнении диссертационной работы, реализованы в Научно-исследовательском институте радиоэлектронной техники МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также используются в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах, выполняемых в Научно-исследовательском институте радиоэлектронной техники МГТУ им. Н.Э. Баумана

МГТУ им. Н.Э. Баумана. Разработанные излучатели применены в модульных АФАР с распределенным твердотельным приемо-передатчиком, разработанных в ходе выполнения ряда СЧ НИР и СЧ ОКР. Изделиям МРЛО-1 ВЦ и МРЛО-2 ВЦ в 2018 году присвоена литера О1. В 2021 году принято решение о постановке МРЛО-1 ВЦ и МРЛО-2 ВЦ в составе изделия 9С932М на снабжение Вооруженных Сил РФ. По результатам работы Люлюкину К.В. согласно распоряжению Правительства Российской Федерации от 01 ноября 2021 года .№3104-р присуждена премия Правительства Российской Федерации в области науки и техники для молодых ученых и присвоено почетное звание лауреата премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники для молодых ученых.

Структура и объем работы. Структура диссертационной работы включает в себя введение, четыре главы, выводы по проведенной работе, заключение и список источников. Работа состоит из 147 страниц машинописного текста и содержит 96 рисунков и 4 таблицы. Список источников насчитывает 80 наименований.

Личный вклад автора. В процессе работы над диссертацией автором лично и при непосредственном участии:

- разработана программа для расчета электрических характеристик заданной геометрии печатного микрополоскового излучателя в составе ФАР и при наличии резонансной структуры в межэлементном пространстве на основе решения задачи о собственных волнах сечения элементарной ячейки в канале Флоке и последующей процедуры сшивания полей в указанном сечении элементарной ячейки;

- предложена методика разработки печатного микрополоскового излучателя ФАР над полостью в проводящем основании и при наличии резонансной структуры в плоскости наибольшей связи между излучателями с применением разработанной программы;

- предложена и исследована новая низкопрофильная конструкция печатных микрополосковых излучателей, обеспечивающих работу широкополосной ФАР в коническом секторе углов сканирования луча не менее 90° и относительной полосой рабочих частот не менее 12% по критерию потерь на отражение не превышающих минус 1 дБ;

- развит подход по измерению макетных образцов, позволяющий учесть наличие краевых эффектов в малоэлементном макете и минимизировать их влияние для подтверждения электрических характеристик разработанного элемента ФАР;

- проведены экспериментальные исследования макетов фрагментов раскрыва ФАР и проведено сравнение экспериментальных и расчетных электрических характеристик в диапазоне рабочих частот и углов сканирования луча;

- проведено внедрение разработанных элементов раскрывов ФАР в ряде макетных образцов, разработанных в Научно-исследовательском институте радиоэлектронной техники МГТУ им. Н.Э. Баумана в рамках проведения СЧ НИР и СЧ ОКР.

На защиту выносятся следующие основные положения.

1. Использование печатных излучателей с модифицированной топологией и полостями в проводящем основании под излучателями позволяет создавать ФАР,

работающие в широкой полосе частот и широком секторе углов сканирования луча, при этом обеспечивая малые массогабаритные характеристики, а также простоту и технологичность конструкции.

2. Введение резонансной структуры, обладающей запрещенной зоной в рабочей полосе частот, в свободное пространство между широкополосными печатными излучателями ФАР приводит к снижению взаимного влияния между элементами, что позволяет улучшить согласование излучателей с питающей линией и работать в более широком секторе углов сканирования луча с сохранением уровня коэффициента отражения при условии теоретической возможности, обусловленной шагом решетки.

3. Применение предложенной методики разработки печатного микрополоскового элемента ФАР позволяет последовательно разрабатывать и исследовать характеристики микрополоскового излучателя и малоэлементной резонансной структуры, расположенной в плоскости наибольшей связи между излучателями, а также проводить быструю оценку электрических характеристик в сечении элементарной ячейки и использовать полученные данные как первичное приближение в процессе разработки печатных излучателей с более сложной топологией.

