Сверхширокополосные линзовые антенны с коммутационным сканированием в азимутальной плоскости тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат технических наук Фёдоров, Сергей Михайлович

• Фёдоров, Сергей Михайлович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фёдоров, Сергей Михайлович

Введение

1. Анализ современных технологий в области проектирования и конструирования сверхширокополосных многолучевых антенных систем, а также методов математического моделирования антенн 12 такого типа

1.1. Анализ перспективных направлений проектирования сверхширокополосных антенн на основе линзы Люнеберга

1.2. Анализ перспективных направлений проектирования сверхширокополосных антенн на основе линзы Ротмана

1.3. Исследование возможности использования метода конечного интегрирования для моделирования сверхширокополосных антенн, построенных на основе линзы Люнеберга и линзы Ротмана в пространственно-временной области

1.4. Выводы по первой главе

2. Синтез и анализ сверхширокополосных антенн с коммутационным сканированием на основе линзы Люнеберга

2.1. Математическая модель для оптимизации планарной линзы Люнеберга, построенной в виде системы концентрических металлических колец

2.2. Результаты моделирования сверхширокополосной антенны с коммутационным сканированием на основе линзы Люнеберга, со структурой в виде системы концентрических металлических колец, построенной с помощью математической модели конечной гребенки

2.3. Методика проектирования сверхширокополосных антенн с коммутационным сканированием на основе осесимметричной диэлектрической линзы Люнеберга

2.4. Результаты моделирования сверхширокополосной антенны с коммутационным сканированием на основе осесимметричной диэлектрической линзы Люнеберга

2.5. Методика проектирования сверхширокополосных антенн с коммутационным сканированием на основе линзы Люнеберга, состоящей из системы концентрических диэлектрических колец

2.6. Результаты моделирования сверхширокополосной антенны с коммутационным сканированием на основе линзы Люнеберга, построенной в виде системы концентрических диэлектрических колец

2.7. Оптимизация конструкции антенны с коммутационным сканированием на основе линзы Люнеберга, построенной в виде системы концентрических диэлектрических колец

2.8. Выводы по второй главе

3. Разработка и исследование сверхширокополосных многолучевых антенных систем с возможностью секторного сканирования

3.1. Синтез и анализ сверхширокополосной многолучевой антенной решетки построенной на основе линзы Ротмана

3.2. Синтез и анализ сверхширокополосной многолучевой антенной решетки построенной на основе апланатической линзы

3.3. Синтез и анализ секторной антенны построенной на основе диэлектрической осесимметричной линзы Люнеберга

3.4. Выводы по третьей главе

4. Разработка и исследование антенных элементов для работы в составе антенных решеток, а также исследование возможности реализации полноазимутального сканирования для планарной линзы Люнеберга с помощью микроэлектромеханических систем 106 4.1 Синтез и анализ широкополосной Е-образной микрополосковой антенны с дипольными переизлучателями, используемой в качестве антенного элемента в решетке, построенной на основе линзы Ротмана

4.2. Исследование возможности улучшения рабочих характеристик антенны Вивальди с помощью печатной линзы

4.3. Исследование возможности реализации полноазимутального сканирования для антенной системы, построенной на основе осесимметричной линзы Люнеберга, с помощью микроэлектромеханических систем

4.4. Выводы по четвертой главе 131 Заключение 132 Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Сверхширокополосные линзовые антенны с коммутационным сканированием в азимутальной плоскости»

Введение

Актуальность работы. В настоящее время антенные устройства, способные формировать множество диаграмм направленности, широко используются в системах мобильной коммуникации, радиоастрономии, радионавигации, радиолокации, радиопеленгации, системах космической связи. В качестве таких многолучевых антенн часто используют многолучевые фазированные антенные решетки (ФАР) и многолучевые линзовые антенны. Наряду с электронным сканированием, для изменения пространственной ориентации главного лепестка, может использоваться устройство, осуществляющее механический поворот антенны с высокой направленностью (например, зеркальной или линзовой антенны) или ее облучателя. Механические способы управления направленностью излучения имеют очевидные недостатки - малая скорость сканирования и низкая надежность.

ФАР обладают высокой скоростью изменения диаграммы направленности, однако, их полоса рабочих частот и секторы сканирования ограничены. Существенными недостатками ФАР являются их конструктивная сложность, сложность управления, а также - высокая стоимость.

Классическая сферическая линза Люнеберга также является достаточно сложной и дорогой в производстве антенной (по данным производителя линз Люнеберга компании Matsing (сайт http://www.matsing.com/), стоимость многолучевой антенной решетки (MAP) диапазона от 1 до 10 ГГц с линзой Люнеберга диаметром 600 мм, достигает 60000$).

Поэтому актуальным является разработка и исследование новых конструкций и методов проектирования, сверхширокополосных MAP на основе плоских линз Люнеберга с возможностью полноазимутального сканирования, как более простых и дешевых, по сравнению с классической линзой сферической формы. Также весьма актуальной задачей является разработка и исследование новых конструкций многолучевых антенных решеток с

секторным сканированием на основе апланатической линзы, линзы Ротмана и линзы Люнеберга, й создание антенных элементов для этих решеток.

Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетных НИР, проводимых на кафедре радиоэлектронных устройств и систем Воронежского государственного технического университета в 2010-2013 гг. в рамках одного из основных научных направлений ВГТУ - «Разработка и исследование перспективных радиоэлектронных и лазерных устройств, систем передачи, приема, обработки и защиты информации».

Объектом исследования диссертационной работы являются сверхширокополосные многолучевые линзовые антенные системы.

Предметом исследования являются параметры и конструкции вариантов построения сверхширокополосных многолучевых антенных систем на основе плоской линзы Люнеберга, плоской линзы Ротмана и апланатической линзы.

Целью работы является разработка методики проектирования и исследование сверхширокополосных антенн с полноазимутальным коммутационным сканированием, построенных на основе плоской линзы Люнеберга, а также - сверхширокополосных антенн с широкоугольным коммутационным сканированием, выполненных на основе плоской линзы Люнеберга, линзы Ротмана и апланатической линзы, и антенных элементов для них.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач: анализа современного состояния теории и техники сверхширокополосных многолучевых линзовых антенных систем и антенн с коммутационным сканированием с целью определения существующих проблем и перспективных направлений их решения;

разработка и апробация методики проектирования сверхширокополосных антенных устройств, построенных на основе планарной линзы Люнеберга; исследование возможности реализации полноазимутального

сканирования для созданных антенн с помощью микроэлектромеханических коммутаторов;

- разработка и исследование секторных многолучевых антенных решеток на основе линзы Ротмана, апланатической линзы и плоской линзы Люнеберга;

- разработка и исследование антенных элементов для секторных многолучевых антенных решеток.

Методы исследования. При проведении исследований использовались методы анализа и синтеза антенн, методы математического моделирования, вычислительные методы технической электродинамики.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана и исследована электродинамическая модель замедляющей структуры гребенчатого типа, предназначенная для вычисления коэффициента замедления волны в плоской линзе Люнеберга, построенная на основе использования метода частичных областей Трефтца;

- разработана методика синтеза и анализа плоской линзы Люнеберга на основе импедансных структур с диэлектрическими и металлическими ребрами, характеризующейся возможностью полноазимутального сканирования в сверхширокой полосе частот, отличающаяся использованием эволюционного алгоритма на первом этапе параметрической оптимизации антенны;

- разработана методика проектирования сверхширокополосных антенн с коммутационным широкоугольным сканированием, построенных на основе печатной линзы Ротмана, планарной линзы Люнеберга и планарной апланатической линзы, отличающаяся использованием процедуры уточнения профиля синтезируемых линз, с учетом дифракционных искажений формируемого амплитудно-фазового распределения в длинноволновой области функционирования антенн;

- предложена и исследована конструкция антенны Вивальди с печатной метаматериальной линзой, образованной электрическими рассеивателями малой длины, корректирующей фазовые искажения в Е-плоскости,

позволяющая повысить коэффициент усиления антенны вплоть до 2 ч- 3 дБ в полосе частот с коэффициентом перекрытия более 3;

показана возможность реализации полноазимутального коммутационного сканирования в сверхширокой полосе частот для антенн, построенных на основе планарной линзы Люнеберга, управляемых с помощью микроэлектромеханических ключей MEMS со значениями коэффициента передачи в режиме изоляции -60 -г- -70 дБ, что, вплоть до настоящего времени, оставалось нереализуемым при использовании коммутаторов, построенных на основе p-i-n диодов.

