WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Касьянов Александр Олегович

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ПЕЧАТНЫХ АНТЕННЫХ РЕШЁТОК И УСТРОЙСТВ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ, ЧАСТОТНОЙ И ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ СЕЛЕКЦИИ

Специальность 05.12.07 «Антенны, СВЧ-устройства и их технологии»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Таганрог 2010

Работа выполнена на кафедре Антенн и радиопередающих устройств технологического института Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге

Научный консультант: засл. работник высшего образования РФ доктор технических наук, профессор Обуховец Виктор Александрович

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук, профессор, Кравченко Виктор Филиппович заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Мануилов Борис Дмитриевич доктор физико-математических наук, профессор, Заргано Геннадий Филиппович

Ведущая организация: ФГУП «Федеральный научно-производственный центр РНИИРС» г.Ростов-на-Дону

Защита диссертации состоится 24 июня 2010 г. в 1020 в ауд. Д-406 на заседании диссертационного совета Д 212.208.20 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в Технологическом институте ЮФУ по адресу:

пер. Некрасовский, 44, г. Таганрог, Ростовская область, ГСП-17А, 347928.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке Южного федерального университета по адресу:г.Ростов-на-Дону,ул.Пушкинская,1Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью организации, просим направлять по адресу:

пер. Некрасовский, 44, г. Таганрог, Ростовская область, ГСП-17А, 347928, ТТИ ЮФУ, ученому секретарю диссертационного совета Д212.208.

Автореферат разослан « ___ » апреля 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета Д212.208.кандидат технических наук, доцент В.В. Савельев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. К антенным устройствам современных радиосредств предъявляются весьма жесткие требования обеспечения быстрого обзора необходимого сектора пространства и оперативного управления формой диаграммы направленности антенны. Эти задачи в настоящее время успешно решают при использовании в качестве антенн фазированных антенных решеток (ФАР), включающих тысячи и даже десятки тысяч излучателей. Благодаря возможности быстрого и гибкого изменения амплитудно-фазового распределения в излучающей апертуре такие антенны, находят широкое применение в радиотехнических системах связи, локации и навигации. В настоящее время ведутся интенсивные работы в области совершенствования известных и создания новых типов ФАР, применяющихся уже не только в военных, но и в коммерческих приложениях. Элементная база современных ФАР весьма разнообразна. Это электрические и магнитные вибраторы, рупоры, спиральные и диэлектрические антенны и т.п. Особое место в этом перечне занимают полосковые и микрополосковые излучатели. Технология печатных схем, используемая при их изготовлении, обеспечивает им высокие технические и экономические показатели. Невыступаощая конструкция, удобство интеграции с другими устройствами, а также малые габариты и вес, делают такие излучатели незаменимыми при создании конформных антенных решеток, предназначенных для летательных аппаратов.

В то же время, одной из тенденций развития антенн СВЧ и КВЧ диапазона для коммерческих приложений, является поиск альтернативы параболическим антеннам, где требуются компактные плоские антенны с высоким коэффициентом усиления, пригодные для массового производства. Всем этим требованиям вполне удовлетворяют весьма технологичные микрополосковые антенные решетки, низкая стоимость элементов которых дает им дополнительные конкурентные преимущества при их использовании в коммерческих приложениях.

Помимо снижения стоимости решеток за счет использования более дешевых антенных элементов, также имеется возможность использования при построении ФАР более экономичных распределительных систем. Следовательно, возникает важная научная проблема, имеющая большое практическое значение: разработка многоэлементных фазированных антенных решеток, модули которых, с одной стороны, легко интегрируются с фазовращателями, малошумящими усилителями и усилителями мощности, генераторами и микрокомпьютерными системами, а, с другой — таких антенных систем, которые способны реализовывать потенциальные возможности, свойственные ФАР, но с существенно более простыми и дешевыми распределительными системами. Перечисленным требованиям вполне удовлетворяют микрополосковые отражательные антенные решетки, поскольку, во–первых, благодаря совмещению входных и выходных зажимов излучателей (переизлучателей), в них достигается существенное упрощение распределительной системы, а, во–вторых, из–за того, что в качестве излучающих (переизлучающих) элементов используются печатные антенны, легко стыкующиеся с интегральными схемами СВЧ. Кроме того, они могут применяться, не только как антенные решетки, т.е. устройства, позволяющие формировать требуемое пространственное распределение излучаемой мощности, но и для создания многочисленных микроволновых устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции (угловые фильтры, частотно– избирательные поверхности и трансформаторы поляризации электромагнитного поля, в частности, проходные и отражательные твист–преобразователи).

