Диссертация (Диаграммообразующая система оптического типа для многолучевых АФАР)

ПРАВИТЕЛЬСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФедеральное государственное автономное образовательноеучреждениевысшего профессионального образованияНАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ«ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ»На правах рукописиФИРСОВ-ШИБАЕВ ДЕНИС ОЛЕГОВИЧДИАГРАММООБРАЗУЮЩАЯ СИСТЕМА ОПТИЧЕСКОГО ТИПАДЛЯ МНОГОЛУЧЕВЫХ АФАРСпециальность 05.12.07–Антенны, СВЧ устройства и ихтехнологииДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель–доктор технических наук,К. Н. КлимовМосква – 2013ОглавлениеВведение.............................................................................................

5Современное состояние вопроса и актуальность темы.......... 5Выбор и обоснование метода исследования ........................... 6Основные задачи диссертационной работы ............................ 6Научная новизна ......................................................................... 7Практическая ценность..............................................................

7Внедрение ................................................................................... 8Апробация ................................................................................... 8Содержание работы ................................................................... 9Глава 1. Многолучевые антенные решетки.................................. 111.1 Схемы построения многолучевых антенных решеток ... 111.2 Многолучевые антенные решетки на основепараллельной ДОС ............................................................................. 181.3 Многолучевые антенные решетки на основепоследовательной ДОС......................................................................

231.4 Антенны на многомодовых волноводах .......................... 281.5 Линза Руза ........................................................................... 331.6 Линза Гента ......................................................................... 361.7 Линза Ротмана в качестве диаграммообразующегоустройства ........................................................................................... 371.8 Многолучевая линза Максвелла .......................................

401.9 Линза Микаэляна ............................................................... 411.10 Линза Люнеберга.............................................................. 421.10 Квазиоптическая линза Климова .................................... 441.11 Выводы .............................................................................. 452Глава 2.

Геометрическая интерпретация синтезаквазиоптической распределительной системы для многолучевыхфазированных антенных решёток. .......................................................... 472.1 Структура линзовой системы ........................................... 472.2 Постановка задачи ............................................................. 502.3 Переход к геометрическому решению задачи ................ 532.4 Геометрическое построение положений приемныхзондов Z1  Z N ....................................................................................

552.5 Лемма – свойство эллипса................................................ 60Доказательство леммы............................................................. 62Следствие свойства эллипса ................................................... 642.6 Условие по углу направления луча .................................. 672.7 Условие по минимизации средней ошибки.....................

702.8 Условие по минимизации локальной фазовой ошибки награнице апертуры ............................................................................... 812.9 Пример построения линзы ................................................ 952.10 Выводы ............................................................................ 111Глава 3. Моделирование Н-плоскостной распределительнойсистемы во временной области.............................................................. 1133.1 Результаты моделирования распределенияэлектрического поля во временной области. ................................

1153.2 Результаты моделирования сигналов, отраженных отвходов. ............................................................................................... 1213.3 Результаты моделирование по развязкам входовраспределительной системы ........................................................... 1263.4 Результаты моделирования распределения амплитуд ифаз для стационарного режима. ...................................................... 1313.5 Выводы ..............................................................................

1343Глава. 4. Возбудитель для распределительной системыоптического типа. .................................................................................... 1354.1 Постановка задачи ........................................................... 1354.2 Расчет волнового импеданса поглотителя .................... 1384.3 Моделирование возбудителя в программе Ansoft HFSS............................................................................................................ 1454.4 Экспериментальные исследования ................................

1474.5 Выводы .............................................................................. 150Глава 5. Моделирование E-плоскостного частотногомультиплексора ....................................................................................... 1515.1 Постановка задачи ........................................................... 1525.2 Моделирование первого частотного диапазона ............ 1555.3 Выводы .............................................................................. 168Глава. 6.

Дискретный фазовращатель на p-i-n диодах. ............. 1696.1 Проектирование пассивной части дискретногофазовращателя. ................................................................................. 1696.2 Проектирование активной части дискретногофазовращателя. ................................................................................. 1836.3 Моделирование прохождения короткого импульса черезсекцию фазовращателя. ...................................................................

