Автореферат (Бортовая сканирующая широкополосная линейная АР дециметрового диапазона)

На правах рукописиМИЛОСЕРДОВ МАКСИМ СЕРГЕЕВИЧБОРТОВАЯ СКАНИРУЮЩАЯ ШИРОКОПОЛОСНАЯЛИНЕЙНАЯ АР ДЕЦИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА05.12.07 - АНТЕННЫ, СВЧ-УСТРОЙСТВА И ИХТЕХНОЛОГИИАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2014Работа выполнена на кафедре радиофизики, антенн и микроволновой техникиМ осковского авиационного института (национального исследовательского университета).Научный руководитель:доктор технических наук, профессорГринев Александр ЮрьевичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессорНечаев Евгений Евгеньевичкандидат физ.-мат. наук, в.н.с.Лось Валерьян ФедоровичВедущая организация:НПО «Лианозовский ЭлектромеханическийЗавод»Защита диссертации состоится ≪30≫ сентября 2014 г.

в 14:00 часов на заседаниидиссертационногосоветаД212.125.03вМ осковскомавиационноминституте(национальном исследовательском университете) по адресу: 125993, г. Москва, А-80,ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4.С диссертацией можно ознакомиться на сайте mai.ru и в библиотеке М АИ.Автореферат разослан ≪___≫___________ 2014 года.Ученый секретарь М .И. СычевМ .И. Сычевдиссертационного советаД 212.125.03, д.т.н., доцент2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫВведениеАктуальность темы исследования: Разработка многофункциональны хбортовых комплексов с активными ф азированными антенными решетками (АФАР),использующими единую систему излучения в интересах нескольких радиотехническихсистем - важная проблема, стоящая на повестке дня.

Решение такой задачи требуетразработки принципов построения и технических решений фаз ированных антенныхрешеток (ФАР) с широкой полосой частот (до октавы и более), которая перекрываетчастотные полосы используемых систем и обеспечивает требуемые характеристикисогласования и направленности в широком диапазоне углов сканирования ±(45-60º).

