авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Электродинамический анализ конечных волноводных антенных решеток, частотно-селективных и распределительных устройств на гребневых и прямоугольных волноводах

На правах рукописи

Мануилов Михаил Борисович

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОНЕЧНЫХ ВОЛНОВОДНЫХ

АНТЕННЫХ РЕШЕТОК, ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНЫХ И

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА ГРЕБНЕВЫХ

И ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ВОЛНОВОДАХ

01.04.03 – Радиофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Ростов-на-Дону – 2007 2

Работа выполнена на кафедре прикладной электродинамики и компьютерно го моделирования Федерального государственного образовательного учреж дения высшего профессионального образования «Южный Федеральный уни верситет»

Научный консультант:

доктор физико-математических наук, профессор Синявский Геннадий Петрович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Кравченко Виктор Филиппович доктор физико-математических наук, профессор Бабичев Рудольф Карпович доктор технических наук, профессор Хуторцев Валерий Владимирович

Ведущая организация:

Московский авиационный институт (технический университет) – МАИ

Защита состоится «»_2007 г. в 14 час. на заседании диссертационного совета Д 212.208.10 в Южном Федеральном университете по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 5, ЮФУ, физфак, ауд. 247.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ЮФУ по адресу:

г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан «»_2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.208.10, доктор физико-математических наук, профессор Г.Ф. Заргано

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время ведутся интенсивные разра ботки в области совершенствования известных и создания новых типов ан тенных решеток (АР), которые все шире применяются как в различных во енных, так и в новых коммерческих приложениях [1]. Среди этих приложе ний важное место занимают различные модификации волноводных и волно водно-щелевых АР [2-6], что связано с их хорошо известными преимущест вами.

В частности, для выполнения комплекса предельно высоких требова ний, предъявляемых к бортовым фазированным АР (ФАР) для истребитель ной авиации, в [3] были разработаны ФАР волноводных излучателей с вол новодной распределительной системой. Для этих антенн характерны высокие значения коэффициента использования поверхности (КИП0.5), низкий уро вень боковых лепестков в широком секторе сканирования, высокая электри ческая прочность. Такие многофункциональные решетки, устанавливаемые в носовой части самолета, пришли на смену зеркальным и волноводно щелевым АР с механическим сканированием. По своей энергетической эф фективности ФАР с волноводной распределительной системой вплотную приблизились к зеркальным и волноводно-щелевым антеннам с механиче ским сканированием, обеспечивая радару радикальные преимущества за счет свойств электронного управления лучом.

Одной из тенденций, наблюдаемых в развитии антенн КВЧ диапазона для коммерческих приложений, является поиск альтернативы зеркальным антеннам. Для этого требуются компактные плоские антенны с высоким ко эффициентом усиления, пригодные для массового производства. К числу таких приложений относятся, в частности, высокоскоростные локальные бес проводные сети связи (LAN) (диапазон 60 ГГц), автомобильные радары (диапазон 60-80 ГГц), радиорелейные системы связи диапазона 20 ГГц для соединения базовых станций мобильной связи, системы спутниковой связи и вещания диапазона 20-50 ГГц и др. [6].

В [5] разработаны компактные конструкции остронаправленных неска нирующих волноводно-рупорных АР с волноводной схемой питания для сис тем связи диапазонов 39 ГГц и 58 ГГц. Другим перспективным классом ан тенн в решении данной проблемы являются волноводно-щелевые АР. Ряд новых конструкций волноводно-щелевых АР рассмотрен в [6]. Еще одно из перспективных применений волноводно-щелевых решеток – это излучатели в составе активных ФАР многофункциональных космических радиолокацион ных комплексов с синтезированной апертурой [4].

Развитие современных бортовых радиоэлектронных систем приводит к необходимости многолучевой работы, расширения сектора сканирования и рабочей полосы, выполнения ряда функций (совмещенная работа систем свя зи, радиолокации, госопознавания, радиоэлектронной борьбы и др.). Пер спективным с этой точки зрения является разработка различных выпуклых АР, в т.ч. цилиндрических [1]. Реализация многолучевых режимов работы с независимым управлением положением, уровнем и фазой лучей представляет также существенный практический интерес, например, в условиях многолу чевого приема одной антенной, в задачах радиоэлектронной борьбы и др.

Разработка волноводных и волноводно-щелевых АР с высокими элек трическими параметрами в качестве необходимого этапа включает их элек тродинамическое моделирование. Анализ волноводных АР строился на осно ве двух- и трехмерных моделей периодических [7] и конечных решеток [2,8 10]. В настоящее время достаточно хорошо разработаны основанные на тео реме Флоке методы решения трехмерных задач для бесконечных периодиче ских АР [7,11,12].

Однако даже для достаточно больших решеток модель бесконечной пе риодической АР не вполне адекватно описывает происходящие в них физи ческие процессы, пренебрегая краевыми эффектами, которые вносят замет ные изменения в характеристики согласования и направленности. Поэтому в последнее время значительные усилия сосредоточены на разработке более адекватных трехмерных методов анализа конечных волноводных антенных решеток, в т.ч. с использованием гибридных подходов, включающих приме нение теоремы Флоке, формулы суммирования Пуассона, дискретного пре образования Фурье, геометрической теории дифракции и т.д. [13].



Во многих случаях на практике АР имеет диэлектрическое покрытие, которое используется для защиты от внешних воздействий, а также для улучшения согласования при сканировании [2,14]. Как было установлено в [14], применение многослойных обтекателей антенн, в т.ч. с непрерывным изменением показателя преломления, позволяет обеспечить функционирова ние антенны в широком частотном диапазоне. Однако влияние конечных многослойных диэлектрических покрытий на характеристики волноводных АР пока недостаточно исследовано.

Методам электродинамического анализа различных типов волноводно щелевых АР посвящено очень много работ. Основы теории щелевых антенн заложены в [15-17] и других работах. Однако большая часть известных под ходов основана на использовании тех или иных упрощающих предположе ний, которые сужают область применения этих моделей и их точность. В по следнее время все большее внимание уделяется созданию строгих электро динамических моделей волноводно-щелевых АР.

Таким образом, актуальной является разработка строгих электродина мических методов решения трехмерных задач анализа конечных волновод ных и волноводно-щелевых АР. Это имеет фундаментальное значение для создания АР рассматриваемого класса с высокими электрическими парамет рами. Большой теоретический и практический интерес представляет также создание электродинамических моделей цилиндрических волноводных АР и реализация многолучевых режимов работы АР.

Возросший за последнее время уровень требований к электрическим параметрам разрабатываемых частотно-селективных и распределительных волноводных устройств СВЧ и КВЧ диапазонов, а также существенный про гресс в области технологий изготовления этих устройств ставит качественно более сложные задачи в области их моделирования.

Большой практический интерес представляют различные компоненты на волноводах сложных сечений и прямоугольных волноводах: волноводные фильтры нижних частот на многогребневых секциях (вафельного типа) для многодиапазонных фидерных трактов наземных станций спутниковой связи;

волноводные фильтры квазипланарного типа на гребневых секциях и Е плоскостных диафрагмах, многощелевые направленные ответвители для сис тем связи миллиметрового диапазона;

многоканальные делители мощности на Е-плоскостных шлейфах для диаграммообразующих устройств антенн с контурной диаграммой направленности;

90-градусные поляризаторы на квадратных волноводах для систем спутниковой связи и др.

При изготовлении пассивных волноводных компонентов для совре менной элементной базы СВЧ и КВЧ диапазона используются методы преци зионной механической и электроискровой обработки, элементы планарной технологии, LTCC-технология (применение низкотемпературной керамики), технология инжекционного литья (формовки) из пластмасс с последующей металлизацией и др.

В этой связи обязательным этапом в разработке волноводных уст ройств является их электродинамическое моделирование. Моделирование та ких устройств может быть выполнено на основе универсальных численных методов (метод конечных элементов, конечного интегрирования, конечных разностей во временной области, метод R-функций [18] и др.), численно аналитических методов, гибридных (комбинированных) методов.

Проигрывая численным методам в универсальности, численно аналитические методы дают радикальный выигрыш в эффективности, обес печивая высокую точность результатов при наименьших затратах времени на разработку. В тех случаях, когда построить численно-аналитическое решение невозможно, гибридные методы позволяют добиться наилучшего результата.

Это достигается выбором наиболее эффективных методов решения подзадач, на которые разделяется решение исходной электродинамической задачи.

Исходя из этого, актуальной является разработка эффективных ком бинированных и численно-аналитических методов электродинамического анализа частотно-селективных и распределительных устройств на гребневых и прямоугольных волноводах для современной элементной базы СВЧ и КВЧ диапазонов.

Целью диссертационной работы является:

• разработка эффективных электродинамических методов решения трехмер ных задач анализа волноводных антенных решеток с конечными много слойными диэлектрическими покрытиями, волноводно-щелевых антенных решеток и решеток продольных щелей на идеально проводящем круговом цилиндре;

• разработка эффективных комбинированных и численно-аналитических ме тодов электродинамического анализа устройств на волноводах сложных сечений, квазипланарных и многоэлементных волноводных устройств на Е- и Н-плоскостных неоднородностях;

• исследование характеристик антенных решеток и разработка рекоменда ций для их конструктивного синтеза;

электродинамический анализ и опти мизация частотно-селективных и распределительных волноводных уст ройств с высокими электрическими параметрами для современной эле ментной базы СВЧ и КВЧ диапазонов.

Для достижения этой цели решен ряд электродинамических задач, раз работаны специальные методы и алгоритмы, проведены численные исследо вания антенных решеток и волноводных устройств.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Разработаны строгие методы электродинамического анализа конеч ных решеток прямоугольных волноводов под невыступающим многослой ным диэлектрическим покрытием конечных размеров и многоэлементных волноводно-щелевых антенных решеток с продольными и поперечными ще левыми излучателями, включая неэквидистантные АР. Решение построено на основе метода Галеркина с базисом в виде взвешенных полиномов Чебышева и Гегенбауэра, учитывающих асимптотику поля на краях апертур, что обес печивает быструю сходимость метода. Наряду с выбором базиса высокая эф фективность численно-аналитического решения для волноводно-щелевых решеток достигается благодаря примененным оригинальным методам улуч шения сходимости двойных рядов и интегралов.

Предложенные методы расчета волноводно-щелевых решеток и волно водных решеток с диэлектрическими покрытиями представляют собой новый методический аппарат для строгого эффективного анализа широкого класса конечных антенных решеток с плоским раскрывом.