Практическая значимость работы заключается в создании методик проектирования сверхширокополосных линзовых антенн полноазимутального и широкоугольного сканирования, а также многолучевых сверхширокополосных антенн, отличающихся высокой технологичностью.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использованы в ОСП ЗАО «ИРКОС» (г. Воронеж). Ряд результатов внедрен в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

- установлено, что для оценки величины коэффициента замедления в радиальном металлическом волноводе с импедансными стенками, характеризующимися глубиной пазов существенно менее четверти длины волны, в диапазоне частот с более чем трехкратным перекрытием, можно использовать модель аналогичной координатной структуры, построенную на основе метода частичных областей;

- выяснено, что структура в виде двух обращенных друг к другу усеченных конусов, днища которых покрыты системой концентрических металлических колец, образующих плоскую линзу Люнеберга, может являться базовой для построения многолучевой антенны, или антенны с

коммутационным сканированием в полноазимутальном пространстве или широкоугольном секторе в полосе частот с трехкратным и более перекрытием;

- установлено, что использование эволюционной процедуры уточнения профиля синтезируемых линз, с учетом дифракционных искажений формируемого амплитудно-фазового распределения, позволяет создавать сверхширокополосные антенны с коммутационным сканированием в секторе углов ±45°, нижняя рабочая частота которых определяется размером апертуры, равным трем длинам волн;

- выяснено,, что эффективным способом повышения коэффициента усиления антенны Вивальди, вплоть до 2 т 3 дБ в полосе частот с коэффициентом перекрытия более 3, является использование метаматериальной печатной линзы, состоящей из малых электрических рассеийателей, размещенных в её раскрыве;

- предложен подход к реализации полноазимутального сканирования в сверхширокой полосе частот, характеризующейся коэффициентом перекрытия 3, для планарной линзы Люнеберга, управляемой с помощью микроэлектромеханических ключей MEMS, которые, в силу высокой изоляции в выключенном режиме, слабо шунтируют радиальный волновод и не оказывают существенных искажений на формируемое фазовое и амплитудное распределение поля в раскрыве.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на следующих научных конференциях: международная конференция «Системные проблемы надежности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в инновационных проектах (ИННОВАТИКА - 2001)»; XVIII международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь»; ежегодные научно-технические конференции и семинары профессорско-преподавательского состава, научных работников, студентов и аспирантов ФГБОУ ВПО

«Воронежский государственный технический университет» (Воронеж, 2010 -2013).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 8 журналах рекомендованных ВАК РФ [13-20], в 1 журнале зарубежной печати [21] и 5 сборниках научно-технических конференций [22-26].

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 105 наименований. Основная часть работы изложена на 146 страницах, содержит 92 рисунка и 1 таблицу.

В первой главе диссертации проведен анализ современного состояния теории и техники сверхширокополосных антенных систем, построенных на основе линз Люнеберга и Ротмана. Показана актуальность создания сверхширокополосных антенн на основе планарной линзы Люнеберга с возможностью полноазимутального сканирования. Сделан вывод о перспективности создания высокотехнологичных сверхширокополосных многолучевых антенных систем с коммутационным сканированием на основе линз Люнеберга и Ротмана, а также - разработки антенных элементов, характеризующихся возможностью использования в антенных решетках • для широкоугольного сканирования.

Во второй главе разработана и апробирована математическая модель диаграммообразующей системы для антенны, построенной на основе планарной линзы Люнеберга в виде системы концентрических металлических колец, предназначенная для параметрической оптимизации линзы. Разработаны и апробированы методы построения сверхширокополосной антенны с коммутационным сканированием на основе плоской осесимметричной линзы Люнеберга, а также представлена методика проектирования линзы Люнеберга в виде системы концентрических диэлектрических колец. С помощью генетического алгоритма была проведена оптимизация структуры линзы Люнеберга, представляющей собой систему диэлектрических колец, с целью

максимизации коэффициента усиления в полосе частот с трехкратным перекрытием.

В третьей главе разработана и исследована многолучевая антенная решетка на основе линзы Ротмана и вибраторами с эллиптическими плечами в качестве антенных элементов и треугольными вырезами, корректирующими диаграмму направленности элементов в высокочастотной области. Проведен синтез и анализ антенной решетки с секторным сканированием, построенной на основе апланатической линзы, рассмотрены пути улучшения ее характеристик. Исследована возможность построения антенны с секторным сканированием на основе осесимметричной линзы Люнеберга.

В четвертой главе проведен синтез и анализ Е-образной антенны с дипольными переизлучателями, а также исследована возможность, использования этой антенны в составе антенной решетки. Разработана и исследована антенна Вивальди с метаматериальной печатной линзой в раскрыве, позволяющей повысить коэффициент усиления антенны вплоть до 2 v 3 дБ в полосе частот с коэффициентом перекрытия более 3. Исследована возможность реализации полноазимутального сканирования для планарной линзы Люнеберга с помощью микроэлектромеханических ключей MEMS с высокой изоляцией.

1. Анализ современных технологий в области проектирования и конструирования сверхширокополосных многолучевых антенных систем, а также методов математического моделирования антенн такого типа

1.1 Анализ перспективных направлений проектирования сверхширокополосных антенн на основе линзы Люнеберга

Данный подраздел посвящен анализу существующих перспективных технических решений в области проектирования сверхширокополосных антенн на основе планарной линзы Люнеберга.

Классические сферические линзы Люнеберга обладают уникальной способностью формировать сканирующий луч с любым значением угла места и азимутального угла, при этом форма диаграммы направленности остается неизменной. Однако при конструировании такой линзы возникают трудности, обусловленные технологической сложностью создания необходимого распределения коэффициента преломления вдоль радиуса сферы. Для решения этой проблемы линзу собирают из слоев с различным коэффициентом преломления, что приводит к падению точности аппроксимации закона Люнеберга. Стоит отметить, что для реализации возможности сканирования любой области пространства облучатели должны быть расположены вдоль всей поверхности сферы, а это приводит к затенению каналов противоположных облучателей [1].

Плоские же модификации линзы Люнеберга проще в производстве и потенциально имеют возможность полноазимутального сканирования пространства.

В статье [2] рассмотрена конструкция плоской линзы Люнеберга, построенная на основе печатной метаструктуры. Предложенная структура представляет собой плоское основание с расположенными на ней цилиндрическими патчами размеры, которых изменяются при движении вдоль

радиуса линзы так, чтобы получить необходимое, для правильной работы линзы Люнеберга, распределение коэффициента замедления. Для фокусировки отраженного излучения обратно в порт запитки, за ним установлен Я/4 рефрактор (м> = 10 мм, у'=5 мм). Толщина основания антенной решетки с/ = 0,7 мм, радиус 7? = 75,6 мм, минимальное расстояние между патчами 0,3 мм.

В работе предложены два конструктивных решения создания решетки: с дискретным изменением высоты волновода (рисунок 1.1) и с экспоненциально возрастающей высотой волновода (рисунок 1.2). Как видно из рисунков, для предотвращения утечки поля половина линзы окружена стенкой. Наличие такой металлической стенки приводит к незначительному искажению эффекта линзы, так как вертикальное электрическое поле на краях обращается в ноль из-за нее. Представленные конструкции линз Люнеберга проектировались для центральной частоты 13 ГГц.

