Методы широкоугольного сканирования в системах дистанционного зондирования радиодиапазона

Прилуцкий, Андрей Алексеевич

Автореферат диссертации на тему "Методы широкоугольного сканирования в системах дистанционного зондирования радиодиапазона"

005012702

На правах рукописи

ПРИЛУЦКИЙ АНДРЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

МЕТОДЫ

ШИРОКОУГОЛЬНОГО СКАНИРОВАНИЯ В СИСТЕМАХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ РАДИОДИАПАЗОНА

Специальность 01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических паук

1 2 мдр 1Ш

Москва-2012 г.

005012702

Работа выполнена в ОАО «Научно-производственный комплекс «Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи», г. Москва.

Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ, доктор

физико-математических наук, профессор Кравченко Виктор Филиппович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Боголюбов Александр Николаевич

заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук, профессор Мериакри Вячеслав Вячеславович

доктор физико-математических наук, профессор Шепелев Андрей Вадимович

Ведущая организация: ФГУП «Научно-производственное

объединение им. С.А. Лавочкина»

Защита состоится «28» марта 2012 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 002.135.01 при Учреждении Российской академии наук «Научно-технологическом центре уникального приборостроения РАН» по адресу: 117342, г. Москва, ул. Бутлерова, д.15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «НТЦ УП РАН».

Отзывы, в количестве 2-хэкземпляров, заверенные гербовой печатью организации, прошу направлять по адресу: 1 17342, г. Москва, ул. Бутлерова, д. 15, ученый секретарь диссертационного совета Д002.135.01.

Автореферат разослан февраля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.135.01 кандидат физико-математических наук

Е.А. Отливанчик

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность научной проблемы обусловлена интенсивным развитием научных приборов систем дистанционного зондирования (ДЗ) Земли и других планет солнечной системы, радиовидения, радиометрии и радиоастрономии, которые должны осуществлять обзор пространства (поверхности) в широком диапазоне углов наблюдения. Однако широкоугольный обзор пространства всегда входит в противоречие с энергетическим потенциалом системы. Поэтому, одним из путей повышения эффективности работы систем дистанционного зондирования является использование широкоугольного сканирования пространства узким лучом антенной системы.

Под широкоугольным сканированием понимается угол обзора пространства, который намного больше ширины луча антенной системы. В этом случае ктаким антенным системам предъявляются всё более жесткие требования по обеспечению высокоскоростного обзора широкого пространственного сектора, оперативного управления формой диаграммы направленности антенны. С этими задачами в настоящее время успешно справляются фазированные антенные решетки (ФАР), состоящие из тысяч -десятков тысяч излучателей. В настоящее время ведутся интенсивные работы в области совершенствования известных и создания новых типов ФАР, происходит интенсивное освоение СВЧ и КВЧ диапазонов частот.

Характеристики излучателей в составе антенной решетки отличаются от характеристик изолированного излучателя из-за наличия взаимных связей между ними и в силу краевых эффектов и существенно зависят отрасположения излучателей в антенной решетке. Из-за этих физических явлений при сканировании диаграммой направленности антенны возникает рассогласование в трактах излучателей, вплоть до полного запирания («ослепления») антенной системы - полное отражение. С помощью простых трансформаторов сопротивлений в фидерах проблему ослепления ФАР и широкоугольного согласования при сканировании не решить. Для

компенсации изменения входного импеданса излучателей при сканировании, организуются дополнительные цепи связи между фидерами, питающими излучатели, диэлектрические вставки внутри волноводов и многослойное диэлектрическое укрытие, многомодовые трансформаторы в апертуре излучателей, запредельные секции волноводов в апертуре, а так же пассивные проводящие элементы, устанавливаемые в раскрыве АР. Поэтому разработка методов компенсации изменения входного импеданса при широкоугольном сканировании ФАР в заданной полосе рабочих частот является актуальной научно-технической задачей.

В состав практических конструкций ФАР, как правило, входит очень важный элемент - радиопрозрачное укрытие (РПУ). В случае ФАР для авиационной и космической техники РПУ носит название радиопрозрачный обтекатель. Основное назначение РПУ это защита от внешних воздействий среды аппаратуры радиоэлектронных комплексов. Механические и климатические внешние воздействия предъявляют требования к конструкции обтекателя по механической прочности, тепловому и аэродинамическому сопротивлению, вступающие в противоречия с функциональными радиотехническими требованиями, в том числе и с требованиями по широкоугольности сканирования в широкой полосе частот. В тоже время, конструкция обтекателя, состоящая из диэлектрических слоев и пассивных проводящих проводников, оптимизированная совместно с излучающей структурой ФАР, позволяет решить компромиссную задачу защиты от внешних воздействий и задачу широкоугольного сканирования в требуемой полосе частот. Помимо этого, часто к конструкции обтекателя предъявляют требования по частотной селекции. Частотная селективность обтекателя в этом случае решает задачи радиомаскировки или снижения радиолокационной заметности летательного аппарата. Поэтому проблема разработки методов широкоугольного согласования ФАР из открытых концов волноводов при сканировании с использованием пассивных согласующих устройств, размещенных в слоях магиитодиэлектрика,

образующих единую конструкцию антенна-обтекатель, является актуальной научной и практической задачей.

Для реализации широкоугольного сканирования антенной системой в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн научной и технической проблемой является создание фазовращателей, так как размеры фазовращателей ограничены размером периодической ячейки. Размеры ячейки могут быть существенно меньше длины волны, что необходимо для обеспечения режима сканирования без возбуждения дополнительных интерференционных максимумов в рабочей полосе частот. Кроме того, для фазированных антенных решеток этих диапазонов является определенной проблемой создание и распределительной системы для возбуждения излучающих элементов антенны. Поэтому актуальным является исследование физических процессов в ФАР с оптическими схемами распределения сигнала возбуждения, а в частности отражательных антенных решеток (ОАР), состоящих из реконфигурируемых излучателей, реализующих широкоугольное сканирование диаграммой направленности антенны, в которых модуляция фазы отраженной волны обеспечивается изменением геометрии (реконфигурацией) излучателя. Таким образом, реконфигурация излучателя в составе ОАР приводит к изменению поверхностного импеданса рефлектора антенны. Рефлектор, выполненный по многослойной печатной технологии, образует покрытие с управляемым поверхностным импедансом, которое в мировой литературе относят к технологии интеллектуальных покрытий или технологии ЗтаЛБкт. В последние годы наметился большой интерес исследователей и разработчиков к этому новому научному направлению. С использованием этой технологии можно создавать бортовые конформные антенны, цилиндрические и более сложной формы сканирующие антенны мобильных систем связи, радиолокационные покрытия летательных аппаратов, и многое другое. Технология интеллектуальных покрытий, применительно к антеннам, предусматривает интеграцию в одной конструкции излучающего элемента и

элемента управления. Примером таких интегрированных систем являются, например, реконфигурируемые антенны, в которых возможность управления фазой излучения заложена в конструкцию элемента ФАР. В качестве исполнительного элемента при реконфигурации излучателя ФАР применяют СВЧ-ключи, выполненные по технологии микро и наноэлектромеханических систем (МЭМС и НЭМС). Однако у таких ключей есть и существенные недостатки, поэтому в практических конструкциях трудно обеспечить необходимую развязку между цепями управления, питания и информационной несущей частоты СВЧ или КВЧ диапазона. Проблема может быть решена с использованием элементов с оптронным управлением. Поэтому актуальными являются проблема исследования физических явлений и процессов, происходящих в интеллектуальных антенных и радиолокационных покрытиях с оптронным управлением, а так жеразработка методов их проектирования.

Альтернативой МЭМС-ключам, как элемента управления в реконфигурируемой антенне, могут являться полупроводниковые фоторезистивные (ПФР) СВЧ-ключи, использующие эффект фотопроводности (оптронный СВЧ-ключ). В последнее десятилетие достигнуты значительные успехи в синтезе полупроводниковых тонкопленочных материалов для изготовления полупроводниковых приборов с необходимыми свойствами темновой и освещенной фотопроводимости. Поэтому проблемы исследования реконфигурируемых антенн и интеллектуальных антенных покрытий с оптронным управлением поверхностным импедансом, использующие полупроводниковые фотопроводящие пленки, являются так же актуальными.

Таким образом, существует народно-хозяйственная задача повышения эффективностисистем дистанционного зондирования радиодиапазона ЭМВ и улучшения качества научных исследований за счёт увеличения информативности полученных результатов зондирования путём развития методов широкоугольного сканирования вприборах ДЗ в рамках

ограниченного энергетического потенциала.

Научной проблемой, вытекающей из народно-хозяйственной задачи, является исследование физических явлений и процессов, происходящих при широкоугольном электронном и оптоэлектронном сканировании в антенных системах, которые могут быть использованы для создания принципиально новых приборов ДЗ радиодиапазона ЭМВ.

Объект исследования - электромагнитные поля, возбуждаемые и рассеиваемые в многоэлементных волноводных, щелевых, печатных фазированных и отражательных антенных решетках и их элементах.

Область исследования - электродинамика антенных систем в виде многоэлементных отражательных и фазированных АР с оптронным управлением с широкоугольным сканированием и теория их проектирования.

Предметом исследования являются:

• фазированные и отражательные антенные решетки из волноводных, щелевых и полосковых дипольных излучателей с широкоугольным сканированием луча с пассивными согласующими элементами в слоях магнитодиэлектрика, установленными в раскрыве антенны, методики их проектирования;

• отражательные антенны в виде интеллектуальных покрытий с оптронным управлением поверхностным импедансом на основе фотопроводящих полупроводниковых пленок и реконфигурируемых щелевых или полосковых излучателей с фотопроводящими полупроводниковыми СВЧ-ключами, а так же методики их проектирования.

Цель исследований. Развитие методов электронного и оптоэлектронного широкоугольного сканирования в антенных системах приборов ДЗ радиодиапазона ЭМВ, а также ряда теоретических положений, математического моделирования и практики построения фазированных и отражательных антенных решеток сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн с широкоугольным электронным и оптоэлектронным

сканированием, а так же новых типов сканирующих антенн на основе интеллектуальных покрытий.

Задачи исследований, которые вытекают из поставленной цели:

1. Разработать эффективные методики учета влияния на электродинамическом уровне строгости конструктивных элементов фазированных антенных решеток из щелевых излучателей в торцах волновода с учетом многослойных магнитодиэлектрических вставок внутри волноводов и многослойного диэлектрического укрытия перед апертурой.

2. Разработать эффективные электродинамические модели многоэлементных антенных решеток из волноводов с согласующей металлодиэлектрической средой (МДС) перед раскрывом антенны в виде щелевых экранов, полосковых (ленточных) проводников, диполей или многорядных сеток из цилиндрических проводников и их комбинаций в слоях магнитодиэлектрика в приближении бесконечных и конечных в бесконечном пассивном окружении периодических структур.

3. Разработать эффективные электродинамические модели сканирующих отражательных антенных решеток в виде интеллектуальных покрытий с оптронным и электронным управлением поверхностным импедансом на основе фотопроводящих полупроводниковых пленок и реконфигурируемых излучателей с ПФР СВЧ-ключами.

4. Исследовать с помощью созданных электродинамических моделей периодические ФАР с МДС перед раскрывом с широкоугольным сканированием луча в широкой полосе частот и линейной поляризации с низким уровнем кроссовой поляризационной составляющей.

5. Исследовать с помощью созданных электродинамических моделей сканирующие отражательные АР с оптически управляемым поверхностным импедансом в виде многослойной структуры металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структуры) и реконфигурируемых щелевых и дипольных излучателей с использованием ПФР СВЧ-ключей в качестве элемента коммутации.

6. Экспериментально исследовать возможности широкоугольного согласования фрагмента волноводной ФАР с помощью МДС, установленной перед раскрывом антенны, а так же в волноводеюм ■ имитаторе характеристики рассеяния ЭМВ на шелевом излучателе ОАР.

Методика исследования - методы решения трехмерных задач электродинамики бесконечных и конечных периодических излучающих структур с использованием математического аппарата интегральных уравнений первого рода с последующим их решением проекционными методами.

Научная новизна диссертационной работы состоит в разработке и обобщении ряда теоретических положений, разработке методологии проектирования ряда инновационных конструкций, совокупность которых можно квалифицировать, как решение крупной научной проблемы и развитие перспективного направления в области сканирующих в широком секторе углов антенн СВЧ и КВЧ, имеющей важное народно-хозяйственное и оборонное значение.

Конкретно научную новизну составляют впервые полученные результаты: 1. Сформулирован единый подход к решению задачи электродинамического анализа методами ИУ первого рода волноводных фазированных антенных решеток с многослойной метаплодиэлектрической средой перед раскрывом и многослойным частичным заполнением волноводов в приближении бесконечной периодической структуры для случая, когда МДС состоит либо из чередующихся диэлектрических слоев и металлических экранов конечной толщины со щелевыми излучателями и(либо) из чередующихся диэлектрических слоев и полосковых (ленточных) излучателей. Внутренняя и внешняя граничные задачи электродинамики сведены к системе ИУ относительно неизвестных полей в раскрывах волноводов, щелей и токов на полосках с последующим решением её модифицированным методом Галеркина с использованием базиса из ортогональных тригонометрических координатных функций с весом,

учитывающим условие Мейкснера на кромках раскрывов волноводов, щелей и полосках (лент). Исследована корректность задачи, сформулированной в виде ИУ первого рода со сложными ядрами в спектральном представлении. Обоснован метод решения и выбор базисных функций.

2. Проведено обобщение электродинамической теории применительно к волноводным антенным решеткам с металлодиэлектрической средой, установленной перед раскрывом, позволившее получить новые знания по широкоугольному согласованию сканирующих остронаправленных антенн.

3. Разработана электродинамическая модель широкоугольной сканирующей волноводной антенной решетки с многорядной сеткой из цилиндрических проводников перед раскрывом антенны в приближении бесконечной и конечной в бесконечном пассивном окружении периодической структуры.

4. Разработаны электродинамические модели сканирующих отражательных антенных решеток в виде интеллектуальных покрытий с оптронным управлением поверхностным импедансом на основе ПФР пленок и реконфигурируемых щелевых и дипольных излучателей с ПФР СВЧ-ключами.

5. Исследованы характеристики отражательных антенных решеток в виде интеллектуальных покрытий с оптронным управлением поверхностным импедансом, а именно диаграммы направленности плоских и цилиндрических отражательных антенн. Определены требования к динамическому диапазону изменения фотопроводимости полупроводниковых элементов конструкции интеллектуального покрытия в освещенном и темновом состоянии, определены геометрические параметры антенны.

6. Предложен метод широкоугольного согласования волноводных ФАР с использованием экранов со щелевыми излучателями, установленными перед раскрывом антенны, обеспечивающий эффективную компенсацию изменения входного импеданса антенны при сканировании.

7. Предложен метод широкоугольного согласования волноводных ФАР с использованием экранов со сдвоенными и строенными щелевыми излучателями в каждом периоде решетки, установленными перед раскрывом антенны, обеспечивающий эффективную компенсацию изменения входного импеданса антенны при сканировании в широкой полосе частот.

8. Предложен метод широкоугольного согласования волноводных ФАР с использованием многорядных сеток из цилиндрических проводников, установленных перед раскрывом антенны, обеспечивающий эффективную компенсацию изменения входного импеданса антенны при сканировании в Н-плоскости.

9. Предложен метод широкоугольного согласования волноводных ФАР с использованием пассивного комбинированного устройства, состоящего из цилиндрических или ленточных проводников, установленных перед раскрывом антенны параллельно Е-плоскости волноводов, и пассивных закороченных волноводов (дроссель), размещаемых между активными волноводами в Е-плоскости, обеспечивающего эффективную компенсацию изменения входного импеданса антенны при сканировании в Е-плоскости и Н-плоскости.

Научная значимость работы состоит

• в развитии электродинамической теории широкоугольного электронного и оптоэлектронного сканирования в приборах ДЗ радиодиапазона ЭМВ;

• в создании методологии построения инновационных систем ДЗ в радиодиапазонеЭМВ.

Практическая значимость результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в том, что на их основе;

• Предложен ряд инновационных конструкций сканирующих отражательных антенн в виде интеллектуальных покрытий с оптронным управлением поверхностным импедансом покрытия, а именно: в виде

многослойной структуры чередующихся слоев диэлектрика и полупроводниковой пленки планарной или конформной конструкции и ребристой поверхности с тем же многослойным заполнением.

• Предложена новая конструкция сканирующей отражательной антенной решетки из реконфигурируемых сдвоенных щелевых излучателей в каждом периоде решетки. Реконфигурация щелевых излучателей обеспечивается за счет коммутации их ПФР СВЧ-ключами с оптическим возбуждением.

• Разработаны методика и программы для ЭВМ, позволяющие проектировать многослойные радиопрозрачные антенные обтекатели совместно с волноводной антенной решеткой.

• Разработаны методика, измерительный стенд и программы обработки экспериментальных данных, позволяющие проводить исследование и прогнозирование характеристик согласования и диаграммы направленности многоэлементных ФАР, состоящей из тысяч излучателей на фрагменте антенной решетки из нескольких сотен излучателей при широкоугольном сканировании в секторе углов ± 60° в широкой полосе частот.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Комплекс электродинамических моделей многоэлементных фазированных антенных решеток из волноводов с пассивными согласующими элементами в раскрыве и отражательных антенных решеток с управляемым поверхностным импедансом,опирающихся на решение трехмерных задач электромагнитного возбуждения в приближении бесконечных и конечных периодических структур:

•Модель ФАР из открытых концов волноводов с многощелевыми излучателями в торцах, с многослойным магнитодиэлектрическим заполнением или частичным магнитодиэлектрическим заполнением

волноводов в поперечном сечении и многослойным диэлектрическим укрытием перед раскрывом;

• Модель ФАР из открытых концов волноводов с диафрагмой в раскрыве, с многослойным магнитодиэлектрическим заполнением волноводов, частичным магнитодиэлектрическим заполнением волноводов в поперечном сечении и с одним или двумя щелевыми экранами в слоях диэлектрика, установленными перед раскрывом, образующие металлодиэлектрическую среду;

• Модель ФАР из открытых концов волноводов с частичным магнитодиэлектрическим заполнением в поперечном сечении с многорядной сеткой из цилиндрических проводников, установленной в раскрыве антенны;

• Модель ФАР из открытых концов волноводов с частичным магнитодиэлектрическим заполнением в поперечном сечении металлодиэлектрической средой из ленточных излучателей, установленной в раскрыве антенны;

•Модель планарных или конформных сканирующих отражательных антенн с оптически управляемым поверхностным импедансом в виде многослойной структуры чередующихся слоев диэлектрика и полупроводниковой пленки и ребристой поверхности с тем же многослойным заполнением;

• Модель сканирующей отражательной антенной решетки из реконфигурируемых щелевых и дипольных излучателей с использованием фотопроводящих СВЧ-ключей с одним, двумя и более щелями (диполями) в периоде АР.