2. Разработан эффективный комбинированный электродинамический метод анализа волноводных фильтров на секциях многогребневых волново дов (вафельных фильтров) и фильтров квазипланарного типа на гребневых секциях и индуктивных неоднородностях. Общая эффективность решения обеспечивается выбором наиболее эффективных методов решения отдельных подзадач. Новое решение построено на основе метода Галеркина с учетом краевой особенности поля, метода модового сшивания и метода обобщенных матриц рассеяния.

Разработанный комбинированный метод непосредственно применим к расчету широкого класса пассивных компонентов на различных волноводах сложных сечений при разработке современной элементной базы СВЧ и КВЧ диапазонов.

3. Предложены новые эффективные численно-аналитические решения задач анализа широкого класса волноводных компонентов СВЧ и КВЧ диа пазонов: квазипланарных волноводных фильтров на Е-плоскостных диа фрагмах, многощелевых и многошлейфных направленных ответвителей, многоэлементных устройств на Е- и Н-плоскостных ступенчатых неоднород ностях (поляризаторы, фильтры и др.). Ключевыми моментами, обеспечи вающими высокую эффективность решения, является выбор в качестве бази са взвешенных полиномов Гегенбауэра или Чебышева при реализации мето да Галеркина, а также процедура аналитической регуляризации матричного оператора итоговой системы линейных алгебраических уравнений (CЛАУ) первого рода.

4. Разработан эффективный комбинированный метод анализа многока нальных волноводных делителей мощности, основанный на методе Галерки на с учетом краевой особенности поля и методе обобщенных матриц рассея ния.

5. Предложен новый способ формирования комплексных многолепест ковых ДН антенных решеток произвольной геометрии, основанный на моди фицированном матричном методе синтеза. Способ реализован для трехмер ной модели решетки щелевых излучателей на круговом идеально проводя щем цилиндре. Данный способ позволяет независимо регулировать положе ния, относительные уровни и фазы формируемых лучей, что создаёт возмож ность эффективного приёма сигналов при многолучевом распространении радиоволн. При этом сохраняется возможность регулирования локального и общего уровня боковых лепестков.

6. В результате проведенных исследований волноводных решеток с конечными невыступающими диэлектрическими покрытиями показано, что для улучшения согласования АР при широкоугольном сканировании необхо димо использовать покрытия с двумя и более слоями. На основе строгого анализа сделаны приближенные оценки электрических размеров конечных двухслойных покрытий, обеспечивающих при сканировании высокое согла сование и улучшенные диапазонные свойства. Исследованы характеристики отдельных излучателей и многоэлементных волноводно-щелевых решеток нерезонансного типа. Установленные закономерности формирования этих характеристик могут непосредственно использоваться при конструктивном синтезе данного класса волноводно-щелевых АР.

7. На базе разработанных строгих методов анализа исследованы основ ные закономерности частотных характеристик широкого класса волноводных устройств и оптимизирован ряд волноводных компонентов СВЧ и КВЧ диа пазонов с высокими электрическими параметрами: волноводные фильтры нижних частот вафельного типа, квазипланарные фильтры и диплексеры, многощелевые направленные ответвители, многоканальные делители мощ ности, 90-градусные поляризаторы на квадратных волноводах.

Научная и практическая значимость диссертационной работы.

Научная значимость работы заключается в создании нового методиче ского аппарата для эффективного электродинамического анализа волновод но-щелевых АР, волноводных АР с конечными покрытиями, применимого также и к расчету других типов конечных АР с плоским раскрывом;

эффек тивных методов анализа широкого класса частотно-селективных и распреде лительных волноводных устройств для современной элементной базы СВЧ и КВЧ диапазонов;

предложенном способе формирования многолепестковых комплексных ДН антенных решеток произвольной геометрии, основанном на матричном синтезе и электродинамическом анализе АР.

Практическая ценность работы определяется созданными программ ными комплексами для электродинамического моделирования: • волновод ных АР с конечными многослойными диэлектрическими покрытиями;

•вол новодно-щелевых АР;

• волноводных фильтров вафельного типа и квази планарных фильтров на гребневых секциях и продольных диафрагмах;

• ква зипланарных волноводных фильтров на Е-плоскостных одно- и многоэле ментных диафрагмах, диплексеров;

• многощелевых и многошлейфных вол новодных направленных ответвителей;

•многоканальных волноводных де лителей мощности на Е-плоскостных шлейфах;

• решеток продольных щеле вых излучателей на идеально проводящем круговом цилиндре.

Практическую ценность представляет также ряд полученных числен ных и экспериментальных результатов: сделанные на основе строгого анали за оценки электрических размеров двухслойных конечных диэлектрических покрытий, обеспечивающих улучшенное согласование волноводных АР;

за кономерности частотных характеристик волноводно-щелевых АР;

результа ты анализа и оптимизации волноводных фильтров нижних частот вафельного типа для фидерных трактов наземных станций спутниковой связи S, C, X, Ku диапазонов;

результаты анализа и оптимизации квазипланарных фильтров, диплексеров, направленных ответвителей K и Ка диапазонов, 90-градусных поляризаторов для систем спутниковой связи X и Ku диапазонов.

Поставленные в диссертации задачи решались в ходе выполнения ряда проектов Министерства образования и науки РФ в области фундаментальных и прикладных исследований, совместных НИР в различных отраслевых НИИ, а также госбюджетных и хоздоговорных НИР на кафедре прикладной элек тродинамики и компьютерного моделирования Южного Федерального уни верситета.

Результаты исследований и программы расчета волноводных антенных решеток, волноводных фильтров на многогребневых секциях, квазипланар ных фильтров были использованы в Государственном научном учреждении «Научно-исследовательский институт «Специализированные вычислитель ные устройства защиты и автоматика» Минобразования России. Внедрение результатов подтверждено соответствующими документами.

Достоверность и обоснованность результатов работы определяется применением строгих электродинамических методов, и контролировалась в ходе многоступенчатого тестирования, которое включало проверку внутрен ней сходимости решения, сравнение с имеющимися экспериментальными данными, сравнение с результатами, полученными другими электродинами ческими методами, а также с известными из литературы экспериментальны ми и теоретическими результатами.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Электродинамический метод решения трехмерных задач анализа ре шеток прямоугольных волноводов с конечными многослойными диэлектри ческими покрытиями, не выступающими над идеально проводящим экраном.

Численно-аналитический метод решения трехмерных задач анализа широко го класса многоэлементных волноводно-щелевых антенных решеток.

Решение основано на методе тензорных функций Грина и методе Га леркина с базисом в виде взвешенных полиномов Чебышева и Гегенбауэра, учитывающих асимптотику поля на краях апертур, что обеспечивает быст рую сходимость методов. Эффективность численно-аналитического решения повышена в результате улучшения сходимости двойных рядов и интегралов в итоговой системе линейных алгебраических уравнений.

2. Комбинированный электродинамический метод анализа волновод ных фильтров на секциях многогребневых волноводов (вафельных фильтров) и модифицированных конструкций квазипланарных волноводных фильтров на гребневых секциях. Эффективный анализ данного класса трехмерных вол новодных структур строится на основе метода Галеркина с учетом краевой особенности поля, метода модового сшивания и метода обобщенных матриц рассеяния. Решение основано на декомпозиции исходной структуры и вклю чает расчет спектра собственных волн многогребневого волновода, расчет базовых неоднородностей и рекомпозицию многомодовых матриц рассеяния.

3. Численно-аналитические методы электродинамического анализа волноводных фильтров квазипланарного типа, многощелевых направленных ответвителей, многоэлементных устройств на Е- и Н-плоскостных неодно родностях. Эффективные решения дифракционных задач строятся на основе метода Галеркина с базисом в виде взвешенных полиномов Гегенбауэра, учитывающих краевую особенность поля, и процедуре аналитической регу ляризации матричного оператора итоговой системы линейных алгебраиче ских уравнений.

Эффективный комбинированный метод анализа многоканальных вол новодных делителей мощности, основанный на методе Галеркина с учетом краевой особенности поля и методе обобщенных матриц рассеяния.

4. Способ формирования многолепестковой диаграммы направленно сти с независимым управлением положением, уровнем и фазой лучей для ан тенных решеток произвольной геометрии.

Предложенный способ реализован для кольцевой решетки продольных щелей на круговом идеально проводящем цилиндре в виде решения обратной электродинамической задачи, объединяющей матричный метод синтеза и граничную задачу, при решении которой применён базис, учитывающий осо бенность поля на рёбрах щелей.

5. Совокупность новых физических результатов, полученных при ис следовании характеристик согласования и направленности волноводных ан тенных решеток с конечными многослойными диэлектрическими покрытия ми, волноводно-щелевых антенных решеток и решеток щелей на круговом цилиндре.





6. Совокупность новых физических результатов, полученных при ана лизе характеристик рассеяния и спектров собственных волн структур на мно гогребневых волноводных секциях (вафельных фильтров), квазипланарных фильтров, многоэлементных структур на Е- и Н-плоскостных неоднородно стях. Результаты оптимизации фильтров нижних частот вафельного типа;

волноводных фильтров квазипланарного типа;

направленных ответвителей и многоканальных делителей мощности;

90-градусных диафрагменных поля ризаторов на квадратных волноводах.

Личный вклад автора. Автору принадлежит постановка всех рас смотренных задач, разработка электродинамических методов их решения, ал горитмов и программ, проведение численных исследований и интерпретация полученных результатов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих международных и всероссийских конференциях и симпозиумах:

35th European Microwave Conference (EuMC’05), (2005, Paris, France);

Medi terranean Microwave Symposium (MMS’06), (2006, Genova, Italy);

International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP’2005), (2005, Seoul, Korea);

Asia Pacific Microwave Conference (APMC'03) (2003, Seoul, Korea);

25th Euro pean Space Agency Antenna Workshop on Satellite Antenna Technology, (2002, Noordwijk, the Netherlands);

URSI Int. Symp. on Electromagnetic Theory (1995, St. Petersburg);

16th Int. Crimean Conference “Microwave & Telecommunication Technology” (CriMiCo’2006), (2006, Sevastopol);

28th and 27th Moscow Intern.

Conferences on Antenna Theory and Technology (1998, 1994, Moscow);

Intern.

Seminar on Modern Problems of Computational Electrodynamics (MPCE-04), (2004, St. Petersburg);

4th International Conf. on Antenna Theory and Technique (ICATT’03) (2003, Sevastopol);

International Conference on Mathematical meth ods in electromagnetic theory (MMET’02) (2002, Kiev;

1996, Lviv);

Trans Black Sea Region Symp. on Applied Electromagnetism (1996, Metsovo, Greece);

Всерос. науч.-техн. конф. «Информационно-телекоммуникационные тех нологии». (2004, Сочи);

Международная научная конференция “Излучение и рассеяние электромагнитных волн” (2007, 2005, 2003, Таганрог);

8 Всерос.

