Введение к работе
Актуальность теш. Управляемые плоскосдоиотые структура
СО) находят широкое применение б радис 'ехнике, антенной и ка
рательной технике различных диапазонов длин волн в качества
плитудных и фазовых модуляторов, фазовращателей, аттенюаторов
других устройств. В СВЧ диапазоне на их основе могут быть соэ-
.ны управляемые обтекатели и отражатели антенн, средства актив-
к и пассивных помех. В инфракрасном диапазоне возможно исполь*-
заяие а качестве поляризаторов и расщепителей луча; а такяе з
ічестве зеркал, повышающих КПД накачки молекулярных лазеров. . В
:дпмом диапазоне существует возможность их использования в кол-
акторах солнечных батарей- для-поглощения энергии в рабочей поло-.
? и отражения энергии вне ее. -.
Создаваемые на основе 'ПСС твердые управляемые покрытия (ТУП) «воляют уменьшать радиолокационную зачетноссь наземных, аоздутл-к и космических объектов. Способ уменмекпя радиолокационной меткости зеркальной антенны импульсной РЛС с применением ТЛІ а основе ИСС о переключаемым коэффициентом прохождения электро-агннтной золны по мокроети основан на переклеченил ПСС з моменты улвыа и излучения собственного сигнала в состояние 'прозрзчнес-;і, а з остальные моменты - в состояние непрозрачности или пег-
~І"9НІІЯ.
Свойство управляемой ПСС менять амплитуду и фзгу отражение":
олкъг позволяет зфФ-зктизно использовать, их в техника р2Д>'СЗЛ2КГ-
еннего подавления в качестве ' ретрансляторов" радиолокационных
игналов, ЕОЗденотву:оц-дх на отраженный сигнал, в интересах у.худ-
ения обнаружения, распознавания и наведе:^:;! управляемого сру-
і'Гіт. Так, на к: сокове і'.сгут быть созданы імітатори ДЕійугпксл
елей в интересах раднбпедазлекил тактической рззз-є.діїіі средства
огдалия многоточечных мерц,'ж:;-,к ноуех з интересах зкдпты лега-
ельных аппаратов от управляемого орудия с радиоэлектронным ні-'
еденном. - ' .
Интересно отметить, что такие сседстаа име-от несавкснї-їость |J*активности применения от д-ата нести до п-тлаззляемтй РЛС, п;:^:-гг-юзмехности по управления параметрами отраженного сигнала,. ~к:о~ .ую пропускную способность. гыес-кие частоты модулями а'/ллл:у~ь! і :1азы отраженного сигнала, отсутствие падер.ткл рэтрапсл;пхг1-"г;го-
го сигнала, высокую скрытность работы.
В настоящее время известно большое число работ, связанных с электродинамическим анализом задач рассеяния на металлических решетках и различного вида неоднородности* в свободном пространстве и в прямоугольных волноводах. При атом подавляющее их число относится к строгому решению задач рассеяния на простейших одномерно-периодических решетках достаточно трудоемкими методами Ви-нера-Хопфа-Фока и Римана-ГидьОерта, в общем случае имеющих ограниченное применение.
Существуют и другие приближенные методы, основанные на применении теории периодических структур, использовании интегральных уравнений и вариационных методов. При формулировке интегральных уравнений наиболее эффективно применение тензорных функций Грина, что позволяет использовать единый подход к широкому классу задач. Аппарат тензорных функций Грина хорошо известен и описан в литературе. Однако, данный методический под/ход широко применялся лишь для расчета простейших одномерных ненагруженных структур.
Задачи анализа и синтеза управляемых ПСС требуют разработки универсальной методики расчета характеристик рассеяния электромагнитных волн, применимой для произвольного количества управляемых и неуправляемых слоев, которая в настоящее время отсутствует. Существующие частные методики расчета характеристик рассеяния для каждой конкретной структуры используют свой путь решения и поэтому имеют ограниченное применение.
Таким образом, актуальность темы диссертации обусловлена необходимостью разработки единого методического подхода для исследования характеристик рассеяния электромагнитных волн на произвольных нагружянных плос'коолоистых структурах.
Целью диссертационной работы является обобщение и развитие методического подхода, основанного на теории периодических структур, применении тензорных функций Грина и решении полученных интегральных уравнений вариационным методом Галергаша, на более сложный в электродинамическом отношении класс плоскослоистых сред, состоящих из произвольного числа-управляемых и неуправляемых ДБумерНО-ПерИОДИЧеСКНХ реШеТОК, НаХОДЯЩИХСЯ Б МНОГОСЛОЙНО!.!
магнитодиэлектрическом заполнении, а также создание математических моделей и методик расчета характеристик рассеяния электромагнитной волны на таких структурах.