б

—>р

ь2

V

Рисунок 1.1 Конструкция плоской линзы Люнеберга со скачкообразным изменением высоты волновода (/г, =2,3 мм,/г, =5.75 мм)

I к/4

V V/

I к/4

о ООО', 0 000< вООО!_ О ООО' • ООО'

• ООО» •

•ообОО

__ООО•

ОООООО•

_____________ _ЮООО о•

ОООООООООООООООО• «ОООООООООООООо •«ОООООО*

2Я

ПР V IV

Рисунок 1.2 Конструкция плоской линзы Люнеберга с экспоненциально возрастающей высотой волновода (А, =2,3 мм,\ =5.75 мм)

Основным достоинством представленных конструкций является простота изготовления, а к недостаткам можно отнести возможность работы только в узкой полосе частот (диаграмма направленности искажается особенно сильно при увеличении частоты относительно центральной), наличие фазовых искажений из-за плохого согласования апертуры и воздуха окружающей среды.

В работе [3] описана конструкция плоской печатной линзы Люнеберга в которой нужный коэффициент отражения, достигнут с помощью сети пересекающихся полосковых линий с изменяющимся углом изгиба и толщиной. Из-за ограничений производителя антенна спроектирована для работы на частоте 13 ГГц. Диаметр линзы составляет 28,6 мм, что

соответствует 12,4^ (А^ - длина волны в открытом пространстве), для обеспечения ширины луча «5°. Т.к. проектирование линзы Люнеберга основано на геометрической оптике, диаметр линзы должен быть равен как минимум нескольким длинам волн, для компенсации дифракции. Структура

линзы разделена на квадраты со сторонами длиной 1,6 мм (А/10,2), где Я = ^/72. С размерами ячеек меньше Я/10, рассматриваемая конструкция может быть описана как среда с определяемым коэффициентом отражения, следовательно, к ней применима теория эффективной среды. В качестве подложки использовался ЯоЬасеП 31Ш7 толщиной 1 мм.

Т.к. размеры ячеек и толщина подложки соизмеримы, полосковые линии не являются идеальными линиями передачи, и поэтому коэффициент отражения может не достигать значения л/2 при простом пересечении линий. Поэтому линии в центре были изогнуты для увеличения фазовой задержки. Амплитуда синусоидального изгиба уменьшается при удалении от центра, для постепенного уменьшения коэффициента отражения. При значении амплитуды изгиба равного нулю, ширина пересекающихся линий начинает увеличиваться, для дальнейшего уменьшения коэффициента отражения и достижения значения я ~ 1 на краю линзы.

Конструкция линзы может быть масштабирована для работы на более высоких частотах, для этого надо будет уменьшить толщину подложки и ширину полосковых линий.

Рассматриваемая линза Люнеберга изготовлена по стандартной технологии производства печатных плат (фотолитография). Для контакта антенны с открытым пространством используется ТЕМ-рупор с раскрывом высотой 100 мм, спроектированный так, чтобы коэффициент отражения был меньше -12 дБ на частотах 10-16 ГГц (рисунок За). Для запитки применяются микрополосковые линии обеспечивающие коэффициент отражения не больше -16 дБ на той же частоте. Линии запитки расположены на периферии линзы от -45° до 45° с шагом 15° для обеспечения возможности переключения каналов.

Реес1Ппе5

а)

1.6 тт о

б)

в)

Рисунок 1.3 Общий вид линзы Люнеберга (а). Увеличенный вид центра линзы с синусоидальным изгибом линий (б). Край линзы с переходом изогнутых линий

в плоский волновод (в)

В результате экспериментального исследования была определена ширина луча равная 5,97° и 4,34° на частотах 9 ГГц и 12 ГГц соответственно. Значение коэффициента усиления составило 16 дБ и 16,7 дБ на частотах 9 ГГц и 12 ГГц соответственно.

г

Достоинствами данной линзы Люнеберга являются высокая направленность и простота изготовления с помощью стандартных технологий производства печатных плат. В качестве недостатков стоит отметить что,, для увеличения покрытия линзы необходимо увеличить количество питающих линий, что приведет к ухудшению развязки портов, а также невозможность реализации полноазимутального сканирования для этой антенны.

На основе приведенных выше материалов можно сделать вывод о перспективности создания линзы Люнеберга с возможностью

полноазимутального сканирования, при этом избавленной от эффекта затенения каналов:

1.2 Анализ перспективных направлений проектирования сверхширокополосных антенн на основе линзы Ротмана

Данный подраздел посвящен анализу существующих перспективных направлений в области проектирования и конструирования сверхширокополосных многолучевых антенных решеток на основе линзы Ротмана. При проведении анализа уделялось внимание используемым антенным элементам в составе решеток.

В статье [4] представлена линза Ротмана на тонкопленочной подложке для работы в миллиметровом диапазоне. Построенная линза Ротмана (Рисунок 1.4) обладает 4 портами лучей, 8 портами решетки, и 4 балластными портами. Балластные порты используются для уменьшения собственных помех возникающих из-за отражений внутри линзы, для этой же цели длинна боковых стенок была минимизирована. Дуга решетки рассматриваемой линзы Ротмана была спроектирована без балластных портов с целью минимизации вносимых потерь. Линза использовалась как фидер для 8 линейных антенных решеток разнесенных на расстояние 0.5Я. Усилитель мощности, с коэффициентом усиления более 10 дБ, находится перед коммутатором из-за потерь, возникающих при передаче сигнала и при переключении каналов.

Рисунок 1.4 Линза Ротмана на тонкопленочной подложке

f

Экспериментальное исследование этой линзы проводилось на частоте 60 ГГц. Измерения показали следующие углы поворота луча -20°, -6°, +4°, +18° и ширину луча на половинной мощности равную 11°-35°. Также были получены значения коэффициента усиления, примерно равные 18 дБ, при уровне боковых лепестков 7.3 дБ.

В статье [5] описана линза Ротмана возбуждаемая поверхностной ТМ-волной. Линза (рисунок 1.5) конструировалась с использованием материала Rogers R03010. Она оснащена 5 портами луча (В2-В6), 5 портами решетки (А2-А6) и 4 балластными портами (В 1, В7, Al, А7) нагруженными на сопротивление 50 Ом. Для возбуждения поверхностной волны использовалась антиподальная коническая (сужающаяся) щелевая структура, соединенная с линзой так, чтобы получить вертикальную, относительно диэлектрической пластины, поляризацию.

Hi

Рисунок 1.5 Линза Ротмана возбуждаемая поверхностной ТМ-волной

Исследование проводилось в полосе частот от 15 до 25 ГГц. Ширина главного лепестка для портов луча 3, 4 и 5 составила 19.8°, 18.72° и 19.62° соответственно. Доля переданной мощности от порта луча 4 на все порты решетки была на уровне 15 - 30% в полосе частот 18-23 ГГц. Достоинством линзы Ротмана возбуждаемой ТМ-волной являются низкие диэлектрические потери и малые потери в проводнике. К недостаткам можно отнести относительно большой продольный компонент электрического поля, который может привести к отклонению луча, если значение рабочей частоты будет сильно удалено от центральной частоты.

В статье [6] описана конструкция антенного устройства построенного на основе линзы Ротмана, выполненной на высокоомной кремневой (HRS) пластине, предназначенного для работы в персональных беспроводных сетях (WPAN). Процесс изготовления данной линзы включает в себя полировку, окисление, золотую металлизацию, травление и литографию. В процессе полировки толщина пластины высокоомного кремния равная 625 мм (с сопротивлением больше 10 кОм) была уменьшена до 300 мм.. Окисление пластины проводилось с целью получения слоя оксида кремния толщиной 1,5 мм, частично поглощающего поверхностную волну. После окисления, на обе стороны пластины путем химического парофазного осаждения нанесли слой золота толщиной 0,8 мм. Представленная антенна может быть выполнена и на других подложках, например на низкотемпературной совместно обжигаемой керамике (LTCC), кварцевом стекле или оксиде алюминия с микрополосковой структурой. Внешний вид полученного антенного устройства изображен на рисунке 1.6, на котором приняты следующие обозначения: beam ports - порты лучей, dummy ports - балластные порты, antennas - .антенны, holes - воздушные отверстия.