школа-семин. “Волновые явления в неоднор. средах” (2002, Красновидово, Моск. обл.);

Межд. науч.-техн. конф. "Актуальн. пробл. электрон. приборо строения" (1996,Саратов);

2-я Междун. научн.-техн. конференция "На прaвления развития систем и средств связи" (1995, Воронеж);

Межгос. на учн.-техн. конф. "Радиотехнические системы и устройства мм диапазона" (1992, Москва);

Межвуз. конф. "Интегральные волноводные и полосковые CВЧ элементы связи" (1987, Куйбышев);

Научно-техн. семинар "Электроди намика и радиофизическое приборостроение" (1985, Днепропетровск);

Науч но-техн. семинар "Волноводные элементы антенно-фидерных устройств" (1985, Ереван);

Всесоюзн. семин. "Решение внутренних краевых задач элек тродинамики" (1984, Ростов-на-Дону).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 64 печатные работы, в т.ч. в российских журналах из перечня ВАК - 23 статьи, статья в междуна родном журнале Radio Science, получен патент РФ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 8 разделов, за ключения, списка литературы и трех приложений. Работа содержит 463 стра ницы, 147 рисунков, 25 таблиц и список литературы из 371 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены ее цели и задачи, показана практическая значимость и научная новизна полу ченных результатов, сформулированы основные положения и выводы, выно симые на защиту, а также представлено краткое содержание работы.

В первом разделе диссертации изложен электродинамический метод анализа решеток прямоугольных волноводов с диэлектрическим покрытием конечных размеров в бесконечном идеально проводящем экране. Постановка задачи предполагает, что диэлектрическое покрытие имеет прямоугольную форму, состоит из P слоев и не выступает над экраном. Размещенная под слоем диэлектрика АР (рис.1) состоит из М волноводных излучателей, разме ры и положение которых в общем случае могут задаваться независимо. В данной постановке модель включает в рассмотрение АР с любой сеткой рас положения излучателей, неэквидистантные АР и АР с излучателями разных размеров (например, совмещенные двухчастотные), что представляет интерес для некоторых приложений.

(а) (в) (б) Рис. 1. Волноводная АР с многослойным диэлектрическим покрытием.

В случае однослойного покрытия исходная электродинамическая зада ча сводится на основе аппарата тензорных функций Грина к системе интегро дифференциальных уравнений относительно магнитных токов на апертурах волноводов и диэлектрического покрытия. При этом используются модаль ные разложения для компонент тензорной функции Грина волноводов, и спектральные представления компонент для функции Грина внешнего полу пространства. В области однослойного покрытия использовалось представ ление для функции Грина прямоугольного резонатора, полученное из функ ции Грина волновода при наложении соответствующих граничных условий типа электрической стенки на открытых поверхностях укрытия.

Для многослойных диэлектрических покрытий использован комбини рованный подход к выводу интегро-дифференциальных уравнений, при ко тором в области конечного многослойного покрытия используются пред ставления полей через электрический и магнитный векторные потенциалы в виде суперпозиции собственных волн. Из условий непрерывности полей на границах диэлектрических слоев получены компактные рекуррентные соот ношения для пересчета комплексных амплитуд волн. Полученные соотноше ния используются в итоговой системе интегро-дифференциальных уравне ний.

Решение интегро-дифференциальных уравнений ищется методом Га леркина с базисом в виде взвешенных полиномов Чебышева 1-го и 2-го рода и Гегенбауэра, учитывающих асимптотику поля на краях апертур волноводов и покрытия. Магнитные токи на апертуре покрытия имеют вид:

Nx Ny Nx N y X iM +1, y ( x) YkM +1, y ( y ), (1) u M +1, y uik +1, x X iM +1, x ( x) YkM +1, x ( y ), m m M J M +1, y ( x, y ) = J M +1, x ( x, y ) = ik i =0 k = i =0 k = x a / 2) 2 x a / 2 x a/ 2 x a/ X iM +1, x ( x) = 1 U X iM +1, y ( x) = 1, a/ Ti, a/2 i a/ a/ 1 y b / 2 2 y b/ y b / 2 2 2 y b / ( y ) = 1 YkM +1, x Tk, YkM +1, y ( y ) = 1 U b/2 k b/, b/2 b/ где Ti ( x), U i ( x) - полиномы Чебышева 1-го и 2-го рода соответственно, uik неизвестные коэффициенты. На раскрывах волноводов:

Nx ' N y ' Nx ' N y ' u u,x,x,x,y X i, y ( x ) Yk, y ( y ), (2) Jm, x Jm, y ( x, y ) = X i ( x) Yk ( y ), ( x, y ) = ik ik i = 0 k =0 i =0 k = 2 +1 / 2 1 / 2( x x ) 2( x x ) +1 2( x x ) 2( x x ) ( x ) = 1 X i ( x ) = 1,x,y C i,, Xi Ci a a a a 1 / 2 +1 / 2( y y ) 2 2( y y ) Y k ( y ) = 1, Y, y ( y ) = 1 2( y y ) 2( y y ),x Ci C i +, b b k b b 2 1 = 1, 2, 3,..., M, = arctg 1 + 2 / 1, где Ci (x) - полиномы Гегенбауэра.

Итоговая СЛАУ имеет порядок, пропорциональный числу излучателей и числу учитываемых базисных функций в разложениях магнитных токов (1), (2). Матричные элементы СЛАУ содержат двойные ряды и интегралы от произведения функций Бесселя. Поэтому важным моментом численной реа лизации метода является предложенный эффективный способ вычисления двойных интегралов по спектральным переменным вида J i ' ( x1 )J i ( x1 )J k ' ( x 2 )J k ( x 2 ) a b.

dx1dx 2, = (3), = I i 'k 'ik (, ) = i 'k 'ik 2 + x1 x Метод основан на разбиении области интегрирования на четыре подобласти и использовании асимптотических представлений для функций Бесселя при больших значениях аргумента.

На основе приведенных данных анализа внутренней сходимости про демонстрирована быстрая сходимость решения. Показано, что при расчете АР, электрические размеры покрытия у которых достигают 10, обычно дос таточно учитывать полиномы до 14…17 порядка на апертуре покрытия (1) и полиномы до 2…4 порядка на апертурах излучателей (2).

Приведены результаты детального тестирования метода, включающие примеры сравнения с известными из литературы экспериментальными и тео ретическими данными, а также сравнение с методом конечного интегрирова ния для малоэлементных АР [19]. Во всех случаях демонстрируется графи ческое совпадение результатов.

Исследовано влияние конструктивных параметров конечного диэлек трического покрытия на характеристики АР. Показано, что однослойное по крытие может приводить к ухудшению согласования при сканировании, что связано с возникновением в диэлектрике волны аналогичной поверхностной.

Поэтому для улучшения согласования АР целесообразно использовать по крытия с двумя и более слоями, причем нижний слой должен иметь прони цаемость, совпадающую с проницаемостью среды в волноводах или близкую к ней.

(а) (б) Рис. 2. КПД 64-элементной АР (88 излучателей) с двухслойным покрытием.

В результате исследования характеристик АР с двухслойными покры тиями показано, что зависимость КПД от толщины верхнего слоя диэлектри ка при неотклоненном луче является периодической функцией с периодом, равным половине длины волны в диэлектрике (рис. 2,а). Установлено, что в качестве оценочных значений для достижения высоких значений КПД могут использоваться следующие параметры двухслойного покрытия: толщина нижнего (воздушного) слоя близка к 1 ~ 0.5, толщина верхнего слоя равна примерно 2 ~ 0.1, а его диэлектрическая проницаемость 2 ~ 2.5 (рис.2).

Приведены результаты расчета КПД, КНД и диаграммы направленно сти (ДН) 100-элементной АР (1010 излучателей) с двухслойным покрытием и 240-элементной АР (1220 излучателей) с трехслойным покрытием. Пара метры покрытий этих АР были выбраны с учетом сделанных приближенных оценок. Продемонстрированы высокие электрические характеристики АР при сканировании в широком секторе.

Во втором разделе разработан эффективный численно-аналитический метод электродинамического анализа широкого класса волноводно-щелевых АР.

В подробном обзоре литературы рассмотрены новые технические при ложения волноводно-щелевых антенных решеток и применяемые методы их расчета. Показана актуальность разработки эффективных алгоритмов расчета многоэлементных волноводно-щелевых АР с плоским раскрывом.

При расчете плоских АР (рис. 3,а) ключевой в методическом отноше нии является задача анализа линейной волноводно-щелевой АР (рис. 3,б), на примере которой изложен рассматриваемый метод. При постановке задачи предполагается, что щелевые излучатели расположены в верхней стенке вол новода, образованной бесконечным идеально проводящим экраном конечной толщины. Размеры и положение каждого излучателя задаются вообще говоря произвольно, что позволяет включить в рассмотрение АР продольных либо поперечных щелей, в т.ч. с неэквидистантным расположением.

(а) Рис. 3. Волноводно-щелевые АР (б) Для вывода интегро-дифференциальных уравнений был использован подход, основанный на представлении полей через электрический и магнит ный векторные потенциалы, нормальные к раскрыву АР. Во внешней области потенциалы записаны в виде двойного интеграла Фурье, в питающем волно воде в виде интеграла Фурье по продольной координате и ряда Фурье по поперечной координате, а в области щелей – в виде суперпозиции собствен ных волн. Используя условия непрерывности на апертурах щелей, задача бы ла сведена к системе интегро-дифференциальных уравнений относительно магнитных токов на внешних и внутренних апертурах излучателей.

Решение полученной системы интегро-дифференциальных уравнений ищется методом Галеркина с базисом в виде взвешенных полиномов Чебы шева 1-го и 2-го рода, учитывающих особенность поля на ребрах щелей.

Магнитные токи на внешних (+) и внутренних () апертурах щелей ищутся в виде Nx N y 2( x x ) 2( y y ), u ik,x U i J±, x ( x, ± (4) Tk y) = w L i =0 k = Nx N y 2( x x ) 2( y y ) uik,y Ti, = 1, 2,..., M, ± J±, y ( x, y ) = (5) U k w L i =0 k = где Ti ( x) = (1 x 2 ) 1 / 2 Ti ( x), U i ( x ) = (1 x 2 )1 / 2 U i ( x ) /(i + 1) - взвешенные полиномы uik,x, uik,y - неизвестные коэффициенты, ± ± Чебышева 1-го и 2-го рода, x, y - координаты центра -й щели.