2. Широкоугольный, широкополосный элемент ФАР из сдвоенных или строенных щелевых излучателей в торцах волноводов.

3. Новый метод широкоугольного согласования ФАР из открытых концов прямоугольных волноводов с помощью одного или нескольких щелевых экранов, размещаемых перед раскрывом ФАР.

4. Новый метод широкоугольного согласования волноводных ФАР с использованием пассивного комбинированного устройства, состоящего из цилиндрических или ленточных проводников, установленных перед раскрывом антенны параллельно Е-плоскости волноводов, и пассивных закороченных волноводов (дроссель), размещаемых между активными волноводами в Е-плоскости.

5. Результаты проведенных исследований и параметры периодической структуры волноводов и согласующих устройств, при которых обеспечивается широкоугольное широкополосное согласование ФАР.

6. Новые конструкции планарных и конформных сканирующих отражательных антенн с оптически управляемым поверхностным импедансом в виде многослойной структуры чередующихся слоев диэлектрика и фотопроводящей полупроводниковой пленкии структуры в виде ребристой поверхности с тем же многослойным заполнением.

7. Новая конструкция сканирующей отражательной антенной решетки из реконфигурируемых излучающих элементов, состоящих из одной, двух и более щелей, изменение геометрии в которых осуществляется с использованием фотопроводящих СВЧ-ключей, интегрированных в излучатель.

8. Результаты исследований и параметры сканирующих реконфигурируемых отражательных антенных решеток.

Достоверность результатов подтверждается

• Математической корректностью решения краевых задач электродинамики, которые опираются на строгие иприближенныематематические методы;

• Проведенными экспериментальными исследованиями, которые выполнены по апробированным методикам с помощью аттестованной стандартной измерительной аппаратуры;

• Согласованием основных теоретических положений, как с экспериментальными данными, так и в частных случаях математических моделей с известнымиопубликованнымирезультатами.

Реализация и внедрение результатов работы

Изложенные в диссертации результаты исследований получены автором в ходе выполнения госбюджетных, хоздоговорных и инициативных коммерческих НИР и ОКР, проводимых в ОАО «НПК «НИИДАР». ООО «СиБи Град», ЗАО «Техноград Проект», ЗАО «НИИДАР-ГРАД», ЗАО «МИНЦ». Во многих этих НИР и ОКР автор являлся главным разработчиком антенно-фидерных устройств, научным руководителем научно-исследовательских работ и главным конструктором ОКР. Результаты работы используются предприятиями отрасли, в/ч 71330, зарубежной фирмой ComponentCommunicationsIncorporation (USA), а антенны под торговой маркой «Град» серийно производятся и используются российскими и зарубежными предприятиями связи, вычислительные программы и алгоритмы внедрены в процесс проектирования радиотехнических комплексов в НИИ и на промышленных предприятиях. Выше сказанное подтверждается соответствующими актами внедрения результатов диссертационной работы.

Личный вклад автора. В работах, выполненных в соавторстве, автору принадлежит выбор и постановка задач исследования; математическое обоснование и вывод основных аналитических выражений; разработка алгоритмов расчета; участие в составлении программ расчета, обсуждение и интерпретации полученных результатов; формулировка основных выводов и положений работ.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:

1. На международных конференциях "Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации" (ARMIMP-

2009, 2011), г. Суздаль, Россия, в 2009, 2011гг.

2. На международных конференциях "Радиолокация, навигация, связь" (RLNC 2009, RLNC 2010), г. Воронеж в 2009, 2010 гг.

3. На международном симпозиуме «Progress In Electromagnetics Research Symposium» (PIERS 2009), г. Москвав 2009 г.

4. На международном объединенном Фельдовском и APS, LEOS and МTT/ED семинаре, ИРЭ РАН, г. Москва в 2009 г.

5. На 3-й Всероссийской научно-практической конференции «Космическая радиолокация», г. Муром в 2010 г.

6. На Всероссийских конференциях «Радиолокация и радиосвязь», г. Москва, ИРЭ РАН в 2009, 2010 гг.

7. На VIII Всесоюзной научно-технической конференции «Перспективы развития и применения средств вычислительной техники для моделирования и автоматизированного исследования», ВНТОРЭС им. А.С.Попова, г. Москва в 1991 г.

8. На межрегиональной научно-технической конференции ВНТО Радиотехники, электроники и связи им. А.С.Попова «Сложные антенные системы и их компоненты. Теория, применение, экспериментальные исследования», г. Ленинграда 1991 г.

9. На Всесоюзных научно-технических конференциях «Теория и техника антенн», Москва, в 1985, 1987 гг.

Ю.На семинаре МНТОРЭС им. A.C. Попова «Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот», г. Москва в 2009 г.

11.На семинаре кафедры математики физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова «Математические методы в естественных науках», г. Москва в 2007 г.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 43 научных работах, в том числе: 12 - научные статьи в журналах, входящих в «Перечень ...», из них без соавторов - 5 статей; 8 - статей в региональных научных журналах; 15 - публикации в сборниках научных трудов и в

материалах научно-технических конференций; 1 - авторское свидетельство на изобретение, 6 - депонированных рукописей.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения, и трех приложений с результатами экспериментов и актами внедрения. Основная часть диссертационной работы изложена на 291 машинописных страницах текста, в числе которых 181 рисунок,7 таблиц и библиографический список из 122 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первом разделе проведен анализ проблемных вопросов теории широкоугольного электронного и оптоэлектронного сканирования в системах ДЗ радиодиапазона ЭМВ, сформулированы требования к антенным системам радиокомплексов. На основе выполненного анализа известных источников сформулированы основные направления совершенствования фазированных антенных решеток с широкоугольным сканированием лучом фазированных и отражательных антенных решеток радиокомплексов ДЗ космического и воздушного базирования. Показано, что одним из перспективных направлений путей реализации широкоугольного сканирования в ФАР является исследование влияния пассивных элементов, таких как ленточные, цилиндрические проводники, щели и диполи, помещаемые в слоях диэлектрика в раскрыве антенны, на изменение входного импеданса элемента антенной решетки при сканировании.

В сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн трудности по созданию тракта возбуждения ФАР преодолеваются использованием

оптических схем возбуждения. Показано, что наиболее перспективным типом антенн с радиооптической схемой возбуждения являются планарные и конформные сканирующие отражательные антенные решетки (ОАР) с управляемым поверхностным импедансом. Управляемый поверхностный импеданс составляет основу интеллектуальных (умных) радиопокрытий. За рубежом принята терминология -БталЗкт. Эти антенны соединяют в себе преимущества зеркальных антенн по простоте формирования узких диаграмм направленности и достоинства ФАР с широкоугольным сканированием. В отличие от гибридных зеркальных антенн, ОАР с управляемым поверхностным импедансом обеспечивают широкоугольное сканирование лучом. Наибольший интерес исследователей во всем мире направлен на исследования реконфигурируемых антенн отражательного типа, и в частности, с оптронным управлением. Распространенными элементами управления, интегрированными в апертуру реконфигурируемых излучателей, являются МЭМС СВЧ-ключи, ключи на основе полевых транзисторах (РЕТ-ключи), варакторы, оптронные ПФР СВЧ-ключи и другие элементы.

В разделе выполнена общая постановка задачи, решаемой в диссертации. В разделе также приведен обзор методов электродинамического анализа рассматриваемых структур и обоснован выбор метода решения краевой задачи - ИУ, приведен общий алгоритм решения краевой задачи в виде системы ИУ.

Во втором разделе приведено решение задачи излучения ФАР из открытых концов волноводов в приближении бесконечной периодической структуры с многослойной металлодиэлектрической средой, состоящей из чередующихся экранов со щелевыми излучателями и полосковых (ленточных) и дипольных излучателей в слоях магнитодиэлектрика (рис.1). Приведено решение внутренней задачи при наличии в волноводах многослойных магнитодиэлектрических вставок, решение внешней задачи с учетом многослойной металлодиэлектрической среды для трех возможных

комбинаций щелей и диполейперед апертурой волноводной АР в слоях магнитодиэлектрика (рис.2).

Рис.1 -Геометрия общей постановки

Приведен вывод системы интегральных уравнений (СИУ) относительно неизвестных

касательных составляющих

вектора электрического поля в торцах волноводов, в щелевых излучателях в экранах и токов на полосковых (ленточных) и дипольных излучателях (I).

а) 6) в)

Рис.2 - Комбинации пассивных устройств а) Щель-щель, б) Щель-диполь, в) Диполь-диполь

Общий вид системы ИУ:

где (я, У), ,7.д($,$')- неизвестные поля и токи в апертуре волноводов,

щелях и диполях или лент в /-ом слое; - ядра ИУ в спектральном

представлении, ^ (5) - свободный член, определяется полем источников. Для

решения СИУ применим метод Галеркина. Существенным моментом при решении ИУ первого рода этим методом является выбор базисных функций,так как они в значительной степени определяют точность, сходимость и устойчивость решения. Использование априорных сведений о решении при выборе базисных функций повышает точность аппроксимации решения и скорость сходимости приближенного решения к точному решению, а как следствие, снижение требований к вычислительным ресурсам. Предложено выделение сингулярного поведения поля у ребра или кромки щели, кромки полоскового диполя в виде произведения сингулярной и гладкой функций

еу{у,г) = р(у)££ё ш (у, г); т п

(2)

е'(у,2) = р(у)Ъи0тЧ/ (у,г); т

= (У,:),

т

где весоваяфункция, учитывающая сингулярное поведение поля у ребра,

имеет следующий вид Р(у) = ^jj ~{у~Уо) = "(2_zo) ' r=~Yl

- для кромки с внешним углом 180° и - для кромки с внешним

углом 90° (условие Мейкснера на ребре). Функции V,„{y,z), Ч>'т{У<2), г)образуют ортогональный базис, описывают гладкую часть поля и имеют следующий вид

, , , тж! }\ пгг( 8~\

» , , тгг( 1Л пл( г А Гтп(У. -) =^ — [г ~2Г^Т\У~г)

При решении ИУ методом Галеркина в качестве проекционных функций используются гладкие функции из (2). Найденные из решения СЛАУ коэффициенты разложения рядов Фурьеётп, ё'тп,

определяют поле в апертуре волновода и в щелях экрана и токов на полосках и полосковых диполях и позволяют рассчитать характеристики ФАР -коэффициент отражения и парциальную диаграмму направленности излучателя в составе ФАР.

Исследована корректность задачи, сформулированной в виде ИУ первого рода, с ядрами, представленными в спектральном виде для задачи излучения из периодической системы открытых концов волноводов. Обоснован метод решения и выбор базисных функций. Исследована внутренняя сходимость алгоритма моделирования. Проведено тестирование результатов численного моделирования по частным результатам известным из литературы и тестирование алгоритма и программ экспериментально на физической модели одиночного излучателя. Приведен вывод основных характеристик ФАР: коэффициента отражения, парциальной диаграммы направленности, поляризационных характеристик элемента в составе ФАР. Сделаны выводы по разделу.

В третьем разделе приведено решение задачи возбуждения решеткой из открытых концов волноводов с резонансной диафрагмой в торце металлодиэлектрической среды, состоящей из слоистой структуры щелевых экранов и магнитодиэлектрических слоев (рис.3). При моделировании

предполагалось, что антенная решетка возбуждается равномерно с прогрессивным набегом фаз. Поля в свободном пространстве над ФАР и поля внутри волноводов однозначно определяются полями в торце волноводов ёа(у,:) и в щелях экрана

Рис.3 -Волноводная ФАР с МДС

Эти неизвестные электрические поля в торце волновода и в щелевых излучателях экрана определяются из решения системы интегральных уравнений. Система ИУ относительно неизвестных компонент поля в раскрыве волновода и в щелевых излучателях в экране получается из условия непрерывности векторов магнитного поля при переходе через апертуру волноводного излучателя и апертуры щелей в экране

где

5„-

77«-77^) = о

н(е,1)_я(е,2)=0 У У

(4)

поверхность апертуры волновода, поверхность)-ой щели в экране.

Система интегральных уравнений

V V Л'

V Л' Л' ■'

'а " I

I I ей(х')Ка2У(*У№'+ { ейООкЩ^ЩвО,

V. .V д. '

./ 7 ./

где ядра ИУ

= ' I Г л « « /V (*)/ <0 "»™ = о,г = о ................

: с г \л)т (л-|+ ,.2\ да ю V

сАп?=01?=0

I " ® (!) »

+ г г <ь1'ф (■«¥ ел

1,1 П))1 ПЮ 1)111

Ш = —ЮН = -со

1 00 00 С2)П1 *

+-(1 I

1(1 ПТЗ-С01РХ0

(6)

(2 2) ' х а (4) - ^

К (л, л) = - 1 ¿~.°1т£тЕ1г'тп аЬт=0п=0

а/)т=0/1=0 7с/ m=-<x>^т=~-rt^

7 сУ 111=~Х 11- -1-

Полученная таким образом система ИУ 1-го рода редуцируется к системе линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) относительно неизвестных коэффициентов разложения поля по базисным функциям вида (1) с использованием метода Галеркина.

0.770 0.662 0.^5 1.09 1,11* 1.198 1.20

Рис.4- Геометрия задачи

Рис.5

Рассмотрен частный случай, когда экран со щелями гальванически примыкает к торцам волноводов (рис.4).На рис.5 приведены диапазонные свойства однощелевого(кривая 1) и двущелевого излучателя (кривая 3), в сравнение с открытым концом волновода (кривая 2). Параметры геометрии антенной решетки: ах6=0,4151*0,4151, Тхс1=0,451*0,45/1, £,=2,5, /=0,4151, ¿=0, 11, ¿<,=0,071. На рис.6,7в качестве примера показана возможность согласования ФАР из двущелевых излучателей с помощью тонкого диэлектрического листа с высокой диэлектрической проницаемостью аукр=9 в полосе частот и в сектореуглов сканирования. Геометрия ФАР: ах ¿=0,4151x0,4151, 7^=0,451x0,451, /=0.4151, <5=0,11, г„=0,055Я, е=2Д

Показано, что ФАР из сдвоенных щелевых излучателей в торцах волноводов имеет диапазонные свойства, как у открытого конца волновода, но имеет преимущества в широкоугольности. При сканировании в конусе с углом при вершине 120° коэффициент отражения меньше 0,6, в конусе

Т.ГО 1.1УЧ 1.1

Рис.6

с углом 90° меньше 0,45. Полоса частот по уровню коэффициента отражения 0.4 составляет не менее 45%.

\ о.а ч \ V • V \ А ц 1 п ал аз

^ \ щ л\

— -Ц—

У

*>///, = 1,0

б)///о = 1,2

">///, = 0,8

Рис.7- Картографические проекции коэффициента отражения при сканировании в диапазоне частот (пунктир - конус 120°)

Проведено исследование влияния геометрических параметров щелевых экранов, установленных перед раскрывом волноводной ФАР. на широкоугольное широкополосное согласование. В частности, на рис.7.8 приведены характеристики ФАР со следующими параметрами.Тхй1 = 0,55А. х 0.48Д, ахЬ= 0,5141 х0,41. На каждый волновод приходится сдвоенный щелевой излучатель в экране с параметрами:/ = 0,5141, (5 = 0.15Я, г» = 0.1Я. ну

■ е#

Г™1 Г 1 Г

1.1 1.2 1.9 Г.»

1.5 1.6 Щ

Рис.8 - Зависимость коэффициента Рис. 9- Характеристики согласования ФАР отражения от высоты установки экрана И со щелевым экраном в диапазоне частот

На рис. 8 приведена зависимость |Г10| от высоты И. Из графика видно, что оптимальное расстояние к, при котором минимальный коэффициент отражения, равно ~У4. Кривая 3 соответствует ФАР с треугольной сеткой размещения излучателей: Тхй = 0,5881 х0,5881, а х Ь = 0,5421 х 0,2941,а = 60°, (5 = 0,11, / = 0.5421, г0 = 0.11, диэлектрическое заполнение волноводов с £,.= 1,1. Минимум коэффициента отражения достигается на расстоянии к = 0,31.На рис.9 приведены графики модуля коэффициента отражения в диапазоне частот. Параметры ФАР следующие: а х Ь = 0,351 х0.331, Тхс1 = 0,3531 х0,3531, параметры щелей в экране:/ = 0,351, И = 0.251, 5 = 0,051,г,; = 0,051. Кривая 1- диэлектрическому заполнению волноводов ФАР с £,.=2,0, а кривая 2 -£,.=2,2.

а) б)

Рис. 10- Сравнения характеристик ФАР с компенсирующим экраном (кривая 1) и волноводной АР (кривая 2) в секторе углов сканирования, (а)- модуль коэффициента отражения, (б)- парциальная ДН

Для графиков на рис.ЮФАР имеет следующие параметры: ахЬ = 0,514Я хО,42А, Тхс1 = 0,55Д * 0,4671, диэлектрическое заполнение волноводае,. = 1,0. На рис. 10а и 106 приведено сравнение характеристик согласования ФАР и ПДН для антенной решетки из открытых концов волноводов (кривая 2) и антенной решетки (кривая 1).Перед раскрывом решетки на расстоянии Ш установлен щелевой экран со сдвоенными щелевыми излучателями с параметрами: /= 0,514А, 6 = 0,15А, = 0,1 Я.ФАР из открытых концов прямоугольных волноводов эффективно согласуется, как при излучении по нормали, так и при наклонном излучении в широком секторе углов, выбором оптимальных размеров щелей в экране и расстояния от экрана до раскрыва ФАР. Согласование ФАР с помощью щелевых экранов в секторе углов имеет преимущество по сравнению с использованием для согласования диэлектрических слоев, так как в момент возникновения дифракционного луча не происходит запирания ФАР, связанного с резким рассогласованием входного сопротивления апертуры с волновым сопротивлением схемы питания.

В четвертом разделе изложена постановка и приведено решение модельной двумерной задачи об излучении Н-волн из бесконечной

периодической решетки плоских волноводов, перед раскрывом которых параллельно их Е-плоскости установлена периодическая подрешетка (однорядная или многорядная) из цилиндрических идеально проводящих проводников.

Шаг подрешетки из проводников совпадает с шагом волноводной ФАР. Волноводы имеют частичное диэлектрическое заполнение и равномерно возбуждаются волнами типа Н\0 с прогрессивным набегом фазы. Геометрия задачи показана на рис. 11.