Приэтом, кбортовым ФАР, предъявляютсяжесткиемассогабаритныетребования,необходимость учета влияния элементов конструкции и условий эксплуатации.Антенны, в частности ФАР, относятся к элементам существенно определяющимлокационную заметность ЛА, поэтому при разработке ФАР помимо энергетических иполевых характеристик требуется проводить оценку и применять меры для сниженияэффективной поверхность рассеяния (ЭПР) ФАР.Расширение полосы рабочих частот ФАР с широкоугольным сканированиемобеспечитсущественноепродвижениевсозданииновогопоколениямногофункциональных радиотехнических комплексов, выполняющих функции РЛС,радиотехнической разведки, радиоэлектронной борьбы, государственного опознавания,радионавигации и радиосвязи.Актуальность работы обусловлена необходимостью расширения полосырабочих частотсканированием,линейнойФАРрасположеннойдециметровоговограниченномдиапазонаобъемесширокоугольным(площадьэлемента0.25λmax x 0.25λmax) под радиопрозрачным обтекателем в передней кромке отклоняемогоноска крыла.Целью работы является разработка малогабаритной широкополосной ФАРдециметрового диапазона с рабочей полосой частот 1-1.6 ГГц, сканирующей в сектореуглов ±45°, размещаемой в ограниченном объеме и предназначенной для антеннойсистемы, выполняющей функции РЛС и государственного опознавания.Основные задачи диссертацииВ соответствии с указанной целью в работе ставятся и решаются следующие задачи:31.Выбор принципа построения широкополосной ФАР и её излучающихэлементов.2.Разработка технических решений снижения габаритных размеров печатныхлогопериодического и монопольного излучателей.3.Оптимизация структуры малогабаритных печатных логопериодического имонопольного излучателей в составе ФАР при размещении под радиопрозрачнымобтекателем вблиз и проводящих элементов конструкции крыла.4.М оделирование характеристик направленности и согласования конечной 12-тиэлементнойширокополоснойлогопериодическихФАРизлучателей,наосноверазмещеннойвмалогабаритныхограниченномпечатныхобъемеподрадиопрозрачным обтекателем в передней кромке отклоняемого носка крыла присканировании в секторе углов ±60º.5.М оделирование характеристик направленности и согласования конечной 12-тиэлементной широкополосной ФАР на основе монопольных излучателей, размещенной вограниченномобъемеподрадиопрозрачнымобтекателемвпереднейкромкеотклоняемого носка крыла при сканировании в секторе углов ±60º.6.Оценка влиянияобъекта-носителянахарактеристики конечной 12-тиэлементной ФАР на основе печатных логопериодического и монопольного излучателей.7.ФАРОценка диаграммы обратного рассеяния (ДОР) конечной 12-ти элементнойизпечатныхлогопериодическихэлементовипечатныхтреугольныхдвухрезонансных монопольных элементов, в передней кромке отклоняемого носка крыла.8.Сравнение ФАР на основе рассмотренных элементов по совокупностипараметров и выбор наилучшего решения по интегральному признаку методом весовыхкоэффициентов.Научная новизна обусловлена предложенным и разработанным комплексомтехнических решений (снижение габаритных размеров, оптимизация параметров с учетомвзаимного влияния излучателей и элементов конструкции), позволившим обеспечитьтребуемые технические характеристики ФАР дециметрового диапазона, расположенной вограниченном пространстве в переднем отсеке отклоняемого носка подвижной консоликрыла.Методология и методы исследованияДля решения поставленных задач используются: методы конечных разностей вовременной области, конечных элементов и гибридный для расчета излучающих элементов(одиночных и в составе полотна линейной ФАР).4М етод глобальной оптимизации (генетический алгоритм) использовался для поискаглобального минимума оптимиз ируемой невыпуклой и многопараметрической целевойфункции (оптимизационного функционала) для поиска параметров излучателей полотнаФАР.Основные положения, выносимые на защиту1.Предложенный и разработанный комплекс технических решений (снижениегабаритных размеров, оптимизации параметров с учетом взаимного влияния излучателейиэлементовконструкции)обеспечиваетсканированиеФАРизпечатныхлогопериодических элементов, расположенных в ограниченном пространстве (площадьэлемента 0.25λmax x 0.25λmax) в переднем отсеке отклоняемого носка подвижной консоликрыла, в секторе углов ±45º по уровню КСВН ≤ 3 в рабочей полосе частот 1..1.6 ГГц.2.Предложенный и разработанный комплекс технических решений (снижениегабаритных размеров, оптимизации параметров с учетом взаимного влияния излучателейи элементов конструкции) обеспечивает сканирование ФАР из печатных монопольныхэлементов,расположенныхвограниченномпространстве(площадьэлемента0.25λmax x 0.25λmax) в переднем отсеке отклоняемого носка подвижной консоли крыла, всекторе углов ±45º по уровню КСВН ≤ 2.8 в рабочей полосе частот 1..1.6 ГГц.3.Численное моделирование на основе метода конечных разностей во временнойобласти, гибридного метода и алгоритмов глобальной оптимизации позволило определитьосновные энергетические и полевые характеристики и подтвердить правильностьзаложенных технических решений построения 12-ти элементной ФАР на основе печатныхлогопериодических и двухрезонансных монопольных излучателей с учетом особенностейразмещения.Теоретическая и практическая значимость результатов работы состоит вследующем: Произведен расчет и получены характеристики согласования и направленностиконечной 12-ти элементной ФАР на основе печатных логопериодическихизлучателей, размещенной в ограниченном пространстве в переднем отсекеотклоняемого носка крыла под радиопрозрачным обтекателем. Произведен расчет и получены характеристики согласования и направленностиконечной 12-ти элементной ФАР на основе печатных двухрезонансныхмонопольных излучателей, размещенной в ограниченном пространстве впереднем отсеке отклоняемого носка крыла под радиопрозрачным обтекателем.5Проведена оценка диаграммы обратного рассеянияконечных 12-тиэлементных ФАР на основе печатных логопериодических и двухрезонансныхмонопольных излучателей.Полученные результаты могут быть использованы при разработке бортовыхширокополосных антенных систем дециметрового диапазона.Достоверность полученных результатов обусловлена корректным выбороммоделей антенных систем и постановкой соответствующих электродинамических задач;использованием апробированных численных методов решения поставленных задач;проведениечисленногомоделированияразличнымиметодамиисопоставлениеполученных результатов; тестированием алгоритмов моделирования на модельныхзадачах.Реализация и внедрение результатовРезультаты диссертационного исследования, оформленные в виде акта о внедрении,вошли в эскизный технический проект составной части опытно-конструкторскойразработки «Разработка электродинамической модели и численное моделированиеширокополосной системы излучения ФАР на основе широкополосных излучателей»,шифр«Подкова-М 1»,проведеннойНИИприборостроенияим.Тихомирова(г.

Жуковский) в рамках выполнения ОКР «Подкова» ФЦП «ЭКБ» М инистерствапромышленности и торговли Российской Федерации (Государственный контракт№11411.1006800.11.089 от 04.08.2011г. между ОАО «НИИП» и М инпромторгом).Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационнойработы докладывались на:7-ой и 8-ой молодежной научно-технической конф еренции «Современныепроблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций РТ-2011, 2012», Севастополь,Украина, 2011, 2012 гг.10-ой и 11-ой международной конференции «Авиация и космонавтика - 2011,2012», М осква, 2011, 2012 гг.10-ой и 11-ой научно-практической конференции молодых ученых истудентов М АИ – «Инновации в авиации и космонавтике – 2011, 2012», М осква,2011, 2012 гг.Публикации.Поосновнымрезультатамвыполненныхвдиссертацииисследований опубликовано 11 печатных работ, из них 5 научных статей (3 в журналах,рекомендуемых ВАК) и 6 тезисов докладов.6Структура и объем работы:Диссертационная работа изложена на 168 машинописных страниц и состоит извведения, четырех разделов, заключения и списка использованных источников.Иллюстративный материал представлен в виде 89 рисунков и 15 таблиц.