Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время антенные решётки нашли широкое практическое применение. Прослеживается устойчивая мировая тенденция к преимущественному использованию антенных решёток, в основном фазированных (ФАР), в разнообразных радиотехнических системах.
Однако до сих пор решение задачи строгого учёта взаимного влияния элементов на электрические характеристики решёток встречает серьёзные затруднения.
Основной особенностью строгих моделей антенных решёток является высокая размерность описывающих их систем уравнений, обусловленная медленной сходимостью решений при численном интегрировании.
При практической реализации вычислительных алгоритмов отмеченное обстоятельство вызывает пропорциональное и существенное ограничение размерности анализируемых антенных решёток.
Противоречие между размерностью решётки и аппаратными ограничениями традиционно преодолевается некоторым снижением требований к точности описания параметров математических моделей.
Отмеченный приём используется в большинстве известных на сегодня методов анализа антенных решёток и составляет их основной недостаток. Учитывая важность решения технической проблемы строгого учёта взаимного влияния элементов решёток при их проектировании и изготовлении, задача исследования возможностей ускорения сходимости последовательных вычислительных алгоритмов и разработка новых
методов анализа ФАР представляется весьма актуальной и перспективной.
Цель диссертационной работы. Разработка численного метода анализа вибраторных антенных решёток, позволяющего строго учитывать взаимное влияние дискретных излучателей при произвольных сочетаниях геометрических размеров вибраторов и произвольном амплитудно-фазовом распределении питающих напряжений по ним; разработка универсального алгоритма решения поставленной задачи и составление пакета программ для комплексного инженерного расчёта их электродинамических характеристик в широком диапазоне изменения входных параметров; проведение численного и натурного экспериментов и изготовление образцов антенн.
Научная новизна диссертационной работы. Состоит в разработке универсального эффективного метода расчёта электродинамических характеристик вибраторных антенных решёток, позволяющий строго учитывать толщину излучателей и влияние зазора в точках питания дискретных элементов при произвольных сочетаниях длин вибраторов и произвольном амплитудно-фазовом распределении питающих напряжений, основанного на применении гибридного числено-аналитического метода регуляризации интегро-дифференциальных уравнений и сведения последних к бесконечным системам Фредгольма второго рода. Благодаря существенному улучшению скорости сходимости решения достигнуто увеличение размера анализируемых антенных решёток без потери точности. Благодаря использованию
4 аналитического продолжения повышена точность решения внутренней
задачи без увеличения размеров системы алгебраических уравнений.
Теоретическая значимость диссертационной работы. На основании сравнения результатов расчёта характеристик директорных и линейных фазированных антенных решёток с учётом закона распределения питания по элементам показано абсолютное превосходство разработанного метода над известными по скорости сходимости решения и отмечено улучшение по качеству результатов.
Разработанный алгоритм в силу универсальности предоставляет широкие возможности по анализу характеристик антенных решёток при произвольной геометрии дискретных излучателей, что представляет непосредственный технический интерес для прогнозирования возникновения нежелательных специфических антенных эффектов на этапе проектирования.
Наибольшей эффективности разработанного метода следует ожидать при решении задачи конструктивной оптимизации.
Практическая ценность диссертационной работы. Составленный на основании разработанного алгоритма пакет программ для комплексного инженерного расчёта электродинамических характеристик вибраторных антенных решёток представляет собой мощное инструментальное средство и может использоваться самостоятельно или в составе пакетов САПР как для прикладного, так и для учебного проектирования.
Сформулированые в работе рекомендации по последовательности и диапазону изменения входных параметров моделей директорных антенн
5 могут использоваться при инженерном проектировании в качестве
критериев конструктивной оптимизации.
Реализация результатов работы. Изложенные в диссертационной работе материалы получены в процессе выполнения плановых госбюджетных и хоздоговорных НИР, проводимых кафедрами "Радиофизики и электроники" и "Теоретической и специальной физики" Новгородского государственного университета, по заданию Летно-исследовательского института им. М.М. Громова (г.Жуковский, Московской обл.). Результаты проведённых исследований как и образцы построенных антенн используются в разработках НовГУ им.Я.Мудрого и ЛИИ им.М.М.Громова, для научных исследований, прикладного проектирования и в учебном процессе.
Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертационной работе докладывались на международных и областных научно-технических конференциях:
-
Всесоюзная НТК "Интегральная электроника СВЧ", (Красноярск 14-16 июня 1988 г.);
-
VI школа-семинар НТО РЭС Попова "Теория и математическое моделирование объёмных схем СВЧ и КВЧ (ОИС СВЧ-89)", (Алма-Ата 18-24 сентября 1989 г.);
-
"XX Гагаринские чтения", (Москва, 5-8 апреля 1994 г.);
-
"Фазированные антенные решетки и перспективные средства связи (ФАР-94)", (Казань 13-17 июня 1994 г.);
-
XXVII НТК по теории и технике антенн, (Москва 22-26 августа 1994 г.); и других.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 18 печатных работах, включая Отчёты по НИР и монографию соискателя.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов и заключения, изложенных па 104 страницах, содержит 46 рисунков и 1 таблицу. Список литературы включает 52 наименования.