Глава 1. Широкополосные низкопрофильные печатные излучатели фазированных антенных решеток. Аналитический обзор и постановка

задачи исследования

1.1 Обзор и анализ существующих решений построения низкопрофильных широкополосных фазированных антенных решеток с широким сектором углов электрического сканирования луча

ФАР, построенные с использованием печатных излучателей, применяются в системах связи и телекоммуникации, а также в радиолокационных системах различного назначения. В особенности, широкое распространение получили печатные ФАР, созданные на основе планарных микрополосковых резонаторных антенн [31-33]. Во многом привлекательность таких конструкций обусловлена их простотой и технологичностью, малыми массогабаритными характеристиками и низкой стоимостью.

В последние годы наблюдается тенденция к увеличению ширины полосы рабочих сигналов, применяемых в системах связи и радиолокации. Так, например, всё более актуальными становятся направления широкополосной (ШП) и сверхширокополосной (СШП) радиолокации, что задает требования к рабочей полосе частот ФАР.

Также в связи с развитием электронной техники быстрыми темпами развивается производство, связанное с изготовлением печатных плат на различных диэлектрических основаниях. В последние десятилетия появился широкий спектр диэлектрических оснований различных толщин и относительных диэлектрических проницаемостей [34], обладающих низкими потерями в СВЧ диапазонах частот, а также устойчивых к различным климатическим воздействиям.

Точность изготовления и повторяемость характеристик, а также относительно низкая стоимость, обеспечили бурное развитие печатных

микрополосковых антенн, в том числе и в качестве излучателей фазированных антенных решеток.

Наиболее распространено применение планарных микрополосковых резонаторных антенн в качестве излучателей ФАР, показанных на Рис. 1.1.

а) б)

Рис. 1.1. Прямоугольная (а) и круглая (б) планарные полосковые резонаторные

антенны

Способы запитки излучателей, показанных на Рис. 1.1, могут также быть разнообразными. Основные типы - с использованием подводимой микрополосковой линии, зонда коаксиальной линии, различных вариантов щелевой запитки, а также другие варианты, обеспечивающие электромагнитную связь питающей линии и излучающего элемента.

В качестве примера ФАР можно привести антенну многофункционального локатора, разработанного лабораторией MIT Lincoln Laboratory, и собранного в 2018 году. Его изображение приведено на Рис. 1.2.

Радиолокатор представляет собой плоскую ФАР S-диапазона длин волн с углом обзора 90°. Он состоит из 76 квадратных панелей, каждая из которых имеет 64 излучающих элемента (всего 4864 элемента), расположенных на 14 футовой (4,3 м) антенне и установленных на вращающейся платформе, аналогичной тем, которые используются в зеркальных антеннах NEXRAD.

Рис. 1.2. Раскрыв ФАР MIT Lincoln Laboratory

Предназначение данного радиолокатора - отслеживание метеорологических условий и движения крупных летательных аппаратов, таких как пассажирские самолеты.

Из открытых источников, можно найти, что из основных технических характеристик известны только сектор сканирования луча 90° и центральная рабочая частота 3200 МГц, а также ширина луча диаграммы направленности (ДН) в диапазоне 1,6-2,2° при отклонении луча на 45°.

В качестве еще одного примера применения низкопрофильных печатных излучателей в составе ФАР можно показать антенную решетку фирмы Alico Systems Inc. (США), которая масштабируется под работу в различных диапазонах частот. Изображение раскрыва данной антенной решетки показано на Рис. 1.3.

Рис. 1.3. ФАР фирмы Alico Systems Inc.

Согласно описанию, ФАР может сканировать как в двух плоскостях (вертикальной и горизонтальной) в базовой версии, так и в коническом секторе углов сканирования лучом. При этом потери при сканировании на отражение составляют 2 дБ при отклонении на ±45°, и 3 дБ при ±60°, что соответствует КСВ в первом случае около 4, а во втором - 5,8.