Рисунок 1.6 Линза Ротмана на высокоомной подложке

Габаритные размеры линзы составляют 19,6x20 мм, для запитки использовались микрополосковые линии с сопротивлением 50 Ом. Балластные порты подключены к слою поглощающего электромагнитное излучение материала, вместо обычно используемых резисторов. В качестве антенных элементов использовались микрополосковые патч-антенны (с сопротивлением равным 220 Ом) для согласования, которых применялся четвертьволновый трансформатор. Ширина патча равняется 0.9 мм, длинна 0.53 мм, а расстоянии между антенными элементами равно 0.5/1. Вокруг патч-антенн сделаны периодические повторяющиеся воздушные отверстия для подавления поверхностной волны при возмущении границы между воздухом и кремнием.

Измерения параметров антенны проводились в полосе частот от 55 до 65 ГГц. Эффективность линзы Ротмана составила от 50 % до 70 %. Другими словами от 50% до 70% мощности от портов лучей было передано на порты решеток, причем потери от высокоомной кремниевой подложки были пренебрежимо малы по сравнению с поглощением волны в балластных портах. Главными недостатками описанной конструкции являются высокая цена и сложность изготовления.

В работе [7] представлена конструкция линзы Ротмана для сверхширокополосных антенных систем (рисунок 1.7). В качестве подложки использовался ЯТ/ёиго1с1 бОЮЬМ с диэлектрической проницаемостью 10.6 и толщиной 1.27 мм. Размеры линзы составили 19.5x15.2 см. В качестве антенных элементов использовались антенны Вивальди.

Измерение рабочих характеристик антенной системы проводилось в полосе частот от 1 Гц до 10.6 ГГц. Результаты показали, что эффективность линзы падает при движении от центрального порта к крайнему. Также на частотах больше 7 ГГц возникает паразитное излучение из-за появления высших мод, а паразитное излучение на частотах около 1 ГГц обусловлено тем, что линза Ротмана начинает работать как патч-антенна. Взаимное влияние соседних портов лучей практически полностью исчезает с ростом частоты, но на низких частотах оно является главным ограничивающим фактором эффективности антенны. Для центрального порта паразитное излучение и энергия, направленная в балластные порты, существенно меньше,, чем у крайнего порта. Потери в проводнике и в диэлектрике для центрального и крайнего портов практически одинаковые.

Рисунок 1.7 Линза Ротмана в составе антенной решетки из антенн Вивальди

В статье [8] описана конструкция компактной антенной решетки на основе двухслойной линзы Ротмана, спроектированной для работы на частоте 24 ГГц. Структура этой линзы состоит из слоя металла, слоя диэлектрика, общего заземления, еще одного слоя диэлектрика и нижнего металлического слоя. Сама линза Ротмана расположена на нижнем слое, а соединенные с ней антенные элементы расположены на верхнем. Подобная двухслойная конструкция позволяет не только уменьшить размеры антенного устройства, но и минимизировать потери в линиях задержки, из-за их меньшей извилистости и малой длины.

Предложенная линза имеет 7 портов решетки, 5 портов лучей и 6 балластных портов. Она выполнена на подложке R03003 с диэлектрической проницаемостью 3, толщиной 0.508 мм, и тангенсом угла диэлектрических потерь 0.0013. Расстояние между антеннами равно 0.6Я на частоте 24 ГГц. Габаритные размеры всей линзы составили 75 на 80 мм. Все порты, кроме портов решетки, подключены к SMA разъемам, гарантировано работоспособным на частотах вплоть до 26 ГГц.

В качестве антенных элементов использовалась последовательно запитываемая микрополосковая патч-антенна. Каждая решетка патч-антенн состоит из 4 патчей, ширина каждого из них равна 4.4 мм, длина 3.4 мм, расстояние между ними 3 мм. Макет рассматриваемого антенного устройства изображен на рисунке 1.8.

а)

б)

Рисунок 1.7 Двухслойная линза Ротмана с патч-антеннами: а) нижний слой с самой линзой Ротмана; б) верхний слой с решеткой из патч-антенн.

Экспериментальное исследование характеристик показало следующие значения эффективности (отношение мощности получаемой на всех портах решетки к мощности, подаваемой на один порт лучей) для 1, 2, и 3 портов лучей - 32.3 %, 48.5 %, 50.8 %. Низкая эффективность крайнего порта вполне очевидна, т.к. центральный порт лучей имеет тенденцию передавать большую часть мощности на порты решетки, а не на балластные порты. Также эксперимент показал лишь незначительное отклонение направления луча и его ширины от расчетного значения.

В статье [9] предложена линза Ротмана изготовленная по технологии волновода с интегрированной подложкой (Substrate Integrated Waveguide -SIW). Структура SIW представляет собой прямоугольный волновод, образованный в диэлектрической подложке с помощью металлизированных отверстий. Линза проектировалась для центральной частоты 28.5 ГГц и изготавливалась на подложке из материала Rogers5880 толщиной 0.508 мм и диэлектрической проницаемостью 2.2. Она обладает 7 входными портами лучей и 9 выходными портами решетки, балластные порты для подавления боковых лепестков нагружены на резисторы с сопротивлением 50 Ом.

Данная линза предназначена для работы на ТЕ-волне, продольные и поперечные компоненты которой, в волноводных структурах зависят не только от координаты в пространстве, но и от частоты. Эта особенность ТЕ-волн может привести к отклонению угла луча при изменении частоты, однако, при возбуждении ТЕ-волной низших порядков это отклонение незначительно.

Для построения более компактной линзы Ротмана использовались фазовращатели изготовленные по технологии Также как и в обычных

волноводах постоянная распространения /3 в 81\¥ зависит от ширины волновода. Т.о. сдвиг фаз достигается простым изменением ширины волновода. Наличие дисперсии в волноводе позволяет предположить, что волна распространяется медленнее в широком волноводе 81\¥, что дает задержку фазы. Т.к. кривые зависимости постоянной распространения от ширины 81\У практически параллельны друг другу, фиксированные задержки фаз могут быть получены в широкой полосе частот. Используя это свойство можно получить необходимый сдвиг фаз, изменяя расположения отверстий так, чтобы сформировать структуру 81\¥ с переменной шириной (рисунок 1.8).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Ш|1!|'11'!1||||1|1!|||!1|!|!1|1|||||1111.:)М ¡Н11||1||1|||1[|1|||||1|Ш1)1Ш11Ш|||!1111Н!!11|||||||||

Рисунок 1.8 Линза Ротмана изготовленная по технологии волновода с интегрированной подложкой (81\¥)

В качестве антенных элементов использовалась антенные решетки, реализованные по технологии SIW [10], состоящие из 9 линейных щелевых антенн, каждая из которых состоит из 4 щелей. Длина щели - 4.37 мм, ширина -0.78 мм, расстояние между центрами щелей 6.048 мм.

Измерение характеристик описываемого антенного устройства проводилось в полосе частот от 26 ГГц до 32 ГГц. На центральной частоте 28.5 ГГц коэффициент отражения не принимает значение выше -15 дБ для всех портов. Измеренная эффективность на центральной частоте составила 19.8%, 39.7%, 47.8%), 56.4%) для портов с 1 (крайний) по 4 (центральный) соответственно. Коэффициенты усиления для тех же портов приняли значения 13.8 дБ, 17.0 дБ, 17.8 дБ, 18.5 дБ.

Таким образом, исходя из представленных выше материалов, можно сделать вывод о перспективности создания недорогой и простой в изготовлении антенной решетки на основе линзы Ротмана. Также перспективным направлением исследований является разработка для таких решеток антенных элементов способных работать в широкой полосе частот.

1.3 Исследование возможности использования метода конечного интегрирования для моделирования сверхширокополосных антенн, построенных на основе линзы Люнеберга и линзы Ротмана в пространственно-временной области

Важным элементом в процессе проектирования антенн является математическое моделирование, позволяющее определить рабочие характеристики проекта без создания опытного образца, и по результатам внести необходимые коррективы в конструкцию.