Другим ключевым моментом, обеспечивающим высокую эффектив ность метода, является вычисление матричных элементов итоговой СЛАУ.

Способы вычисления интегралов от произведения базисных функций и компонент тензорных функций Грина определяются положением точек ис точника и наблюдения. Если точки источника и наблюдения находятся на разных щелях, то спектральное представление для функции Грина внешней области сворачивается с помощью интегральных преобразований, а спек тральное представление для функции Грина волновода сворачивается с по мощью теории вычетов. Далее применяются квадратурные формулы наи высшей точности. Если точки источника и наблюдения находятся на одной щели, используются спектральные представления для функций Грина. Воз никающие при этом двойные ряды и интегралы по спектральному параметру аналогично (3) вычисляются с учетом асимптотических представлений для функций Бесселя при больших значениях аргумента. Спектральные интегра лы в области питающего волновода вычисляются по квадратурной формуле из [20].

Анализ внутренней сходимости данного численно-аналитического ре шения подтверждает его высокую эффективность. Например, при расчете решеток продольных полуволновых щелей достаточно учитывать всего 1… полинома в поперечном к щели направлении и 4…5 полиномов – в продоль ном направлении в (4), (5), что соответствует погрешности менее 1%. Срав нение с известными из литературы экспериментальными и теоретическими данными показало хорошее совпадение с предложенной теорией.

Приведены результаты исследования характеристик отдельных излуча телей и решеток продольных щелей нерезонансного типа. На примере 120 элементной линейной решетки с переменно-фазной связью, соответствую щей основным спецификациям АР, применяемых в составе корабельного ра дионавигационного комплекса (диапазон 9380…9460 ГГц), исследованы за кономерности формирования частотных зависимостей КПД и КСВ, а также характеристик направленности АР (рис. 4).

Характеристики АР на рис. 4 в рабочем диапазоне: КПД=95%, КСВ1.05, ширина луча 0.6°, отклонение луча от нормали к решетке ~3.4°, ориентация луча на крайних частотах диапазона отличается на 0.6°. Для сни жения уровня боковых лепестков необходимо использовать ту или иную процедуру синтеза амплитудного распределения. Подтверждено возникнове ние эффекта резонансного возрастания КСВ на частоте, при которой период расположения излучателей равен половине длины волны в волноводе (рис.4,а). На основе строгого расчета получена оценка точности (~0.1°) опре деления углового положения луча АР с помощью известных аналитических соотношений [2]. Время счета одной частотной точки для 120-элементной АР составляет около 1 минуты на Pentium-4/2.4 ГГц при погрешности около 1%.

(а) (б) Рис. 4. КСВ, КПД и ДН линейной 120-элементной АР (рис. 3,б). (Размеры в мм: волновод 2310, t = 1, w = 1.5 ;

L =15.23;

x2i 1 =10.4, x2i =12.6, i = 1, 2,..., 60 ;

период решетки d = 23.95).

В третьем разделе рассмотрена задача расчета критических частот и полей волноводов сложных сечений с произвольным количеством гребней (рис.5). Постановка данной задачи связана с решением задачи электродина мического анализа волноводных компонентов, содержащих секции волново дов сложных сечений (в частности, фильтров вафельного типа). Решение за дачи на собственные значения для многогребневого волновода входит в ком бинированный метод анализа волноводных фильтров вафельного типа и дру гих устройств на волноводах сложных сечений.

(а) (б) Рис. 5. Поперечные сечения многогребневых волноводов Одним из наиболее эффективных методов решения данного класса за дач является метод Галеркина с учетом краевой особенности поля, который в данном разделе обобщен и реализован применительно к расчету волноводов с произвольным количеством гребней в поперечном сечении и различным типом симметрии (граничные условия типа e, m-стенки при x=0, y=0, рис.5,а).

Исходная краевая задача для однородного уравнения Гельмгольца формулируется для собственных Н- и Е-волн многогребневого волновода и сводится к системе связанных интегральных уравнений первого рода относи тельно тангенциальных компонент электрического поля на границах регу лярных областей в поперечном сечении структуры (рис. 5,а). При решении системы методом Галеркина используется базис в виде взвешенных полино мов Гегенбауэра или Чебышева, учитывающих особенность поля на ребрах гребней.

В результате задача вычисления критических частот и полей H- и E-волн многогребневого волновода сводится к решению однородных СЛАУ.

Необходимым условием существования нетривиальных решений однородной системы линейных алгебраических уравнений является условие равенства нулю ее определителя. Решая численно трансцендентное уравнение, находим спектр собственных значений волновых чисел для H- и E-волн. После оты скания заданного количества корней этого уравнения для каждого типа волн, уже при известных критических волновых числах находятся коэффициенты в представлениях полей в поперечном сечении волновода.

Проведенный анализ внутренней сходимости метода показал, что при расчете спектров, содержащих до 100 и более волн, достаточно учитывать 3…4 базисных функции. При этом в значениях критических частот стабили зируется четыре значащих цифры, что соответствует погрешности порядка сотых долей процента. Таким образом, необходимая точность обеспечивается при решении СЛАУ малых порядков, что существенно при решении дифрак ционных задач для структур, содержащих секции многогребневых волново дов, т.к. в этом случае необходимо учитывать несколько десятков типов волн.

Приведены результаты расчета спектров критических частот пяти- и десятигребневых волноводов, применяемых в составе волноводных фильтров вафельного типа. Показано, что критические волновые числа первых трех типов волн монотонно растут при увеличении зазора между верхними и нижними гребнями (рис. 6). При этом с ростом b1 / b происходит некоторое расширение полосы одномодового режима пятигребневого волновода.

Рис. 6. Критические волновые чис ла p низших типов волн пятигребне вого волновода (1 – b/a=0.2;

2 – b/a=0.3;

3 – b/a = 0.4;

2a =61 мм, w=d=6.1 мм).

Критические частоты первых трех типов волн относительно мало зави сят от количества гребней в поперечном сечении волновода и от ширины гребней для исследованных структур, содержащих 5 или 10 гребней (разли чие около 1...10%). В то же время, спектр высших типов волн более сущест венно зависит от количества гребней в поперечном сечении волновода и раз меров гребней. В частности, на рис. 7 критические частоты всех рассмотрен ных волн Е-типа у десятигребневого волновода выше, чем критические час тоты соответствующих волн пятигребневого волновода с аналогичными размерами.

Рис. 7. Спектры 5- и 10-гребневого волноводов в составе вафельных фильтров ( x = 0 - m-стенка;

y = 0 - e-стенка).

Четвертый раздел посвящен разработке комбинированного метода электродинамического анализа широкого класса волноводных компонентов на многогребневых секциях, включая фильтры вафельного типа (рис. 8,а), фильтры квазипланарного типа на гребневых секциях (рис. 8,б), а также мо дифицированные конструкции квазипланарных фильтров на гребневых сек циях и продольных индуктивных полосках (рис. 8,в) [21].

При постановке задачи предполагается, что рассматриваемая структура содержит произвольное число многогребневых секций, а также имеет вход ной и выходной согласующие ступенчатые переходы с произвольным числом звеньев. Решение задачи анализа включает декомпозицию исходной структу ры на базовые блоки (неоднородности);

расчет критических частот и полей многогребневых волноводных секций;

вычисление многомодовых матриц рассеяния базовых блоков;

вычисление матрицы рассеяния фильтра путем рекомпозиции многомодовых матриц рассеяния отдельных блоков.

(б) (a) Рис. 8. Фильтры на гребневых (в) волноводах.

В результате декомпозиции для рассматриваемого класса фильтров вы деляется три базовых блока: сочленение прямоугольного и многогребневого волноводов, сочленение прямоугольных волноводов, разветвление прямо угольного волновода. Решение задачи на собственные значения для много гребневых секций изложено в разделе 3 диссертации. Ключевые задачи рас сеяния для всех неоднородностей решены методом модового сшивания и ме тодом Галеркина. При этом поля в волноводах представлялись в виде разло жений по падающим и отраженным Н- и Е-волнам.

При расчете сочленения прямоугольного и многогребневого волново дов наиболее эффективен метод модового сшивания, т.к. в этом случае поря док решаемых систем уравнений не зависит от количества гребней в попе речном сечении многогребневого волновода. Собственные функции много гребневого волновода записываются в соответствии с методом поперечного резонанса в виде разложений поля в регулярных областях поперечного сече ния. Эти разложения аналогичны разложениям полей в задаче на собствен ные значения и содержат найденные ранее критические частоты и амплитуды полей. Далее в результате сшивания полей на стыке волноводов и примене ния стандартных процедур получаем выражения для многомодовой матрицы рассеяния неоднородности.

Эффективное решение дифракционных задач для сочленения прямо угольных волноводов и волноводного разветвления получено методом Га леркина с учетом краевой особенности поля. Решение обеих задач сводится к решению системы интегро-дифференциальных уравнений относительно тан генциальных компонент электрического поля на апертуре неоднородности. В качестве базисных функций используются взвешенные полиномы Гегенбау эра, что обеспечивает быструю сходимость решения.

Итоговая матрица рассеяния фильтра находится с помощью эффектив ных рекомпозиционных процедур, учитывающих симметрию структуры. Вы сокая точность и эффективность предложенного решения подтверждена сравнением с имеющимися теоретическими и экспериментальными результа тами для вафельных фильтров и фильтров на гребневых секциях.

На основе строгого анализа частотных характеристик волноводных структур вафельного типа исследованы основные закономерности их форми рования и сделаны приближенные оценки по выбору начальных геометриче ских размеров для оптимизации фильтров нижних частот вафельного типа.

На рис. 9 приведены характеристики изготовленного макета вафельно го фильтра. Максимальное расчетное значение КСВ в полосе пропускания составляет 1.19, экспериментальное 1.22, экспериментальный уровень за граждения в полосе запирания выше 34 дБ, что соответствует расчетным данным. Разброс экспериментальных значений КСВ объясняется наличием технологических допусков при изготовлении фильтра.

Разработанный эффективный алгоритм анализа является ядром проце дуры многопараметрической оптимизации данного класса фильтров. На ос нове созданного алгоритма оптимизирован ряд конструкций ФНЧ вафельно го типа для двух- и трехдиапазонных фидерных трактов наземных станций спутниковой связи, работающих в диапазонах S, C, X, Ku. Одна из конструк ций приведена на рис. 10. Заштрихованные прямоугольники показывают по лосы запирания, незаштрихованный – полосу пропускания. Все синтезиро ванные конструкции ФНЧ характеризуются высоким уровнем согласования в полосе пропускания и низкими вносимыми потерями. Достигнутый уровень заграждения в полосах запирания во всех случаях существенно выше 30 дБ.