Система уравнений для определения поля в апертуре волновода е(у) и амплитуды токов /0( проводниках получается из граничных условий для тангенциальных компонент полного электрического поля на проводах

x = k

4°+1,4"=°

(7) Р = Ро

Рис. 11 - Геометрия задачи и условия непрерывности тангенциальных компонент полного магнитного поля в раскрыве волноводов

я?»-Я<"-£,//<?= 0^ = 0 (8)

Приведено решение внутренней граничной задачи с учетом частичного заполнения поперечного сечения волноводов и внешней граничной задачи для многорядной сетки из цилиндрических проводников перед раскрывом. Математическая модель сформулирована в виде системы ИУ (9).

" 2

{"о (Ч)Л(^о) + 2^1-, = 0,

где ядра ИУ:

-о

Проведено подробное исследование характеристик антенной решетки и определены предельные возможности по широкоугольному согласованию и рабочей полосе частот. В частности, на рис. 12,13 представлены результаты моделирования для АР, как с частично-заполненными диэлектриком волноводами, так и полностью. Параметры решетки следующие: рис.12-а=0,45А, ¿/=0,49/1, е=2Д толщина вставкиг=0,155Л,рис.13- а=0,45Я, а?=0,49А, £=1,65.

-Ь=0 75 л

••• Ь=0 55х

- • •Ь=0 3 *

-\¥4ус|5шс1е

Рис.12- Согласование АР из частично заполненных диэлектриком волноводов параметры подрешетки проводов: /;=0,02Л. >0=с//2

- ■ - Г.-0 5 X

-Ы) *5 X

• • • Ь-0 55 X

— • . П-0 75 А

Рис. 13- Согласование АР из полностью заполненных диэлектриком волноводов параметры подрешетки проводов: р-0,(Ш, у0=с//2

Из графиков видно, что АР из частично-заполненных диэлектриком волноводов имеет более широкий сектор сканирования. Подрешетка из цилиндрических проводников позволяет за счет выбора геометрии согласоватьплотную АР (шаг решетки < к/2) на требуемых углах отклонения ДН.

Показано, что использование однорядных и двурядных сеток из тонких цилиндрических проводников, устанавливаемых перед раскрывом, расширяет возможности согласования АР в секторе углов и в рабочей полосе частот. Однако предельно достижимые параметры: сектор сканирования ±45° в полосе частот 45% при максимальном уровне коэффициента отражения 0,7. Целесообразно использовать многорядные сетки в составе радиопрозрачных укрытий (РПУ) для придания им механической прочности и как элемент подстройки параметров ФАР при установке РПУ в ближнем поле антенны. Использование диэлектрических вставок для частичного заполнения поперечного сечения волновода расширяет возможности по использованию диэлектриков при согласовании волноводных АР.

В пятом разделе на основе метода частичных областей и метода ИУ разработана математическая модель и исследованы характеристики многослойной металлодиэлектрической среды, состоящей из чередующихся диэлектрических слоев и ленточных проводников и (или) полосковых диполей, выполненных печатным способом. Геометрия задачи изображена на рис. 14.Практический интерес представляет сетка из ленточных полосков, ширина которых много меньше длины волны, а толщина пренебрежимо мала.

* . ■ Вектор плотности тока.

Сечение в Н^№ос*ости

, ' ■ ^ 2 текущего по полоскам, можно

"г считать однокомпонентным:

7 = а распределение плотности

тока поперек полосок

квазистатическим, резонансному

диполю соответствует вторая формула

,2,

Задача сформулирована в виде Рис. 14-Геометрия задачи системы интегральных уравнений 1-

го рода, которая решается относительно неизвестных полей в апертуре открытых концов волноводов и токов на полосковых элементах, В широкой полосе частот проведен численный анализ влияния параметров искусственной металлодиэлектрической среды на электродинамические характеристики ФАР при сканировании. Исследовано поведение модуля коэффициента отражения при сканировании для различной геометрии подрешетки из

полосковых элементов (положение относительно центров волноводов, высоты установки и ширины полоскового элемента, влияние свойств магнитодиэлектрической подложки). На рис.15 представлены зависимости модуля коэффициента отражения |ут5| от смещения подрешетки из полосок относительно центра волновода и расстояния от сетки до плоскости ФАР. Оптимальным смещением у„ с точки зрения наилучшей развязки между излучателями является смещение равное половине периода решетки в Н-плоскости, т.е. полоски располагаются между волноводами. Из рисунка видно, что выбором расстояния от полосок до ФАР можно улучшить согласование, как при излучении по нормали, так и при отклонении луча от нормали. Параметры ФАР: ¡7x6=0,5141x0,221. Гх^о,551*0,551, торцевая щель /х<5=0.5141х0,11, ширина полоска <г=0.051.

•вопноводная АР

у0=0

у0=с!/2

Рис.15

На рис. 16.17 приведены характеристики согласования для магнитодиэлектрической подложки с е;=1,2, /^=1,5. Отмечается расширение сектора сканирования по уровню |ут5|=0,7 (по половинному уровню мощности) до 75-80°. Дальнейшее увеличение магнитной проницаемости приводит к возбуждению в подложке поверхностных волн, и как следствие, к запиранию ФАР на углах существенно меньших, чем углы возникновения дополнительных интерференционных максимумов ДН.

0.2 0Л 0.4 0.} 0.6 0.7 0.8 0$ 1

т

Рис, 1 6

Таким образом, разработана математическая модель и исследованы характеристики ФАР из открытых концов волноводов с подрешеткой из полосковых элементов в слоях магнитодиэлектрика, установленной перед апертурой:

■ Использование подрешетки из ленточных элементов перед апертурой ФАР совместно с диэлектрическими вставками внутри волноводов улучшает

характеристики ФАР при

сканировании;

■Наилучшего согласования ФАР можно добиться при расположении проводников между волноводами параллельно Е-плоскости. Можно подобрать параметры подрешетки так, что она не будет ухудшать характеристики ФАР при сканировании;

■Ленточные проводники можно включать в состав РПУ. Предложенный метод улучшения согласования ФАР с электронным сканированием может быть использован при проектировании антенн сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн.

В разделе на электродинамической модели исследована возможность широкоугольного согласования волноводной ФАР при помощи предложенных комбинаций пассивных элементов, рис. 18. Показано,что установка в апертуре антенны подрешетки проводников цилиндрических или ленточных на определенном расстоянии к улучшает согласование антенны в определенном секторе углов сканирования, при этом характер убывания коэффициентов взаимной связи не изменяется, а фаза коэффициентов

- РО- 80- 70- 60- 50- 40- 30- 20- 10 0 10 20 30 40 % 83 ТО 83 90

--ЫШШ "-№=0 3

. «1=0.35

— без полосок

Рис.17

взаимной связи зависит исключительно от расстояния между элементами. Изменение фазы соответствует скорости распространения волны в свободном пространстве.

_____________ Следовательно, такая

——система не может обеспечить

а _ ' ) ПОСТОЯНСТВО ВХОДНОГО

/ ШКШУС-*'/ '» ---

/ / 1 / ДУ /

сопротивления при

сканировании в заданном секторе углов.

На рис.19 приведены

расчеты коэффициентов

Рис.18 - Геометрия задачи „ ,

взаимной (амплитуда и фаза)

связи в АР со следующей геометрией: а=0,48/1, г/=0,5/, г=1,2

(диэлектрическое заполнение волноводов). р=0,025А, /¡=0,22/1, у0=с//2

(параметры подрешетки проводников). На графике |С/;|- амплитуда

коэффициентов взаимной связи АР без компенсационных проводников, а

|Су,,| -амплитуда коэффициентов взаимной связи АР с компенсационными

проводниками.

Рис. 19- Модуль и фата коэффициентов взаимной связи в АР с пассивными проводниками (пунктир кривая) и без них (сплошная кривая)

Установка в апертуре антенной решетки, наряду с активными элементами, пассивных волноводных элементов в каждой периодической ячейке (дроссель или волноводный элемент. нагруженный на характеристическое сопротивление) не улучшает существенно согласование

при сканировании, но обеспечивает более быстрое убывание коэффициентов взаимной связи в АР (рис.20). Тем самым создает условия для постоянства входного сопротивления излучателя в секторе углов сканирования. Для примера, на рис.21,22 приведены характеристики согласования АР с дросселем с параметрами: 6/=0,25А, Ь2=0,25А, ¿=0,5А(рис.21), с/=0,5Я(рис.22), а=(Ы+Ь2)/2. Сплошная кривая принадлежит решетке с тонкими стенками, пунктирная кривая АР с толстыми стенками и дросселем глубиной 0,4?..

На рис.22 приведены характеристики при

сканировании для Ь=0,ЗХ. из графика видно, что

компенсируется всплеск

коэффициента отражения в момент появления

дифракционного лепестка. В этом, как раз и заключается положительный эффект от применения дроссельных элементов в раскрыве ФАР.

I и и 14 И 16 П |К 14

Рис.20- Модуль коэффициента взаимных связей АР с дроссельными элементами

Рис.21 - Модуль коэффициента отражения Рис.22- Модуль коэффициента отражения АР с дросселем в раскрыве при шаге решетки АР с дросселем в раскрыве при шаге <0,5Х решетки >0,5Л

Показано, что для решения задачи широкоугольного согласования необходимо использовать комбинацию разных пассивных элементов в апертуре АР из открытых концов волноводов, таких как, например,

волноводные дроссели и пассивные проводники или диполи, установленные параллельно Е-плоскости волноводов. Варианты ячейки Флоке комбинированных пассивных элементов компенсации входного импеданса волноводной ФАР представлены на рис.23. Вариант а) - дроссель и цилиндрический проводник, б) - тонкие перегородки и цилиндрический проводник, в) - щель в перегородке.

а) б) в)

Рис.23- Варианты комбинаций пассивных элементов В качестве примера на рис.24 приведены характеристики согласования антенной решетки из открытых концов волноводов в полосе частот 6,9...7,9 ГГц для углов сканирования ДН - 0°, 30°,40°, 50°, 60° в Е и Н-плоскости. Параметры решетки: а ><¿=0,514А><0,31, Т*с1= 0,551*0,51, е=1,0.

о Угол (град) л> 0 Угол (град) 70

а) б)

Рис.24 - Решетка из открытых концов волноводов

На рис.25,26 представлены картографические проекции коэффициента отражения при согласовании антенных решеток с помощью пассивных элементов, представленные в координатах частота-угол сканирования для Н -,Е-плоскости. Из анализа графиков очевидна эффективность способа согласования волноводной антенной решетки при широкоугольном сканировании с помощью комбинации пассивных элементов дроссель и цилиндрический проводник.

а) б)

Рис.26- Вариант решетки 20а

Применение дроссельного элемента позволяет обеспечить слабую зависимость изменения входного импеданса в секторе углов сканирования в Е-плоскости, цилиндрический проводник позволяет «занизить» кривую согласования со значения модуля коэффициента отражения 0,56 до 0,2 и обеспечить согласование при сканировании в Н-плоскости. При этом, пассивные устройства не вызывают резонансов в секторе сканирования, в отличие от согласования с помощью диэлектриков.

В шестом разделе рассматриваются вопросы электродинамического моделирования характеристик сканирующих отражательных антенных решеток на базе интеллектуальных радиопокрытий с оптронным управлением поверхностным импедансом. Предложены следующие варианты интеллектуальных радиопокрытий с оптронным управлением для построения сканирующих отражательных антенн и радиолокационных радиопокрытий: ■слоистая структура, состоящая из чередующихся слоев диэлектрика и полупроводниковых пленок на металлической подложке (рис.27); "ребристая поверхность с тем же слоистым заполнением; «решетка из реконфигурируемых щелей или диполей над проводящим экраном соптронными кремниевыми СВЧ-ключами (рис.28), причем в каждом периоде решетки могут быть одна, две и более щелей (диполей). Получена математическая модель отражения плоской электромагнитной волны от среды, состоящей из чередующихся диэлектрических и полупроводниковых слоев на металлической подложке. Модель основана на строгом решении электродинамической задачи для наклонного падения Е- и Н-волн на бесконечную плоскую структуру. Показано, что при фазовом переходе полупроводника (диэлектрик-металл) под внешним оптическим воздействием модуль и фаза отраженной волны изменяется. Приводятся результаты численного моделирования наклонного падения Е- и Н-волны на многослойную структуру. Показано, что модуль и фаза отраженной волны

зависят от электрических и геометрических параметров многослойной среды. Получены математические модели для структур, рис.27,28.

Рис.27 Рис.28

Приведены зависимости изменения фазы отраженной волны от этих структур при фазовом переходе полупроводника диэлектрик-металл при разных наклонах падающей волны Е и Н-поляризации. В качестве примера на рис.29 приведены фазовые характеристики трехслойной среды (рис.27) в зависимости от состояний полупроводниковых пленок в слоях структуры.

?

б <1

—— Д#=50п>«я

• • • • Д#»1Мтрад

• — — ■ Лград

"1 Гщ. Игр«

• • • • Гетл 110 гу« I Гот^770 град

Рис.29- Фаза и модуль коэффициента отражения в зависимости от проводимости каждой из полупроводниковых пленок, толщиной 400 нм, параметры диэлектрических слоев £=2,

/т=0,06Л

— (1=тт/6 0=тт/3 •• 0=0

0] 03 из

длина щели, 1/Х

6)/Ю,Ц

01« 032 0.43 длинна щели, УХ в) А-0Д5Я

30т

9

и и 0

г?

IX 3 -100

я -150

-е-

-Ч

? I 1 ■111 4

»

0 16 0 32 0 48 длинна щели, УХ

г) А=0,Ы

Рис.30- Зависимость фазы коэффициента отражения от длины щели при различных углах падения локально плоской волны - а), б) - Е-поляризации,в), г) - Н-лоляризации

На рис.30 представлены фазовые характеристики отражательной структуры из реконфигурируемых щелевых излучателей, на рис.31 представлены зависимости амплитуды и фазы коэффициента отражения локально плоской волны в зависимости от значения фотопроводимости кремневого ключа для различной толщины полупроводниковой пленки

90

ч 70 «

е-

¡.-50

I

" 30

3 10 -10

Л,

\

\\ \

•и

= та.

-Но-0,0001 ---Ип=0,0003

40 80 120 160 200 240 280 проводимость СВЧ-ключа, См/м

320

а)

£0,6

£0,4

8 2 0,2

и \\ /V

/

- Ип-О.ОС ----Ип-ед

юз 05

40 80 120 160 200 240 280 320 проводимость СВЧ-ключа, См/м ^

Рис.31 - Зависимость фазы а) и модуля б) коэффициента отражения от проводимости материала оптронных СВЧ-ключей при разных значениях их высот И„, ширина щелей:

<5= 0,05 Д = 1,5 мм

ключа (фоторезистора).

Рабочий диапазон изменения фотопроводимости от темнового до освещенного состояния лежит в пределах от 2 См/м до 320 См/м при толщине пленки 100 мкм, что является приемлемым для изготовления СВЧ-ключей.

Проведено моделирование внешних характеристик сканирующей ОАР конфигурации рис.32 гибридным методом - комбинации строгого решения для отражения локальной плоской волны от поверхности и метода геометрической теории дифракции в приближении Кирхгофа. Исследованы характеристики, как планарной антенны (рис.33), так и конформной антенны на примере антенны с цилиндрическим рефлектором (рис.34) при облучении цилиндрической волной Е-, Н-поляризации. По результатам математического моделирования отмечено, что в планарной конструкции отражательной антенны сектор сканирования составляет ±60° по уровню минус 9 дБ, что на 3 дБ меньше, чем в идеализированной отражательной АР. В цилиндрической конструкции коэффициент усиления при сканировании практически не изменяется. В разделе даны рекомендации по проектированию и конструированию сканирующих в широком секторе углов отражательных антенн с интеллектуальным радиопокрытием.

Угол (т>ад)

Рис.33

Угол (грая)

Рис.34

В разделе проведена оценка необходимой средней и пиковой мощности оптического облучения кремниевых ПФР СВЧ-ключей для создания необходимой концентрации свободных носителей в фоторезистивном слое ключей, при этом использовалась модель электронно-дырочной плазмы полупроводника. Показано, что использование дискретных оптронных элементов - ПФР СВЧ-ключей более экономично с точки зрения необходимой оптической мощности, чем использование распределенных структур типа рис.27.

На примере плоской ОАР из реконфигурируемых сдвоенных щелевых излучателей - фазовращателей показана возможность сканирования в широком секторе углов (рис.35).

Рис.35

В заключении сформулированы основные полученные результаты и выводы по диссертационной работе. Показаны направления дальнейших исследований для создания практических конструкций сканирующих широкоугольных антенн СВЧ и КВЧ диапазонов.

В приложениях приведены методики вычисления поляризационных парциальных диаграмм направленности, вывод волновых матриц передачи многослойных магнитодиэлектрических структур, результаты экспериментальных исследований характеристик волноводной АР с щелевыми экранами и РПУ и характеристик щелевого элемента ОАР в волноводном имитаторе, результаты внедрения диссертационной работы в практические конструкции антенн, разработанных лично автором и совместно с руководимым им коллективом.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Результатом диссертационного исследования является разработка методов широкоугольного согласования ФАР и ОАР с электронным и оптоэлектронным сканированием в приборах систем ДЗ радиодиапазона электромагнитных волн.

1. Сформулирован и обоснован выбор электродинамических моделей, необходимых для решения ряда практически важных и актуальных

задач, связанных с созданием многоэлементных волноводных фазированных антенных решеток и методов их широкоугольного согласования, и отдельного класса антенн -сканирующих реконфигурируемых отражательных антенных решеток с оптронным управлением поверхностным импедансом покрытия рефлектора для приборов систем ДЗ радиодиапазона ЭМВ.

2. Решены трехмерные и двумерные электродинамические задачи, необходимые для разработки выбранных моделей. Их особенность — адекватный учет влияния конструкционных элементов - компенсаторов изменения входного импеданса ФАР при широкоугольном сканировании и элементов интеллектуальных покрытий рефлекторов сканирующих отражательных антенн, а также ограничений, обусловленных вычислительной техникой, используемой для их реализации, при максимальном сохранении строгости постановки задачи и обеспечении достаточной для практики точности результатов. Построены модели следующих многоэлементных фазированных и отражательных антенных решеток с пассивными согласующими элементами, установленные в раскрыве ФАР/ фазированная антенная решетка открытых концов прямоугольных волноводов с многослойными магнитодиэлектрическими трансформаторами внутри волноводов, многослойным диэлектрическим укрытием и резонансной диафрагмой в раскрыве волноводов, в том числе многощелевым излучателем в торце волновода; ■ многоэлементных фазированных антенных решеток из волноводов с согласующей металлодиэлектрической средой (МДС) перед раскрывом антенны в виде щелевых экранов, полосковых (ленточных) проводников, диполей или многорядных сеток из цилиндрических проводников и их комбинаций в слоях магнитодиэлектрика в приближении бесконечных и конечных в бесконечном пассивном окружении периодических структур; ■ сканирующих отражательных антенных решеток в виде интеллектуальных покрытий с оптронным и электронным управлением поверхностным импедансом на

основе фотопроводящих полупроводниковых пленок и реконфигурируемых щелевых и дипольных излучателей с фотопроводящими полупроводниковыми СВЧ-ключами (фоторезисторами).