Один из наиболее существенных недостатков микрополосковых антенн – их узкополосность – удается преодолеть при переходе к печатным антеннам продольного излучения, а также за счет совмещения в одном излучающем модуле многоэлементной микрополосковой антенной решетки печатных элементов двух типов, как с продольным, так и поперечным размещением. С точки зрения размерности анализируемых структур, комбинированные (продольно–поперечные) излучатели относятся к так называемым «почти» трехмерным (объемным) электродинамическим структурам. Такие объемные печатные излучатели, находясь в составе многоэлементной решетки, обеспечивают выполнение ею требований, как по диапазонным, так и направленным свойствам, которые предъявляют современные радиотехнические комплексы СВЧ и КВЧ-диапазона к своим антенным системам.

Область возможного применения многоэлементных микрополосковых решеток, как фазированных, так и отражательных, чрезвычайно широка: связь, радиолокация, телеметрия, системы опознавания, радиомониторинг и т.п. Однако в последние годы наметился большой интерес разработчиков к новому направлению, способному объединять и даже интегрировать перечисленные выше варианты применений печатных антенных решеток. Речь идет о так называемых интеллектуальных покрытиях. Подобные покрытия призваны интегрировать функции многих устройств и решать целый ряд задач, в числе которых: создание гибких систем формирования направленного излучения; систем чувствительных сенсоров различных частотных диапазонов, обработки информации, принятой сенсорами; управление полями рассеяния несущего объекта, создание адаптивных антенных систем и радиолокационных покрытий и т.п. Поэтому проблема разработки методов проектирования СВЧ и КВЧкомпонентов таких радиоэлектронных покрытий является весьма актуальной.

Вследствие высокой стоимости многоэлементных ФАР особое значение приобретает поиск путей снижения затрат на их разработку, которая включает в себя физическое и математическое моделирование. Математическое моделирование антенных решеток, базирующееся на строгих электродинамических методах, позволяет решать широкий круг задач при разработке ФАР. В процессе математического моделирования либо полностью решается задача синтеза ФАР, либо вырабатывается перечень рекомендаций для экспериментальной доводки конструкции ФАР.

Современная технология изготовления полосковых и микрополосковых ФАР предполагает присутствие слоистого диэлектрика в излучающих структурах таких антенн, что существенно влияет на структуру электромагнитного поля, усложняет его расчет, затрудняет анализ характеристик, приводит к росту временных затрат на разработку и создание электродинамических структур на их основе. В связи с этим значительно возрастает сложность задач математического моделирования электромагнитных полей, возбуждаемых в конструкционных элементах микрополосковых антенных решеток.

О важности исследований свидетельствует широкий круг работ ученых, которые внесли вклад в решение задач электродинамического моделирования полосковых и микрополосковых антенн и решеток из них. Среди отечественных ученых, прежде всего, отметим: чл.-корр. РАН Л.Д.Бахраха, засл. деятеля науки РФ, проф.

Г.Т.Маркова, проф. А.Ф.Чаплина, засл. деятеля науки РФ, проф. В.Ф.Кравченко, проф. Д.М.Сазонова, проф., академика АИН РФ Б.А.Панченко, проф., академика АИН РФ Е.И.Нефедова, проф. В.В.Чебышева, к.т.н., доцента В.В.Бодрова и др. Значительное место в этом ряду занимают проф. Д.И.Воскресенский и его коллеги:

проф. В.С.Филиппов, проф. В.Л.Гостюхин и др. За рубежом это Д.Позар, Дж. Хуанг, Н.Алексопулос, А.Хессел, Л. Шафай, Ж.А.Энцинар и многие другие ученые.

Методам электродинамического анализа различных типов полосковых и микрополосковых АР посвящено много работ. Однако большая часть известных подходов основана на использовании тех или иных упрощающих предположений, сужающих область применения этих моделей. При этом точность таких моделей оказывается часто недостаточной для решения практических задач разработки антенных систем.

В последнее время все большее внимание уделяется созданию строгих электродинамических моделей полосковых и микрополосковых антенных решеток. В основе построения таких моделей лежат краевые задачи для уравнений Максвелла. Решение этих задач может быть получено на основе универсального строгого метода интегральных уравнений (ИУ), получившего широкое распространение в прикладной электродинамике. Благодаря тому, что с применением метода ИУ задача решается в строгой постановке, удается сделать погрешность контролируемой. Именно поэтому в диссертации этот метод выбран в качестве основного инструмента решения модельных задач в строгой постановке.