Высокие электрические параметры фильтров достигнуты при минимальных габаритах и максимальной простоте конструкций.

Рис. 9. Вафельный фильтр на волново Рис. 10. Вафельный фильтр на вол де 6110 мм.

новоде 355 мм.

В пятом разделе диссертации разработаны методы электродинамиче ского анализа полосно-пропускающих волноводных фильтров и диплексеров квазипланарного типа, широко применяемых в различных системах связи сантиметрового и миллиметрового диапазонов (рис. 11), а также исследованы квазипланарные конструкции на гребневых секциях (рис.8,б,в).

Рассматриваются квазипланарные фильтры без несущей диэлектриче ской подложки, у которых резонансные элементы (диафрагмы, гребневые ре зонаторы) выполнены на тонкой металлической вставке из фольги, помещае мой в Е-плоскости прямоугольного волновода. Данный класс устройств ха рактеризуется меньшим уровнем вносимых потерь, что играет существенную роль, особенно, в миллиметровом диапазоне волн.

В сделанном обзоре литературы рассмотрены достоинства и недостат ки известных конструкций квазипланарных волноводных фильтров, а также некоторые новые модифицированные конструкции с улучшенными характе ристиками. Показана актуальность разработки эффективных строгих методов расчета данного класса квазипланарных фильтров.

Предложены эффективные методы анализа фильтров на продольных Е плоскостных диафрагмах и многоэлементных продольных или поперечных диафрагмах.

(а) (б) (в) Рис. 11. Квазипланарные волноводные (г) фильтры (а), (б), (в) и диплексеры (г).

Эффективное численно-аналитическое решение для фильтров на про дольных Е-плоскостных диафрагмах (рис. 11,а) построено на основе метода Галеркина с учетом краевой особенности поля. При решении дифракционной задачи рассматриваемая структура разделяется в продольном направлении на регулярные области, в которых поля записываются в виде суперпозиции па дающих и отраженных волн. Затем задача сводится к системе связанных ин тегральных уравнений первого рода относительно тангенциальных компо нент электрического поля на границах областей. Применяя метод Галеркина с базисом в виде взвешенных полиномов Гегенбауэра или Чебышева, прихо дим к итоговой СЛАУ первого рода.

Наряду с выбором базиса, другим ключевым моментом решения явля ется процедура аналитической регуляризации СЛАУ. Матричный оператор разделяется на статическую (сингулярную) и вполне непрерывную часть.

Статическая часть соответствует логарифмической особенности ядер инте гральных уравнений. Ряды функций Бесселя, входящие в статическую часть, сворачиваются с помощью интегральных преобразований и теории вычетов.

Оставшиеся ряды, входящие в матричные элементы СЛАУ, являются быстро сходящимися и вычисляются непосредственно.

Задача анализа фильтров на многоэлементных диафрагмах (рис. 11,б,в) и диплексеров с канальными фильтрами на Е-плоскостных диафрагмах (рис.

11,г) решается на основе декомпозиционного подхода. Матрицы рассеяния базовых неоднородностей рассчитываются методом Галеркина по схеме, из ложенной выше. Затем в результате рекомпозиции находится матрица рас сеяния всего устройства.

Эффективность рассмотренных методик подтверждена анализом схо димости. При реализации метода Галеркина в рассмотренных задачах доста точно учитывать 3 базисных функции, что соответствует погрешности по рядка десятых долей процента. Приведено сравнение с известными экспери ментальными данными для фильтров и диплексеров, подтверждающее высо кую точность результатов (рис. 12).

Показано хорошее совпадение теоретических и экспериментальных ре зультатов для изготовленного пятирезонаторного фильтра на Е-плоскостных диафрагмах с однопроцентной полосой пропускания в К диапазоне (рис. 13).

Оптимизированы конструкции диплексеров для стандартных связных диапа зонов миллиметровых волн.

Рис. 12. Характеристики диплексера Рис. 13. Характеристики изготов (точки - эксперимент [22]). ленного фильтра К диапазона.

(а) (б) Рис. 14. Характеристики 5-резонаторных фильтров.

На основе комбинированной методики расчета, предложенной в разде ле 4, исследованы модифицированные конструкции квазипланарных фильт ров на гребневых секциях и индуктивных полосках (рис. 14,б). Изучены за кономерности формирования частотных характеристик, позволяющие оце нить потенциал этих конструкций. Проведенный анализ подтверждает воз можность существенного расширения верхней полосы заграждения фильт ров, повышения их частотной избирательности, сокращения продольных размеров. Приведены результаты оптимизации ряда модифицированных че тырех- и пятирезонаторных полосно-пропускающих фильтров К и Ка диапа зонов. На рис. 14 приведено сравнение характеристик двух конструкций 5 резонаторных фильтров на гребневых секциях. Верхняя полоса заграждения фильтра с индуктивными полосками (рис. 14,б) увеличивается до 38 ГГц (по уровню 50 дБ) против 27 ГГц у фильтра на рис. 14,а. При этом продольный размер фильтра на рис. 14,б сократился до 35 мм, в сравнении с 57 мм у фильтра на рис. 14,а.

Шестой раздел диссертации посвящен анализу многощелевых волно водных направленных ответвителей и многоэлементных волноводных уст ройств на Е- и Н-плоскостных неоднородностях.

Рассматриваемый класс направленных ответвителей включает структу ры с многощелевой областью связи по широкой либо по узкой стенке, а так же структуры с областью связи в виде системы четвертьволновых шлейфов в общей широкой стенке волноводов. Многошлейфные ответвители нашли применение в составе диаграммообразующих устройств (ДОУ) антенн с кон турной ДН. Ответвители с щелевой областью связи представляют собой пер спективную конструкцию для миллиметрового диапазона, поскольку область связи может быть реализована на тонкой металлической фольге с примене нием прецизионной планарной технологии.

К числу волноводных компонентов на Е- и Н-плоскостных ступенча тых неоднородностях относятся различные типы полосно-пропускающих, режекторных, фильтров нижних частот, фиксированных фазосдвигателей, согласующих элементов, поляризаторов. В настоящее время из-за возросшего уровня требований разработка подобных устройств СВЧ и КВЧ диапазонов в качестве обязательного этапа включает их электродинамическое моделиро вание.

Высокоэффективные численно-аналитические решения задач анализа для рассматриваемых классов устройств построены в рамках единого подхо да. Постановка дифракционной задачи для направленных ответвителей пред полагает, что структура содержит произвольное количество прямоугольных щелей на всю ширину общей широкой либо узкой стенки волноводов, при чем толщина общей стенки между разными щелями может варьироваться, что позволяет улучшить согласование при расчете многошлейфных ответви телей. При анализе каскадного соединения Е- или Н-плоскостных ступенча тых неоднородностей учитывается тип симметрии в продольной плоскости путем задания граничного условия типа электрической или магнитной стен ки.

Анализируемые структуры разделяются в продольном направлении на регулярные области, поля в которых записываются виде суперпозиции соб ственных падающих и отраженных волн. Далее задача сводится к системе связанных интегральных уравнений относительно тангенциальных компо нент электрического поля на границах областей. Решение полученных систем интегральных уравнений с логарифмической особенностью ядра ищется ме тодом Галеркина с базисом в виде взвешенных полиномов Гегенбауэра.

Итоговая СЛАУ преобразуется путем выделения статической части матричного оператора, соответствующей логарифмической особенности ядер интегральных уравнений. Ряды функций Бесселя, входящие в статическую часть матричного оператора вычисляются аналитически. Предложенная про цедура улучшения сходимости рядов сокращает время счета в 2-3 раза. При проведении практических расчетов для достижения точности порядка деся тых долей процента достаточно учитывать 3…4 базисных функции.

Приведено сравнение с экспериментальными и расчетными характери стиками для многощелевых ответвителей со связью по широкой и узкой стенке, демонстрирующее совпадение с предложенной теорией.

Разработана и изготовлена конструкция пятищелевого направленного ответвителя К диапазона с 20-децибельной связью (рис.15,в) в составе волно водного устройства ввода контрольных сигналов (рис. 15,а,б). Устройство обеспечивает оперативное подключение генератора контрольных сигналов и генератора шума на вход приемного тракта. В одно из плеч направленного ответвителя вводятся контрольные сигналы, которые поступают в сторону антенны ослабленными на 40…60 дБ за счет направленности ответвителя.

Выбор слабой 20-децибельной связи первичного волноводного канала со вто ричным позволяет реализовать малые вносимые потери во входной тракт радиоприемного устройства. Теоретическое значение вносимых потерь в рабочем диапазоне составляет в среднем 0.06 дБ, а экспериментальное лежит в пределах 0.06 0.1 дБ. Приведено сравнение расчетных и эксперименталь ных частотных характеристик, демонстрирующее их хорошее совпадение.

|Smn|, дБ |S31| - |S32| - - (а) (б) |S11| - -50 |S21| - - f, Ггц 17 18 19 20 21 (в) (г) Рис. 15. Конструкция и характеристики устройства ввода контрольных сигна лов (крестики и точки - эксперимент, сплошные линии – данная теория).

Исследованы 90-градусные диафрагменные поляризаторы на квадрат ных волноводах. Данный класс устройств применяется в бортовых и назем ных станциях космической связи для преобразования линейно поляризован ных волн в волны круговой поляризации и обратно. На основе анализа час тотных характеристик базовых неоднородностей в составе поляризаторов сформулированы приближенные оценки, необходимые для выбора исходной геометрии поляризатора при оптимизации. Продемонстрировано совпадение предложенной теории с известными экспериментальными данными. Оптими зированы конструкции 90-градусных поляризаторов для работы в стандарт ных спутниковых диапазонах. Поляризатор на рис. 16 обеспечивает диффе ренциальный фазовый сдвиг с точностью 1.2° в выделенных диапазонах, при КСВ 1.037. При этом в расширенном диапазоне 11.5…14.8 ГГц (перекрытие f 2 / f1 =1.29 ) погрешность реализации дифференциального фазового сдвига не превышает 1.5° при КСВ 1.045.

(а) (в) (б) Рис. 16. Характеристики и конструкция 90° поляризатора на 20 диафрагмах.