Основное преимущество построения антенных решеток на основе планарных полосковых резонаторных антенн - получение низкопрофильного раскрыва ФАР. Также, при выборе достаточно тонкой и гибкой диэлектрической подложки, она может быть согнута, и тем самым, получена конформная антенная решетка, что предоставляет широкие возможности для разработки различных конструкций антенных решеток.

Изображение новой ФАР американской военно-промышленной корпорации Lockheed Martin Corporation приведено на Рис. 1.4. Характеристики антенной

системы не уточняются, однако по изображению можно сделать вывод, что она построена на низкопрофильных излучателях и представляет собой набор из подрешеток, собираемых в единый раскрыв.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Люлюкин Константин Викторович, 2023 год

Список литературы

1. Амитей Н., Галиндо В., Ву Ч. Теория и анализ фазированных антенных решеток. М.: Мир, 1974. 457 с.

2. Bhattacharyya A.K. Phased Array Antennas - Floquet Analysis, Synthesis, BFNs and Active Array Systems. NJ: Wiley, 2006. 496 p.

3. Deschamps G.A. Microstrip microwave antennas // Proceedings of the Third Symposium on the USAF Antenna Research and Development Program. Oct. 1953. С. 18-22.

4. Bernhard J.T. A Commemoration of Deschamps and Sichak's Microstrip Microwave Antennas: 50 Years of Development Divergence and New Directions. Illinois univ at urbana electromagnetics lab, 2003. 42 p.

5. Воскресенский Д.И., Степаненко В.И., Филиппов В.С. Устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток. М.: Радиотехника, 2003. 474 с.

6. Pozar D., Schaubert D. Scan blindness in infinite phased arrays of printed dipoles // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1984. V. 32. № 6. P. 602-610.

7. Панченко Б.А., Князев С.Т., Нечаев Ю.Б. Электродинамический расчет характеристик излучения полосковых антенн. М.: Радио и связь. 2002. 252 с.

8. Hao Y., Mittra R. FDTD modeling of metamaterials: Theory and applications. NY: Artech house, 2008. 377 p.

9. Справочник по антенной технике: в 5 т. / Бахрах Л. Д., Бенисон Л.С., Зелкин Е.Г. [и др.]; общ. ред. Бахрах Л.Д., Зелкин Е.Г. М.: Издат. предприятие ред. журн. "Радиотехника" (ИПРЖР), 1997. Т. 1 / ред. Фельд Я.Н., Зелкин Е.Г. 1997. 249 с.

10. Jaglan N., Gupta S.D. Surface waves minimisation in microstrip patch antenna using EBG substrate // 2015 International Conference on Signal Processing and Communication (ICSC). IEEE, 2015. P. 116-121.

11. Qu D., Shafai L., Foroozesh A. Improving microstrip patch antenna performance using EBG substrates // IEE Proceedings-Microwaves, Antennas and Propagation. 2006. Т. 153. №. 6. P. 558-563.

12. Rajesh G.S., Kishore K.V., Kumar V. Multiband microstrip patch antenna design using metamaterial for airborne SAR system // 2015 IEEE International Conference on Signal Processing, Informatics, Communication and Energy Systems (SPICES). 2015. C. 1-3.

13. Malekpoor H., Jam S. Design, analysis, and modeling of miniaturized multiband patch arrays using mushroom-type electromagnetic band gap structures // International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering. 2018. T. 28. №. 6. C. 21404.

14. Haupt R.L. Antenna arrays: a computational approach. NY: John Wiley & Sons, 2010. 549 p.

15. Felbacq D., Bouchitte G. Metamaterials Modelling and Design. London: Jenny Stanford Publishing, 2017. 368 p.

16. Zhong S.S., Lo Y.T. Single-element rectangular microstrip antenna for dual-frequency operation // Electron. Lett. 1983. Vol. 19. P. 298-300.