3. Для решения модельных задач использован единый подход на основе метода интегральных уравнений, как наиболее универсальной и надежной базы численных алгоритмов прикладной электродинамики, а так же методы геометрической теории дифракции в приближении Кирхгофа для теоретического анализа внешних характеристик сканирующих отражательных антенн. Для формулировки математической задачи в виде системы ИУ 1-го рода доказано существование и единственность решения. Обоснован выбор базисных и проекционных функций при численном решении систем ИУ.

4. Создан комплекс программного обеспечения для ЭВМ, в котором реализованы разработанные расчетные модели, методики и вычислительные алгоритмы для всех поставленных электродинамических задач.

5. С использованием разработанных моделей проведены обширные расчеты и исследованы закономерности формирования электромагнитных полей в многоэлементных фазированных антенных решётках из открытых концов волноводов и в пассивных устройствах компенсации изменения входных импедансов, вследствие влияния межэлементных связей. Получены новые научные результаты особенностей рассеяния электромагнитных волн на реконфигурируемых ОАР с оптронным управлением поверхностным импедансом. Исследованы фокусирующие свойства плоских и конформных рефлекторов отражательных антенн на основе слоистых структур полупроводниковая пленка-диэлектрик, ребристая структура со слоистым заполнением структурой полупроводниковая пленка-диэлектрик, а также рефлектора из реконфигурируемых щелей и диполей. Выработаны рекомендации по конструированию данного класса антенн, в том числе определены требования к полупроводниковым элементам конструкции реконфигурируемых антенн.

6. Проведены экспериментальные исследования на конечном фрагменте антенной решетки способов широкоугольного согласования с помощью щелевых компенсационных экранов, а также влияния конструкции радиопрозрачного укрытия на характеристики ФАР.

7. Проведены экспериментальные исследования на волноводном имитаторе характеристик рассеяния многощелевого излучателя ОАР.

8. На основе проведенных численных и экспериментальных исследований предложены новые научно обоснованные технические решения в области создания многоэлементных фазированных антенных решеток из щелевых излучателей в торце волноводов с низким уровнем кроссполяризации и сканирующих реконфигурируемых отражательных антенн с оптронным управлением, включающие в себя:

■ Эффективные конструктивные решения комбинированных пассивных устройств компенсации влияния взаимных связей в ФАР, устанавливаемых в раскрыве антенны;

■ Конструктивное решение по использованию сдвоенных и строенных щелевых и дипольных излучателей в каждом периоде фазированной и отражательной антенной решетки для широкополосного и широкоугольного сканирования с чистой линейной поляризацией для ФАР и для обеспечения более пологих фазовых кривых для реконфигурируемых рефлекторов сканирующих отражательных антенн;

■ Конструктивное решение реконфигурируемого рефлектора отражательной антенны на основе многослойной структуры тонких полупроводниковых пленок с фоторезистивным эффектом и диэлектриков.

Таким образом, разработаны теоретические положения, совокупность которых можно классифицировать как крупное достижение в развитии перспективного направления в области антенн СВЧ и КВЧ-диапазонов для уникальных радиофизических приборов дистанционного зондирования, использующих принципы электронного и оптоэлектронного сканирования в широком пространственном секторе.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах, входящих в перечень ведущих периодических изданий, рекомендованных ВАК

1. Прилуцкий A.A. Моделирование передачи изображений видовых средств дистанционного зондирования Земли по цифровым каналам связи / A.A. Прилуцкий, А.Н. Детков, И.А. Макаров, И.В. Козлов // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2010. 1С. 4 - 8.

2. Прилуцкий A.A. Реконфигурируемые антенные системы// «Физические основы приборостроения»,- 2011,Ноябрь. - С. 49-64.

3. Прилуцкий A.A. Сканирующая отражательная антенна с импедансным цилиндрическим рефлектором в виде слоистой структуры полупроводник-диэлектрик-металл с оптронным управлением // Успехи современной радиоэлектроники. - 2011. - № 4 - С.53 -59.

4. Прилуцкий A.A. Взаимодействие СВЧ-излучения с многослойными металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) структурами // Успехи современной радиоэлектроники. - 2009. -№ 9,- С.74 - 80.

5. Прилуцкий A.A. Использование подрешетки из полосковых элементов в слоях магнитодиэлектрика перед апертурой ФАР для улучшения согласования при сканировании // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2009. - № 9. - С. 62 - 72.

6. Прилуцкий A.A. Метод моделирования поляризационных портретов малоразмерных искусственных объектов радиолокации/ A.A. Прилуцкий, А.Н Детков, Д.А. Ницак //Электромагнитные волны и электронные системы. -2011. -Т. 16,-№ 10.-С. 19-26.

7. Прилуцкий A.A. Использование авиационной поляриметрической РСА для обнаружения спускаемого аппарата проекта «Фобос-Грунт» на фоне земной поверхности/ Родин А.Л., A.A. Прилуцкий, А.Н Детков, Д.А. Ницак// Вестник ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина». - 2011. - № 4. - С. 50 - 57.

8. Прилуцкий A.A. Интеллектуальная антенна для сотовых сетей 3-го поколения// Антенны. - 2005. - Вып. 10. - С. 52 - 54.

9. Прилуцкий A.A. Компенсация фазовых шумов на синхронном детекторе / A.C. Петров, A.A. Прилуцкий, O.A. Залевский // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2008. - № 11. - С. 49 - 53.

10. Прилуцкий A.A. Двухдиапазонные многолучевые приемопередающие ФАР для систем сотовой связи 3-го поколения / H.A. Бей, A.A. Прилуцкий // Антенны. - 2005. - Вып. 10. - С. 48 - 51.

11. Прилуцкий A.A. Антенные решетки из щелевых излучателей в торцах прямоугольных волноводов / Г.А. Евстропов, A.A. Прилуцкий // Известия ВУЗов. Радиофизика. - 1988. - № 10. - С.49 - 52.

12. Прилуцкий A.A. Излучение волноводной антенной решетки с пассивными компенсационными проводами в случае Н-поляризации / Г.А. Евстропов, A.A. Прилуцкий // Известия ВУЗов. Радиофизика. - 1989. -№ 2. -С. 1270-1273.

Патенты и статьи в научных журналах

13. Авт. свидетельство 1561134 (СССР), МКИ4 (51)5 H 01 Q 3/26, 21/00/ Фазированная антенная решетка [Текст] / Г.А. Евстропов, A.A. Прилуцкий; заявл. 03.01.1990; опубл. 30.04.90, Бюл. изобр. №16.

14. Прилуцкий A.A. Моделирование характеристик элемента сканирующей отражательной антенной решетки из щелевых излучателей / М.А. Жексенов, A.A. Прилуцкий, Е.А. Шепелева // Научный вестник Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики. -2011.-№4.-С. 44-51.

15. Прилуцкий A.A. Моделирование поляризационного радиолокационного портрета спускаемого аппарата проекта «Фобос-Грунт» / A.A. Прилуцкий, А.H Детков, Д.А. Ницак // Научный вестник Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики. - 2011. - № 4,- С. 52 -59.

16. Прилуцкий А.А. Интеллектуальная антенна для сотовых сетей 3G // Connect- Мир Связи. - 2004. - № 5,- С. 88 - 89.

17. Прилуцкий А.А. Характеристики фазированных антенных решеток из щелевых излучателей, прорезанных в торцах волноводов/ Г.А. Евстропов, А.А. Прилуцкий // Вопросы специальной радиоэлектроники. - 1985. - № 9-С. 134- 136.

18. Прилуцкий А.А. Широкоугольное согласование волноводных антенных решеток при сканировании в Е и Н-плоскости при помощи пассивных проволочных подрешеток/ Г.А. Евстропов, А.А. Прилуцкий, С.И. Монаков // Вопросы специальной радиоэлектроники. - 1987. -№ 1.-С. 91 - 101.

19. Прилуцкий А.А. Исследование характеристик ФАР с треугольной формой раскрыва/ С.Н. Антонов, А.А. Прилуцкий // Вопросы специальной электроники. Серия ТТА. - 1983. -№ 1- С. 54-65.

20. Прилуцкий А.А. Математическое моделирование радиотрасс при проектировании транкинговых систем радиосвязи / С. В. Богданов, А.А. Прилуцкий // CONNECT! Мир связи. - 2000. - № 11/2. - С.86-87/ URL: http/www. connect.ru.

21. Прилуцкий А.А. Интеллектуальная антенна для сотовых сетей 3G // CONNECT! Мир связи. - 2004. - № 5. - С. 88-89/URL: http/www. connect.ru.

Статьи в сборники научных трудов, доклады на конференциях

22. Andrey A. Prilutskiy Mathematical Model of the Phased Open Ended Waveguides Array Antenna with Multilayered Grids from Cylindrical Conductors before the Aperture // Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2009), Moscow, Russia, August 18-21, 2009, The Electromagnetics Academy, Cambridge, Massachusetts, USA, Draft proceedings.-PP. 1402-1406.

23. Andrey A. Prilutskiy Mathematical model of an infinite periodic open ended slot lines array antennaZ/Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2009), Moscow, Russia,August 18-21,2009, The Electromagnetics Academy, Cambridge, Massachusetts, USA, Draft abstracts.-PP. 166-166.

24. Andrey A. Prilutskiy Mathematical model of an infinite periodic open ended waveguide array antenna with multilayered dielectric filling in a cross section//Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2009), Moscow, Russia, August 18-21,2009,The Electromagnetics Academy, Cambridge, Massachusetts,USA, Draft abstracts.- PP.167-167.

25. Прилуцкий A.A. Компенсация изменения входного сопротивления парциального излучателя ФАР из открытых концов волноводов при сканировании// Труды 3-ей Международной конференция "Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации" (ARM1MP-2009), Суздаль, 19-21 сентября,2009.

26. Прилуцкий А.А. Математическое моделирование отражательной антенной решетки из сдвоенных щелевых излучателей/ Е.А. Шепелева // Труды 4-ей Международной конференция "Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации" (ARM1MP-2009).-Суздаль.-20-22 сентября.-2011/-С. 116-120.

27. Прилуцкий А.А. Волноводное моделирование реконфигурируемого щелевого элемента сканирующей отражательной антенной решетки с оптронным управлением/ М.А. Жексенов, Е.А. Шепелева // Труды 4-ей Международной конференция "Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации" (ARMIMP-2009).- Суздаль.-20-22 сентября.-2011.-С. 121-124.

28. Прилуцкий А.А. Широкоугольная ФАР, сформированная из открытых концов волноводов с многорядной сеткой из цилиндрических проводников перед апертурой// XV Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, радионавигация, связь» (RLNC-2009), Воронеж, 14-16 апр. 2009. Т 1. - Воронеж: НПФ «Саквоее». -2009. - С. 439 - 446.

29. Прилуцкий А.А. Эффективная передача изображений видовых средств дистанционного зондирования Земли по цифровым каналам связи / А.А. Прилуцкий, А.Н Детков, И.А. Макаров, И.В. Козлов // XVI Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, радионавигация, связь»

(RLNC-2010), Воронеж, 13-15 апр. 2010. Tl. - Воронеж: НПФ «Саквоее». -2010.-С. 985-994.

30. Прилуцкий A.A. Наклонное падение плоской волны E-поляризации на отражательную периодическую решетку из волноводов с вставками в виде структуры - полупроводниковая пленка - диэлектрик - металл // XVI Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, радионавигация, связь» (RLNC-2010), Воронеж, 13-15 апр. 2010. Т 2. -Воронеж: НПФ «Саквоее». - 2010. - С. 1662 - 1668.

31. Прилуцкий A.A. Широкоугольная ФАР, сформированная из открытых концов волноводов с многослойной металлодиэлектрической средой (МДС) перед апертурой// Доклад на Объединенном Фельдовском APS, LEOS and MTT/ED Chapters in Russia Section, ИРЭ РАН, Москва,-3 марта, 2009.

32. Прилуцкий A.A. Сканирующая реконфигурируемая отражательная антенная решетка из щелевых излучателей/ A.A. Прилуцкий, Е.А. Шепелева // Труды IV Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь», Москва, 29 ноя. -3 дек. 2010. - М: ИРЭ РАН. - 2010. - С. 353-360.

33. Прилуцкий A.A. Широкоугольное согласование ФАР, сформированных из открытых концов волноводов при помощи многослойных металлодиэлектрических сред (МДС)// Доклад на семинаре «Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот», Москва, 2324 января 2009. - М.: МНТОРЭС им. A.C. Попова. -2009.

34. Прилуцкий A.A. Комплекс программ для расчета электродинамических характеристик ФАР из щелевых излучателей в торцах волноводов/ Г.А. Евстропов, A.A. Прилуцкий // Труды Межрегиональной научно-технической конференции «Сложные антенные системы и их компоненты. Теория, применение, экспериментальные исследования», Ленинград, 23-24 января 1991.-Л.: ВНТОРЭС им. A.C. Попова. - 1991.-С. 17-26.

35. Прилуцкий A.A. Система автоматизированного проектирования и исследования антенно-фидерных устройств// Труды VIH Всесоюзной научно-технической конференции «Перспективы развития и применения

средств вычислительной техники для моделирования и автоматизированного исследования», Москва, 16-18 окт. 1991. - М.: ВНТОРЭС им. A.C. Попова. -1991.-С. 184-185.

36. Прнлуцкий A.A. Излучение из периодической системы волноводов с многослойным магнитодиэлектрическнм заполнением в поперечном сечении// Труды III Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь», Москва, 26-30 окт. 2009. - М.: ИРЭ РАН. - 2009. - С. 58-62.

37. Прнлуцкий A.A. Радиолокаторы непрерывного излучения в виде кластеров микро-КА - новое качество в развитии глобальных инфокоммуникационных систем / В.А. Басистов, A.A. Прнлуцкий, В.Д. Кусков, Б.С. Лобанов, В.Ф. Фатеев // Труды Всероссийской научно-практической конференция «Космической радиолокация», Муром, 28 июня-1 июля 2010. - Владимир: Изд-во ВГУ,-2010. - С. 31-34.

Депонированные рукописи

38. Прилуцкий A.A. Метод вычисления парциальной диаграммы направленности элемента бесконечной антенной решетки / A.A. Прилуцкий; НИИДАР. - М.; ВИМИ, 1988, Вып. №5. - 11 с. - Деп. в НИИЭР 13.6.1988, № 3-8370.

39. Прилуцкий A.A. Исследование граничных интегральных уравнений задачи излучения электромагнитной волны Е-поляризации из периодической структуры полубесконечных волноводов / A.A. Прилуцкий; НИИДАР. - М.; ВИМИ, 1989, Вып.№2 - 9 с. - Деп. в НИИЭР 10.8.1989, № 3-8551.

40. Прилуцкий A.A. Исследование влияния атмосферных осадков на параметры радиопрозрачного укрытия / A.A. Прилуцкий; НИИДАР. -М.;ВИМИ, 1991, Вып. №2 -4 с. - Деп. в НИИЭР 13.6.1991, № 3-8834.

41. Прилуцкий A.A. Электродинамическая модель антенной решетки из щелевых излучателей в торце волноводов/ Г.А. Евстропов, A.A. Прилуцкий; НИИДАР. - М.; ВИМИ, 1988, Вып. №9-15 с. - Деп. в НИИЭР 16.9.1988, № 3-8468.

42. Прилуцкий A.A. Расширение углового сектора сканирования ФАР при помощи пассивных элементов, устанавливаемых в раскрыве решетки/ Г.А. Евстропов, A.A. Прилуцкий, С.И. Монаков; НИИДАР. - М.; ВИМИ, 1990. Вып. №10- 12 с. - Деп. в НИИЭР 13.6.1988, № 3-8793.

43. Прилуцкий A.A. Характеристики волноводной ФАР с многослойным РПУ/ A.A. Прилуцкий; НИИДАР. - М.; 1988. - 3 с. - НИИЭИР, 1988, Серия РС-АН, №11, Деп. в ВИМИ № Г92840.88.РТ.08.47.45.

ПРИЛУЦКИЙ АНДРЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

Методы широкоугольного сканирования в системах дистанционного зондирования радиодиапазона

Подписано в печать 21.02.2012 г.

Объем 4 усл. п.л.

Тираж 100 экз.

«НТЦ УП РАН»

Москва, ул. Бутлерова, д. 15

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора физико-математических наук, Прилуцкий, Андрей Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМНЫХ ВОПРОСОВ ТЕОРИИ ШИРОКОУГОЛЬНОГО ЭЛЕКТРОННОГО И ОПТОЭЛЕКТРОННОГО СКАНИРОВАНИЯ В СИСТЕМАХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ РАДИО ДИАПАЗОНА

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН.

1.1 Требования, предъявляемые к антенным системам радиокомплексов дистанционного зондирования Земли.

1.2 Обзор литературы и современное состояние вопроса.

1.3 Постановка задачи.

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФАР, СФОРМИРОВАННОЙ ИЗ ОТКРЫТЫХ КОНЦОВ ВОЛНОВОДОВ С ИСКУССТВЕННОЙ МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СРЕДОЙ, УСТАНОВЛЕННОЙ

ПЕРЕД АПЕРТУРОЙ.

2.1 Решение внешней задачи с учетом слоистой металлодиэлектрической среды перед апертурой ФАР.

2.1.1 Конфигурация 1: ФАР из открытых концов волноводов с многослойным диэлектрическим укрытием.

2.1.2 Комбинации пассивных устройств в слоях диэлектрика: щель- ^ щель, щель-диполь, диполь-диполь.

2.2 Решение внутренней задачи с учетом в волноводах многослойных магнитодиэлектрических вставок.

2.3 Вывод системы интегральных уравнений.

2.3.1 СИУ для ФАР из открытых концов волноводов с диафрагмой в раскрыве и многослойным магнитодиэлектрическим укрытием перед раскрывом.

2.3.2 СИУ для ФАР из многощелевых излучателей в торцах волноводов и многослойным магнитодиэлектрическим укрытием перед раскрывом.

2.3.3 СИУ для ФАР из щелевых излучателей в металлическом экране, возбуждаемых щелевыми излучателями в торцах волноводов.

2.3.4 СИУ для ФАР из полосковых диполей возбуждаемых щелевыми излучателями в торцах волноводов.

2.4 Теоремы существования и единственности решения интегральных уравнений. Выбор метода решения.

2.4.1 Теоремы существования и единственности решения интегральных уравнений.

2.4.2 Выбор метода решения интегральных уравнений.

2.5 Характеристики ФАР: коэффициент отражения, парциальная диаграмма направленности, поляризационные характеристики элемента.

