Предложена математическая модель щелевой антенны с конечной шириной металлизации в поперечном направлении, с использованием гибридного метода конечных элементов. Представлены результаты численного и экспериментального исследования влияния ширины металлизации в поперечном направлении на характеристики излучения щелевых антенн. Численное исследование проведено на основе двух математических моделей, полученных методом Галеркина в спектральной области с применением функции Грина и гибридным методом конечных элементов. Определены границы их применимости для исследования щелевых антенн.

Розроблено практичні додатки до теорії електромагнітної взаємодії власних полів відкритих щілинних ліній і резонаторів із примежовими шарами фізичних середовищ, діелектричних матеріалів і покриттів. Отримано та з використанням числових методів проаналізовано характеристичне рівняння, що описує електромагнітну взаємодію поздовжньо-щілинного циліндра з межею розділу двох середовищ. Наведено спектральні характеристики системи для деяких реальних функціональних матеріалів.

За допомогою функції Гріна визначено поля випромінювання кільцевої щілини, розташованої на сферичному виступі над екраном, у випадку аксіально-симетричного збудження. Поверхню виступу, що має форму напівсфери, та плоский нескінченний екран вважали ідеально провідними. Кількісно досліджено значення провідності та напрямлені властивості випромінювання щілинної антени у разі зміни її геометричних параметрів.

Предложена новая сверхширокополосная открытая щелевая излучающая структура с продольно-нерегулярным профилем, соответствующим кривой Гаусса. Представлены результаты теоретического исследования на основе математической модели, полученной сочетанием аппарата функций Грина с методом Галеркина в спектральной области, частотных зависимостей характеристик излучения новой и известных типов щелевых антенн на диэлектрических подложках. Показано, что в октавной полосе частот предлагаемая щелевая антенна имеет самый низкий уровень боковых лепестков.

Індекс рубрикатора НБУВ: З845.44

Рубрики:

Щілинні антени

Шифр НБУВ: Ж16683 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Теоретически и экспериментально исследованы диаграммы направленности, коэффициенты направленного действия, коэффициенты усиления и частотные характеристики электрически длинных продольных щелей, прорезанных в широкой стенке конечной толщины прямоугольного волновода. Исследованы зависимости характеристик направленности щелевых антенн от геометрических размеров щелевых излучателей, их расположения в стенке волновода и геометрических размеров волновода. Расчеты проведены в одно- многомодовом режимах работы волновода.

Запропоновано загальний метод моделювання в часовій області імпульсного випромінювання апертурних антен. Головною особливістю методу є застосування несинхронного збудження. Як приклад промодельовано імпульсне випромінювання антени на щілинній лінії, що розширюється. Наведено діаграми напрямленості для цього випадку, подано пояснення деяким особливостям випромінювання.

Описаны конструкции транзисторных квазиоптических генераторов, в которых для возбуждения открытого резонатора используется щелевая антенна. Разработаны схемы замещения, приведены результаты экспериментального исследования генераторов.

Предложена оригинальная конструкция круглой волноводно-щелевой антенны Ku-диапазона. В отличие от стандартных антенн данного типа луч разработанной антенны отклонен от нормали к плоскости антенны на величину существенно большую ширины луча, что необходимо, например, для уменьшения эффективной площади рассеивания антенны в направлении цели. Рассмотрены особенности антенн данного типа по сравнению с антеннами, излучающими луч по нормали. Приведен пример практической реализации разработанной антенны и проведено сравнение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными.

Досліджено проблему збудження електромагнітних хвиль у просторових областях, які мають сферичні або циліндричні межі, за допомогою методу функцій Гріна для векторних потенціалів Герца. Побудовано функції Гріна для сферичних резонаторів і простору поза сферичними розсіювачами, заповненими однорідним середовищем або концентричною шаруватою діелектричною структурою та які мають ідеально провідні або імпедансні межі, а також для нескінченних, напівнескінченних циліндричних областей та резонаторів, що мають ідеально провідні та імпедансні поперечні межі, однорідне або поздовжньо-неоднорідне шарувате діелектричне заповнення. За допомогою одержаних функцій Гріна досліджено характеристики випромінювання вібраторних і щілинних сферичних поверхневих антен, у тому числі для випадків розміщення випромінювачів на поверхні напівсферичного виступу над ідеально провідним екраном.