Таким образом, актуальной является разработка строгих электродинамических моделей и алгоритмов численного анализа многоэлементных отражательных и фазированных АР в печатном исполнении. Это имеет фундаментальное значение для создания АР рассматриваемого класса с высокими электрическими параметрами. Большой теоретический и практический интерес представляет также создание электродинамических моделей СВЧ и КВЧ–устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на основе полосковых и микрополосковых дифракционных решеток, а также микроволновых модулей интеллектуальных радиоэлектронных покрытий на их основе.

В связи с этим в качестве объекта исследования выступают электромагнитные поля, возбуждаемые в многоэлементных печатных антенных решетках.

Предмет исследования – математические модели многоэлементных печатных антенных решеток и устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации; алгоритмы и методики их расчета, а также закономерности возбуждения и рассеяния электромагнитных полей в таких ЭД структурах.

Целью диссертационной работы является: разработка и исследование электродинамических моделей многоэлементных микрополосковых антенных решеток, как проходного (ФАР), так и отражательного (ОАР) типа, а также СВЧ и КВЧ–устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на основе открытых печатных ЭД структур; методик электродинамического учета влияния фидерной системы на характеристики излучения и согласования многоэлементных микрополосковых ФАР, а также конструкционных элементов управляющих СВЧ–устройств на характеристики рассеяния реконфигурируемых микрополосковых ОАР, как микроволновых компонентов интеллектуальных покрытий; реализация указанных моделей и методик в виде эффективных вычислительных алгоритмов для расчета электромагнитных полей, возбуждаемых в многоэлементных микрополосковых антенных решетках; исследование электродинамических характеристик этих решеток и разработка рекомендаций для их проектирования.

Исходя из указанной цели, в работе ставятся следующие задачи:

разработка эффективных методик учета влияния на электродинамическом уровне строгости конструкционных элементов управляющих СВЧ–устройств, как меза–планарных, так и поверхностно–ориентированных, на параметры многоэлементных реконфигурируемых отражательных антенных решеток в печатном исполнении;

разработка эффективных электродинамических моделей многоэлементных микрополосковых отражательных антенных решеток, печатные излучатели/переизлучатели которых могут не только иметь произвольную форму, но и быть объемными;

разработка эффективных методик учета влияния на электродинамическом уровне строгости фидерных систем многоэлементных фазированных антенных решеток в печатном исполнении на их параметры;

разработка эффективных электродинамических моделей многоэлементных микрополосковых фазированных антенных решеток, печатные излучатели/переизлучатели которых могут не только иметь произвольную форму, но и быть объемными;

разработка методики электродинамического анализа характеристик излучения и согласования многоэлементных печатных ФАР вибраторного типа на основе решения дифракционных задач;

разработка эффективной электродинамической модели многослойной мультирешеточной планарной частотно–избирательной поверхности, печатные элементы которой могут иметь произвольную форму;

численное исследование и разработка с помощью созданных электродинамических моделей устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на основе многоэлементных печатных дифракционных решеток, а также их экспериментальное исследование;

численное исследование и разработка на основе созданных математических моделей многоэлементных решеток печатных элементов фокусирующих и сканирующих антенных систем с оптическими схемами питания отражательного (ЗА с плоским рефлектором) и проходного типа (спирафазная радиолинза), обладающих улучшенными характеристиками, а также их экспериментальное исследование;

исследование характеристик рассеяния микрополосковых отражательных антенных решеток с реконфигурируемыми элементами для решения задач, возлагаемых на СВЧ и КВЧ компоненты интеллектуальных радиоэлектронных покрытий.

Для решения сформулированных задач в диссертационной работе применены следующие методы исследований: математические методы линейной алгебры, элементы теории функционального анализа, методы интегральных уравнений, численные методы решения граничных задач электродинамики; методы матричной теории антенных решеток произвольной геометрии, методы теории цепей СВЧ диапазона;

методы антенных измерений характеристик излучателей и рассеивателей: натурные испытания и волноводное моделирование.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Сформулирован единый подход к решению задачи электродинамического анализа различных типов микрополосковых многоэлементных ФАР и ОАР, различаю– щихся способами возбуждения, видом нагрузочных многополюсников (импедансные штыри), топологией и типом излучателей, включая комбинированные (объемные) и совмещенные антенные элементы, а также устройств пространственной, частотной и поляризационной трансформации и селекции на их основе.