2.6 Тестирование программы по известным результатам численных расчетов элемента ФАР.

3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФАР ИЗ ЩЕЛЕВЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ В МЕТАЛЛИЧЕСКОМ ЭКРАНЕ, ВОЗБУЖДАЕМЫХ ОТКРЫТЫМИ КОНЦАМИ ВОЛНОВОДОВ.

3.1 Геометрия задачи.

3.2 Решение внешней задачи для ФАР с бесконечно тонкими щелевыми экранами в слоях диэлектрика перед раскрывом.

3.3 Учет толщины экрана при решении внешней задачи для ФАР со щелевым экраном и диэлектрическими слоями перед раскрывом.

3.4 Результаты расчетов электродинамических характеристик ФАР из щелевых излучателей в торце волноводов.

3.4.1 Характеристики ФАР из щелевых излучателей в торце волноводов.

3.4.2 Тестирование программы по экспериментальным результатам.

3.4.3 Результаты электродинамического моделирования характеристик ФАР из щелевых излучателей в торцах волноводов.

3.5 Результаты расчетов электродинамических характеристик ФАР с металлическим щелевым экраном перед раскрывом.

3.5.1 Влияние геометрических параметров щелевого экрана на характеристики согласования ФАР.

3.5.2 Исследование характеристик ФАР в секторе углов сканирования.

3.5.3 Исследование характеристик ФАР в полосе частот и секторе углов.

3.5.4 Влияние конечной толщины щелевого экрана на характеристики

3.5.5 Влияние диэлектриков на характеристики ФАР со щелевым экраном перед раскрывом.

3.6 Выводы к разделу.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ШИРОКОУГОЛЬНОГО, ШИРОКОПОЛОСНОГО СОГЛАСОВАНИЯ ФАР ИЗ ОТКРЫТЫХ КОНЦОВ ВОЛНОВОДОВ ПРИ помощи слоя ИСКУССТВЕННОЙ СРЕДЫ, СОСТОЯЩЕЙ ИЗ МНОГОРЯДНЫХ СЕТОК ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПРОВОДНИКОВ.

4.1 Геометрия ФАР из открытых концов волноводов с пассивными цилиндрическими проводами в случае Н-поляризации.

4.2 Решение внутренней и внешней задачи для ФАР с учетом многорядной сетки из цилиндрических проводников перед раскрывом.

4.3 Система интегральных уравнений для определения поля в апертуре и токов на проводниках. Коэффициент отражения в ФАР.

4.4 Решение для U0 и /0 в случае однорядной подрешетки проводников перед апертурой ФАР.

4.4.1 Случай волновода полностью заполненного магнитодиэлектриком.

4.4.2 Случай слоистого в поперечном сечении магнитодиэлектрического заполнения волновода.

4.5 Решение для U0 и /0г- в случае двурядной подрешетки проводников перед апертурой ФАР.

4.6 Результаты моделирования для ФАР с однорядной сеткой перед раскрывом.

4.7 Результаты моделирования АР из волноводов с частичным заполнением в поперечном сечении.

4.8 Результаты моделирования для ФАР с двурядной сеткой перед раскрывом.

4.9 Выводы к разделу.

5 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФАР, СФОРМИРОВАННОЙ ИЗ ОТКРЫТЫХ КОНЦОВ ВОЛНОВОДОВ С ИСКУСТВЕННОЙ СРЕДОЙ В ВИДЕ ПОЛОСКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, УСТАНОВЛЕННОЙ ПЕРЕД

АПЕРТУРОЙ.

5.1 Геометрия задачи.

5.2 Решение внешней задачи для ФАР из открытых концов волноводов с подрешеткой из полосковых проводников, устанавливаемых перед раскрывом в слоях диэлектрика.

5.3 Результаты электродинамического моделирования.

5.3.1 Влияние £ и ц магнитодиэлектрической подложки на характеристики широкоугольного согласования ФАР при сканировании

ДН в Н-плоскости.

5.3.2 Характеристики согласования плоской ФАР при сканировании в Е-и Н-плоскостях для двухслойной диэлектрической конфигурации подложки полосковой подрешетки.

5.4 Широкоугольное согласование с помощью комбинации пассивных элементов в раскрыве ФАР.

5.5 Выводы к разделу.

6 ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СКАНИРУЮЩИХ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ АНТЕНН С

ОПТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ.

6.1 Взаимодействие СВЧ-излучения с многослойными металл- ^^ диэлектрик-полупроводник (МДП) структурами.

6.1.1 Прохождение ЭМВ через многослойные структуры, состоящие из диэлектрических слоев, пленок металлов и полупроводников.

6.1.2 Наклонное падение электромагнитной волны на трехслойную структуру металл-диэлектрик-полупроводник.

6.1.3 Результаты моделирования наклонного падения Е-волн на комбинацию многослойных МДП-структур.

6.1.4 Наклонное падение плоской волны Е-поляризации на отражательную периодическую решетку из волноводов с вставками в виде структуры - полупроводниковая пленка - диэлектрик - металл.

6.1.5 Результаты численного моделирования ОАР.

6.2 Сканирующая отражательная антенна с импедансным цилиндрическим рефлектором в виде слоистой структуры полупроводник-диэлектрик-металл с оптронным управлением.

6.2.1 Геометрия и решение задачи.

6.2.2 Результаты моделирования отражательной антенны.

6.2.3 Рекомендации по выбору конструкции рефлектора сканирующей отражательной антенны с оптронным управлением.

6.3 Сканирующая реконфигурируемая отражательная антенная решетка из щелевых и дипольных излучателей.

6.3.1 Решение электродинамической задачи.

6.3.2 Математическая модель двущелевого излучателя ОАР.

6.3.3 Математическая модель ОАР из дипольных излучателей.

6.3.4 Результаты моделирования.

6.3.5 Результаты моделирования ОАР из сдвоенных щелевых излучателей.

6.4 Волноводное моделирование элемента реконфигурируемой сканирующей ОАР из щелевых излучателей.

6.5 Исследование оптической системы управления геометрией щелевых излучателей ОАР.

6.5.1 Оценка параметров полупроводникового материала, используемого в СВЧ-ключах, и толщины пленки.

6.5.2 Оценка мощности оптического облучения, требуемой для возбуждения одного фоторезистивного СВЧ-ключа и всех СВЧ-ключей в АР.

6.5.3 Пример реализации ОАР из сдвоенных щелевых реконфигурируемых излучателей - фазовращателей с оптронным управлением.

6.6 Выводы к разделу.

Введение диссертация по физике, на тему "Методы широкоугольного сканирования в системах дистанционного зондирования радиодиапазона"

Фазированные антенные решетки (ФАР) прошли долгий путь развития. Первые ФАР были созданы более 50 лет назад и с тех пор находят широкое применение в различных радиоэлектронных системах. Интерес к ним не ослабевает и сегодня. Об этом свидетельствуют не прекращающиеся поиски новых, эффективных решений, опирающихся на самые современные технологии и способных существенно расширить сферы применения ФАР. Актуальность научной проблемы обусловлена интенсивным развитием научных приборов систем дистанционного зондирования (ДЗ) Земли и других планет солнечной системы, радиовидения, радиометрии и радиоастрономии, которые должны осуществлять обзор пространства (поверхности) в широком диапазоне углов наблюдения. Однако широкоугольный обзор пространства всегда входит в противоречие с энергетическим потенциалом системы. Поэтому, одним из путей повышения эффективности работы систем дистанционного зондирования является использование широкоугольного сканирования пространства узким лучом антенной системы.

Под широкоугольным сканированием понимается угол обзора пространства, который намного больше ширины луча антенной системы. В этом случае к таким антенным системам предъявляются всё более жесткие требования по обеспечению высокоскоростного обзора широкого пространственного сектора, оперативного управления формой диаграммы направленности антенны. С этими задачами в настоящее время успешно справляются фазированные антенные решетки (ФАР), состоящие из тысяч -десятков тысяч излучателей. В настоящее время ведутся интенсивные работы в области совершенствования известных и создания новых типов ФАР, происходит интенсивное освоение СВЧ и КВЧ диапазонов частот.

Введение. Краткая характеристика работы7

Характеристики излучателей в составе антенной решетки отличаются от характеристик изолированного излучателя из-за наличия взаимных связей между ними и в силу краевых эффектов и существенно зависят от расположения излучателей в антенной решетке. Из-за этих физических явлений при сканировании диаграммой направленности антенны возникает рассогласование в трактах излучателей, вплоть до полного запирания («ослепления») антенной системы - полное отражение. С помощью простых трансформаторов сопротивлений в фидерах проблему ослепления ФАР и широкоугольного согласования при сканировании не решить. Для компенсации изменения входного импеданса излучателей при сканировании, организуются дополнительные цепи связи между фидерами, питающими излучатели, диэлектрические вставки внутри волноводов и многослойное диэлектрическое укрытие, многомодовые трансформаторы в апертуре излучателей, запредельные секции волноводов в апертуре, а так же пассивные проводящие элементы, устанавливаемые в раскрыве АР. Поэтому разработка методов компенсации изменения входного импеданса при широкоугольном сканировании ФАР в заданной полосе рабочих частот является актуальной научно-технической задачей.

В состав практических конструкций ФАР, как правило, входит очень важный элемент - радиопрозрачное укрытие (РПУ). В случае ФАР для авиационной и космической техники РПУ носит название радиопрозрачный обтекатель. Основное назначение РПУ это защита от внешних воздействий среды аппаратуры радиоэлектронных комплексов. Механические и климатические внешние воздействия предъявляют требования к конструкции обтекателя по механической прочности, тепловому и аэродинамическому сопротивлению, вступающие в противоречия с функциональными радиотехническими требованиями, в том числе и с требованиями по широкоугольное™ сканирования в широкой полосе частот. В то же время, конструкция обтекателя, состоящая из диэлектрических слоев и пассивных проводящих проводников, оптимизированная совместно с

Введение. Краткая характеристика работы8 излучающей структурой ФАР, позволяет решить компромиссную задачу защиты от внешних воздействий и задачу широкоугольного сканирования в требуемой полосе частот. Помимо этого, часто к конструкции обтекателя предъявляют требования по частотной селекции. Частотная селективность обтекателя в этом случае решает задачи радиомаскировки или снижения радиолокационной заметности летательного аппарата. Поэтому проблема разработки методов широкоугольного согласования ФАР из открытых концов волноводов при сканировании с использованием пассивных согласующих устройств, размещенных в слоях магнитодиэлектрика, образующих единую конструкцию антенна-обтекатель, является актуальной научной и практической задачей.

Для реализации широкоугольного сканирования антенной системой в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн научной и технической проблемой является создание фазовращателей, так как размеры фазовращателей ограничены размером периодической ячейки. Размеры ячейки могут быть существенно меньше длины волны, что необходимо для обеспечения режима сканирования без возбуждения дополнительных интерференционных максимумов в рабочей полосе частот. Кроме того, для фазированных антенных решеток этих диапазонов является определенной проблемой создание и распределительной системы для возбуждения излучающих элементов антенны. Поэтому актуальным является исследование физических процессов в ФАР с оптическими схемами распределения сигнала возбуждения, а в частности отражательных антенных решеток (ОАР), состоящих из реконфигурируемых излучателей, реализующих широкоугольное сканирование диаграммой направленности антенны, в которых модуляция фазы отраженной волны обеспечивается изменением геометрии (реконфигурацией) излучателя. Таким образом, реконфигурация излучателя в составе ОАР приводит к изменению поверхностного импеданса рефлектора антенны. Рефлектор, выполненный по многослойной печатной технологии, образует покрытие с управляемым

Введение. Краткая характеристика работы9 поверхностным импедансом, которое в мировой литературе относят к технологии интеллектуальных покрытий или технологии Smart Skin. В последние годы наметился большой интерес исследователей и разработчиков к этому новому научному направлению. С использованием этой технологии можно создавать бортовые конформные антенны, цилиндрические и более сложной формы сканирующие антенны мобильных систем связи, радиолокационные покрытия летательных аппаратов и многое другое. Технология интеллектуальных покрытий, применительно к антеннам, предусматривает интеграцию в одной конструкции излучающего элемента и элемента управления. Примером таких интегрированных систем являются, например, реконфигурируемые антенны, в которых возможность управления фазой излучения заложена в конструкцию элемента ФАР. В качестве исполнительного элемента при реконфигурации излучателя ФАР применяют СВЧ-ключи, выполненные по технологии микро и наноэлектромеханических систем (МЭМС и НЭМС). Однако у таких ключей есть и существенные недостатки, поэтому в практических конструкциях трудно обеспечить необходимую развязку между цепями управления, питания и информационной несущей частоты СВЧ или КВЧ диапазона. Проблема может быть решена с использованием элементов с оптронным управлением. Поэтому актуальными является проблема исследования физических явлений и процессов, происходящих в интеллектуальных антенных и радиолокационных покрытиях с оптронным управлением, а так же разработка методов их проектирования.

Альтернативой МЭМС- ключам, как элементам управления в реконфигурируемой антенне, могут являться полупроводниковые фоторезистивные (ПФР) СВЧ-ключи, использующие эффект фотопроводности (оптронный СВЧ-ключ). В последнее десятилетие достигнуты значительные успехи в синтезе полупроводниковых тонкопленочных материалов для изготовления полупроводниковых приборов с необходимыми свойствами темновой и освещенной фотопроводимости.

Введение. Краткая характеристика работы10

Поэтому проблемы исследования реконфигурируемых антенн и интеллектуальных антенных покрытий с оптронным управлением поверхностным импедансом, использующие полупроводниковые фотопроводящие пленки, являются так же актуальными.

Таким образом, существует народно-хозяйственная задача повышения эффективности систем дистанционного зондирования радиодиапазона ЭМВ и улучшения качества научных исследований за счёт увеличения информативности полученных результатов зондирования путём развития методов широкоугольного сканирования в радиофизических приборах ДЗ в рамках ограниченного энергетического потенциала.

Научной проблемой, вытекающей из народно-хозяйственной задачи, является исследование физических явлений и процессов, происходящих при широкоугольном электронном и оптоэлектронном сканировании в антенных системах, которые могут быть использованы для создания принципиально новых приборов ДЗ радиодиапазона ЭМВ.

Объект исследования- электромагнитные поля, возбуждаемые и рассеиваемые в многоэлементных волноводных, щелевых, печатных фазированных и отражательных антенных решетках и их элементах.

Область исследования - электродинамика антенных систем в виде многоэлементных отражательных и фазированных АР с оптронным управлением с широкоугольным сканированием и теория их проектирования.

Предметом исследования являются:

• фазированные и отражательные антенные решетки из волноводных, щелевых и полосковых дипольных излучателей с широкоугольным сканированием луча с пассивными согласующими элементами в слоях магнитодиэлектрика, установленными в раскрыве антенны, методики их проектирования;

• отражательные антенны в виде интеллектуальных покрытий с оптронным управлением поверхностным импедансом на основе фотопроводящих полупроводниковых пленок и реконфигурируемых

Введение. Краткая характеристика работы11 щелевых или полосковых излучателей с фотопроводящими полупроводниковыми СВЧ-ключами, а так же методики их проектирования.

Цель исследований. Развитие методов электронного и оптоэлектронного широкоугольного сканирования в антенных системах приборов ДЗ радиодиапазона ЭМВ, а также ряда теоретических положений, математического моделирования и практики построения фазированных и отражательных антенных решеток сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн с широкоугольным электронным и оптоэлектронным сканированием, а так же новых типов сканирующих антенн на основе интеллектуальных покрытий.

Задачи исследований, которые вытекают из поставленной цели:

1. Разработать эффективные методики учета влияния на электродинамическом уровне строгости конструктивных элементов фазированных антенных решеток из щелевых излучателей в торцах волновода с учетом многослойных магнитодиэлектрических вставок внутри волноводов и многослойного диэлектрического укрытия перед апертурой.

2. Разработать эффективные электродинамические модели многоэлементных антенных решеток из волноводов с согласующей металлодиэлектрической средой (МДС) перед раскрывом антенны в виде щелевых экранов, полосковых (ленточных) проводников, диполей или многорядных сеток из цилиндрических проводников и их комбинаций в слоях магнитодиэлектрика в приближении бесконечных и конечных в бесконечном пассивном окружении периодических структур.

3. Разработать эффективные электродинамические модели сканирующих отражательных антенных решеток в виде интеллектуальных покрытий с оптронным и электронным управлением поверхностным импедансом на основе фотопроводящих полупроводниковых пленок и реконфигурируемых излучателей с ПФР СВЧ-ключами.

4. Исследовать с помощью созданных электродинамических моделей периодические ФАР с МДС перед раскрывом с широкоугольным

Введение. Краткая характеристика работы12 сканированием луча в широкой полосе частот и линейной поляризации с низким уровнем кроссовой поляризационной составляющей.

5. Исследовать с помощью созданных электродинамических моделей сканирующие отражательные АР с оптически управляемым поверхностным импедансом в виде многослойной структуры металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структуры) и реконфигурируемых щелевых и дипольных излучателей с использованием ПФР СВЧ-ключей в качестве элемента коммутации.

6. Экспериментально исследовать возможности широкоугольного согласования фрагмента волноводной ФАР с помощью МДС, установленной перед раскрывом антенны, а так же в волноводном имитаторе характеристики рассеяния ЭМВ на щелевом излучателе ОАР.

Методика исследования - методы решения трехмерных задач электродинамики бесконечных и конечных периодических излучающих структур с использованием математического аппарата интегральных уравнений первого рода с последующим их решением проекционными методами.

Научная новизна диссертационной работы состоит в разработке и обобщении ряда теоретических положений, разработке методологии проектирования ряда инновационных конструкций, совокупность которых можно квалифицировать, как решение крупной научной проблемы и развитие перспективного направления в области антенн СВЧ и КВЧ, имеющего важное народно-хозяйственное и оборонное значение.

Конкретно научную новизну составляют впервые полученные результаты:

1. Сформулирован единый подход к решению задачи электродинамического анализа методами ИУ первого рода волноводных фазированных антенных решеток с многослойной металлодиэлектрической средой перед раскрывом и многослойным частичным заполнением волноводов в приближении бесконечной периодической структуры для случая, когда МДС состоит либо из чередующихся диэлектрических слоев и

Введение. Краткая характеристика работы13 металлических экранов конечной толщины со щелевыми излучателями и (либо) из чередующихся диэлектрических слоев и полосковых (ленточных) излучателей. Внутренняя и внешняя граничные задачи электродинамики сведены к системе ИУ относительно неизвестных полей в раскрывах волноводов, щелей и токов на полосках с последующим решением её модифицированным методом Галеркина с использованием базиса из ортогональных тригонометрических координатных функций с весом, учитывающим условие Мейкснера на кромках раскрывов волноводов, щелей и полосках (лент). Исследована корректность задачи, сформулированной в виде ИУ первого рода со сложными ядрами в спектральном представлении. Обоснован метод решения и выбор базисных функций.