17. Kerr J.L. Terminated microstrip antenna // In Proceedings of the Antenna Applications Symposium. 1978. 19 p.

18. Huang J. Microstrip reflectarray // Antennas and Propagation Society Symposium. 1991. P. 612-615.

19. Croq F., Pozar D.M. Millimeter-wave design of wide-band aperture-coupled stacked microstrip antennas // IEEE Transactions on antennas and propagation. 1991. T. 39. № 12. P. 1770-1776.

20. Lee R.Q., Lee K.F., Bobinchak J. Characteristics of a two-layer electromagnetically coupled rectangular patch antenna // Electronics letters. 1987. T. 23. № 20. P. 1070-1072.

21. Pues H.F., Van De Capelle A.R. An impedance-matching technique for increasing the bandwidth of microstrip antennas // IEEE transactions on antennas and propagation. 1989. T. 37. № 11. P. 1345-1354.

22. Teshirogi T., Tanaka M., Chujo W. Wideband circularly polarised array antenna with sequential rotation and phase shifts of elements // Proceedings of the International Symposium Antennas and Propagation. 1985, P. 117-120.

23. Huang J.A. Technique for an array to generate circular polarization with linearly polarized elements // IEEE Transactions on antennas and propagation. 1986. Т. 34. № 9. P. 1113-1124.

24. Schaubert D.H. Some conformal, printed circuit antenna designs // Proc. Workshop Printed Circuit Antenna Tech. 1979. P. 1-21.

25. Huynh T., Lee K.F. Single-layer single-patch wideband microstrip antenna // Electronics Letters. 1995. Т. 31. №. 16. P. 1310-1312.

26. Широкополосный печатный элемент антенной решетки с воздушной полостью в экране / Люлюкин К.В. [и др.] // Антенны. 2017. № 9. С. 13-25.

27. Низкопрофильный широкополосный излучатель фазированной антенной решетки с широкоугольным сканированием луча / Люлюкин К.В. [и др.] // Антенны. 2022. № 6. С. 45-54.

28. Vilenskiy A.R., Litun V.I., Lyulyukin K.V. Wideband Beam Steering Antenna Array of Printed Cavity-Backed Elements With Integrated EBG Structure // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters Feb. 2019. No. 2. P. 245-249.

29. Beam steering performance of wideband cavity-backed patch antenna array element/ Lyulyukin K.V. [et al.] // In Proc. Prog. Electromagn. Res. Symp. 2017. P. 33403346.

30. Experimental Study of a Low-profile Wideband Antenna Array Unit Cell with Integrated EBG Structure/ Lyulyukin K.V. [et al.] // 2019 PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium-Spring. 2019. С. 1378-1382.

31. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток / Д.И. Воскресенский [и др.]. М.: Радиотехника, 2012. 744 с.

32. Volakis J.L. Antenna engineering handbook. NY: Mc Grow Hill, 2007. 1755 p.

33. Davidovitz M. E-plane performance of two-dimensional strip-element phased arrays with inhomogeneous substrates // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. 1992. P. 2184-2187.

34. Influence of accelerating ageing on LTCC and PCB substrates' dielectric properties in GHz area / Rovensky T. [et al.] // 39th International Spring Seminar on Electronics Technology. 2016. P. 189-192.

35. Hansen V. Finite array of printed dipoles with a dielectric cover // IEEE Proceedings H-Microwaves, Antennas and Propagation. 1987. Т. 134. № 3. P. 261-269.

36. Wong K.L. Compact and broadband microstrip antennas. NY: John Wiley & Sons, 2004. Т. 168. 344 p.

37. Технологические ограничения на срочное изготовление печатных плат. [Электронный ресурс]. URL: http://www.tepro.ru/docs/tepro_pcb_limits.pdf (дата обращения 09.10.2019).

38. Davidovitz M. Extension of the E-plane scanning range in large microstrip arrays by substrate modification // IEEE microwave and guided wave letters. 1992. Т. 2. № 12. P. 492-494.