2. Разработаны новые электродинамические модели многоэлементных микрополосковых антенных решеток и печатных СВЧ/КВЧ–устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации, а именно:

микрополосково–штыревой отражательной антенной решетки, печатные элементы которой нагружены на импедансные штыри; фазированной антенной решетки, печатные элементы которой возбуждаются коаксиальными волноводами; многослойной мультипланарной антенной решетки отражательного типа; отражательной антенной решетки комбинированных микрополосковых излучателей; фазированной антенной решетки, комбинированные печатные элементы которой возбуждаются посредством полосковых линий передачи; многослойной мультирешеточной частотно–избирательной поверхности; спирафазной фокусирующей радиолинзы, плоских рефлекторов на основе решеток печатных элементов для свернутой зеркальной антенны, микроволновых модулей интеллектуальных покрытий на основе отражательных антенных решеток, для которых характерно отсутствие ограничений на форму МПЭ, толщину и параметры магнитодиэлектрических подложек и укрытий, а также число и место подключения к МПЭ импедансных штырей и проводников возбуждающих фидерных линий передачи.

3. Разработаны новые методики для электродинамического учета влияния фидерной системы на характеристики излучения и согласования многоэлементных микрополосковых ФАР, а именно:

микрополосково–штыревой фазированной антенной решетки, печатные элементы которой возбуждаются коаксиальными волноводами; фазированной антенной решетки, комбинированные печатные элементы которой возбуждаются посредством полосковых линий передачи; излучающей решетки спирафазной фокусирующей радиолинзы, печатные элементы которой возбуждаются посредством двухпроводных линий передачи, для которых характерно включение в электродинамический анализ, не только микрополосковых ИЭ, но и непосредственно примыкающих к ним отрезков фидеров, что позволяет с наперед заданной точностью учесть их влияние на характеристики излучения и согласования фазированных антенных решеток.

4. Разработаны новые методики для электродинамического учета влияния конструкционных элементов управляющих СВЧ–устройств на характеристики рассеяния реконфигурируемых микрополосковых антенных решеток отражательного типа, а именно:

микрополосково–штыревой решетки, печатные элементы которой нагружены на импедансные штыри; решетки комбинированных микрополосковых излучателей с импедансными штырями; планарной решетки с поверхностно–ориентированными импедансными включениями, для которых характерно включение в электродинамический анализ, не только печатных излучателей/переизлучателей, но и непосредственно примыкающих к ним конструкционных элементов управляющих СВЧ– устройств, что позволяет с наперед заданной точностью учесть их влияние на характеристики рассеяния таких решеток.

5. Разработана методика электродинамического анализа характеристик излучения и согласования многоэлементных печатных ФАР вибраторного типа на основе решения ряда дифракционных задач.

6. Разработан и успешно экспериментально испытан ряд новых конструктивных решений многослойных антенных обтекателей с улучшенными характеристиками, широкополосных твист-преобразователей поляризации, фракталоподобных и фрактальных частотно–избирательных поверхностей, основывающихся на численном исследовании созданных математических моделей печатных антенных решеток.

7. Предложено, опирающееся на результаты математического моделирования, новое конструктивное решение для управляемого поляризационного манипулятора в виде микрополосковой отражательной решетки с поверхностно-ориентированными СВЧ-управляющими элементами (p-i-n-диодами), на основе которого разработан, изготовлен и успешно экспериментально испытан макет этого СВЧ-устройства;

8. Предложен ряд новых конструкций интегральных элементов ОАР, как плоских микрополосковых спирафазных решеток – аналогов зеркальных и линзовых антенн, так и компактных двухзеркальных антенных систем, рефлекторы которых выполнены на основе печатных решеток отражательного (с поворотом плоскости поляризации) и проходного типа, а также вспомогательных ОАР для модернизации существующих антенн с целью улучшения их электромагнитной совместимости и создания управляемых отражателей.

Научная и практическая значимость диссертационной работы.