2. Проведено обобщение электродинамической теории применительно к волноводным антенным решеткам с металлодиэлектрической средой, установленной перед раскрывом, позволившее получить новые знания по широкоугольному согласованию сканирующих остронаправленных антенн.

3. Разработана электродинамическая модель широкоугольной сканирующей волноводной антенной решетки с многорядной сеткой из цилиндрических проводников перед раскрывом антенны в приближении бесконечной и конечной в бесконечном пассивном окружении периодической структуры.

4. Разработаны электродинамические модели сканирующих отражательных антенных решеток в виде интеллектуальных покрытий с оптронным управлением поверхностным импедансом на основе фотопроводящих полупроводниковых пленок и реконфигурируемых щелевых и дипольных излучателей с ПФР СВЧ-ключами.

5. Исследованы характеристики отражательных антенных решеток в виде интеллектуальных покрытий с оптронным управлением поверхностным импедансом, а именно диаграммы направленности плоских и цилиндрических отражательных антенн. Определены требования к динамическому диапазону изменения фотопроводимости полупроводниковых элементов конструкции интеллектуального покрытия в освещенном и темновом состоянии, определены геометрические параметры антенны.

6. Предложен метод широкоугольного согласования волноводных ФАР с использованием экранов со щелевыми излучателями, установленными перед раскрывом антенны, обеспечивающий эффективную компенсацию изменения входного импеданса антенны при сканировании.

7. Предложен метод широкоугольного согласования волноводных ФАР с использованием экранов со сдвоенными и строенными щелевыми излучателями в каждом периоде решетки, установленными перед раскрывом антенны, обеспечивающий эффективную компенсацию изменения входного импеданса антенны при сканировании в широкой полосе частот.

8. Предложен метод широкоугольного согласования волноводных ФАР с использованием многорядных сеток из цилиндрических проводников, установленных перед раскрывом антенны, обеспечивающий эффективную компенсацию изменения входного импеданса антенны при сканировании в Н-плоскости.

9. Предложен метод широкоугольного согласования волноводных ФАР с использованием пассивного комбинированного устройства, состоящего из цилиндрических или ленточных проводников, установленных перед раскрывом антенны параллельно Е-плоскости волноводов, и пассивных закороченных волноводов (дроссель), размещаемых между активными волноводами в Е-плоскости, обеспечивающего эффективную компенсацию изменения входного импеданса антенны при сканировании в Е-плоскости и Н-плоскости.

Научная значимость работы состоит

• в развитии электродинамической теории широкоугольного электронного и оптоэлектронного сканирования в приборах ДЗ радиодиапазона ЭМВ;

• в создании методологии построения инновационных систем ДЗ в радиодиапазоне ЭМВ.

Введение. Краткая характеристика работы15

Практическая значимость результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в том, что на их основе:

• Предложен ряд инновационных конструкций сканирующих отражательных антенн в виде интеллектуальных покрытий с оптронным управлением поверхностным импедансом покрытия, а именно: в виде многослойной структуры чередующихся слоев диэлектрика и полупроводниковой пленки планарной или конформной конструкции и ребристой поверхности с тем же многослойным заполнением.

• Предложена новая конструкция сканирующей отражательной антенной решетки из реконфигурируемых сдвоенных щелевых излучателей в каждом периоде решетки. Реконфигурация щелевых излучателей обеспечивается за счет коммутации их ПФР СВЧ-ключами с оптическим возбуждением.

• Разработаны методика и программы для ЭВМ, позволяющие проектировать многослойные радиопрозрачные антенные обтекатели совместно с волноводной антенной решеткой.

• Разработаны методика, измерительный стенд и программы обработки экспериментальных данных, позволяющие проводить исследование и прогнозирование характеристик согласования и диаграммы направленности многоэлементных ФАР, состоящей из тысяч излучателей на фрагменте антенной решетки из нескольких сотен излучателей при широкоугольном сканировании в секторе углов ± 60° в широкой полосе частот.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Комплекс электродинамических моделей многоэлементных фазированных антенных решеток из волноводов с пассивными согласующими элементами в раскрыве и отражательных антенных решеток с управляемым поверхностным импедансом, опирающихся на решение трехмерных задач электромагнитного возбуждения в приближении бесконечных и конечных периодических структур:

Введение. Краткая характеристика работы16

Модель ФАР из открытых концов волноводов с многощелевыми излучателями в торцах, с многослойным магнитодиэлектрическим заполнением или частичным магнитодиэлектрическим заполнением волноводов в поперечном сечении и многослойным диэлектрическим укрытием перед раскрывом;

Модель ФАР из открытых концов волноводов с диафрагмой в раскрыве, с многослойным магнитодиэлектрическим заполнением волноводов, частичным магнитодиэлектрическим заполнением волноводов в поперечном сечении и с одним или двумя щелевыми экранами в слоях диэлектрика, установленными перед раскрывом, образующими металлодиэлектрическую среду;

Модель ФАР из открытых концов волноводов с частичным магнитодиэлектрическим заполнением в поперечном сечении с мпогорядной сеткой из цилиндрических проводников, установленной в раскрыве антенны;

Модель ФАР из открытых концов волноводов с частичным магнитодиэлектрическим заполнением в поперечном сечении металлодиэлектрической средой из ленточных излучателей, установленной в раскрыве антенны;

Модель планарных или конформных сканирующих отражательных антенн с оптически управляемым поверхностным импедансом в виде многослойной структуры чередующихся слоев диэлектрика и полупроводниковой пленки и ребристой поверхности с тем же многослойным заполнением;

Модель сканирующей отражательной антенной решетки из реконфигурируемых щелевых и дипольных излучателей с использованием фотопроводящих СВЧ-ключей с одним, двумя и более щелями (диполями) в периоде АР.

2. Широкоугольный, широкополосный элемент ФАР из сдвоенных или строенных щелевых излучателей в торцах волноводов.

Введение. Краткая характеристика работы17

3. Новый метод широкоугольного согласования ФАР из открытых концов прямоугольных волноводов с помощью одного или нескольких щелевых экранов, размещаемых перед раскрывом ФАР.

4. Новый метод широкоугольного согласования волноводных ФАР с использованием пассивного комбинированного устройства, состоящего из цилиндрических или ленточных проводников, установленных перед раскрывом антенны параллельно Е-плоскости волноводов и пассивных закороченных волноводов (дроссель), размещаемых между активными волноводами в Е-плоскости.

5. Результаты проведенных исследований и параметры периодической структуры волноводов и согласующих устройств, при которых обеспечивается широкоугольное широкополосное согласование ФАР.

6. Новые конструкции планарных и конформных сканирующих отражательных антенн с оптически управляемым поверхностным импедансом в виде многослойной структуры чередующихся слоев диэлектрика и фотопроводящей полупроводниковой пленки и структуры в виде ребристой поверхности с тем же многослойным заполнением.

7. Новая конструкция сканирующей отражательной антенной решетки из реконфигурируемых излучающих элементов, состоящих из одной, двух и более щелей, изменение геометрии в которых осуществляется с использованием фотопроводящих СВЧ-ключей интегрированных в излучатель.

8. Результаты исследований и параметры сканирующих реконфигурируемых отражательных антенных решеток.

Достоверность результатов подтверждается

• Математической корректностью решения краевых задач электродинамики, которые опираются на строгие и приближенные математические методы;

Введение. Краткая характеристика работы18

• Проведенными экспериментальными исследованиями, которые выполнены по апробированным методикам с помощью аттестованной стандартной измерительной аппаратуры;

• Согласованием основных теоретических положений, как с экспериментальными данными, так и в частных случаях математических моделей с известными опубликованными результатами.

Реализация и внедрение результатов работы. Изложенные в диссертации результаты исследований получены автором в ходе выполнения госбюджетных, хоздоговорных и инициативных коммерческих НИР и ОКР, проводимых в ОАО «НПК «НИИДАР», ООО «СиБи Град», ЗАО «Техноград Проект», ЗАО «НИИДАР-ГРАД», ЗАО «МИНЦ». Во многих этих НИР и ОКР автор являлся главным разработчиком антенно-фидерпых устройств, научным руководителем научно-исследовательских работ и главным конструктором ОКР. Результаты работы используются предприятиями отрасли, в/ч 71330, зарубежной фирмой Component Communications Incorporation (USA), а антенны под торговой маркой «Град» серийно производятся и используются российскими и зарубежными предприятиями связи, вычислительные программы и алгоритмы внедрены в процесс проектирования радиотехнических комплексов в НИИ и на промышленных предприятиях. Выше сказанное подтверждается соответствующими актами внедрения результатов диссертационной работы.

Личный вклад автора. В работах, выполненных в соавторстве, автору принадлежит выбор и постановка задач исследования; математическое обоснование и вывод основных аналитических выражений; разработка алгоритмов расчета; участие в составлении программ расчета, обсуждении и интерпретации полученных результатов; формулировка основных выводов и положений работ.

Введение. Краткая характеристика работы19

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:

1. На международной конференции "Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации" (ARMIMP-2009), г. Суздаль, Россия, в 2009 г.

2. На двух международных конференциях "Радиолокация, навигация, связь" (RLNC 2009, RLNC 2010), г. Воронеж в 2009, 2010 гг.

3. На международном симпозиуме «Progress In Electromagnetics Research Symposium» (PIERS 2009), г. Москва в 2009 г.

4. На международном объединенном Фельдовском и APS, LEOS and MTT/ED семинаре, ИРЭ РАН, г. Москва в 2009 г.

5. На 3-й Всероссийской научно-практической конференции «Космическая радиолокация», г. Муром в 2010 г.

6. На двух Всероссийских конференциях «Радиолокация и радиосвязь», г. Москва, ИРЭ РАН в 2009, 2010 гг.

7. На VIII Всесоюзной научно-технической конференции «Перспективы развития и применения средств вычислительной техники для моделирования и автоматизированного исследования», ВНТОРЭС им. А.С.Попова, г. Москва в 1991 г.

8. На межрегиональной научно-технической конференции ВНТО Радиотехники, электроники и связи им. А.С.Попова « Сложные антенные системы и их компоненты. Теория, применение, экспериментальные исследования», г. Ленинград в 1991 г.

9. На двух Всесоюзных научно-технических конференциях «Теория и техника антенн», Москва, в 1985, 1987 гг.

10. На семинаре МНТОРЭС им. А.С. Попова «Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот», г. Москва в 2009 г.

11. На семинаре кафедры математики физического факультета МГУ «Математические методы в естественных науках», г. Москва в 2007 г.

Введение. Краткая характеристика работы20

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 38 научных работах, в том числе: 10 - научные статьи в журналах, входящих в «Перечень .», из них без соавторов - 4 статьи; 8 - статей в региональных научных журналах; 13 - публикации в сборниках научных трудов и в материалах научно-технических конференций; 1 - авторское свидетельство на изобретение, 6 - депонированных рукописей.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах, входящих в перечень ведущих периодических изданий, рекомендованных ВАК

1. Прилуцкий A.A. Моделирование передачи изображений видовых средств дистанционного зондирования Земли по цифровым каналам связи / A.A. Прилуцкий, А.Н. Детков, И.А. Макаров, И.В. Козлов // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2010. -№ 1.- С. 4 - 8.

2. Прилуцкий A.A. Реконфигурируемые антенные системы// «Физические основы приборостроения».- 2011,Ноябрь. - С. 49-64.

3. Прилуцкий A.A. Сканирующая отражательная антенна с импедансным цилиндрическим рефлектором в виде слоистой структуры полупроводник-диэлектрик-металл с оптронным управлением // Успехи современной радиоэлектроники. -2011. -№ 4.-С.53 -59.

4. Прилуцкий A.A. Взаимодействие СВЧ-излучения с многослойными металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) структурами // Успехи современной радиоэлектроники. - 2009. - № 9 - С. 74 - 80.

5. Прилуцкий A.A. Использование подрешетки из полосковых элементов в слоях магнитодиэлектрика перед апертурой ФАР для улучшения согласования при сканировании // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2009. - № 9. - С. 62 - 72.

6. Прилуцкий A.A. Метод моделирования поляризационных портретов малоразмерных искусственных объектов радиолокации/ A.A. Прилуцкий, А.Н Детков, Д.А. Ницак //Электромагнитные волны и электронные системы. -2011. -Т. 16,- № 10.-С. 19-26.

Введение. Краткая характеристика работы21

7. Прилуцкий A.A. Использование авиационной поляриметрической РСА для обнаружения спускаемого аппарата проекта «Фобос-Грунт» на фоне земной поверхности/ Родин A.JL, A.A. Прилуцкий, А.PI Детков, Д.А. Ницак// Вестник ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина». - 2011. - № 4. - С. 50 - 57.

8. Прилуцкий A.A. Интеллектуальная антенна для сотовых сетей 3-го поколения// Антенны. - 2005. - Вып. 10. - С. 52 - 54.

9. Прилуцкий A.A. Компенсация фазовых шумов на синхронном детекторе / A.C. Петров, A.A. Прилуцкий, O.A. Залевский // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2008. - № 11. - С. 49 - 53.

10. Прилуцкий A.A. Двухдиапазонные многолучевые приемопередающие ФАР для систем сотовой связи 3-го поколения / H.A. Бей, A.A. Прилуцкий // Антенны. - 2005. - Вып. 10. - С. 48 - 51.

11. Прилуцкий A.A. Антенные решетки из щелевых излучателей в торцах прямоугольных волноводов / Г.А. Евстропов, A.A. Прилуцкий // Известия ВУЗов. Радиофизика, - 1988,-№ 10.-С. 49-52.

12. Прилуцкий A.A. Излучение волноводной антенной решетки с пассивными компенсационными проводами в случае IT-поляризации / Г.А. Евстропов, A.A. Прилуцкий // Известия ВУЗов. Радиофизика. - 1989. - № 2. -С. 1270-1273.

Патенты и статьи в научных журналах

13. Авт. свидетельство 1561134 (СССР), МКИ4 (51)5 Н 01 Q 3/26, 21/00/ Фазированная антенная решетка [Текст] / Г.А. Евстропов, A.A. Прилуцкий; заявл. 03.01.1990; опубл. 30.04.90, Бюл. изобр. №16.

14. Прилуцкий A.A. Моделирование характеристик элемента сканирующей отражательной антенной решетки из щелевых излучателей / М.А. Жексенов, A.A. Прилуцкий, Е.А. Шепелева // Научный вестник Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики. -2011,-№4,-С. 44-51.

15. Прилуцкий A.A. Моделирование поляризационного радиолокационного портрета спускаемого аппарата проекта «Фобос-Грунт» / A.A. Прилуцкий,

Введение. Краткая характеристика работы22

А.Н Детков, Д.А. Ницак // Научный вестник Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики. - 2011. - № 4.- С. 52 -59.

16. Прилуцкий А.А. Интеллектуальная антенна для сотовых сетей 3G // Connect- Мир Связи. - 2004. - № 5.- С. 88 - 89.

17. Прилуцкий А.А. Характеристики фазированных антенных решеток из щелевых излучателей, прорезанных в торцах волноводов/ Г.А. Евстропов, А.А. Прилуцкий // Вопросы специальной радиоэлектроники. - 1985. - № 9-С. 134- 136.

18. Прилуцкий А.А. Широкоугольное согласование волноводных антенных решеток при сканировании в Е и Н-плоскости при помощи пассивных проволочных подрешеток/ Г.А. Евстропов, А.А. Прилуцкий, С.И. Монаков // Вопросы специальной радиоэлектроники. - 1987. — № 1.— С. 91 — 101.

19. Прилуцкий А.А. Исследование характеристик ФАР с треугольной формой раскрыва/ С.Н. Антонов, А.А. Прилуцкий // Вопросы специальной электроники. Серия ТТА. - 1983. -№ 1.-С. 54-65.

20. Прилуцкий А.А. Математическое моделирование радиотрасс при проектировании транкинговых систем радиосвязи / С.В. Богданов, А.А. Прилуцкий // CONNECT! Мир связи. - 2000. - № 11/2. - С.86-87/ URL: http/www. connect.ru.

21. Прилуцкий А.А. Интеллектуальная антенна для сотовых сетей 3G // CONNECT! Мир связи. - 2004. - № 5. - С. 88-89/ URL: http/www. connect.ru.

Статьи в сборники научных трудов, доклады на конференциях

22. Andrey A. Prilutskiy Mathematical Model of the Phased Open Ended Waveguides Array Antenna with Multilayered Grids from Cylindrical Conductors before the Aperture // Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2009), Moscow, Russia, August 18-21, 2009, The Electromagnetics Academy, Cambridge, Massachusetts, USA, Draft proceedings.-PP. 1402-1406.

23. Andrey A. Prilutskiy Mathematical model of an infinite periodic open ended slot lines array antenna // Progress in Electromagnetics Research Symposium

Введение. Краткая характеристика работы23

PIERS 2009), Moscow, Russia, August 18-21, 2009, The Electromagnetics Academy, Cambridge, Massachusetts, USA, Draft abstracts.- PP. 166-166.

24. Andrey A. Prilutskiy Mathematical model of an infinite periodic open ended waveguide array antenna with multilayered dielectric filling in a cross section// Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2009), Moscow, Russia, August 18-21, 2009,The Electromagnetics Academy, Cambridge, Massachusetts, USA, Draft abstracts.- PP. 167-167.

25. Прилуцкий А.А. Компенсация изменения входного сопротивления парциального излучателя ФАР из открытых концов волноводов при сканировании// Труды 3-ей Международной конференция "Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации" (ARMIMP-2009), Суздаль, 19-21 сентября, 2009.

26. Прилуцкий А.А. Математическое моделирование отражательной антенной решетки из сдвоенных щелевых излучателей/ Е.А. Шепелева // Труды 4-ей Международной конференция "Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации" (ARMIMP-2009).-Суздаль,- 20-22 сентября.-2011 .-С. 116-120.

27. Прилуцкий А.А. Волноводное моделирование реконфигурируемого щелевого элемента сканирующей отражательной антенной решетки с оптронным управлением/ М.А. Жексенов, Е.А. Шепелева // Труды 4-ей Международной конференция "Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации" (ARMIMP-2009).- Суздаль.- 2022 сентября.-2011 .-С. 121 -124.

28. Прилуцкий А.А. Широкоугольная ФАР, сформированная из открытых концов волноводов с многорядной сеткой из цилиндрических проводников перед апертурой// XV Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, радионавигация, связь» (RLNC-2009), Воронеж, 14-16 апр. 2009. Т 1. - Воронеж: НПФ «Саквоее». - 2009. - С. 439 - 446.

29. Прилуцкий А.А. Эффективная передача изображений видовых средств дистанционного зондирования Земли по цифровым каналам связи / А.А.