В седьмом разделе диссертации изложена электродинамическая тео рия многоканальных волноводных делителей мощности (ДМ) на Е плоскостных шлейфах. Рассматриваемые делители мощности, реализованные в виде N-канальных направленных ответвителей (рис. 17,а,б), применяются в диаграммообразующих устройствах антенн с контурной диаграммой направ ленности. Такие делители существенно компактнее традиционной много уровневой схемы деления мощности в составе ДОУ, которая строится на ос нове двухканальных многошлейфных направленных ответвителей.

(в) (г) Рис. 17. N-канальные волноводные де лители мощности (а), (б) и базовые блоки для их анализа (в), (г).

(а) (б) При постановке задачи предполагается, что рассматриваемая структура делителя содержит произвольное число одинаковых волноводных каналов, связанных между собой системой щелей (четвертьволновых шлейфов) в ши роких стенках прямоугольных волноводов. Количество щелей в каждой стен ке, их продольные размеры, расстояния между ними, а также толщины об щих стенок могут задаваться произвольно. При возбуждении структуры с за данного входа волной основного типа на ее выходах должно быть получено требуемое амплитудное распределение при минимальном уровне отражен ных волн во всех каналах.

Высокоэффективный комбинированный метод анализа делителей ос нован на методе Галеркина с учетом краевой особенности поля и методе обобщенных матриц рассеяния. В результате декомпозиции выделяются два типа базовых блоков (рис. 17,в,г), для которых вычисляются многомодовые матрицы рассеяния: каскад двух- и односторонних Т-образных волноводных сочленений в Е-плоскости. Соответствующие ключевые задачи рассеяния решаются для этих блоков непосредственно, т.е. без разбиения на более про стые элементы, что позволяет существенно сократить общее число решаемых дифракционных задач.

При решении дифракционных задач для базовых блоков поля во вход ном и выходном волноводах, а также в шлейфах связи представлялись в виде суперпозиции падающих и отраженных волн LE-типа, а в области питающего волновода между первым и последним шлейфом – в виде суперпозиции стоячих волн. Задача сводилась к системе связанных интегральных уравне ний для тангенциальных компонент электрического поля на границах облас тей. Полученная система решалась методом Галеркина с взвешенными поли номами Гегенбауэра и Чебышева, учитывающими особенность поля на реб рах структуры.

После вычисления многомодовых матриц рассеяния всех блоков для вычисления итоговой матрицы рассеяния использовалась эффективная ре композиционная процедура, разработанная для данного класса многополюс ных устройств. После перенумерации входов каждого из базовых блоков, процедура их объединения сводится к рекомпозиции матриц рассеяния кас кадного соединения многополюсных блоков.

На основе исследования сходимости метода показано, что при прове дении практических расчетов достаточно учитывать 3…4 базисных функции, что соответствует погрешности порядка сотых долей процента и времени счета одной частотной точки порядка сотых долей секунды на Pentium 4/2. ГГц. Высокая точность результатов подтверждена сравнением с известными экспериментальными данными.

Приведены результаты оптимизации четырех- и пятиканальных дели телей Ku диапазона, обеспечивающих в рабочей полосе 10.95-12.75 ГГц (~15%) формирование заданного амплитудного распределения с погрешно стью менее ± 0.5 дБ при высоком уровне согласования и изоляции входов ( 30... 35 дБ). Высокие электрические характеристики достигаются в отно сительно простых конструкциях синтезированных делителей с областями связи, содержащими 5-6 шлейфов. Приведенные результаты демонстрируют высокий потенциал данного класса многоканальных волноводных делителей мощности с точки зрения реализации различных типов амплитудных распре делений. Например, 4-канальный делитель на рис.18 при возбуждении входа 1 обеспечивает заданное амплитудное распределение с погрешностью около 0.5 дБ при коэффициенте отражения и изоляции -35 дБ.

(в) (а) (б) Рис. 18. Частотные характеристики (а),(б) и геометрия (в) четырехканального ДМ с не симметричным делением мощности для диапазона 10.9512.75 ГГц.

В восьмом разделе диссертации изложена методика электродинамиче ского анализа и параметрического синтеза решеток продольных щелей на бесконечном идеально проводящем круговом цилиндре.

Предложен способ формирования комплексных многолучевых диа грамм направленности антенных решеток произвольной геометрии, который реализован в данном разделе для трехмерной модели решетки щелевых излу чателей на круговом цилиндре. Предложенный способ обеспечивает возмож ность независимого управления положением, уровнем и фазой лучей, что представляет интерес для ряда приложений, например, при работе в условиях многолучевого распространения сигналов, принимаемых одной антенной.

Для реализации задач синтеза была разработана эффективная трехмер ная электродинамическая модель решетки продольных щелей на цилиндре (рис. 19). При постановке задачи предполагалось, что излучатели являются раскрывами прямоугольных волноводов, возбуждаемых волной основного типа. Положение излучателей может задаваться произвольно. В частности, при рассмотрении цилиндрических АР полагаем, что решетка состоит из N колец, каждое из которых содержит M излучателей.

Поскольку для решаемых задач синтеза необходима быстрая и доста точно точная оценка характеристик АР, при анализе использовались некото рые упрощающие предположения. Задача анализа решалась в предположе нии узких щелей, что позволило ограничиться учетом только продольной компоненты магнитных токов на раскрывах щелей, а также пренебречь выс шими затухающими типами волн в волноводах.

(б) (а) Рис. 19. АР про- Рис. 20. Синтезированная амплитудная ДН (а) и фазовая ДН дольных щелей в направлениях лучей (б) для кольцевой АР.

на круговом ци- ( M = 32, d = 0.5, ka = 16, L = 0.6, w = 0.1 ). 1-й луч ( 1 = 0° ), 2-й линдре. луч ( 180° 2 180° ), 3-й луч ( 3 = 135° ).

Исходная электродинамическая задача анализа была сведена к системе интегральных уравнений относительно магнитных токов на раскрывах ще лей. При этом для функции Грина свободного пространства использовалось представление в виде бесконечного спектра цилиндрических волн, распро страняющихся в радиальном направлении и модулированных по оси z. Полу ченная система решалась методом Галеркина с тригонометрическим базисом, учитывающим асимптотику поля на ребрах щелей. Магнитные токи на щелях ищутся в виде cos[ ( z z l ) / L] µ =1, 2,..., M, l = 1, 2,..., N,, J zµ l (, z ) = u µ l 1 [ 2a ( µ ) / w] где u µ l - неизвестные коэффициенты, µ, zl - координаты центра излучателя с номером µ l. Итоговая СЛАУ имеет вид DT =2 A, где Aµl - комплексные ам плитуды возбуждающих волн, Tµl = u µl L / 2 = Aµl + Bµl - комплексные амплиту ды магнитных токов на раскрывах излучателей (с учетом взаимодействия).

ДН решётки продольных щелей на бесконечном идеально проводящем ци MN линдре F (, ) = Tµ l f µ l (, ) =T T f, где f µl (, ) ДН щели на цилиндре.

µ =1 l = Точность данной методики анализа подтверждена сравнением с известными из литературы данными.

Рассмотрен способ формирования комплексных многолепестковых ДН применительно к кольцевой решётке продольных щелей на бесконечном иде ально проводящем круговом цилиндре. Предложенный способ основан на применении матричного метода синтеза и обеспечивает возможность незави симого управления фазовыми ДН отдельных лучей для синфазного приема сигналов при многолучевом распространении. Метод основан на поиске век тора токов в элементах решетки, максимизирующего функционал в виде нормированного квадрата модуля взвешенной суммы значений ДН в направ лениях формируемых лепестков. Данный функционал представляет собой аналог КНД в случае многолучевой ДН.

Для формирования в диаграмме направленности F (, ) в направлени ях ( s, s ), s =1, 2,..., S лучей с относительной амплитудой Ws и фазой s ) будем искать вектор-столбец T комплексных амплитуд токов в излучателях, максимизирующий следующий энергетический функционал, представляю T*QT щий собой отношение эрмитовых форм K (T) =. Здесь Q, G - эрмитовы *GT T матрицы, а звездочка обозначает операцию эрмитова сопряжения матрицы и комплексного сопряжения скалярной величины. Элементы эрмитовых мат * Qµ l,µl = f S,µ l f S,µl, риц определены выражениями: где S f S,µ l = Ws e j s f µ l ( s, s ), f µ l ( s, s ) - значение ненормированной ДН s = элемента с номером µ l в направлении ( s, s ), f µ l (, ) f µ l (, ) sin d d.

= Gµ l, µ l 4 Вектор токов, обеспечивающий максимум функционала K(T), находится ана ) литически: T = G 1 (f S )T.

* Возможности предложенной методики продемонстрированы на приме ре кольцевой АР из 32 щелей с трехлепестковой ДН (рис. 20). На основе при веденных численных результатов показано, что при использовании предло женного метода синтеза изменение значения фазовой ДН в одном из лепест ков практически не влияет на значения ДН в других лепестках. Фазы первого и третьего лепестков задавались фиксированными и равными 1 = 0° и 3 = 135° соответственно, в то время как фаза второго лепестка варьирова лась в пределах 180° 2 180° с шагом 1° (рис. 20,б). В регулируемом лепестке (втором) значение фазовой ДН практически линейно зависит от фа зы весового множителя (максимальная погрешность не превышает 1.4°).

Максимальная погрешность реализации заданных значений фазы в первом и третьем лепестках не превышает 4°. Регулирование фаз лепестков не приво дит к существенным изменениям амплитудной ДН.

На основе исследования различных методов управления решётками щелей на круговом цилиндре показано, что лучшие характеристики АР дос тигаются при фазировании по методу кольцевых гармоник и применении матричного метода синтеза. Причем матричный метод синтеза обладает большими возможностями: позволяет формировать несколько лучей с тре буемыми уровнями, регулировать не только общий, но и локальный уровень боковых лепестков, в однолучевом режиме обеспечивает более высокий КНД. Однако для реализации каждого из этих методов необходимо управ лять не только фазой, но и амплитудой тока в щелях.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы дис сертационной работы.

В приложениях приведены методики вычисления интегралов и рядов для разделов 4-7.

Основные результаты работы 1. В строгой электродинамической постановке решена трехмерная за дача анализа решеток прямоугольных волноводов под конечным многослой ным диэлектрическим покрытием, не выступающим над бесконечным иде ально проводящим экраном. С помощью аппарата тензорных функций Грина исходная электродинамическая задача сведена к системе интегро дифференциальных уравнений. Для решения полученной системы применен метод Галеркина с базисом в виде взвешенных полиномов Гегенбауэра и Че бышева, учитывающих особенность поля на краях апертур, что обеспечивает быструю сходимость метода.