39. Awida M.H., Fathy A.E. Design guidelines of substrate-integrated cavity-backed patch antennas // IET microwaves, antennas & propagation. 2012. Т. 6. № 2. P. 151-157.

40. Awida M.H., Suleiman S.H., Fathy A.E. Substrate-integrated cavity-backed patch arrays: A low-cost approach for bandwidth enhancement // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2011. Т. 59. № 4. P. 1155-1163.

41. Kumar G., Ray K.P. Broadband Microstrip Antennas. NY: Artech House, 2003. 432 p.

42. Balanis C.A. Modern antenna handbook. NY: John Wiley & Sons, 2011. 1712 p.

43. Lau K.L., Luk K.M., Lee K.F. Wideband U-slot microstrip patch antenna array // IEE Proceedings - Antennas, Microwaves and Propagation. 2001. V. 148. № 1. P. 4144.

44. Zavosh F., Aberle J.T. Infinite phased arrays of cavity-backed patches // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1994. V. 42. № 3. P. 390-398.

45. Люлюкин К.В., Литун В.И., Рогозин А.А. Широкополосный печатный излучатель фазированной антенной решетки с полостью в металлическом основании // 25-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», (КрыМиКо 2015): материалы конф., 6-12

сент. 2015 г., Севастополь / Севастоп. нац. техн. ун-т., Севастополь, 2015. Т. 1. С. 457-458.

46. Результаты исследований и разработки излучающих систем антенных решеток / Синани А.И. [и др.] // Антенны. 2021. № 5. С. 52-64. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202105-06

47. Волков А.П. Периодические СВЧ композитные структуры в бортовых антенных системах: дис. МАИ, 2017. 154 c.

48. Воскресенский Д.И., Волков А.П., Гринев А.Ю. Периодические СВЧ композитные структуры в бортовых антенных системах // 26-я Международная Крымская конференция" СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии"(КрыМиКо'2016). 2016. С. 6-17.

49. Двухдиапазонные и широкополосные антенны телекоммуникационных систем / Овчинникова Е. В. [и др.] // VII Всероссийские Армандовские чтения. Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн. 2017. С. 330-338.

50. Широкополосные антенны систем спутникового телевидения / Фам В.В. [и др.] // 27-я Международная Крымская конференция" СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии"(КрыМиКо'2017). 2017. С. 618-622.

51. Двухдиапазонная антенная решетка системы спутникового телевидения / Воскресенский Д. И. [и др.] //Антенны. 2018. № 3. С. 8-18.

52. Фам В.В. Двухдиапазонная антенна системы спутникового телевидения: дис. МАИ, 2019. 114 c.

53. Triangular lattices for mutual coupling reduction in patch antenna arrays / Noordin N. H. [et al.] // Loughborough Antennas & Propagation Conference. 2011. С. 14.

54. Aslan Y., Yarovoy A. Reduction of mutual coupling between closely spaced patch antennas using dielectric stratification technique // 47th European Microwave Conference.2017. С. 248-251.

55. Design of a planar EBG structure to reduce mutual coupling in multilayer patch antennas / Rajo-Iglesias E. [et al.] // Loughborough Antennas and Propagation Conference. 2007. С. 149-152.

56. Michailidis E., Tsimenidis C., Chester G. Mutual coupling reduction in a linear two element patch array and its effect on theoretical MIMO capacity // Loughborough Antennas and Propagation Conference. 2008. С. 457-460.

57. Novel planar electromagnetic bandgap for mutual coupling reduction between patch antennas / Bhutani A. [et al.] // German Microwave Conference. 2015. С. 76-79.

58. Mutual coupling reduction between dual polarized microstrip patch antennas using compact spiral artificial magnetic conductor / Mouffok L. [et al.] // Proceedings of the 5th European Conference on Antennas and Propagation. 2011. С. 909-912.