Научная значимость работы заключается в создании нового методического аппарата для эффективного электродинамического анализа многоэлементных полосковых и микрополосковых антенных решеток, как проходного, так и отражательного типа, как с закрытыми, так и открытыми распределительными системами, применимого также и к расчету других типов многоэлементных АР с плоским раскрывом;

эффективных методик анализа широкого класса частотно-избирательных поверхностей, угловых и поляризационных фильтров, а также трансформаторов поляризации поля СВЧ и КВЧ диапазонов; предложенном способе определения характеристик согласования излучателей печатных ФАР вибраторного типа, основанном на решении ряда дифракционных задач.

Практическая значимость работы заключается в разработке математических, физических и расчетных моделей, более полно, чем существующие, отражающих электродинамические свойства микрополосковых излучающих и дифракционных структур, а также пригодных для применения в задачах анализа и синтеза многоэлементных печатных решеток и устройств на их основе. Разработанные в диссертации методики и алгоритмы позволяют рассчитывать характеристики антенных решеток печатных элементов с любым количеством слоев диэлектрика в излучающей структуре и числом импедансных нагрузок; оценивать роль поверхностных волн в излучении ФАР и ОАР. При расчетах используются реальные значения электрофизических параметров диэлектрических слоев и импедансов нагрузок.

Предложенные в диссертации методики расчета использованы при разработке многоэлементных микрополосковых антенных решеток различного назначения и устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на их основе. Они позволяют снизить затраты на проектирование и экспериментальную отработку печатных антенн и ЧИП, улучшить технические и экономические параметры разрабатываемых антенных систем и устройств СВЧ и КВЧ-диа пазонов.

Практическая ценность работы определяется созданными программными комплексами для электродинамического моделирования: • микрополосково–штыревых отражательных антенных решеток; • печатных ФАР с импедансными штырями, излучатели которых возбуждаются коаксиальными волноводами; • многослойных мультипланарных отражательных решеток МПИ; • фазированных решеток комбинированных печатных элементов, излучатели которых возбуждаются полосковыми волноводами; • отражательных антенных решеток из комбинированных поперечно– продольных МПИ; • мультирешеточных металло–диэлектрических частотно– избирательных поверхностей; • печатных спирафазных линзовых антенн СВЧ и КВЧ–диапазонов; микрополосковых ОАР с импедансными включениями, как микроволновых модулей интеллектуальных радиоэлектронных покрытий.

Разработанные программы обладают высоким быстродействием и могут быть использованы в программах оптимизации характеристик ФАР/ОАР по заданному критерию. Таким образом, разработанный набор программных средств может рассматриваться, как основа для системы автоматизированного проектирования многоэлементных полосковых и микрополосковых антенных решеток, а также устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции на их основе. Действующий прототип такой системы проектирования представлен в настоящей диссертационной работе. В связи с актуальностью этой проблемной области, дальнейшие разработки самой САПР и расчеты, производимые с ее помощью, могут быть успешно использованы как в разнообразных НИИ и КБ, так и на производстве, с целью их практического применения при создании СВЧ аппаратуры для радиотехнических, радиолокационных, радионавигационных комплексов, систем радиосвязи, обработки и защиты информации.

Практическую ценность представляет также ряд полученных численных и экспериментальных результатов: сделанные на основе строгого анализа оценки координат мест подключения к печатным элементам, числа и импеданса сосредоточенных нагрузок, обеспечивающих эффективное управление характеристиками рассеяния микрополосково–штыревых ОАР; разработанные принципы построения и практические конструкции спирафазных излучателей и решеток на их основе, модернизированных зеркальных антенн, переизлучающих элементов управляемых отражателей на основе микрополосковых ОАР; результаты анализа и конструктивной оптимизации планарных фильтров на основе металлодиэлектрических многорешеточных ЧИП, фрактальных мультиплексеров, многофункциональных антенных обтекателей; широкополосных твист-рефлекторов и поляризационных манипуляторов СВЧ и КВЧ-диапазонов, выполненных в виде многоэлементных микрополосковых отражательных решеток с импедансными нагрузками; выработанные рекомендации о возможности применения исследованных вариантов реконфигурируемых ОАР в качестве перспективных элементов интеллектуальных покрытий.

В частности, с помощью эмпирических соотношений, полученных на основе численного анализа и позволяющих, в дальнейшем, не решая интегральные уравнения, по конструкционным параметрам определять фазовые характеристики тонкослойных импедансных покрытий, выполненных в виде решеток из квадратных микрополосковых элементов, показано, что выигрыш по толщине для покрытий на основе печатных ОАР может быть порядка 30. Это означает, что на основе таких ре шеток можно построить тонкослойные емкостные импедансные покрытия.