2. Исследовано влияние конструктивных параметров конечных много слойных диэлектрических покрытий на характеристики согласования, на правленности и диапазонные свойства АР. Показано, что при широкоуголь ном сканировании улучшить согласование и диапазонные свойства конечных АР можно, применяя покрытия с числом слоев два и более. При этом диэлек трическая проницаемость нижнего слоя должна совпадать с проницаемостью среды, заполняющей волноводы (или быть близкой к этой величине). Полу чены количественные оценки электрических размеров слоев двухслойных покрытий, обеспечивающих высокое согласование и улучшенные диапазон ные свойства.

3. Предложен эффективный электродинамический метод анализа ши рокого класса многоэлементных волноводно-щелевых антенных решеток с излучателями в виде продольных либо поперечных щелей. Численно аналитическое решение трехмерной задачи построено на основе метода Га леркина с учетом краевой особенности поля. В качестве базиса при решении полученной системы интегро-дифференциальных уравнений использовались взвешенные полиномы Чебышева 1-го и 2-го рода, учитывающие асимптоти ку поля на краях щелей. Выбранный базис обеспечивает быструю сходи мость результатов. Эффективность решения была существенно повышена в результате улучшения сходимости двойных рядов и интегралов, входящих в матричные элементы итоговой СЛАУ.

4. Установлены закономерности формирования частотных характери стик КПД и КСВ волноводно-щелевых АР нерезонансного типа, которые мо гут непосредственно использоваться при конструктивном синтезе АР. На примере линейной 120-элементной АР Х-диапазона продемонстрировано возникновение резонансного роста КСВ на частоте, при которой период АР равен половине длины волны в волноводе. На основе строгого анализа ха рактеристик направленности многоэлементных АР определена точность су ществующих аналитических оценок для нахождения углового положения лу ча.

5. Предложен эффективный комбинированный электродинамический метод анализа волноводных фильтров на многогребневых секциях (фильтров вафельного типа) и модифицированных квазипланарных волноводных фильтров на гребневых секциях и индуктивных полосках. Анализ трехмер ных волноводных структур выполнен на основе метода Галеркина с учетом краевой особенности поля, метода модового сшивания и метода обобщенных матриц рассеяния. Комбинированное решение включает расчет критических частот и полей многогребневого волновода, расчет базовых неоднородностей в составе фильтра и рекомпозицию многомодовых матриц рассеяния неодно родностей.

Эффективность комбинированного решения достигнута за счет выбора наиболее подходящих методов для каждой из перечисленных задач. Решение задачи на собственные значения выполнено методом Галеркина с базисом в виде взвешенных полиномов Гегенбауэра или Чебышева, задача о сочлене нии прямоугольного и гребневого волноводов эффективно решается методом модового сшивания, а матрицы рассеяния стыка прямоугольных волноводов и волноводного разветвления рассчитываются методом Галеркина с учетом краевой особенности поля или методом модового сшивания.

6. Исследованы частотные характеристики волноводных структур ва фельного типа, установлены основные закономерности формирования этих характеристик и сформулированы оценки для выбора начальных геометриче ских размеров фильтров. На основе разработанного метода оптимизирован ряд конструкций волноводных фильтров нижних частот для двух- и трехдиа пазонных фидерных трактов в составе наземных станций спутниковой связи, работающих в диапазонах S, C, X, Ku. Все синтезированные конструкции ФНЧ характеризуются высоким уровнем согласования в полосе пропускания, низкими вносимыми потерями при минимальных габаритах и максимальной простоте конструкции.

7. Предложены эффективные численно-аналитические методы анализа широкого класса волноводных фильтров на Е-плоскостных диафрагмах, мно гощелевых и многошлейфных направленных ответвителей, многоэлементных волноводных устройств на основе Е- и Н-плоскостных ступенчатых неодно родностей. Решение соответствующих дифракционных задач построено на основе метода Галеркина с базисом в виде взвешенных полиномов Гегенбау эра, учитывающих особенность поля на ребрах неоднородностей, что обеспе чивает быструю сходимость метода.

Другой ключевой момент решения, обеспечивающий его высокую эф фективность, заключается в аналитическом преобразовании матричного опе ратора итоговой СЛАУ. В матричном операторе выделяется и аналитически вычисляется статическая (сингулярная) часть, соответствующая логарифми ческой особенности ядер интегральных уравнений. Оставшаяся (вполне не прерывная) часть матричного оператора содержит быстро сходящиеся ряды и вычисляется непосредственно. Данная процедура аналитической регуляриза ции сокращает время счета в 2-3 раза.

8. На основе разработанных алгоритмов анализа исследованы основные закономерности формирования частотных характеристик модифицированных конструкций квазипланарных фильтров на гребневых секциях и индуктивных диафрагмах, что позволяет на основе данных анализа сформировать началь ный вектор параметров для оптимизации. Показано, что добавление в конст рукцию индуктивных Е-плоскостных диафрагм позволяет расширить верх нюю полосу заграждения фильтра, улучшить его избирательность и сокра тить габариты. Оптимизирован ряд модифицированных конструкций квази планарных фильтров с улучшенными характеристиками для К и Ка диапазо нов.

Приведены экспериментальные данные для разработанного и изготов ленного квазипланарного фильтра на Е-плоскостных диафрагмах, подтвер ждающие эффективность предложенной теории.

9. На основе предложенной методики расчета разработан и изготовлен волноводный направленный ответвитель квазипланарного типа со слабой 20 децибельной связью для волноводного устройства ввода контрольных сигна лов. Экспериментально подтверждены низкие вносимые потери, высокое со гласование и изоляция ответвителя. Оптимизированы конструкции 90 градусных поляризаторов на квадратных волноводах с высоким согласовани ем и малой погрешностью реализации дифференциального фазового сдвига в заданных стандартных спутниковых диапазонах.

10. Предложен высокоэффективный комбинированный метод электро динамического анализа многоканальных волноводных делителей мощности на Е-плоскостных шлейфах. Рассматриваемый класс устройств применяется в диаграммообразующих схемах антенн с контурной ДН. Эффективность решения, основанного на методе Галеркина и методе обобщенных матриц рассеяния, достигнута в результате применения в качестве базиса взвешен ных полиномов Гегенбауэра и Чебышева и оригинальной схемы рекомпози ции.

11. Предложен способ формирования комплексных многолепестковых ДН антенных решеток произвольной геометрии. Способ реализован для кольцевых антенных решеток продольных щелей на идеально проводящем бесконечном круговом цилиндре. Данный способ основан на применении разработанной трехмерной электродинамической модели цилиндрической АР и матричном методе синтеза ДН. Предложенная новая модификация мат ричного метода синтеза позволяет сформировать несколько лучей с требуе мыми уровнями, регулировать не только общий, но и локальный уровень бо ковых лепестков, а также позволяет регулировать значения фазовой диа граммы в направлениях максимумов формируемых лучей, что создаёт воз можность эффективного приёма сигналов при многолучевом распростране нии радиоволн.

Таким образом, разработаны теоретические положения, совокупность ко торых можно квалифицировать как новое крупное научное достижение в развитии радиофизики – разработка электродинамических методов анализа и исследование конечных волноводных и волноводно-щелевых антенных ре шеток, частотно-селективных и распределительных устройств на волново дах сложных сечений и прямоугольных волноводах для современной элемент ной базы СВЧ и КВЧ диапазонов.

Основные публикации по теме диссертации 1. Ляпин В.П., Мануилов М.Б., Синявский Г.П. О сходимости метода частич ных областей при расчете ступенчатых неоднородностей в прямоугольных волноводах// Изв. вузов. Радиофизика. 1984, Т.27, N. 2, с.203-29.

2. Ляпин В.П., Мануилов М.Б., Синявский Г.П. Расчет диафрагм и диэлек трических окон в многомодовых прямоугольных волноводах// Радиотехника и электроника, 1985, т.30, N 2, с.230-238.

3. Ляпин В.П., Мануилов М.Б., Синявский Г.П., Черникова Т.Ю. Электроди намический анализ волноводно-диэлектрических фильтров// Изв. вузов. Ра диофизика, 1986, Т.29, N 7, с.809-815.

4. Мануилов М.Б. Метод расчета волноводных диэлектрических фильтров// Изв. СКНЦ ВШ. Естеств. науки, 1986, N. 3, с.78-81.

5. Ляпин В.П., Мануилов М.Б., Синявский Г.П. Дифракция Н-волн в прямо угольном волноводе с протяженными диафрагмами// Радиотехника и элек троника, 1987, т.32, N. 9, с.1828-1836.

6. Ляпин В.П., Мануилов М.Б., Синявский Г.П. Двухканальные волноводно диэлектрические фильтры// Радиотехника и электроника, 1990, Т.35, N 6, с.1196-1200.

7. Manuilov B.D., Manuilov M.B. Side-lobe radiation minimization of a waveguide ring array with a matrix exciting circuit// Proc. of 27th Scientific Conf.

on Antennas Theory and Technology, Moscow, 23-25 Aug., 1994, pp. 169-172.

8. Lyapin V.P., Manuilov M.B., Sinyavsky G.P. Field theory method for the analy sis of the multi-section waveguide structures with step discontinuities// Proc. of URSI Int. Symp. on Electromagnetic Theory, St. Petersburg, May 23-26, 1995, pp.

30-32.

9. Manuilov M.B., Sinyavsky G.P., Shvedov V.N. Rigorous theory of rectangular waveguide multiple-slot couplers// Proc. of 6th Int. Conf. on Mathemat. Methods in Electromagnetic Theory, Lviv, Sept. 10-12, 1996, pp. 112-115.

10. Lyapin V.P., Manuilov M.B., Sinyavsky G.P. Quasi-analytical method for analysis of multisection waveguide structures with step discontinuities// Radio Sci ence, Nov.-Dec. 1996, vol.31, N.6, pp. 1761-1772.

11. Мануилов М.Б., Шведов В.Н., Синявский Г.П. Рассеяние волн на системе щелей в общей стенке волноводов// Радиотехника и электроника, 1998, т. 43, N. 6, с. 661- 667.

12. Manuilov M.B. Rigorous field-theory design of low-loss low-pass waveguide filters// Proc. of 28th Moscow Intern. Conference on Antenna Theory and Technol ogy, 22-24 September, 1998, pp. 531-534.

13. Мануилов М.Б. Волноводные фильтры нижних частот на Е-плоскостных резонаторах и диафрагмах// Радиотехника и электроника, 2000, том 45, N. 1, с. 55- 61.

14. Мануилов М.Б. Электродинамическая теория волноводных фильтров на продольных Е-плоскостных диафрагмах// Вопросы радиоэлектроники. Сер.

ОВР, Вып. 17, 1997, с. 57-66.