Одним из наиболее широко распространенных методов моделирования сверхширокополосных (СШП) антенн является метод конечного интегрирования (англ. FIT - Finite Integration Technique). Созданные на основе

этого метода САПР (CST Microwave Studio, FEKO и т.д.) способны решать широкий круг прикладных задач электродинамики [11].

Метод конечного интегрирования (МКИ), создан Томасом Вейландом в 1977 году и представляет собой интегральные уравнения Максвелла, приведенные в дискретную форму, легко реализуемую на ЭВМ и позволяющую решать широкий круг электромагнитных задач для моделируемых реальных структур даже с очень сложной геометрией, в том числе антенн на основе линз Ротмана и Люнеберга. Также данная методика может применяться во всех типах координатных сеток как ортогональных, так и неортогональных [12].

Начинается вывод МКИ с ограничения электромагнитной задачи, которая обычно является задачей с открытыми границами, ограниченной областью Q е R3, содержащей пространственную область задачи. Далее требуется разбить расчетную область Q на конечное число ячеек Vt, имеющих форму четырехгранника или шестигранника, с условием, что все ячейки точно прилегают друг к другу (не пересекаются и не оставляют щелей).. Это разбиение дает расчетную сетку, представляющею собой группу ячеек G. Стоит отметить, что каждая грань ячеек имеет направление, так что объединение этих ячеек может быть описано как направленных граф [12].

Для простоты описания МКИ примем, что расчетная область Q имеет форму куба, и создание сетки проводится в декартовой системе координат так, что мы получим следующую группу ячеек

где узловые точки (х,,у ,гк) пронумерованы в соответствии с координатами /,у, А: вдоль осей [12].

(1.1)

В ходе описания МКИ будем рассматривать область одной ячейки Уп

(рисунок 1.9) так, как этого требует применяемая теории конечного интегрирования. Закон Фарадея в интегральной форме

[| Е{г, t)^'ds = -^—B(r1t)^dA УАеЯ\ (1.2)

дЛ Л ™

может быть преобразован для граней Лг(/,у',А:) ячейки Уп в форму простого дифференциального уравнения

(/, у, к) + еу (г +1, у, к) - ех (/, у +1 ,к) - еу (/, у, к) =

а * (1.3)

= —-6_-(г,у,£),

где

Ьг(1^,к)= I Е-йз (1.4)

представляет собой точное значение интеграла от электрического поля

вдоль грани Д.(/,у',А:), и является электрическим напряжением вдоль этой грани. Формула

л

Заключение диссертации по теме «Антенны, СВЧ устройства и их технологии», Фёдоров, Сергей Михайлович

4.4. Выводы по четвертой главе

Разработана и исследована широкополосная Е-образная микрополосговая антенна с дипольными переизлучателями, установленными для расширения рабочей полосы частот, при этом обладающая малыми размерами в вертикальной плоскости. Исследована возможность использования предложенной антенны в составе антенных решеток.

Разработано техническое решение, предназначенное для улучшения рабочих характеристик антенны Вивальди, а именно для компенсации фазовых искажений и увеличения коэффициента усиления, заключающееся в размещении печатной линзы в раскрыве антенны. Исследованы характеристики антенной решетки составленной из предложенных антенн Вивальди с печатной линзой.

Исследована возможность реализации полноазимутального сканирования для антенны, построенной на основе плоской осесимметричной линзы Люнеберга, с помощью МЭМС переключателей. Для сравнения был исследован вариант построения полноазимутальной планарной линзы Люнеберга с использованием РБЧГ-диодов.

Заключение

В диссертации разработана методика проектирования сверхширокополосных антенн с полноазимутальным и широкоугольным коммутационным сканированием, построенных на основе плоской линзы Люнеберга, линзы Ротмана и апланатической линзы, а также антенных элементов для них, основанная на использовании двухэтапной процедуры параметрической оптимизации (первым этапом которой является использование генетического алгоритма, а вторым - использование локальной процедуры оптимизации), модели замедляющей структуры, построенной с использованием метода частичных областей Трефтца, а также метода конечного интегрирования Вейланда, реализованного в пространственно-временной области.

В качестве первого приближения геометрии и материальных свойств использовались данные, полученные с помощью простых физических моделей анализируемых структур, основанных на одномодовом приближении.

Предложены и исследованы конструкции сверхширокополосных антенн с коммутационным сканированием, а также элементы для антенных решеток с полноазимутальным и широкоугольным сканированием, отличающиеся высокой технологичностью.

В диссертации получены следующие основные результаты.

1. Разработана и исследована модель диаграммообразующей схемы сверхширокополосной антенны на основе плоской линзы Люнеберга, построенная на основе использования метода частичных областей, позволившая выяснить, что для оценки величины коэффициента замедления в радиальном металлическом волноводе с импедансными стенками, характеризующимися глубиной пазов существенно менее четверти длины волны, в диапазоне частот с более чем трехкратным перекрытием, можно использовать модель аналогичной координатной структуры.

2. Разработана методика проектирования плоской линзы Люнеберга на основе импедансных структур с диэлектрическими и металлическими ребрами, характеризующейся возможностью полноазимутального сканирования! в сверхширокой полосе частот, основанная на использовании двухэтапной процедуры оптимизации, включающей в себя процедуры глобального и локального поиска варьируемых параметров, давшая возможность подтвердить тот факт, что диаграммообразующая схема в виде радиального волновода с импедансными стенками, может использоваться в многолучевых антеннах, а также - в антеннах с коммутационным сканированием, функционирующих в полосе частот с коэффициентом перекрытия 3 и более. Установлено, что эффективным путем уменьшения уровня боковых лепестков в азимутальной плоскости является увеличение длины конического рупорного раскрыва.

3. Разработана методика проектирования сверхширокополосных антенн с коммутационным широкоугольным сканированием с диаграммообразующими схемами, реализованными на основе печатной линзы Ротмана, • планарной линзы Люнеберга и планарной апланатической линзы, учитывающая и компенсирующая дифракционные искажения поля в длинноволновой области, использование которой позволило реализовать 90-градусный сектор коммутационного сканирования при ширине главного лепестка на высокой частоте рабочего диапазона 5 + 6 градусов, при этом на нижней рабочей частоте апертура антенны составляет всего лишь 3Л0.

4. Предложен и исследован эффективный способ компенсации фазовых искажений в раскрыве антенны Вивальди, основанный на использовании печатной метаматериальной линзы с формой огибающей, близкой к гиперболе, состоящей из металлических полосок, длина которых составляет от (1/30)А0 до (1/Ю)Д0 в рабочем диапазоне частот, использование которой позволят повысить коэффициент усиления антенны вплоть до 2 ч- 3 дБ в высокочастотной области функционирования антенны. Показано, что подобные антенные элементы являются перспективными для использования в составе сверхширокополосных антенных решеток с широкоугольным сканированием.

5. Решена задача реализации полноазимутального коммутационного сканирования в сверхширокой полосе частот для антенны с коническим рупорным раскрывом и диаграммообразующей схемой на основе планарной линзы Люнеберга, управляемой с помощью микроэлектромеханических ключей MEMS, что оказалось возможным благодаря появлению образцов приборов с высокими значениями развязки в режиме размыкания (вплоть до -60 -f -70 дБ).

6. Предложен подход к построению широкополосной патч-антенны Е-образного профиля с дипольными переизлучателями, обладающей стабильным коэффициентом усиления, превышающим 8.5 дБ в полосе частот свыше 20%, возможными технологиями изготовления которой являются технология производства печатных плат, или лазерная резка. Благодаря стабильным направленным свойствам антенны и концентрации поля между Е-образным полоском и подстилающей поверхностью, антенна является перспективной, для использования в широкополосных антенных решетках с широкоугольным сканированием.

7. Методика проектирования сверхширокополосных антенн с коммутационным сканированием на основе плоских линз Люнеберга и Ротмана внедрены в ОСП ЗАО «ИРКОС» (г. Воронеж). Материалы исследований использованы в курсе лекций по дисциплине «Устройства СВЧ и антенны» для студентов специальности «Радиотехника» Воронежского государственного технического университета, а также - при курсовом и дипломном проектировании.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фёдоров, Сергей Михайлович, 2013 год

Литература

1. Банков С.Е. Двухслойная планарная линза Люнеберга // Журнал радиоэлектроники. 2012. № 12. С 1-25.