1976.3 Выводы. ............................................................................. 204Заключение .................................................................................... 205Список литературы ....................................................................... 206Список докладов на конференциях ............................................. 211Список научных работ..................................................................

212Список учебно-методических работ ........................................... 213Акты внедрений ............................................................................ 2144ВведениеСовременное состояние вопроса и актуальность темыАктуальность создания многолучевых антенн АФАР связана сразвитиемсистемрадиолокации,связиисредствконтролярадиоэлектронной обстановки.

Многолучевые антенны обеспечиваютувеличение емкости радиосетей при улучшенной спектральнойэффективностииболеевысокомкачествеобслуживанияпользователей.Многолучевая АФАР имеет многолепестковую диаграммунаправленности. Обычно она имеет несколькими независимых входови выходов, каждому из которых соответствует своя диаграмманаправленности - свой луч.

Многолучевая АФАР осуществляетпараллельный обзор пространства, т.е. в пространстве одновременноформируется множество лучей, расположенных дискретно в секторесканирования. Сигналы, поступающие на АФАР с различныхнаправлений, могут быть разделены и переданы на различные портыантенны, т. е. разделены в пространстве.Предметом исследования диссертационной работы являетсядиаграммообразующая система (ДОС). ДОС является основным иодним из самых дорогостоящих звеньев в многолучевой антеннойрешетке.

Ее задачей является формирование амплитудно-фазовогораспределения (АФР) на входах излучателей антенной решетки. Дляувеличениякоэффициентанаправленногодействия(КНД),аследовательно и коэффициента усиления антенной системы (КУ)необходимо минимизировать в основном фазовые ошибки в фазовомраспределении.Поэтомусоздание5методикисинтезадиаграммообразующей системы оптического типа, минимизирующейфазовые ошибки в фазовом распределении для многолучевых АФАРявляется актуальной темой.Выбор и обоснование метода исследованияОбщая методика исследования заключалась в применениизаконов геометрической оптики для геометрической интерпретациисинтеза ДОСОТ, а также в использовании уравнений Максвелла дляразработки численных процедур, описывающих методику синтезадиаграммообразующей системы оптического типа.Основные задачи диссертационной работыЦелью диссертационной работы является создание методикисинтезанаосновегеометрооптическогоприближениядиаграммообразующих систем оптического типа для многолучевыхАФАР, минимизирующей фазовые ошибки в фазовом распределении.Теоретическая частьРазработка геометрической интерпретации методики синтезадиаграммообразующей системы оптического типа, на основе законовгеометрической оптики.Практическая частьРазработкасинтезачисленныхпроцедур,диаграммообразующейсистемыреализующихнаметодикуосновезаконовгеометрической оптики.Внедрение разработанных численных процедур в инженернуюпрактику при проектировании диаграммообразующих систем.6Научная новизнаПри решении задач, поставленных в диссертационной работе,получены следующие новые научные результаты:1.Развита методика синтеза диаграммообразующих системоптического типа на основе законов геометрической оптики.2.Найденыаналитическиевыражения,позволяющиеоценивать габаритные размеры диаграммообразующей системыоптического типа для многолучевых АФАР.3.Найдены аналитические выражения для угла отклонениялуча системы ДОСОТ АФАР.4.Найдены аналитические выражения для определенияоптимального положения передающих зондов, минимизирующиесредние и максимальные фазовые ошибки.5.РазработаннаяДОСОТпромоделировананаэлектродинамическом уровне с использованием универсальныхэлектродинамических программ в стационарном и переходномрежимах.Практическая ценностьПредложенная методика позволяет эффективно решать задачисинтеза диаграммообразующих систем для многолучевых АФАР.Практическая ценность работы состоит в том, что разработаннаяметодика позволяет уменьшить время разработки, снизить затраты,уменьшить габариты и массу конечно изделия.