Введение к работе
-3-
Актуальность проблемы. В настоящее время фазированные антенные решетки (ФАР) рассматриваются как наиболее перспективный тип остронаправленных антенн. В связи с тем, что ФАР имеют большую стоимость, прямое экспериментальное исследование их электродинамических характеристик, даже на фрагменте, требует значительных финансовых затрат. Поэтому большое значение приобретаю! теоретические методы расчета соотнегствующих математических моделей высокой степени адекватности.
Поскольку, как правило, применяемые антенные решетки имеют в своем составе большое количество излучателей, ФАР обычно моделируется бесконечной решеткой. Это позволяет применить относительно простую теорию периодических структур. Однако в рамках указанной теории принципиально не могут быть учтены краевые эффекты в решетке. Поэтому вопросы, связанные с оценкой ширины краевой области ФАР, и вопросы, касающиеся режимов работы краевых элементов, изучены гораздо меньше. Ча пределами возможностей теории бесконечных решеток остаются также вопросы влияния красных эффектов на основные параметры ФАР, точность определения которых очень важна при создании высокоэффективных антенных решеток.
По проблемам, связанным с краевыми эффектами в ФАР, к настоящему времени опубликован ряд отечественных и зарубежных работ. При ном, как правило, предметом исследований являются краевые эффекты и конечных ФАР при отсутствии диэлектрических укрытий. Если же таковые имеются, то они моделируются бесконечно протяженным диэлектрическим слоем. На практике диэлектрическое укрытие всегда ограничено. В связи с этим имеет место дифракция поверхностных и пространственных волн на его краях, которая не может быть исследована на модели бесконечного диэлектрического слоя. В диссертации проведены исследования, в которых рассматривается наиболее интересный для практики случай, когда ограничена
рис. 1 Полубесконечная модель укрытия, имеющая только один край, дает возможность исследовать искажения поля решетки за счет краевого получения и чистом виде, т.с при отсутствии дифракционных полей высокого порядка, например, полей, многократно рассеянных краями, которые имели бы место в укрытии, ограниченном с двух сторон.
Мель исследований состоит в следующем:
1. В строгой электродинамической постановке исследовать роль
дифракционных полей, возбужденных па краях ограниченного
диэлектрического укрытия, в формировании поля антенной решетки,
расположенной под этим укрытием.
-
Выявить параметры укрытия и решетки, при которых наиболее сильны искажения поля решетки, связанные с дифракцией поверхностном волны па крае укрытия.
-
Оцени п,, как меняется соотношение между искажениями в зависимости or параметров решетки и укрытия, имея в виду тот факт, что максимальные искажения поля решетки ча счет дифракции на крае укрытия имеют место при іех же параметрах структуры, что и искажения, связанные с эффектом ослепления.
-
Провести исследования на двух моделях решетки:
решая задачу в приближении заданных магнитных токов, эквивалентных апертурам излучающих щелей (при этом взаимодействие излучателей не учитывается).
принимая во внимание взаимодействие элементов решетки и исследуя влияние "отекания" энергии поверхностной волны в подводящие волноводы при ее распространении в направлении края укрытия на характеристики ФАР. Для достижения цели исследований проводится декомпозиция сложной граничной задачи об излучении щелевой ФАР из-под полубесконечнон) диэлектрического слоя па более простые ключевые задачи дифракции и задачи об излучении одиночных излучателей. Такая декомпозиции основана на том факіе. чю при значительном удалении излучателя решетки от края укрытия, воздействие на этот край расходящейся прострації венной волны, возбужденной излучателем, гораздо слабее по сравнению с воздействием на край поверхностной волны, возбужденной в слое диэлектрика.
Основные положения, которые выносятся на защиту, следующие:
1. Решение задачи об излучении конечной и полубесконечнон линейной фа
зированной антенной решетки при наличии полубесконечного
диэлектрического укрытия.
-
Метод декомпозиции сложной граничной задачи об излучении антенной решетки из под полубесконечного покрытия на более простые ключевые задачи дифракции и задачи об излучении одиночных антенн.
-
Решение двух дифракционных задач, а именно задач дифракции плоских пространственной и поверхностной волн, которые могут имен, самостоятельное значение как модельные для геометрической и физической теории дифракции.
-
Результаты исследования влияния краевых эффектов, возникающих как на крае антенной решетки, так и на крае укрытия.
Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Впервые в строгой электродинамической постановке решена задача об излучении линейной антенной реиіеікп из-под полубесконечного диэлектрического укрытия.
-
На основе этого решения исследованы краевые эффекты в антенной решетке, снизанные как с ограниченностью решетки, так и с ограниченностью диэлектрического укрытия.
-
Решены две новые дифракционные задачи, а именно задачи дифракции плоских пространственной и поверхностной волн на крае диэлектрического слоя, заглубленного в идеально проводящее полупространство.
4. Решена задача возбуждения полубесконечного диэлектрического слоя
уедіїнеипоіі щелепоіі антенной.
5. Решена задача излучения антенной решетки из-под ограниченного с двух
с ю()011 укрытии.
Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что разработана математическая модель, позволяющая рассматривать краевые эффекты в щелевых антенных решетках, связанные как с ограниченностью диэлектрического укрытия, так и с ограниченностью самой решетки. Разработан пакет прикладных программ решения модельных задач дифракции плоской и поверхностной волны на крае полубесконечного диэлектрического слоя. Эти решения могут рассматриваться как модельные для геометрической теории дифракции, поскольку позволяют найти дифракционные коэффициенты стыка полубесконечных диэлектрической и металлической пластин. Найденные дифракционные коэффициенты могут быть использованы при решении задач дифракции на сложных телах, имеющих подобную неоднородность.
Результаты диссертационной работы реализованы в виде пакета прикладных программ для персонального компьютера и используются в Научно-исследовательском центре прикладных проблем электродинамики ОНВТ РАН.
Апробация работы. По теме данной работы сделаны:
дна доклада на VI Международной конференции "Mathematical Methods in electromagnetic Theory (MMET'96)" (Львов, сентябрь 1996 г.),
дна доклада на Московском электродинамическом семинаре, проводимом в ИГ) РАН (Москва, февраль и апрель 1997 г.),
доклад на Международном симпозиуме "The Trans Black Sea Region Symposium on Applied Electromagnetism" (Греция, апрель 1996 г.),
доклад на IV Международной конференции "Гиромагнитная бестоковая электроника" (Фирсановка, декабрь 1995 г.).
Публикация результатов работы. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 печатных работ, среди которых 2 статьи [1,2] и б тезисов докладов на конференциях [3-8], 3 статьи находятся в печати.