2. M. Bosiljevac, M. Casaletti, F. Caminita, Z. Sipus, S. Maci, "Non-uniform metasurface Luneburg lens antenna design," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 60, no. 9, pp. 4065-4073, Sep. 2012.

3. C. Pfeiffer, A. Grbic, "A Printed, Broadband Luneburg Lens Antenna," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 58, no. 9, pp. 3055-3059, Sep. 2010.

4. Jangsoo Lee, Sangbok Park, Saengseub Song, Sanghyo Lee, Joonho So, Youngwoo Kwon, Kwangseok Seo, Changyul Cheon, "Development of a V-band Rotman Lens using thin-film substrate with a flip-chip interconnection," Antennas and Propagation Society International Symposium, pp. 1-4, July 2008.

5. Jaeheung Kim, Çhul Soon Park, Seungwook Mi, "TM mode surface wave excited dielectric slab Rotman lens," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 6, pp. 584-587, 2007.

6. Woosung Lee, Jaeheung Kim, Choon Sik Cho, Young Joong Yoon, "Beamforming lens antenna on a high resistivity silicon wafer for 60 GHz WPAN," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 58, pp. 706-713, March 2010.

7. A. Lambrecht, S. Beer, T. Zwick, "True-time-delay beamforming with a Rotman-lens for ultrawideband antenna systems," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 58, pp. 3189-3195, Oct. 2010.

8. Woosung Lee, Jaeheung Kim, Young Joong Yoon, "Compact Two-Layer Rotman Lens-Fed Microstrip Antenna Array at 24 GHz," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 59, pp. 460-466, Feb. 2011.

9. Cheng, Yu.J., Wei Hong, Ke Wu, Kuai, Z.Q., Chen Yu, Chen, J.X., Zhou J.Y., Tang, H.J., "Substrate Integrated Waveguide (SIW) Rotman Lens and Its Ka-Band Multibeam Array Antenna Applications," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 56, pp. 2504-2513, Aug. 2008.

10. L.Yan, W. Hong, G. Hua, J. X. Chen, K.Wu, and T. J. Cui, "Simulation and experiment on SIW slot array antennas," IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 14, no. 9, pp. 446-449, Sep. 2004.

11. Мещеряков И.И. Оптимизация параметров излучателей сверхкоротких импульсов. - Автореф. канд. дисс. Воронеж. 2012.

12. Куру шин A.A. Проектирование СВЧ устройств в среде CST Microwave Studio/ A.A. Курушин, А.Н. Пластиков - М. Издательство МЭИ, 2010.- 160 с.

13. Ашихмин A.B., Винников В.И., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Фёдоров С.М., Исследование возможности компенсации фазовых искажений в раскрыве антенны Вивальди с помощью печатной линзы // Радиотехника №2, 2012. С. 92-97.

14. Антипов С.А., Ашихмин A.B., Негробов В.В., Фёдоров С.М., Экспериментальное исследование сверхширокополосной антенны, построенной на основе модификации плоской линзы Люнеберга // Вестник ВГТУ: № 3, 2012 -С. 113-118.

15. Панычев С.Н., Пастернак Ю.Г., Рыжиков А.Г., Фёдоров С.М., Обзор принципов построения излучающих устройств с возможностью формирования нескольких лучей // Вестник ВГТУ № 7-1, 2012 - С. 126-129.

16. Зеленин И.А., Рыжиков А.Г., Фёдоров С.М., Антенная решетка на основе линзы Ротмана // Вестник ВГТУ № 11, 2012 - С. 102-105.

17. В.И. Винников, A.B. Останков, Ю.Г. Пастернак, Фёдоров С.М., Обзор современных методов построения квазифрактальных излучающих структур // Вестник ВГТУ: ФГБОУВПО ВГТУ-Воронеж № 5, 2011 - С. 55-59.

18. Антипов С.А., Негробов В.В, Фёдоров С.М., Использование гибридных печатных антенн для построения линейных приемных антенных решеток // Вестник ВГТУ: ФГБОУВПО ВГТУ-Воронеж № 12-1, 2011 - С. 119122.

19. Ашихмин A.B., Винников В.И., Власов М.Ю., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А., Сысоев Д.С., Фёдоров С.М., Исследование

перспективных путей создания радиопеленгаторных антенных решеток на основе сверхширокополосных печатных элементов // Журнал «Радиотехника» №2,2012. С. 97-104.

20. Панычев С.Н., Фёдоров С.М., Обзор методов построения квазифрактальных антенных решеток // Вестник ВГТУ: ФГБОУВПО ВГТУ-Воронеж № 4, 2012 - С. 32-35.

21. Makarov E.S., Fedorov S.M., "Broadband E-shaped microstrip atenna with dipole re-radiators," Microwave and Optical Technology Letters. 2012, T. 54, № 8, pp. 1785-1788.

22. A.B. Ашихмин, М.Ю. Власов, B.B. Негробов, Ю.Г. Пастернак, Ю.А. Рембовкий, Д.С. Сысоев, Фёдоров С.М., Полноазимутальная антенная решетка с коммутационным сканированием на основе модификации плоской линзы Люнеберга // Системные проблемы надежности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в инновационных проектах (ИННОВАТИКА - 2001) / Материалы Международной конференций и Российской научной школы. Часть 2 - М. Энергоатомиздат, 2011. - С. 177-179.

23. A.B. Ашихмин, М.Ю. Власов, В.В. Негробов, Ю.Г. Пастернак, Ю.А. Рембовкий, Д.С. Сысоев, Фёдоров С.М., Моделирование антенн для построения пеленгаторной антенной системы диапазона 3-8 ГГц // Системные проблемы надежности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в инновационных проектах (ИННОВАТИКА - 2001) / Материалы Международной конференции и Российской научной школы. Часть 2 - М. Энергоатомиздат, 2011. - С. 188-191

24. A.B. Ашихмин, В.В. Негробов, Ю.Г. Пастернак, Федоров С.М., Исследование вариантов построения полноазимутальной антенной решетки с коммутационным сканированием на основе плоской линзы Люнеберга // Проектирование радиоэлектронных и лазерных устройств и систем: меж.-вуз. сб. науч. тр. Воронеж: «Воронежский государственный технический университет», 2011. С. 24-33.

25. Ашихмин А.В., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Фёдоров С.М., Анализ характеристик сверхширокополосных осесимметричных антенн с веерной диаграммой направленности // XVIII международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж. 2012, Т. 2, С. 885-895.

26. Ашихмин А.В., Винников В.И., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Фёдоров С.М., Исследование возможности улучшения направленных свойств антенны Вивальди с помощью печатной линзы из электрически малых рассеивателей // XVIII международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж. 2012, Т. 2, С. 896-903.

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

432 с.

28. Ашихмин А.В., Власов М.Ю., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Сысоев Д.С. Полноазимутальная антенная решетка с коммутационным сканированием на основе модификаций плоской линзы Люнеберга // Труды РНТОРЭС им. А.С.Попова. Серия: "Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации". Выпуск: IV.-M., 2011.С. 64-67.

29. Силин Р.А., Сазонов В.П. Замедляющие системы. М.: Сов. радио. 1966. 632 с.

30. Негробов В.В. Проектирование сверхширокополосных приемных антенных систем с учетом дифракционных искажений структуры измеряемого поля. - Автореф. канд. дисс. Воронеж. 2011.

31. Юдин В.И. Техническая электродинамика. Свободные электромагнитные волны: Учеб. пособие, 1988, 159 с.