- о -
?жзші_пссл едов зчия.
-
Разработать модель и приближенную вариационную методик/ ?шенкя задачи рассеяния электромагннт"пй волны на произвольных поскоолоиотых структура?:, содержащих двумерно-периодические ре-етки металлических стержней, натрулешшх сосредоточенными устраняемыми полупроводниковыми элементами.
-
Исследовать рассеиваюсце свойства некоторых типов плоо-ослэистых структур и определить обшие принципы построения их эк-ивалентных схем.
-
Разработать строгую модель и методику расчета характерис-'ик рассеяния на основе применения метода частичных областей.
-
Определить границы применимости приближенной вариационной ієтодики путем сравнения результатов, полученных двумя методами.
Б. Определить условия достижения предельных рабочих характе-жстак активной плоскослоистой структуры на основе двумерно-пери-здкческой рекетгаг нагруденных стержней попарно-разных диаметров.
Методы исследования. В качестве методологической основы при . решении поставленных в ,,иссертацин задач использовались аналитические и вычислительны? методы математической ф;:.экхя, численные . методы электродинамики, а такле методы мачппшсго ь.оделкрования!
Научная нозигна. На защиту выносятся оледухзуте основные положения, впервые достаточно подробно развитые клп впервые novxy-чекные в настоящей работе.
1. Приближенная вариационная методіпса расчета характеристик рассеяния электромагнитной волім на произвольна' плоскосло-лсткх структурах, ссдернатук двумерно-периодические решетки, кагрухен-іше сосредоточенными элементами, основанная на применении теории ггеркодичеоклх структур, применении тензорных функцій Грина и рэ-еє:і;і;і полученных интегральных уравнений вариационным методом Гз-леркпна.
Я. Результаты моделирования, расчетные соотнесения, эквивалентные схемы некоторых типов пдоскослоисткх сред, страшащие зависимость модуля и фазы козіуЬ'-іиєнтов отражения н передачи, оквн-валентной проводимости от значений комплексного сспротивлпнл нагрузки, геометрических ра?>«еров ресеток, параметров диэлектрических слоев и угла падения облучащеГг ізолян в .'вироком частотней диапазоне.
3. Строгал методигл расчета характеристик рассеяния зл'ектро-
- (j
магнитной волны на шюскоолсисльи структурах, основанная на применении метода частичных областей, заключавшегося в разбиении геометрии рассматриваемой структуры на простые смежные области, для каждой из которых можно получить решение волнового уравнения в виде бесконечного дискретного ряда пространственных гармоник; проведении процедуры "сшивания" полей на границах частичных областей; получении исходной бесконечной системы линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных амплитуд ноли искомого поля, допускающей эффективное численное решение.
Значимость и практическая ценность состоит в том, что разработана универсальная методика расчета характеристик рассеяния электромагнитной волны на произвольных плоскослоистых структурах, на основе которой разработаны алгоритм и пакет прикладных программ, позволяющие без каких либо изменений хода рассуждений, путем соответствующей замени выражений для тензорных функций Грина, анализировать характеристики рассеяния не только на плоскослоистых структурах в свободном пространстве, но и в волноводах произвольного сечения. Полученные в работе алгоритмы могут быть использованы в системах автоматизированного проектирования при соз-дании СВЧ устройств различного назначения, средств РЭП и модулирующих отражателей, а также в целях получения исходных данных при создании макетов и опытных образцов и проведении натурных испытаний и экспериментальных исследований.
Реализация научных результатов. Результаты диссертационной работы использованы- в проводимых Б ЦНИИИ МО P3J и Еоропедскш КБ антенно-фидерных устройств научно-исследовательских работах, выполненных на специальные темы, а также реализованы в учебном процессе із Еоронедском госуниверситете.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 1 Украинском симпозиуме "Физика и техника мм, оубмм радиоволн" ( Харьков, ИРЭ АН УССР., 1991); научно-техническом семинаре РНТО РЭС (Москва, 1992); научно-технических конференциях в Б ЦНИИИ МО РФ (Воронеж, 1990-1994); Саратовском государственном техническом университете (1993); вч 4Б807-Р/ІІ (Курск, 1994); Всероосішской конференции по проблеме снижения аамет'ности (Воронеж, Б ЦНИИИ МО РФ, 1994); Международном научно-техническом семинаре "Теория и техника антенн" (Москва, АГГРадиофизика", 1994).
Публикации. По теме диссертации опубликовано-16 печатных ра-:, список их приведен в конце автореферата.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, : разделов, заключения, списка литературы и приложения, Работа іержйт 119 страниц, из них 85 страниц основного текста, 23 заниц рисунков, 7 страниц списка литературы, 2 страницы прило-шя. Список литературы содержит 110 наименований.