Введение. Краткая характеристика работы24

Прилуцкий, А.Н Детков, И.А. Макаров, И.В. Козлов // XVI Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, радионавигация, связь» (RLNC-2010), Воронеж, 13-15 апр. 2010. Т 1. - Воронеж: НПФ «Саквоее». -2010.-С. 985 -994.

30. Прилуцкий A.A. Наклонное падение плоской волны E-поляризации на отражательную периодическую решетку из волноводов с вставками в виде структуры - полупроводниковая пленка - диэлектрик - металл // XVI Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, радионавигация, связь» (RLNC-2010), Воронеж, 13-15 апр. 2010. Т 2. -Воронеж: НПФ «Саквоее». - 2010. - С. 1662 - 1668.

31. Прилуцкий A.A. Широкоугольная ФАР, сформированная из открытых концов волноводов с многослойной металлодиэлектрической средой (МДС) перед апертурой// Доклад на Объединенном Фельдовском APS, LEOS and MTT/ED Chapters in Russia Section, ИРЭ РАН, Москва, -3 марта, 2009.

32. Прилуцкий A.A. Сканирующая реконфигурируемая отражательная антенная решетка из щелевых излучателей/ A.A. Прилуцкий, Е.А. Шепелева // Труды IV Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь», Москва, 29 ноя. -3 дек. 2010. - М.: ИРЭ РАН. - 2010. - С. 353-360.

33. Прилуцкий A.A. Широкоугольное согласование ФАР, сформированных из открытых концов волноводов при помощи многослойных металлодиэлектрических сред (МДС)// Доклад на семинаре «Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот», Москва, 2324 января 2009. - М.: МНТОРЭС им. A.C. Попова. - 2009.

34. Прилуцкий A.A. Комплекс программ для расчета электродинамических характеристик ФАР из щелевых излучателей в торцах волноводов/ Г.А. Евстропов, A.A. Прилуцкий // Труды Межрегиональной научно-технической конференции «Сложные антенные системы и их компоненты. Теория, применение, экспериментальные исследования», Ленинград, 23-24 января 1991. - Л.: ВНТОРЭС им. A.C. Попова. - 1991. - С. 17-26.

Введение. Краткая характеристика работы25

35. Прилуцкий A.A. Система автоматизированного проектирования и исследования антенно-фидерных устройств// Труды VIII Всесоюзной научно-технической конференции «Перспективы развития и применения средств вычислительной техники для моделирования и автоматизированного исследования», Москва, 16-18 окт. 1991. - М.: ВНТОРЭС им. A.C. Попова. -1991.-С. 184-185.

36. Прилуцкий A.A. Излучение из периодической системы волноводов с многослойным магнитодиэлектрическим заполнением в поперечном сечении// Труды III Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь», Москва, 26-30 окт. 2009. - М.: ИРЭ РАН. - 2009. - С. 58-62.

37. Прилуцкий A.A. Радиолокаторы непрерывного излучения в виде кластеров микро-КА - новое качество в развитии глобальных инфокоммуникационных систем / В.А. Басистов, A.A. Прилуцкий, В.Д. Кусков, Б.С. Лобанов, В.Ф. Фатеев // Труды Всероссийской научно-практической конференция «Космической радиолокация», Муром, 28 июня-1 июля 2010. - Владимир: Изд-во ВГУ. - 2010. - С. 31-34.

Депонированные рукописи

38. Прилуцкий A.A. Метод вычисления парциальной диаграммы направленности элемента бесконечной антенной решетки / A.A. Прилуцкий; НИИДАР. - М.; ВИМИ, 1988, Вып. №5. - 11 с. - Деп. в НИИЭР 13.6.1988, № 3-8370.

39. Прилуцкий A.A. Исследование граничных интегральных уравнений задачи излучения электромагнитной волны E-поляризации из периодической структуры полубесконечных волноводов / A.A. Прилуцкий; НИИДАР. - М.; ВИМИ, 1989, Вып.№2 - 9 с. - Деп. в НИИЭР 10.8.1989, № 3-8551.

40. Прилуцкий A.A. Исследование влияния атмосферных осадков на параметры радиопрозрачного укрытия / A.A. Прилуцкий; НИИДАР. -М.;ВИМИ, 1991, Вып. №2-4 е.- Деп. в НИИЭР 13.6.1991, № 3-8834.

41. Прилуцкий A.A. Электродинамическая модель антенной решетки из щелевых излучателей в торце волноводов/ Г.А. Евстропов, A.A. Прилуцкий;

Введение. Краткая характеристика работы26

НИИДАР. - М; ВИМИ, 1988, Вып. №9 - 15 с. - Деп. в НИИЭР 16.9.1988, № 3-8468.

42. Прилуцкий A.A. Расширение углового сектора сканирования ФАР при помощи пассивных элементов, устанавливаемых в раскрыве решетки/ Г.А. Евстропов, A.A. Прилуцкий, С.И. Монаков; НИИДАР. - М.; ВИМИ, 1990. Вып. №Ю-12 с. - Деп. в НИИЭР 13.6.1988, № 3-8793.

43. Прилуцкий A.A. Характеристики волноводной ФАР с многослойным РПУ/ A.A. Прилуцкий; НИИДАР. - М.; 1988. - 3 с. - НИИЭИР, 1988, Серия РС-АН, №11, Деп. в ВИМИ № Г92840.88.РТ.08.47.45.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 43 научных работах, в том числе: 12 - научные статьи в журналах, входящих в «Перечень .», из них без соавторов - 5 статей; 8 - статей в региональных научных журналах; 15 - публикации в сборниках научных трудов и в материалах научно-технических конференций; 1 - авторское свидетельство на изобретение, 6 - депонированных рукописей.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения, и трех прилоэюений с результатами экспериментов и актами внедрения. Основная часть диссертационной работы изложена на 291 машинописных страницах чексш, в числе которых 180 рисунков и 7 таблиц и библиографический список из 122 наименований.

Заключение диссертации по теме "Приборы и методы экспериментальной физики"

6.6 Выводы к разделу

Получена электродинамическая модель отражения электромагнитной волны от среды, состоящей из чередующихся диэлектрических и полупроводниковых слоев на металлической подложке, при ее наклонном падении. Модель основана на строгом решении электродинамической задачи для Е и Я-волн.

Показано, что при фазовом переходе полупроводника (диэлектрик-металл) под внешним воздействием, например, света, относительный сдвиг фазы отраженной волны изменяется. Значение сдвига фазы определяется геометрическими и электрическими параметрами структуры. В момент перехода от темповой проводимости к освещенной происходит плавное изменение фазы и отмечается интенсивное поглощение электромагнитных волн.

Описанный математически эффект может найти применение при построении физических приборов, устройств и антенн СВЧ с оптическим управлением.

Разработана математическая модель сканирующей отражательной антенны с цилиндрическим рефлектором с оптронным управлением фаювым фронтом переизлученной волны с использованием слоистой структуры, состоящей из полупроводниковых пленок на диэлектрических подложках. Для изменения состояния слоистой структуры используется фотоэффект в полупроводниковых пленках при внешней подсветке Конформный цилиндрический рефлекюр отражательной антенны позволяет добиться широкоугольного сканирования с удовлетворительными характеристиками в секторе углов ±70°, при этом подавляется зеркальный луч, отраженный oí рефлектора. Потери коэффициента усиления ашенны оцениваю 1ся по сравнению с идеализированной антенной при сканировании в 3 - 4 дБ, что является лучшими характеристиками по сравнению с отражательными поверхностями на основе дискретных элементов 1ипа варикап Предложено два конструктивных вариаша построения сканирующей о i ража тельной антенны с оптронным управлением с использованием в качестве излучающей матрицы OLED панели и LEP панели.

Результаты моделирования характеристик отражательной АР из щелевых и полосковых излучателей для наклонного падения плоской волны Е и Н-поляризации показали возможность создания отражательной антенны с электронным сканированием. Изменение фазового распределения в раскрыве антенны достигается за счет регулирования длины щелей в каждом периоде ОАР Таким образом, реализуется излучатель-фазовращатель Изменение фазового сдвига за счет регулировки длины щелей при осуществлении сканирования АР достигает значений 300 - 320° В такой ОАР модуль коэффициента отражения практически равен 1 в сек юре уиюв сканирования до ±30° - 50° (в зависимости от шага периода решетки Т и d)

Показана возможность сканирования ОАР при помощи изменения длины щелей в каждом периоде АР с помощью коммутации их фотопроводящими полупроводниковыми СВЧ-ключами.

С помощью волноводной модели было проведено исследование двух типов ячеек отражательной АР из щелевых излучателей. Показано, что путем изменения длины щели можно управлять фазовым сдвигом отраженной от элемента АР волны. Элементарная ячейка, состоящая из одного щелевого излучателя, имеет большой диапазон изменения фазы 340°, по при этом из-за высокой крутизны в области резонанса возникают сложности с точки зрения ее практической реализации. Данная проблема решена с помощью использования двух и более связанных щелей, находящихся в одном периоде АР. Изменением расстояния между щелями и их ширины достигнуто уменьшение крутизны фазовой характеристики в 2,5 раза по сравнению с одиночной щелыо при уменьшении диапазона перестройки на 32°.

Показано, что изменение высоты подложки оказывает- существенное влияние на характеристики ячейки, но выбор ее должен быть рациональным, ввиду необходимости минимизации габаритных размеров, и продиктован особенностями конструкции АР.

Рассмотрена модель элементарной ячейки, в которой фаза отраженной волны менялась дискретно посредством её коммутации фотопроводящими кремниевыми СВЧ-ключами. С помощью данной модели определены величины минимальной фотопроводимости полупроводника в темповом <7т=2 См/м и максимальной в освещенном сг0 = 320 См/м состоянии для нормального функционирования ячейки АР. Проведенная оценка, па примере полупроводникового материала — кремния, показала, что реконфигурация двущелевых излучателей с использованием фотопроводящих ключей имеет максимальное потребление оптической мощности ~20 мВт, что существенно ниже, чем конфигурация ОАР, рассмотренная в разделе 6.1, 6.2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом диссертационного исследования является разработка методов широкоугольного согласования ФАР и ОАР с электронным и оптоэлектронным сканированием в приборах систем ДЗ радиодиапазона электромагнитных волн.

1. Сформулирован и обоснован выбор электродинамических моделей, необходимых для решения ряда практически важных и актуальных задач, связанных с созданием многоэлементных волноводных фазированных антенных решеток и методов их широкоугольного согласования, и отдельного класса антенн - сканирующих реконфигурирусмых отражательных антенных решеток с оптронным управлением поверхностным импедансом покрытия рефлектора для приборов систем ДЗ радиодиапазона эмв.

2. Решены трехмерные и двумерные электродинамические задачи, необходимые для разработки выбранных моделей. Их особенность — адекватный учет влияния конструкционных элементов - компенсаторов изменения входного импеданса ФАР при широкоугольном сканировании и элементов интеллектуальных покрытий рефлекюров сканирующих отражательных антенн, а также ограничений, обусловленных вычислительной техникой, используемой для их реализации, при максимальном сохранении строгости постановки задачи и обеспечении достаточной для практики точности результатов. Построены модели следующих многоэлементных фазированных и отражательных антенных решеток с пассивными согласующими элементами, установленными в раскрыве ФАР ■ фазированных антенных решеток открытых концов прямоугольных волноводов с многослойными магии юдиэлекфическими трансформаторами внутри волноводов, многослойным диэлектрическим укрытием и резонансной диафрагмой в раскрыве волноводов, в том числе многощелевым излучателем в торце волновода;- многоэлементиых фазированных антенных решеток из волноводов с со1ласующей мегаллодиэлектрической средой (МДС) перед раскрывом антенны в виде щелевых экранов, полосковых (ленточных) проводников, диполей или многорядных сеток из цилиндрических проводников и их комбинаций в слоях магнитодиэлектрика в приближении бесконечных и конечных в бесконечном пассивном окружении периодических структур; ■ сканирующих отражательных антенных решеток в виде интеллектуальных покрытий с оптронным и электронным управлением поверхностным импедансом на основе фотопроводящих полупроводниковых пленок и реконфигурируемых щелевых и дипольных излучателей с фоюпроводящими полупроводниковыми СВЧ - ключами (фот орезисюрами)

3. Для решения модельных задач использован единый подход на основе метода интегральных уравнений, как наиболее универсальной и надежной базы численных алгоритмов прикладной электродинамики, а 1ак же методы геометрической теории дифракции в приближении Кирхгофа для теоретического анализа внешних характеристик сканирующих отражательных антенн. Для формулировки математической задачи в виде системы ИУ 1-го рода доказано существование и единственность решения. Обоснован выбор базисных и проекционных функций при численном решении систем ИУ.

4. Создан комплекс программного обеспечения для ЭВМ, в ко юром реализованы разработанные расчетные модели, методики и вычислительные алгоритмы для всех поставленных электродинамических задач.

5. С использованием разработанных моделей проведены обширные расчеты и исследованы закономерности формирования электромагнитных полей в многоэлементных фазированных ашеппых решс1ка\ и* 01крыты\ концов волноводов и в пассивных устройствах компенсации изменения входных импедансов, вследствие влияния межэлемепшых связей. Получены новые научные результаты особенностей рассеяния электромагнитных волн на реконфигурируемых ОАР с оптронным управлением поверхпосшым импедансом. Исследованы фокусирующие свойства плоских и конформных рефлекторов отражательных антенн на основе слоистых структур полупроводниковая пленка-диэлектрик, ребристая структура со слоистым заполнением структурой полупроводниковая плепка-диэлекгрик, а также рефлектора из реконфигурируемых щелей и диполей. Выработаны рекомендации по конструированию данного класса ашенн, в том числе определены требования к полупроводниковым элемешам конструкции реконфигурируемых антенн.

6. Проведены экспериментальные исследования на конечном фрагменте антенной решетки способов широкоу1 ольного coiласования с помощью щелевых компенсационных экранов, а гакже влияния конструкции радиопрозрачного укрытия на характеристики ФАР.

7. Проведены экспериментальные исследования на волноводпом имитаторе характеристик рассеяния многощелевого излучателя ОАР.

8. На основе проведенных численных и экспериментальных исследований предложены новые научно обоснованные 1ехнические решения в области создания многоэлемеитных фазированных антенных решеток из щелевых излучателей в торце волноводов с низким уровнем кроссполяризации и сканирующих реконфигурируемых отражательных антенн с оптронным управлением, включающие в себя:

Эффективные конструктивные решения комбинированных пассивных устройств компенсации влияния взаимных связей в ФАР, устанавливаемых в раскрыве антенны;

Конструктивное решение по использованию сдвоенных и строенных щелевых и дипольных излучателей в каждом периоде фазированной и отражательной антенной решетки для широкополосного и широкоугольного сканирования с чистой линейной поляризацией для ФАР и для обеспечения более пологих фазовых кривых для реконфигурируемых рефлекторов сканирующих отражательных антенн;

Конструктивное решение рекопфигурируемого рефлектора отражательной антенны на основе многослойной структуры тонких полупроводниковых пленок с фоторезистивным эффектом и диэлектриков.

Таким образом, разработаны теоретические положения, совокупность которых можно классифицировать как крупное достижение в развитии перспективного направления в области антенн СВЧ и КВЧ-диапазонов для уникальных радиофизических приборов дистанционного зондирования, использующих принципы электронного и оптоэлектронного сканирования в широком пространственном секторе.

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора физико-математических наук, Прилуцкий, Андрей Алексеевич, Москва

1. Волосюк В.К., Кравченко В. Ф. Статистическая теория радиотехнических систем дистанционного зондирования и радиолокации // М.: Физматлит. — 2008. — С.704.

2. Кравченко В. Ф., Лабупько О. С., Jlepep А. М., Синявский Г. Г1. Вычислительные методы в современной радиофизике / Под ред.

3. B. Ф. Кравченко // М.: Физматлит. — 2009. — С.464.

4. Активные фазированные антенные решетки / Под ред. Д.И. Воскресенского // М.: Радиотехника. — 2004. — С.465.

5. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д.И. Воскресенского // М.: Радиотехника. — 2003. —1. C.632.

6. Воскресенский Д.И. Кременецкий Д. Гринев А.Ю. Котов Ю.В. Автоматизированное проектирование антенн и устройств СВЧ // М.: Радио и связь. — 1988. — С. 345.

7. Проблемы теории и техники антенн / Под ред. Л.Д. Бахраха, Д.И. Воскресенского // М.: Радио и связь. — 1989. — С. 570.

8. Huang J., Encinar J. A. Reflectarray Antennas // Wiley—Interscience, New York. — Wiley. — 2007. — PP. 34-35.

9. Евстропов Г.А. Станция дальнего обнаружения баллистических ракет и космических объектов «Дунай—ЗУ» // Юбилейный сборник. — Москва. — 2008, —С.211.

10. Обуховец В.А., Касьянов А.О. Микрополосковые отражательные антенные решетки. Методы проектирования и электродинамическоемоделирование / Под ред. проф.В А. Обуховца // М. Радиотехника. — 2006.1. С.240.

11. Амитей Н., Галиндо В., By Ч. Теория и анализ фазированных антенных решеток. / Пер. с англ. Ред. А.Ф. Чаплин // М.: Мир. — 1974 — С.456.

12. Сканирующие антенные системы СВЧ. / Пер. с англ. Ред. Г.Т. Марков, А.Ф. Чаплин // М.: Советское радио. — 1969. — Т.2 — С.496.

13. Раздолин A.M., Филинов B.C. Исследование возможностей широкоугольного согласования волноводных излучателей плоских ФАР // Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. — 1983. — Т.26. — №2. — С.42—47.

14. Войнов С.А. Разработка математической модели волноводной ФАР с учетом влияния укрытия и согласующих устройств, содержащих пассивные штыри // Диссертация канд. тех. наук.— М.: МЭИ. — 1985.—С.305.

15. Котов Ю.В., Оганян Э.В. Характеристики ступенчатого волноводного излучателя в антенной решетке с диэлектрическим покрытием // Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. — 1983. — №2. — С.88—90.

16. Henderson Lee W. Scan compensation of slotted phased arrays using parasitic wires // 1986 IEEE Int. Antennas Propagat. Symp. Dig. vol. 24. — June 1986.— PP. 3 — 6.

17. Lee J.J. Effects of metal fences on the scan performance of an infinite dipole array // IEEE Trans. AP, May. — 1990. — PP. 1430-1441.

18. Скобелев С.П. Излучение из решетки плоских волноводов с щелевыми элементами связи // Радиотехника и электроника. — 1987. — Т.32.5.С.1117—1120.

19. Евстропов Г.А., Прилуцкий А.А. Излучение волноводной антенной решетки с пассивными компенсационными проводами в случае Н— поляризации//Известия ВУЗов. Радиофизика.— 1990.—№10. — С.56—59.