32. Mosallaei Н., Rahmat-Samii Y., "Nonuniform Luneburg and two-shell lens antennas: radiation characteristics and design optimization," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol. 49, no. 1, pp. 60-69, Jan 2001

33. Jinghui Qiu, Shu Lin, Shuo Gu, "The comparison between Luneburg lens and Single Medium Spherical Lens," Antennas and Propagation Society International Symposium 2006, IEEE, pp. 3365-3368, July 2006

34. Dhouibi A., Burokur S.N., de Lustrac A., Priou A., "Compact Metamaterial-Based Substrate-Integrated Luneburg Lens Antenna," Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE, vol. 11, pp. 1504-1507, 2012

35. Liang Xue, Cantu H.I., Fusco V.F., "Two-Dimensional Luneburg Lens RCS Augmentation using MMIC Reflection Amplifier," pp. 81-84, Apr 2007

36. Mirkamali A., Laurin J., "Two dimensional Luneburg lens implemented with a loaded wire grid," Antennas and Propagation (APSURSI), 2011 IEEE International Symposium on, pp. 1773-1776, July 2011

37. Mosallaei H., Rahmat-Samii Y., "Non-uniform Luneburg lens antennas: a design approach based on genetic algorithms," Antennas and Propagation Society International Symposium, 1999. IEEE, vol.1, pp. 434-437, July 1999

38. Demetriadou A., Yang Hao, "A Grounded Slim Luneburg Lens Antenna Based on Transformation Electromagnetics," Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE, vol. 10, pp. 1590-1593, 2011

39. Min Liang, Wei-Ren Ng, Kihun Chang, Gehm M.E., Hao Xin, "An X-band Luneburg Lens antenna fabricated by rapid prototyping technology," Microwave Symposium Digest (MTT), 2011 IEEE MTT-S International, pp. 1-4, June 2011

40. Xue L., Fusco V., "Patch-fed planar dielectric slab waveguide Luneburg lens," Microwaves, Antennas & Propagation, IET, vol. 2, no. 2, pp. 109-114, March 2008

41. Zhengquan Gong, Wei Shi, "Design problems for stepped-index Luneburg lens antennas," Microwave, Antenna, Propagation and EMC Technologies for Wireless Communications, 2005. MAPE 2005. IEEE International Symposium on, vol. 1, pp. 165-168, Aug. 2005

42. Xue L., Fuse, V.F., "24 GHz automotive radar planar Luneburg lens," Microwaves, Antennas & Propagation, IET, vol. 1, no. 3, pp. 624-628, June 2007

43. Wu Lingling, Tian Xiaoyong, Ma Huifeng, Yin Ming, Li Dichen, "Broadband flattened Luneburg lens with ultra-wide angle based on a liquid medium," Applied Physics Letters, vol. 102, no. 7, pp. 074103 - 074103-4, Feb 2013

44. Matytsine L., Lagoiski P., Matytsine M., Matitsine S., "Large size, lightweight, Luneburg Lenses for multi-beam antenna applications," Antennas and Propagation (EUCAP), 2.012 6th European Conference on, pp. 2266-2270, March 2012

45. A. Chipperfield, P.Fleming, H. Pohlheim, C. Fonseca, "Genetic Algorithm toolbox user's guide," Department of automatic control and system engineering university of Sheffield, p. 94

46. Wei Juan, Wang Ping, "Optimization of Fuzzy Rule Based on Adaptive Genetic Algorithm and Ant Colony Algorithm," Computational and Information Sciences (ICCIS), 2010 International Conference on, pp. 359-362, 17-19 Dec. 2010

47. Johnson J.M., Rahmat-Samii Y., "Genetic algorithm optimization and its application to antenna design," Antennas and Propagation Society International Symposium, 1994. AP-S. Digest, pp. 326-329, Vol. 1, 20-24 June 1994

48. Johnson J.M., Rahmat-Samii Y., "Genetic algorithm optimization for aerospace electromagnetic design and analysis," Aerospace Applications Conference, 1996. Proceedings., 1996 IEEE, pp. 87-102, Vol. 1, 3-10 Feb 1996

49. Маторин A.B. Исследование и разработка антенных решеток на основе численных методов математического моделирования и синтеза, многоэлементных тонкопроволочных излучающих структур и устройств СВЧ. -Автореф. докт. дисс. Рязань 202

50. J. Nocedal and S. J. Wright, "Numerical optimization," Springer, 2006.

51. Le Feng, Gutvik C.R., Johansen T.A., Sui D., "Barrier function nonlinear optimization for optimal Decompression of divers," Decision and Control, 2009 held jointly with the 2009 28th Chinese Control Conference. CDC/CCC 2009. Proceedings of the 48th IEEE Conference on, pp. 1800-1805, 15-18 Dec. 2009

52. Hauser J., Saccon A., "A Barrier Function Method for the Optimization of Trajectory Functionals with Constraints," Decision and Control, 2006 45th IEEE Conference on, pp. 864-869, 13-15 Dec. 2006

53. Roy R., Godavart R.A., Thompson A.B., Sevick-Muraca E.M., "Penalty/modified barrier function method for diagnostic imaging using area and

point illumination geometries in fluorescence-enhanced optical tomography," Biomedical Imaging: Nano to Macro, 2004. IEEE International Symposium on, pp. 1095-1098, Vol. 2, 15-18 April 2004

54. C. Metz, J. Grubert, J. Heyen, A.F. Jacob, S. Janot, E. Lissel, G. Oberschmidt, and L.C. Stange, "Fully integrated automotive radar sensor with versatile resolution", Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on, vol. 49, pp. 2560-2566, 2001.

55. D. Archer, "Lens-fed multiple beam arrays", Microwave Journal, vol. 27, pp. 171-172, 1984.

56. Rotman, W. and Turner, R., "Wide-Angle Microwave Lens for Line Source Applications," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 11, no. 6, pp. 623-632, Nov. 1963.

57. Hansen, R.C., "Design Trades for Rotman Lenses," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 39, no. 4, pp. 464-472, April 1991.

58. Singhal, P. K. Sharma, P. C. Gupta, R. D., "An overview of design and analysis techniques of Rotman type multiple beam forming lens and some performance results," IE (I) Journal.ET, pp. 52-58, Jan. 2004.

59. G L Leonakis, "Correction to Wide Angle Microwave Lens for Line Source Applications," IEEE Transactions on Antenna Propagation, vol 36, no 8, p 1067, Aug. 1986

60. Junwei Dong, Amir I. Zaghloul, "Hybrid Ray Tracing Method for Microwave Lens Simulation," IEEE Transactions on Antenna Propagation, vol 59, no 10, pp. 3786-3796, Oct. 2011

61. Ашихмин A.B., Негробов A.B., Негробов B.B., Пастернак Ю.Г., Попов И.В., Рембовский Ю.А. Исследование кольцевой радиопеленгаторной антенной решетки, состоящей из экспоненциально расширяющихся щелевых элементов, нагруженных широкополосными электрическими вибраторами. // Антенны. 2010. №6(157). С. 60-66.

62. Ашихмин А.В., Негробов А.В., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Попов И.В., Рембовский Ю.А. Экспериментальное исследование кольцевой

радиопеленгаторной гибридной антенной решетки в сверхшироком диапазоне волн. // 16-я международная НТК «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж. Изд-во ВГУ. 2010. Т. 2. С. 1634-1645.

63. Фрадин А.З. Антенны сверхвысоких частот. М.: Советское радио, 1957г., 652 с.

64. R. Kingslake, "Lens design fundamentals," Academic Press, New York,

1978.

65. Thomas A. Milligan, "Modern antenna design," Wiley-IEEE press, 2 edition, 2005, 632 p.

66. Rotman W., "Analysis of an EHF aplanatic zoned dielectric lens antenna," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol. 32, no. 6, pp. 611-617, Jun 1984

67. Cloutier G., Bekefi G., "Scanning characteristics of microwave aplanatic lenses," Antennas and Propagation, IRE Transactions on, vol. 5, no. 4, pp. 391-396, October 1957

68. Belostotsky A.L., Leonov A.S., "Design of aplanatic waveguide Fresnel lenses and aberration-free planar optical. systems," Lightwave Technology, Journal of, vol. 11, no. 8, pp. 1314-1319, Aug 1993

69. . K.-L. Wong, "Compact and Broadband Microstrip Antennas," John Wiley & Sons, Inc., New York, 2002.

