Диссертация (Периодические СВЧ композитные структуры в бортовых антенных системах), страница 4

Приведенаинтерпретация выявленного эффекта на основе приближённой теории резонаторных антенн.Проведеномакетированиеиэкспериментальныеизмерениячастотнойзависимостикоэффициента прохождения однослойной ЧСС. Сравнение результатов измерений и численноемоделирование показало их удовлетворительное совпадение.Вовторомразделепериодических структурпроведеноL-диапазона,полноволновоемоделированиеэкранированных различнымиДОРлинейныхсинтезированнымичастотно-селективными структурами при облучении плоской ЭМ волной Х- и Ku-диапазонов.Выявлен эффект ослепления ЧСС, обусловленный резонансными эффектами между ЧСС ипроводящим основанием ЛПС и приводящий к неподавлению отдельных лепестков БрэггаДОР.Приведеныформулы,позволяющие определитьугловоечастотноеположениянеподавленных лепестков Брэгга.

Рассмотрены методы контроля эффекта «ослепления» ЧСС.На примере двухслойной ЧСС показано, что уменьшение расстояния от ЧСС до проводящегоэкрана в 2 раза позволяет в два раза уменьшить частоту резонансных пиков. Для контроляэффекта «ослепления» предложено покрывать проводящее основание ЛПС поглощающимматериалом, что позволяет снизить амплитуду лепестков Брэгга на 10 … 30 дБкв.м в рабочейчастоте ЧСС и поглощающего материала.Разработана антенная система, объединяющая ФАР L-диапазона на основе элемента типаМНИ, размещаемую в отклоняемом носке передней консоли крыла летательного аппарата, ЧССс полосно-заграждающей пространственно-частотной характеристикой и поглощающийматериал на основе резистивных печатных элементов, с амплитудой лепестков Брэгга в полосечастот 8-18 ГГц в диапазоне углов облучения (5-55) градусов на 5-25 дБ меньше, чем у13исходной ФАР. При этом, коэффициент усиления разработанной АС, по сравнению с исходнойФАР, не более чем на 0,3 дБ меньше в полосе частот 1..1.6 ГГц и секторе сканирования ±45градусов.Третий раздел рассмотрены ПСК структуры со свойствами искусственного магнитногопроводника (АМС).

Проведен аналитический обзор литературы. Исследована полная полоса(включающаякакхарактеристикисогласования,такинаправленности)излучателя,расположенного на различных типах АМС структур. Показано, что в случае структуры типагрибы, расположенной на проводящем экране размером большим, чем АМС структура, этиособенности проявляются в деградации ДН АС в Е-плоскости и возникновении провалов внормальном направлении ДН. Показано, что деградация ДН АС в согласованной полосерабочих частот обусловлена излучением вертикальных проводников АМС структуры.Рассмотрены особенности ДН АС в Н-плоскости, рассположенных на планарных АМСструктурах, вызванные равенством длины конечной АМС структуры и резонансной длиныволны ТЕ моды.

Предложен способ расширения полной полосы АС на конечной планарнойАМС структуре путем использования системы из «сдвоенного» излучателя, состоящего из двухвибраторов, запитываемых синфазно и разнесенных на расстояние D  λп / 2 в плоскостипровала.Комплексная разработка низкопрофильной конформной двухполяризационной антеннойсистемы ОВЧ-диапазона (λ0 = 2.3 м) авиационного комплекса землеобзора с искусственныммагнитным проводником позволило снизить высоту профиля АС до 0.07λ0 и расширить полнуюполосу рабочих частот 40% по уровню КСВ ≤ 2.5, обеспечить низкий уровень заднегоизлучения (менее -10 дБ в рабочем диапазоне АС) и развязку между ортогональнымиполяризациями не более -35 дБ, что позволит улучшить радиотехнические характеристики АС исохранить аэродинамические свойства летательного аппарата.В четвертый раздел посвящен периодическим СВЧ композитным структурам сэлектромагнитной запрещенной зоной (EBG).

Проведен аналитический обзор литературы поEBG структурам для подавления поверхностных волн и улучшения развязки междуизлучателями АС.Рассмотрено использование EBG структур для подавления поверхностных волн иустранения эффекта ослепления в печатных ФАР. Разработаны ПСК структуры со свойствамиэлектромагнитной запрещённой зоны, предложены и обоснованы их электродинамическиемодели, проведено полноволновое моделирование в составе перспективных ФАР Х-диапазона,показавшее возможность подавления поверхностных волн устранения эффекта ослепления впечатных ФАР.