15. Мануилов М.Б., Синельников Ю.М., Тихов Ю.И. Волноводное устройст во ввода контрольных сигналов// Вопросы радиоэлектроники. Сер. ОВР, Вып. 17, 1997, с. 67- 74.

16. Мануилов М.Б. Волноводные фильтры нижних частот с низким уровнем потерь// Вопросы радиоэлектроники. Сер. ОВР, Вып. 18, 1998, с. 97-109.

17. Мануилов М.Б., Синявский Г.П. Волноводные фильтры с расширенной полосой заграждения и мультиплексеры// Вопросы радиоэлектроники. Сер.

ОВР, Вып. 19, 2000, с. 84-95.

18. Мануилов М.Б., Синявский Г.П. Рассеяние волн многоэлементными не однородностями в составе волноводных фильтров и мультиплексеров// Ра диотехника и электроника, 2001, т. 46, N. 2, с. 141- 147.

19. Manuilov M.B. Rigorous theory of rectangular waveguide arrays with finite flush mounted dielectric cover// Proc. of International Conference on Mathematical methods in electromagnetic theory (MMET’02), Kiev, Ukraine, September 10-13, 2002, pp.322-324.

20. Manuilov M.B. Field theory analysis of rectangular waveguide arrays with fi nite flush mounted dielectric cover// Proc. of 25th European Space Agency Antenna Workshop on Satellite Antenna Technology, Sept. 18-20, 2002, Noordwijk, the Netherlands, pp.601-607.

21. Мануилов М.Б. Электродинамическая теория волноводных антенных ре шеток с невыступающими диэлектрическими покрытиями конечных разме ров// Вопросы радиоэлектроники, сер. ОВР, 2002, вып. 1 (20), с. 46-60.

22. Мануилов М.Б. Численно-аналитическая реализация метода Галеркина при анализе ступенчатых рупорных антенн// Изв. вузов. Радиофизика, 2003, т. 46, № 2, с. 91-103.

23. Мануилов М.Б. Электродинамический метод анализа решеток прямо угольных волноводов с конечными диэлектрическими покрытиями// Радио техника и электроника, 2003, т. 48, № 6, с. 664-672.

24. Мануилов М.Б., Синявский Г.П. Метод Галеркина с учетом краевой осо бенности поля в задачах анализа пассивных волноводных устройств и антен ных решеток// Труды Междун. научн. конф. "Излучение и рассеяние элек тромагнит-ных волн", г. Таганрог, 2003, с. 11-14.

25. Kobrin K.V., Manuilov M.B., Sinyavsky G.P. Field theory analysis and design of multi-port branch-guide couplers for contoured beam antennas// Proc. of 4th In ternational Conf. on Antenna Theory and Technique (ICATT’03), 9-12 September, 2003, Sevastopol, Ukraine, pp. 769-771.

26. Kobrin K.V., Manuilov M.B., Sinyavsky G.P. Full wave analysis and design of multi-port branch-guide couplers for contoured beam antennas// Proc. of Asia Pacific Microwave Conference (APMC'03), 4-7 November, 2003, Seoul, Korea, vol. 3, pp. 1592-1595.

27. Кобрин К.В., Мануилов М.Б., Синявский Г.П. Волноводные делители мощности для антенн с контурной диаграммой направленности// Антенны, вып. 6(85), 2004, с. 36-42.

28. Мануилов М.Б. Волноводные антенные решетки с невыступающими ди электрическими покрытиями// Электромагнитные волны и электронные сис темы, 2005, т.10, №5, с.63-66.

29. Мануилов М.Б., Кобрин К.В. Собственные волны многогребневых волно водов// Электромагнитные волны и электронные системы, 2005, т.10, № 6, с.

21-28.

30. Manuilov M.B., Kobrin K.V. Field theory CAD of waffle-iron filters// Proc. of 35th European Microwave Conference, (EuMC’05), 3-7 October, 2005, Paris, France, pp. 1227-1230.

31. Manuilov M.B., Kobrin K.V. Low-loss waffle-iron filters for multiband feed ers of reflector antennas// Proc. of 2005 International symposium on antennas and propagation (ISAP’2005), August 3-5, 2005, Seoul, Korea, vol. 1, pp. 93-96.

32. Синявский Г.П., Мануилов М.Б., Кобрин К.В. Волноводные фильтры ква зипланарного типа с улучшенными характеристиками// Успехи современной радиоэлектроники, № 4, 2006, с. 5-26.

33. Мануилов М.Б., Кобрин К.В. Волноводные фильтры нижних частот для многодиапазонных фидерных трактов зеркальных антенн// Успехи современ ной радиоэлектроники, № 4, 2006, с. 46-51.

34. Manuilov M.B., Kobrin K.V. Hybrid EM-Simulator Based CAD of Ridge Waveguide Filters with Improved Performance// Proc. of Mediterranean Micro wave Symposium 2006 (MMS’06), 19-21 Sept. 2006, Genova, Italy, pp.309-402.

35. Мануилов М.Б., Лерер В.А., Синявский Г.П. Методы расчета и новые применения волноводно-щелевых антенных решеток// Успехи современной радиоэлектроники, № 5, 2007, с. 3-28.

36. Мануилов М.Б., Лерер В.А., Синявский Г.П. Электродинамический метод расчета многоэлементных волноводно-щелевых антенных решеток// Труды международной научной конференции “Излучение и рассеяние электромаг нитных волн”, (ИРЭМВ-2007), Таганрог, июнь 25-30, т.1, 2007, с.283-287.

37. Мануилов М.Б., Мануилов Б.Д., Башлы П.Н., Безуглов Ю.Д. Синтез ком плексных многолучевых диаграмм направленности кольцевых решеток про дольных щелей на круговом цилиндре// Труды международной научной кон ференции “Излучение и рассеяние электромагнитных волн”, (ИРЭМВ-2007), Таганрог, июнь 25-30, т. 1, 2007, с.288-292.

38. Патент № 2302061 Россия. Способ формирования многолепестковых диа грамм направленности антенной решётки/ Мануилов М.Б., Мануилов Б.Д., Башлы П.Н., Безуглов Ю.Д. // Открытия, изобретения. – Бюл. № 18, 27.06.2007.

39. Мануилов М.Б., Лерер В.А., Синявский Г.П. Эффективный метод элек тродинамического анализа волноводно-щелевых антенных решеток// Радио техника и электроника, 2007, т. 52, (принята к печати).

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Воскресенский Д.И., Котов Ю.В., Харланов Ю.Я., Овчинникова Е.В. Мно гофункциональные полотна антенных решеток//Антенны, вып.9(112), 2006, с.5-23.

2. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных ре шеток. / Под ред. Воскресенского Д.И. – М.: Радио и связь, 1994, 592 с.

3. Синани А.И. Антенные и волноводные системы в НИИП им.

В.В.Тихомирова//Антенны, вып. 2(93), 2005, с.6-11.

4. Курочкин А.П., Андрианов В.И., Верба В.С., Козлов К.В., Крицкий С.В., Рыков В.В., Якубень Л.М. Вопросы построения АФАР для авиационных и космических радиолокационных комплексов наблюдения//Антенны, вып. 8- (87-88), 2004, с. 56-64.

5. Sehm T., Lehto A., Raeisanen A.V. A Large Planar 39-GHz Antenna Array of Waveguide-Fed Horns. // IEEE Trans. on Antennas and Prop., 1998, vol. AP-46, N. 8, pp. 1189-1193.

6. Ando M., Hirokawa J., Yamamoto T., Akiyama A., Kimura Y., Goto N. Novel Single-Layer Waveguides for High-Efficiency Millimeter-Wave Arrays//IEEE Mi crowave Theory and Techn., v.46, N. 6, June 1998, pp.792-799.

7. Амитей Н., Галиндо В., Ву Ч. Теория и анализ фазированных антенных решеток. – М.: Мир, 1974, 45 с.

8. Гостюхин В.Л., Гринева К.И., Трусов В.Н. Вопросы проектирования ак тивных ФАР с использованием ЭВМ. – М.: Радио и связь, 1983, 248 с.

9. Антенные решетки//Под. ред. Чавдарова С.С. – Ростов-на-Дону: Изд. Рос товского ун-та, 1971, 184 с.

10. Мануилов Б.Д., Борисов Б.Г., Сариев К.Э., Шабловский В.М. Сравнение интегральных характеристик двумерных и трехмерных моделей волноводных решеток с покрытиями конечных размеров//Радиотехника, 1991, № 4, с.60-62.

11. Воскресенский Д.И., Кременецкий С.Д., Гринев А.Ю., Котов Ю.В. Авто матизированное проектирование антенн и устройств СВЧ. – М.: Радио и связь, 1988. – 240 с.

12. Ильинский А.С., Гринев А.Ю., Котов Ю.В. Численные методы решения задачи излучения антенных решеток// Вычислительные методы и програм мирование, вып.32. – М.: Изд-во МГУ, 1980, с.104-130.

13. Cucini A., Albani M., Maci S. Truncated Floquet Wave Full-Wave (T(FW)2) Analysis of Large Periodic Arrays of Rectangular Waveguides// IEEE Trans. on Antennas and Propag., v. 51, N.6, June 2003, pp. 1373-1385.

14. Каплун В.А. Радиопрозрачные обтекатели//Антенны, №8-9(87-88), 2004, с 109-116.

15. Пистолькорс А.А. Общая теория дифракционных антенн//Журнал техни ческой физики, 1944, т. 14, №12, с.693-702.

16. Фельд Я.Н. Основы теории щелевых антенн. – М.: Советское радио, 1948, 160 с.

17. Бахрах Л.Д., Ершов Л.И., Кременецкий С.Д., Лось В.Ф. Электродинами ческие факторы взаимовлияния и расчет волноводно-щелевых решеток//ДАН СССР, 1978, том 243, №2, с. 314-317.

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

19. CST Microwave Studio. http://www.cst.com 20. Lerer A.M., Schuchinsky A.G. Full-wave analysis of three-dimensional planar structures// IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1993, vol.

41. N. 11, p. 2002-2015.

21. Kirilenko A., Rud L., Tkachenko V., Kulic D. Evanescent-mode ridged waveguide band-pass filters with improved perfomance// IEEE Trans. on Microw.

Theory and Tech., 2002, vol. MTT.50, N.5, p. 1324-1328.

22. Dittloff J., Arndt F. Rigorous Field Theory Design of Millimeter-Wave E-plane Integrated Circuit Multiplexers// IEEE Trans. on Microw. Theory and Tech., 1989, vol. MTT-37, N.2, p. 340-350.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.