70. G. Kumar, K. P., "Ray Broadband Microstrip Antennas," Artech House, Inc, 2003.

71. Wong K.-L. "A broadband rectangular patch antenna with a pair of wide slits," / K. L. Wong, W. H. Hsu // IEEE Trans. Antennas Prop. 49, Sept. 2001. - pp. 1345-1347

72. Deshmukh A.A., Parulekar M., Kadam S., Kadam A., Ray, K.P., "Broadband proximity fed modified E-shaped microstrip antenna," Communications (NCC), 2011 National Conference on, pp. 1-5, Jan. 2011

73. Wei Lin, Xiao-qiang Xie, Yan Bo, Lin Feng, "Design of a broadband E-shaped microstrip antenna," Cross Strait Quad-Regional Radio Science and Wireless Technology Conference (CSQRWC) 2011, vol. 1, pp. 386-388, July 2011

74. Yufeng Wang, "A series feed E-shaped microstrip antenna with high gain," Antennas, Propagation & EM Theory (ISAPE), 2012 10th International Symposium on, pp. 17-178, Oct. 2012

75. Ali Z., Singh V.K., Singh A.K., Ayub S., "E-Shaped Microstrip Antenna on Rogers Substrate for WLAN Applications," Computational Intelligence and Communication Networks (CICN), 2011 International Conference on, pp. 342-345, Oct. 2011

76. Abd-Elrazzak M.M., Al-Nomay I.S., "A Modified E-Shaped Microstrip Antenna for Ultra Wideband Wireless Systems," Radio Science Conference, 2007. NRSC 2007. National, pp. 1-6, March 2007

77. Yangvesson K.S., Schaubert D.H., Korzeniowsky T.L., etc. Endfire tapered slot antennas on dielectric substrates // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1985. № 12 (33). P. 1392-1400.

78. Yangvesson K.S., Johansson J.F., Kollberg E.L. A new integrated slot element feed array for multibeam systems // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1986. № 11 (34). P. 1372-1376.

79. Popovic N. Novel feedline for lineary tapered slotline antenna (LTSA) // Electron. Lett. 1986.№ 24 (23). P. 1285-1286.

80. Janaswamy R., Schaubert D. Analysis of the tapered slot antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1987. № 9 (35). P. 1058-1065.

81. Li Tianming, Rao Yuping, Niu Zhongxia Analysis and Design of UWB Vivaldi Antenna // Microwave, Antenna, Propagation and EMC Technologies for Wireless Communications, International Symposium, 16-17 August. 2007 . P. 579581.

82. Рембовский Ю.А. Разработка и исследование антенной системы мобильного радиопеленгатора с повышенной чувствительностью и

возможностью приема волн с произвольной поляризацией // Антенны. 2008. № 7-8(134-135). С. 16-27.

83. Sims, М., Lawrence, D.E., Halladay, R. A fully-integrated Vivaldi phased array for seeker applications // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 3-8 July 2005. Vol. 2B, P. 445-448.

84. Li Ying, Chen Ai-xin Design and application of Vivaldi antenna array // Antennas, Propagation and EM Theory ISAPE 2008, 8th International Symposium, 2-5 November. 2008. P. 267-270.

85. Thiele E., Taflove A., FD-TD analysis of Vivaldi flared horn antennas and arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1994. № 5 (42). P. 633641.

86. Schaubert D.H., Kasturi S., Boryssenko A.O., Elsallal, W.M. Vivaldi Antenna Arrays for Wide Bandwidth and Electronic Scanning // Antennas and Propagation EuCAP 2007, The Second European Conference, 11-16 November. 2007. P. 1-6.

87. Gibson P.J., "The Vivaldi aerial," Proceeding of 9-th European Microwave Conference, 1979, pp. 101-105

88. Ostergaard A. Synthesis of a novel artificial lens for a large flare horn antenna at X-ban // IEEE Antennas and Propagation, Society International Symposium, 9-15 June 2007. P. 3928-3931.

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

432 с.

90. Song Lizhong, Fang Qingyuan, "Design and measurement of a kind of dual polarized Vivaldi antenna," Cross Strait Quad-Regional Radio Science and Wireless Technology Conference (CSQRWC), 2011, vol. 1, pp. 494-497, July 2011

91. Chen Wu, Litva, J., "A design of 120-degree vertical polarized sector antenna using very short balanced antipodal Vivaldi antenna," Antennas and Propagation Society International Symposium, 2002. IEEE, vol. 2, pp. 260-263, 2002

92. Langley J.D.S., Hall P.S., Newham P., "Multi-octave phased array for circuit integration using balanced antipodal Vivaldi antenna elements," Antennas and

Propagation Society International Symposium, 1995. AP-S. Digest, vol. 1, pp. 178181, June 1995

93. Xu Han, Lei Juan, Cui Changjuan, Yang Lin, "UWB dual-polarized Vivaldi antenna with high gain," Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT), 2012 International Conference on, vol. 3, pp. 1-4, May 2012

94. Yuqing Wu, Junqi Lu, Yi Liu, Hu Yang, "Modified design of the antipodal Vivaldi antenna," Antennas, Propagation & EM Theory (ISAPE), 10th International Symposium on, pp. 316 - 319, Oct. 2012

95. Liang Yang, Huiping Guo, Xueguan Liu, Haixia Du, Gang Ji, "An antipodal Vivaldi antenna for ultra-wideband system," Ultra-Wideband (ICUWB), 2010 IEEE International Conference on, vol. 1, pp. 1-4, Sept. 2010

96. Stockbroeckx B., Vorst A.V., "Copolar and cross-polar radiation of Vivaldi antenna on dielectric substrate," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol. 48, no. 1, pp. 19-25, Jan 2000

97. Zlatoljub D. Milosavljevic, "RF MEMS Switches," Mikrotalasna revija, 2004, pp. 2-8

98. J.B. Muldavin, G.M. Rebeiz, "High-Isolation Inductively-Tuned X-Band MEMS Shunt Switches," 2000 IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., Boston, Massachusets, pp. 169-172, USA, June 2000

99. H.J. De Los Santos, "Introduction to Microelectromechanical (MEM) Microwave Systems," Artech House, Boston - London, 1999.

100. Czaplewski D. A., Nordquist C. D., Patrizi G. A., Kraus G. M., Cow?n W. D., "RF MEMS Switches With Ru02-Au Contacts Cycled to 10 Billion Cycles," Microelectromechanical Systems, Journal of, pp. 1-7, Issue 99, 2013

101. Molinero D., Luo X., Shen C., Palego C., Hwang J.C.M., Goldsmith C.L., "Long-term RF Burn-in Effects on Dielectric Charging of MEMS Capacitive Switches," Device and Materials Reliability, IEEE Transactions on, pp 310^315, V. 13 , Issue 1, March 2013 '

102. Badia M.F.-B., Buitrago E., Ionescu A.M., "RF MEMS Shunt Capacitive Switches Using A1N Compared to Si3N4 Dielectric," Microelectromechanical Systems, Journal of, pp. 1229-1240, V. 21, Issue 5, Oct. 2012

103. Chih-Chieh Cheng, Lakshminarayanan B., Abbaspour-Tamijani Abbas, "A Programmable Lens-Array Antenna With Monolithically Integrated MEMS Switches," Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on, vol. 57, no. 8, pp. 1874-1884, Aug. 2009

104. Alam A.H.M., Islam M.R., Khan S., Farhana S., Sahar N.B.M., Zamani N.B., "MEMS switch for designing a multi-band reconfigurable antenna," Electrical and Computer Engineering, 2008. ICECE 2008. International Conference on, pp. 255-260, Dec. 2008

105. Chang Won Jung, Ming-Jer Lee, Li G.P., De Flaviis F., "Reconfigurable scan-beam single-arm spiral antenna integrated with RF-MEMS switches," vol. 54, no. 2, pp. 455-463, Feb. 2006