В частности, комплексная разработка ФАР на основе печатного вибраторногоизлучателя с EBG структурой позволило уменьшить профиль ФАР до 0.1λ0 при ширине полосы14рабочих частот 10% по уровню КСВ ≤ 2 при синфазном возбуждении и КСВ ≤ 3.2 присканировании лучом в секторе 0  45°.Рассмотрены ПСК структуры с электромагнитной запрещенной зоной для увеличенияразвязки между элементами в двухполяризационных антенных системах. Проведенакомплексная разработка антенной системы, состоящей из двух подсистем с ортогональнымиполяризациями УВЧ диапазона (λ0 = 69 см) космического комплекса землеобзора скомпозитными структурами позволяет уменьшить профиль АС до 0.055 длины волны приширине полосы рабочих частот 14% по уровню КСВ ≤ 2 и развязкой в кроссполяризационныхканалах – 30 дБ, а также уменьшить эффект взаимовлияния между элементами АР на 7 дБ, чтопозволяет улучшить радиотехнические характеристики АС и компактно размещать антенноеустройство внутри обтекателя при выводе космического аппарата на орбиту.В заключении сформулированы основные выводы по результатам работы.151 Периодические СВЧ композитные структуры сосвойствами частотной селективностиИзвестно, что радиолокационная заметность самолёта определяется в основном егосильно отражающими элементами (воздухозаборниками двигателей, фюзеляжем, крыльями идр.).

Антенны, в частности ФАР, относятся к таким элементам [9, 10]. Отметим, выработанныепрактикойподходы(принципы),положенные воснову обычной(не связанной сперекомпоновкой планера) технологией Stealth [11], ориентируясь на снижение ЭПР антенныхсистем с электронным управлением лучом:1. Снижение ЭПР целесообразно производить только в наиболее опасном дляобнаружения самолёта секторе углов: (±10º – 55º) от продольной оси в азимутальной плоскостии ~ 5º в нижней полусфере углов наблюдения.2. Снижение ЭПР должно осуществляться только до уровня общего среднего уровня ЭПРпланера, при этом глубина снижения ЭПР для различных антенных систем должна бытьпропорциональна уровню ЭПР конкретной антенной системы.В рабочем диапазоне ЭПРАР определяется, в основном, антенной (резонансной)составляющей, поэтому для минимизации ЭПР необходимо реализовать условия согласованияАР в максимальной полосе частот и секторе сканирования ( a ( f , 0 )  0 ) [10, 12-14].

Внерабочего диапазона [10, 12-#2] ЭПР АР определяется структурной составляющей, котораяобусловлена формой, размерами и материалом элементов АР и свойствами обтекателя. АР втаком режиме приближается к свойствам идеальной отражающей поверхности при выборешага между элементами АР d   1 2 , что обеспечивает естественное уменьшение ЭПР длямоностатического режима для направлений падения волны, отличных от нормального. При = 0,  = 0 ЭПР называют однопозиционной (моностатической), при  ≠ 0,  ≠ 0 –двухпозиционной (бистатической). Зависимость моностатической ЭПР от угловых координатназывают диаграммой направленности рассеянного поля (диаграммой обратного рассеяния –ДОР) F S 0 ,0  .На частотах вне полосы рабочих частот используются следующие механизмы контроля(снижения, перераспределения в секторе углов) ЭПР антенны (АР) [10, 14]: формированиеугловой структуры ЭПР (например, наклон плоскости решётки относительно направленияизлучения из наиболее опасных секторов углов), минимизация рассеяния от неоднородностей,применение поглощающих материалов, эффект взаимного гашения и применение частотноселективных структур.

Далее основное внимание уделено частотно-селективным структурам.161.1 Аналитический обзор частотно-селективных структур1.1.1 ВведениеЧастотно-селективные структуры (ЧСС), представляют собой периодические решёткипечатных, щелевых и диэлектрических элементов (однослойных или каскадных), резонанс вкоторых в первую очередь ассоциируется с резонансами периодической структуры элементов, ане с резонансами самих элементов.

Как правило, длина волны сравнима или меньше периодаструктуры и для классического описания характеристик структуры, которая являетсядисперсионной, используется модель Флоке. ЧСС применяются в антенных системах вкачестве поляризаторов и обтекателей, для разделения каналов многочастотных зеркальныхантенн и управления ЭПР, при разработке поглотителей, искусственных магнитных структур иструктур с электромагнитной запрещенной зоной, в качестве фильтров АФАР и т.д. [8, 15-20].Основными требованиями к ЧСС являются их хорошая прозрачность в рабочей полосечастот антенны и приближение к свойствам идеальной отражающей поверхности илиабсолютно “чёрного” тела вне рабочей полосы антенны.