Дослідження властивостей розріджених антенних решіток
Автор: Паберівський Остап Михайлович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Апаратура радіозв'язку, радіомовлення і телебачення
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Паберівський О. М, Лазько Л. В. (керівник). Дослідження властивостей розріджених антенних решіток. Магістерська робота. - Національний університет "Львівська політехніка", Львів, 2021. Розширений реферат Робота присвячена дослідженню розріджених антенних решіток. Розріджені антенні решітки застосовуються як системи зі зменшеним числом випромінювачів, а отже і зі зменшеною ціною. Але разом із зазначеною перевагою такі решітки мають і істотний недолік - зменшений коефіцієнт спрямованої дії (КСД) при одних і тих же розмірах апертури в порівнянні з нерозрідженими решітками. Розріджені антенні решітки, включаючи решітки з випадковим розташуванням випромінювачів в апертурі, розглянуті в ряді публікацій. Як правило, в таких решітках розглядаються середні характеристики решітки та флуктуації їх параметрів. При цьому використовується статистичний підхід. В роботі проведено аналіз решітки з випадковим розташуванням випромінювачів в апертурі наведено характеристики окремих реалізацій решіток. Решітки з випадковим розміщенням випромінювачів можливо отримати з еквідистантних решіток видаляючи частину з випромінювачів за випадковим рівномірним законом. Аналіз характеристик окремих випадкових реалізацій решіток з випадковим розташуванням випромінювачів полягає в тому, що при виготовленні таких решіток необхідно забезпечити технологію реалізації розміщення випромінювачів та оптимізацію решітки шляхом перебору окремих реалізацій за певними критеріями, наприклад, за максимумом коефіцієнта спрямованої дії. У роботі досліджено решітки з різною формою апертури - прямокутною, еліптичною, 8-кутною та складної форми. Крім того, проведено моделювання у вигляді виявлених і не описаних раніше закономірностей в залежності характеристик і параметрів решіток від геометричних параметрів решіток і амплітудного і фазового розподілів збудження випромінювачів. Однаковій кількості видалених випромінювачів в решітках, розріджених у різний спосіб, відповідає множина випадкових реалізацій. Всі вони відрізняються значеннями електричних характеристик та параметрів. Вибір тієї чи іншої реалізації за обраними критеріями (за рівнем бічних пелюсток - РБП або за КСД) можливий, якщо можна розрахувати характеристики та параметри кожної випадкової реалізації. У відомих роботах по випадковим решіткам аналіз проводиться з використанням теорії ймовірності та знаходяться середні електричні характеристики (параметри) решіток і їх флуктуації. У роботі використовується чисельний метод, який дозволяє визначити характеристики і параметри кожної реалізації, а також їх середні значення і флуктуації. У моделі для аналізу параметрів типових випромінювачів (вібраторних, рамкових, мікросмужкових) з урахуванням їх взаємодії використовується метод інтегральних рівнянь. За проведено моделювання для одномодульної плоскої антенної решітки з різною формою розкриття: прямокутної, 6-кутної, 8-кутної, еліптичної та більш складної. Розрахунок характеристик і параметрів проводиться в заданому діапазоні частот. У вступі обґрунтовано актуальність теми МКР, сформульовані питання з області розріджених антенних решіток, які потребують вирішення. У першому розділі проведено огляд літературних джерел, сформульовані мета та основні завдання МКР У другому розділі описується модель антеною решітки, що дозволяє в її програмній реалізації використати кластерну модель антеною решітки. Розглядаються способи утворення розрідженої антенної решітки, що забезпечують подавлення бічних головної пелюстки діаграми направленості (ДН), а саме: здійснення розрідження шляхом збільшення міжелементної відстані від центру решітки до її країв за детермінованим законом; видалення частини випромінювачів за випадковим законом, з еквідистантної антенної решітки, в якій виконується умова єдиності головної пелюстки; зміщення випромінювачів з вихідних місць в площині апертури за випадковим законом у еквідистантній антенній решітці, для якої не виконана умова єдиності головної пелюстки діаграми направленості. Третій розділ присвячений дослідженню розріджених нееквідистантних антенних решіток з детермінованим розташуванням випромінювачів в апертурі, описуються варіанти побудови смужкових випромінювачів, призначених для застосування в нескануючих еквідистантних розріджених антенних решітках або скануючих у вузькому кутовому секторі. Ці випромінювачі є малоелементними мікросмужковими решітками з послідовним і паралельним збудженням випромінювачів. Розроблено малоелементні антенні решітки на односторонній і двосторонній підложці.. У четвертому розділі наводиться порівняння для двох типів випадкових антенних решіток за параметрами сканування, за чутливістю до випадкових помилок збудження випромінювачів за амплітудою і фазою, за залежністю параметрів решітки від форми розкриття. Показано, що для отримання розрідженій антеною решітки типу 1 з еквідистантної решітки шляхом видалення частини випромінювачів за випадковим законом необхідно в вихідній еквідистантній решітці виконати умову єдності головної пелюстки нульового порядку при скануванні в заданому секторі кутів. Якщо умова єдиності головної пелюстки нульового порядку не виконується, введення нееквідистантності шляхом видалення частини випромінювачів за випадковим законом не призводить до зменшення бічних головної пелюстки ДН. Об’єкт дослідження. Розріджені нееквідистантні антенні решітки. Предмет дослідження. Закономірності в залежності електричних характеристик і параметрів решіток від їх геометричних параметрів та законів збудження випромінювачі. Сфера досліджень – радіолокаційні системи та радіомережі. Мета роботи: Метою магістерської кваліфікаційної роботи (МКР) є дослідження розріджених антенних решіток і отримання результатів, що описують закономірності залежностей електричних характеристик і параметрів решіток від їх геометричних параметрів і забезпечують вибір типу розрідженій антеною решітки і рішення задачі оптимізації її параметрів за критерієм параметрів діаграми направленості і коефіцієнта спрямованої дії ( КСД). Ключові слова: розріджена антенна решітка, коефіцієнт спрямованої дії, діаграма направленості, сканування, метод моментів. Список літератури 1. James J. R., Handbook of Microstrip Antennas/ Hall P. S. // Peter Peregrinus Ltd., – London, United Kingdom. –1312 Р., –1989. 2. Zhi N. C. Broadband Planar Antennas. Design and Applications./ Zhi Ning Chen and Michael Y. W. Chia //John Wiley & Sons. –Р.242. – 2006. 3. Fang D.G. Antenna Theory and Microstrip Antenna/ Fang D.G. //CRC Press. Taylor & Francis Group. –296 Р., – 2010. 4. Марков Г.Т. Антенны / Марков Г.Т., Сазонов Д.М.// – Москва: Энергия. С.524, – 1975 5. Айзенберг Г.З. Антенны УКВ / Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н.// –М.: –Связь. – Ч.1. – С.380., –1977.