Проведено дослідження фізичних процесів збудження, випромінювання та розсіювання електромагнітних полів щілинними структурами довільних геометричних розмірів і форм та з різними матеріальними параметрами, розташованими у хвилеведучих трактах, збуджуваних гармонічними, широкосмуговими та нестаціонарними полями й випромінювачами на гібридних структурах. Уточнено аналітичні та числово-аналітичні методи розв'язання інтегро-диференціальних рівнянь для магнітного струму в щілинних випромінювачах і розроблено високоефективні за точністю та швидкістю розрахунків фізико-математичні моделі, методи й алгоритми. Виявлено ряд нових фізичних закономірностей щодо формування характеристик електромагнітного поля, яке випромінюється щілинними структурами. Визначено умови реалізації необхідних частотно-енергетичних, просторових, часових, просторово-часових, поляризаційних і спрямованих характеристик полів, які збуджуються хвилевідно-щілинними та смужковими структурами, зокрема багатоелементними та з діелектричними неоднорідностями.

Розроблено математичні моделі для прямих кругових циліндричних антен зі скінченною кількістю подовжніх щілин або для кругових циліндричних антен з подовжніми щілинами та вкладеним ідеально провідним циліндром за випадків ТЕ- і ТМ-хвиль. Розроблено математичні моделі для аксіально-симетричних хвилеводів, які мають скінченну кількість гофр або патрубків з внутрішньою частиною, заповненою діелектриком. Задачі дифракції зведені до межових гіперсингулярних інтегральних рівнянь для випадків ТЕ-хвиль для щілинних антен, а також межових сингулярних інтегральних рівнянь для ТМ-хвиль для щілинних антен та у випадку аксіально-симетричних хвилеводів з неоднорідностями. На базі побудованих математичних моделей розроблено комп'ютерні алгоритми, на підставі яких проведено числовий аналіз для широких діапазонів параметрів структури. Відзначено, що використання побудованих математичних моделей дозволяє оптимізувати технічні характеристики розроблених антен і хвилеводів, фільтрів і лінійних прискорювачів, що є необхідним для проектування та побудови сучасних пристроїв радіоелектроніки.

Розроблено модифікацію методу модового базису, що дозволяє досліджувати поширення сигналів у поперечно та поздовжньо неоднорідному хвилеводі у часовій та частотній області. Одержано у явному вигляді оператори дифракції у часовій області для стрибка діелектричної проникності у хвилеводі. Створено та експериментально досліджено нову модифікацію щілинної антени, що розширюється. В антені використано розподілене резистивне навантаження, що не знижує ефективності імпульсного випромінювання та значно зменшує рівень післяімпульсних коливань. Запропоновано новий симетрувальний перехід з низьким рівнем відбиття та такий, що не спотворює форму імпульсу для живлення антени від коаксіального кабелю.

Одержано електродинамічну модель для розрахунку полів випромінення двовимірних решіток з щілинних антен, що розширюються, у разі збудження імпульсним сигналом. Визначено вплив розташування елементів на ширину діаграми спрямованості. Одержано залежності напряму максимуму діаграми спрямованості у просторі від часу затримки збудження елементів двовимірної решітки. Вперше запропоновано кругову решітку з щілинних антен, що розширюються, яка збуджена імпульсним сигналом. Визначено вплив полярності збудження елементів решітки на формування діаграми спрямованості від часу затримки збудження елементів. Досліджено ретродирективну решітку типу Ван-Атта у режимі перевипромінювання імпульсного сигналу. Показано можливість використання таких систем в імпульсному режимі. Визначено сектор кутів, для якого забезпечується високий рівень перевипроміненого сигналу. Запропоновано електродинамічну модель для імпульсного підповерхневого зондування за допомогою двовимірних решіток, яка дозволила створювати зображення елементів підповерхневих об'єктів, що затінено за нормального зондування та покращити в декілька разів контраст зображень об'єктів.