59. Yang F., Rahmat-Samii Y. Mutual coupling reduction of microstrip antennas using electromagnetic band-gap structure //IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. 2001. Т. 2. С. 478-481.

60. Barlevy A. S., Rahmat-Samii Y. Characterization of electromagnetic band-gaps composed of multiple periodic tripods with interconnecting vias: Concept, analysis, and design // IEEE Transactions on antennas and propagation. 2001. Т. 49. № 3. С. 343-353.

61. Yang F., Rahmat-Samii Y. Microstrip antennas integrated with electromagnetic band-gap (EBG) structures: A low mutual coupling design for array applications // IEEE transactions on antennas and propagation. 2003. Т. 51. № 10. С. 2936-2946.

62. Li Z., Rahmat-Samii Y. PBG, PMC and PEC ground planes: A case study of dipole antennas // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. Transmitting Waves of Progress to the Next Millennium. 2000. Т. 2. С. 674-677.

63. A compact subdivided microstrip square patch array with low mutual coupling / Ho J. [et al.] // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. Digest. Held in conjunction with: USNC/CNC/URSI North American Radio Sci. Meeting. 2003. Т. 1. С. 589-592.

64. Hammoodi A. I., Raad H., Milanova M. Mutual coupling reduction between two circular patches using H-shape DGS // IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting. 2018. С. 1371-1372.

65. Isolation enhancment of two planar monopole antennas for MIMO wireless applications / Isaac A.A. [et al.] // IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting. 2015. С. 380-381.

66. Isolation enhancement between two closely spaced rectangular patches for MIMO applications / Hammoodi A.I. [et al.] // 12th European Conference on Antennas and Propagation. 2018. С. 1-3.

67. Hassan M.H. Design and analysis of substrate-integrated cavity-backed antenna arrays for Ku-band applications : дис. 2011. 311 p.

68. Yoon Y.J., Kim B. A new formula for effective dielectric constant in multi-dielectric layer microstrip structure // IEEE 9th Topical Meeting on Electrical Performance of Electronic Packaging. 2000. P. 163-167.

69. Palreddy S.R. Wideband electromagnetic band gap (EBG) structures, analysis and applications to antennas : дис. Virginia Tech, 2015. 287 p.

70. Yang F., Rahmat-Samii Y. Electromagnetic band gap structures in antenna engineering. Cambridge: Cambridge university press, 2009. С. 156-201.

71. Blagovic K. Numerical modeling of planar periodic structures in electromagnetics : дис. EPFL, 2006. 140 p.

72. Caloz C., Itoh T. Electromagnetic metamaterials: transmission line theory and microwave applications. NY: John Wiley & Sons, 2005. 376 p.

73. Abegaonkar M., Kurra L., Koul S.K. Printed resonant periodic structures and their applications. NY: CRC Press, 2016. 157 p.

74. Liu C.C., Shmoys J., Hessel A. E-plane performance trade-offs in two-dimensional microstrip-patch element phased arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1982. Т. 30. № 6. С. 1201-1206.

75. Ludwig A.C. The definition of cross polarization // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1973. Vol. 11. № 1. P. 116-119.

76. Sadiku M.N. Computational Electromagnetics with MATLAB. NY: CRC Press, 2019. 707 p.

77. Jin M.-J. The Finite Element Method in Electromagnetics. NY: Wiley-IEEE Press, 2014. 876 p.

78. Gibson W.C. The Method of Moments in Electromagnetics. NY: Chapman and Hall, 2014. 450 p.

79. Harper E., Reistad C., Akyurtlu A. Investigation of efficient simulation methods for finite large X-band arrays in HFSS // International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium-Italy. 2017. P. 1-2.

80. Downloadable Vector Network Analyzer Uncertainty Calculator, Keysight, USA, [Электронный ресурс]. URL: https://www.keysight.com/main/software.jspx?cc=EN&id=1000000418:epsg:sud (дата обращения 16.10.2018).