20. Lee S.W., Jones W.R. On the suppression of radiation nulls and broadband impendence matching of rectangular waveguide phased arrays // AP Trans. IEEE. — 1971. — Vol.19. — №1. — PP. 41—51.

21. Эленберг А., Шварцман А., Топпер Л. Некоторые требования к геометрии волноводных решеток с линейной поляризацией // ТИИЭР. — 1968,—Т.56, —№11, —С.116—128.

22. Edelberg S., Oliner A.A. Mutual Coupling Effects in Large Antenna Arras, Part I, Slot Arrays // IEEE Trans. AP. — 1960. — V.8. — P.286—297.

23. Ниттел, Хессель, Олинер Нулевые провалы в диаграмме направленности элемента фазированной решетки и их связь с направляемыми волнами // ТИИЭР. — 1968. — Т.56. — №11. — С.71—88.

24. Stayskal Н., Herd J. S. Mutual Coupling Compensation in Small Array Antennas//IEEE Trans. AP. — Vol. 38,—No. 12, — 1990.

25. Мейлукс Р.Дж. Теория и техника фазированных антенных решеток // ТИИЭР. — 1982. — Т.70. — №3. — С.5—62.

26. Борджиотти. Анализ периодической плоской фазированной решетки методом собственных волн // ТИИЭР. — 1968. — Т.56. — №11. — С.116—128.

27. Collin R.E., Zucker F.J., Antenna Theory // Par Me Graw—Hill. — New York. — 1969.

28. Павлов С.А., Подшивалов С.В. Соитасование волноводного излучателя ФАР в полосе частот и секторе сканирования // Проектирование, радиолокационных и антенных устройств с применением ЭВМ. —М.: МАИ.1987, —С.323.

29. Гринев А.Ю., Ильинский А.С., Котов Ю.В., Чепурных И.П. Характеристики излучения периодической структуры из волноводов произвольного поперечного сечения // Радиотехника и электроника. — Т.24.7, — 1979, —С.1291—1300.

30. Бодров В.В., Марков Г.Т. Возбуждение периодических антенных решеток // Сборник научно—методических статей но прикладной электродинамике. — М.: Высшая школа. — 1977. — Вып. 1. — С. 129—162.

31. Чаплин А.Ф., Хзмлян Л.Д. Об учете влияния диэлектрических покрытий на «ослепление» ФАР // Радиотехника и электроника. — 1978. — Т.23. — №1. — С.2632—2634.

32. Чаплин А.Ф., Хзмалян А.Д. О влиянии высших гармоник тока на положение провалов в диаграмме направленности ФАР // Радиотехника и электроника. — 1980. — Т.25. — №8. — С. 1753—1755.

33. Зелкин Е. Г., Кравченко В. Ф., Гусевский В. И. Конструктивные методы аппроксимации в теории антенн // М.: Сайпс Пресс. — 2005.

34. Ильинский A.C., Гринев A.IO. Котов Ю.В. Численные методы решения задачи излучения антенных решеток // Сборник работ вычислительного центра МГУ. — 1980. — №32. — С. 104—130.

35. Митра Р., Ли С. Аналитические методы теории волноводов / Пер. с англ. под ред. Д.И. Воскресенского // М.: Советское радио. — 1966. — С.327.

36. Вайнштейн Л.А. Теория дифракции и мегод факторизации // М.: Советское радио. — 1966. — С.431.

37. Васильев Е.И. Алгоритмизация задач дифракции на основе интегральных уравнений // Сборник научно—методических статей по прикладной электродинамике. М.: Высшая школа. — 1977. — Вып.1. — С.94—128.

38. Котов Ю.В. Широкополосные волноводные антенные решетки интегрированных радиоэлектронных комплексов // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук.— М.: МАИ. — 2004. — С.359.

39. Гринев А.Ю., Ильинский A.C., Котов Ю.В. Характеристики излучения из периодических структур из волноводов произвольного поперечного сечения // Радиотехника и электроника. — 1979. — №7. — С. 1291—1300.

40. Skobelev S. Р., Kildal P.S. Blindness removal in arrays of rectangular wave—guides using dielectrically loaded hard walls // IEEE Trans. AP. — 1998.1. Vol. 46. — PP. 546—550.

41. Скобелев С.П. Фазированные антенные решетки с секторными парциальными диаграммами направленности // М.: ФИЗМАЛИТ, 2010. — 320С.

42. Сканирующие антенные системы СВЧ / Пер. с англ. Ред. Г.Т. Марков, А.Ф. Чаплин // М.: Советское радио. — 1969. — Т.З. — С.464.

43. Крехтунов В.М., Тюлип В.А. Согласование раскрыва плоской волноводной АР периодической диэлектрической структурой // Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. — 1982. — Т.25. — №2 — С.60—66.

44. Бодров В.В., Сурков В.И. Широкоугольное согласование вибраторной ФАР // Сборник статей «Антенны». — М.: Радио и связь. — 1986. — №33. — С. 104.

45. Бодров В.В., Войнов С. А. Применение вер шкальных проводящих штырей и диэлектрических вставок для coi ласования волноводной фазированной антенной решетки // Известия ВУЗов. Радиофизика. — 1989.5 — С.65—69.

46. Космаков В.В. Использование пространственных фильтров в ашенной технике//Деп. рук. №3781—пр.87. — М.: МАИ. — 1987.

47. Космаков В.В. Математическое моделирование фазированной антенной решетки с внешней структурой типа пространственною фильтра // Проектирование радиолокационных и антенных устройств с применением ЭВМ. — М.: МАИ, — 1985, —С.67—73.

48. Кульков М.Ю., Степаненко В.И. Разработка согласующих устройств для двухчастотных ФАР // Деп. рук. №3781— rip. 87. — МАИ.

49. Евстропов Г.А., Прилуцкий A.A. Фазированная антенная решен«* // Авторское свидетельство. — №1561134. — 3.01.1990.

50. A. van Ardenne The European Aperture Array SKA Demonstrator// http://www.skatelescope.org/PDF.

51. Smolders A.B., Kant G.W. Thousand Element Array (THEA) // IEEE, APS. —2000.

52. Вендик О.Т. Антенны с немеханическим движением луча (введение в теорию) // М.: САЙНС—ПРЕСС. —С. 202 — 232.

53. Воскресенский Д.И, Пономарев Л.И. Многочасюшые сканирующие антенные решетки // Известия ВУЗов. Радиоэлекхроника. — Т.24. — №2. — 1981, —С.4—15.

54. Гринев А.Ю., Зайкин А.Е. Электродинамический анализ ФАР КВЧ— диапазона с оптическим и электронно-лучевым сканированием // Радиотехника и электроника. — 1996. — Т.41. — № 5. — С. 633 — 638.

55. Гринев АЛО., Зайкин А.Е. Фазированные антенные решетки КВЧ— диапазона с оптической и электронно-лучевой системой управления // Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. — 1993. — Т. 35. — № 5. — С.З — 17.

56. Фельд Я.PI., Бепенсон JI.C. Антенно—фидерные устройства, ч.Н // М.: Изд. ВВИА им. Н.Е.Жуковского. — 1959. — С. 350.

57. Миллер М.А. Несимметричные поверхностные волны в плоских замедляющих системах // ЖТФ. — Т.25. — №11. — С. 1972.

58. Фельд Я.Н., Бепенсон JI.C. Антенно—фидерные устройства, ч.1. // М.: Изд. ВВИА им. Н.Е.Жуковского. — 1959. — С. 256.

59. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач // М.: Наука. — 1979. — С.288.

60. Петленко В.А., Хижняк H.A. Рассеяние элекфома1 нишых волн идеально проводящими телами в прямоугольном волноводе // Известия ВУЗов. Радиофизика. — 1978. — Т.21. — №9. — С. 1325—1331.

61. Морс Ф.М., Фешбах Г. Методы теоретической физики // М.- ИЛ. — 1960. — Т.2. —С.590.

62. Ляшко И.И., Емельянов В.Ф., Боярчук А.К. Основы классического и современного математического анализа // Киев: Выща школа. — С. 1988, — 588.

63. Галишникова Т.Н., Ильинский А.С Численные методы в задачах дифракции// М.: Изд. МГУ, — 1987, —С.215.

64. Бабич В.М. Буслаев B.C. Иванов М.И. Ильинский A.C. Чаплин А.Ф. Математические методы дифракции // Материалы IX Всесоюзной школы rio дифракции и распространению радиоволн / под ред. Кинбера Б.Е. — Казань: КАИ, — 1988, —С.106.

65. Хапаев М.М. О численном обращении ипге1ральных операторов I рода типа потенциала простого слоя // Дифференциальные уравнения. — 1982. — Т.18. — №3. —С.498—505.

66. Захаров Е.В., Пименов Ю.В. Численный анализ дифракции радиоволн //М.: Радио и связь, — 1982, —С.211.

67. Воронин В.В., Цехохо В.А. Численное решение интегрального уравнения первого рода с логарифмической особенностью ядра методом интерполяции и коллокации // Ж.В.М. и М.Ф. — 1981. —i.21. — №1. — С.40—53.

68. Ильинский A.C., Шестопалов Ю.В. Применение методов спектральной теории в задачах распространения волн // М.: Изд. МГУ. — 1989,—С.80.

69. Трикоми Ф. Интегральные уравнения // М.:ИЛ. — 1960. — С.198.

70. Кравченко В. Ф., Масюк В. М. Современные мсюды аппроксимации в теории антенн. // Книга 3. Новый класс фрактальных функций в задачах анализа и синтеза антенн. — М.: Радиотехника. — 2002.

71. Прилуцкий A.A. Метод вычисления парциальной диаграммы направленности элемента бесконечной антенной ренте 1ки // Рук. деп. в НИИЭР №3—8370, опубл. в сб. рефератов деп. рук. 1988. — Вып. №5. — ВИМИ.

72. Кюн Р. Микроволновые антенны // Л.: Су/юстроепие. — 1967. — С.150.

73. Федорюк М.В. Асимптотика, интегралы и ряды // М.: Наука. — 1987. —С.544.

74. Евстропов Г.А., Прилуцкий A.A. Антенные решетки из щелевых излучателей в торцах волноводов // Известия Вузов. Радиофизика. — 1988. — Т.31. — №10. — С.1270

75. Сутягин И.В. Металлодиэлектрические структуры в антенных решетках, радиопоглощающих покрытиях и слабонаправленпых излучателях// Диссертация на соискание уч. степ, кандидата технических наук,— М.: МАИ. — 2000. — С. 172.

76. Caminita F., Cucini A., Maci S. Fast analysis of stop—band FSS integrated with phased array antennas // Radioengineering. — Vol. 17. — No. 2. — June 2008.

77. Mosca S., Mercanti В., Fani A. A. Graphical method to design radiating elements for phased array antennas // IEEE 12th International Conference on Antennas and Propagation. — 2003.

78. Monni S., Gerini G. A novel technique for the design of frequency selective structures integrated with a waveguide array // IEEE APS International Symposium.— 2004.— Vol. 2.—PP. 2179-2182.

79. Veselago V., Braginskiy L., Shklover V., Flafner C.J. Negative refractive index materials // Comput. and Theoret. Nanoscience. — 2006. — Vol. 2. — PP. 1—30.

80. Burghignoli P., Lovat G. Directive Leaky—Wave Radiation From a Dipole Source in a Wire—Medium Slab // IEEE Trans. AP. — Vol.56. — No.5. — 2008, — PP. 1329—1339.

81. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терёшин O.Ii. Антенны УКВ, т.2 // М.: Связь, — 1977.—С. 158.

82. Градштейн Н.С., Рыжик Н.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений //М.: Е1аука. — 1971. —С.757.

83. Егоров Ю.В. Частично заполненные прямоугольные волноводы // М.: Советское радио. — 1967.—С.215.

84. Левин Л. Современная теория волноводов // М.: ИИЛ. — 1954. — С.215.

85. Чулков В.И. Использование ленточных излучателей в антенных решетках // Радиотехника и электроника. — 1992. — № 5. —С.834 840.

86. Daniel F., Sievenpipe J., Schaffner FI., Loo R. Y., Tangonan G. Two— Dimensional Beam Steering Using an Electrically Tunable Impedance Surface // IEEE Trans. AP. — Vol. 51. — No. 10. — PP.2713—2722;

87. Panagamuwa C. J., Craya A., Vardaxoglou J. (Yiannis) C. Frequency and Beam Reconfigurable Antenna Using Photoconducting Switches // IEEE Trans. AP. — Vol. 54. — No.2. — 2006.

88. Rajagopalan PI., Rahrnat—Samii Y., Imbriale W.A. RF MEMS Actuated Reconfigurable Refectarray Patch—Slot Element // IEEE Trans. AP. — Vol.56. — No. 12, — 2008, — PP. 3689—3699.

89. Encinar J., Zornoza J. Broadband design of three—layer printed reflect arrays // IEEE Trans. AP. — Vol.51. — 2003,— PP.1662—1664.

90. Venneri F., Costanzo S., Massa G.D. Wideband aperture—coupled reflectarrays with reduced inter—element spacing // Proc.IEEE Antennas Propag. Society Int. Symp. 2008. — PP.1—12.

91. Costanzo S., Venneri F., Massa G.D. Parametric analysis of bandwidth features for aperture—coupled reflectarrays // Proc.2nd Eur. Conf. on Antennas Propag. — 2007.

92. Bialkowski M., Robinson A., Song Design IT. Development and testing of X—band amplifying reflectarrays// IEEE Trans. Antennas Propag. vol.50. — 2002,— PP.1065—1076.

93. Perruisseau—Carrierand J., Skrivervilc A. Monolithic MEMS—based reflect array cell digitally reconfigurable over a 360 phase range // IEEE Antennas and Wireless Propag. Lett, vol.7. — 2008,— PP.138—141.

94. Legay H., Pinte B., Charrier M., Ziaei A., Girard E., Gillard R. A steerable reflect array antenna with MEMS controls // Proc. IEEE Int. Symp. On Phased Array Systems and Technol. 2003. — PP. 494—499.

95. Boccia L., Venneri F., Amendola G., Massa G.D. Experimental investigation of a varactor loaded reflect array antenna // Proc. IEEE Int. Microw. Symp. Digest. — 2002. — PP. 69—71.

96. Venneri F., Boccia L., Angiulli G., Amendola G., Massa G.D. Analysis and design of passive and active microstrip reflectarrays // Int. J. RF Microw. Comput. — Aided Engineering. — Vol. 13. — PP. 370—377, 2003.

97. Boccia L., Amendola G., Massa G.D. Performance Improvement for a Varactor—Loaded Reflect array Element // IEEE Trans. AP. — Vol.58. — No.2. — 2010, —PP. 586—589.

98. Waterhouse R.B., Shuley N.V. Scan Performance of Infinite Arrays of Microstrip Patch Elements Loaded with Varactor Diodes // IEEE Trans. AP. — Vol.41. — No.9. — 1993. — PP.1273—1280.

99. Pochiraju Т., Fusco V. Amplitude and Phase Controlled Refectarray Element Based on an Impedance Transformation Unit // IEEE Trans. AP. — Vol.57. — No.12. — 2009. — PP. 3821—3826.

100. Sievenpiper D.F., Schaffner J.H., JaeSong LI., Loo R.Y., Tangonan G. Two—Dimensional Beam Steering Using an Electrically Tunable Impedance Surface//IEEE Trans. AP. — Vol.51. — No. 10. — 2003. — PP. 2713—2722.

101. Hum S.V., Okoniewski M., Davies R.J. Modeling and Design of Electronically Tunable Reflect arrays // IEEE Trans. AP. — Vol.55. — No.8. — 2007, —PP.2200—2210.

102. Прилуцкий A.A. Взаимодействие СВЧ—излучения с многослойными металл—диэлектрик—полупроводник (МДП) структурами // Успехи современной радиоэлектроники. — №9. — 2009. — С.74—80.

103. Salti Н., Gillard R., Loison R., Le Coq L. A Reflectarray Antenna Based on Multiscale Phase—Shifting Cell Concept// IEEE Antennas and Wireless propagation letters. — Vol. 8. — 2009. — PP. 363—366.

104. Salti LI., Fourn E., Gillard R., Legay LI. Minimization of MEMS Breakdowns Effects on the Radiation of a MEMS Based Reconfigurable Reflectarray // IEEE Trans. AP. — Vol.58. — No.7. — 2010. — PP. 2281-2287.

105. VanBlaricum M.L. Photonic Antenna Reconfiguration // A Status Survey, Proceedings of the SPIE, Photonics and Radio Frequency II, 21—22 July 1998. — San Diego, CA. — PP. 180—189.

106. Nagra A.S., Jerphagnon O., Chavarkar P. Indirect Optical Control of Microwave Circuits Using Monolithic Optically Variable Capacitors // IEEE TRANS. MWT. — Vol.47. — No.7. —1999.

107. Кононов Н.Н., Кузьмин Г.П., Орлов А.Н., Сурков А.А., Тихоневич О.В. Оптические и электрические свойства тонких пластин, изготовленных из нанокристаллических порошков кремния // Физика и техника полупроводников. — Т. 39. — Вып.7. — 2005. — С.868—873.

108. Вендик О.Г., Парнес М. Плоская отражательная антенная решетка или параболическая антенна что технологичнее? // Беспроводные технологии. — №Г07. — 2007,— С.46—49.

109. Hum S.V., Okoniewski М., Davies R.J. Modeling and Design of Electronically Tunable Reflect arrays // IEEE Trans. AP. — Vol. 55. — No.8, — PP.2200—2210.

110. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ // М.: Высшая школа. — 1988.

111. High Performance Silicon Photodiodes // Centronic Lim. Catalog. — 1995.

112. Lavalle R. N., B. A. Lail Optically—controlled reconfigurable microstrip patch antenna // Proc. IEEE AP. Soc. Symp., Jul. 5.-1 1. — 2008. — PP. 1-4.

113. Panagamuwa C. J., Chauraya A., Vardaxoglou J.C. Frequency and Beam Reconfigurable Antenna Using Photoconducting Switches // IEEE Trans. AP. — Vol. 54. — Issue 2. — №2. — 2006. — PP. 449 454.

114. Hughes B.J., Sage I.C., Ball G.J. Optically Controlled Metamorphic Antenna// 5th EMRS DTC Technical Conference, Edinburgh. — 2008. — P.24.

115. Lee C.H., Mak P.S., Defonzo A.P. Optical control of millimeter-wave propagation in dielectric waveguide // IEEE J. Quantum Electron., QE16. — 1980. — PP. 277—288.

116. Методы измерения характеристик антенн СВЧ / Под. ред. Цейтлина Н.М // М.: Радио и связь. — 1985. —С.368.

Методы широкоугольного сканирования в системах дистанционного зондирования радиодиапазона тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