Здійснено аналіз ефективності генетичного алгоритму й алгоритму бджолиного рою у задачах конструктивного синтезу планарного широкосмугового диполя, планарної профільної щілинної антени та мікросмужкової антени з кількістю точок на профілі не більше десятити, визначено оптимальні параметри алгоритмів. Запропоновано новий алгоритм конструктивного синтезу, основою якого є інверсія штучних нейронних мереж за допомогою генетичного алгоритму. Встановлено, що алгоритм бджолиного рою потребує для синтезу в 3 - 4 рази менше комп'ютерного часу, ніж генетичний алгоритм. Визначено, що створити модель антени з похибкою менше 10 % можливо за допомогою багатошарового персептрона з трьома прихованими прошарками та передавальною функцією у вигляді гіперболічного тангенсу, тренуючи таку мережу методом Левенберга - Марквардта у поєднанні з регуляризацією Байєса.

Экспериментально на стенде ближнего поля измерены амплитудные и фазовые распределения полей излучения волноводно-щелевой антенной решетки с частотным сканированием диаграммы направленности, в раскрыве которой размещена вибраторная антенная решетка, работающая на более низкой частоте. Путем компьютерного расчета по измеренным на плоскости данным исследовано влияние вибраторной решетки на излучение щелевой. Показано, что если обе решетки излучают поля с ортогональной поляризацией, то эффекты взаимного влияния комплексированных щелевых и вибраторных антенн малы. Если же излучение совмещаемых антенн сопряжено по поляризации, то искажения характеристик направленности имеют катастрофический характер.

Проведено исследование задачи возбуждения импульсным радиальным источником полубесконечного идеально проводящего конуса с периодически прорезанными вдоль образующих щелями. Решение корректно поставленной строгой начально-краевой электродинамической задачи проводится с помощью аналитико-численного метода, основанного на применении аппарата функций Грина и интегрального преобразования Мелера - Фока. Показана эквивалентность исходной электродинамической задачи задаче решения систем линейных алгебраических уравнений второго рода фредгольмовского типа. Получены аналитические представления для решения и приведены кривые зависимости поля от углов раскрыва конуса и угловой ширины щели.

Исследованы зависимости действительных и мнимых значений собственных и взаимных проводимостей кольцевых канавок от их положения на поверхностях конечного и полубесконечного идеально проводящих конусов. Показано, что влияние края конуса на значения этих характеристик может быть существенным и его необходимо учитывать при расчете рассеивающих свойств конечных конических структур с кольцевыми канавками.

Методом магнитодвижущих сил решена задача о характеристиках поперечной щели, прорезанной во внешнем проводнике коаксиальной линии, в широком диапазоне длин волн, включая многомодовый режим. Исследованы амплитуды пространственных гармоник в функции распределения тангенциальной составляющей электрического поля на поверхности щели. Изучены зависимости коэффициентов излучения и отражения щели от ее размеров, геометрических параметров коаксиальной линии и величин диэлектрических проницаемостей диэлектриков, заполняющих внутреннюю и внешнюю области коаксиальной линии.

Метод поперечного резонанса развит для анализа трехслойных планарных структур на основе микрополосковой линии передачи с щелевыми резонаторами сложной формы в заземляющей плоскости. Развитие метода состоит в учете в численном алгоритме решения краевой задачи высших пространственных гармоник плотности тока в полосковой линии, а также учете взаимной связи между последовательно включенными щелевыми резонаторами в заземляющей плоскости. С целью верификации метода проведен анализ структур из двух связанных П- и симметричных Н-образных щелевых резонаторов в заземляющей плоскости микрополосковой линии передачи.