Поставленные в диссертации задачи решались в ходе выполнения ряда проектов Министерства образования и науки РФ в области фундаментальных и прикладных исследований, совместных НИР в различных отраслевых НИИ, а также госбюджетных и хоздоговорных НИР на кафедре антенн и радиопередающих устройств Таганрогского технологического института Южного Федерального университета.

Результаты исследований и программы расчета многоэлементных микрополосковых антенных решеток и устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на их основе были использованы в ОАО «Концерн радиостроения «Вега» и ОАО «Головное системное конструкторское бюро Концерна ПВО «Алмаз–Антей» им. акад. А.А.Расплетина (г. Москва), а также ФГУП «Федеральный научно-производственный центр «Ростовский-на-Дону НИИ радиосвязи» и НПО «Горизонт» (г. Ростов-на-Дону) Министерства промышленности и торговли, а также в Таганрогском технологическом институте Южного Федерального университета. Внедрение результатов подтверждено соответствующими документами.

Результаты исследований и программы расчета многоэлементных микрополосковых антенных решеток и устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на их основе были использованы в Государственном концерне ПВО «Алмаз–Антей» (г. Москва), а также НПО «Горизонт» (г. Ростов–на– Дону) Министерства промышленности и торговли. Внедрение результатов подтверждено соответствующими документами.

Достоверность результатов работы определяется тем, что, во–первых, решения поставленных в ней краевых задач электродинамики опираются на строгие математические методы; во–вторых, проведенные эксперименты выполнены с помощью аттестованной стандартной измерительной аппаратуры, и, в–третьих, получено согласование основных теоретических положений, как с экспериментальными данными, так и в частных случаях математических моделей с результатами, опубликованными в научной литературе.

Реализация результатов работы. Изложенные в диссертации результаты исследований получены автором в ходе выполнения госбюджетных и хоздоговорных НИР, проводимых в Таганрогском технологическом институте Южного федерального университета. Во многих из этих НИР автор являлся ответственным исполнителем. Результаты работы используются предприятиями отраслей, внедрены в процесс проектирования радиотехнических комплексов в НИИ и на промышленных предприятиях. Материалы диссертации используются в лекционных курсах, читаемых автором на радиотехническом факультете технологического института Южного федерального университета в г. Таганроге.

Положения, выдвигаемые на защиту.

1. Совокупность математических моделей многоэлементных микрополосковых фазированных и отражательных антенных решеток, а также устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на их основе, опирающихся на решение трехмерных задач электромагнитного возбуждения:

• микрополосково-штыревых отражательной и фазированной антенных решеток; • печатных отражательных и фазированной антенных решеток с комбинированными элементами; • многослойных отражательной проходной решеток с этажерочным расположением печатных элементов; • плоской спирафазной фокусирующей радиолинзы круговой поляризации на основе микрополосковых антенных решеток проходного и отражательного типов; • микрополосковой отражательной антенной решетки с поверхностно-ориентированными импедансными включениями.

2. Методики электродинамического учета влияния фидерной системы на характеристики излучения и согласования многоэлементных микрополосковых ФАР, а также конструкционных элементов управляющих СВЧ-устройств на характеристики рассеяния реконфигурируемых печатных отражательных антенных решеток.

3. Методика определения параметров многоэлементных микрополосковых фазированных антенных решеток по результатам решения дифракционных задач.

4. Совокупности вычислительных алгоритмов и программ, реализующих разработанные расчетные модели и методики для всех поставленных в работе электродинамических задач, и позволяющих существенно расширить возможности моделирования многоэлементных печатных антенных решёток и устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на их основе.

5. Новые научные результаты об особенностях рассеяния электромагнитных волн на реконфигурируемых микрополосковых ОАР, в том числе с комбинированными элементами, импедансными штырями и поверхностно-ориентированными включениями, а также возбуждения многоэлементных печатных ФАР и устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации, позволяющие выработать рекомендации по применению многоэлементных микрополосковых решеток в качестве СВЧ и КВЧ-модулей интеллектуальных покрытий.

6. Новые научно обоснованные технические решения в области создания многоэлементных микрополосковых фазированных и отражательных антенных решеток, а также устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на их основе, включающие в себя:

• конструктивное решение для экономичной сканирующей антенной решетки в виде плоской спирафазной линзы на основе многоэлементных решеток печатных излучателей;

• широкополосные фазокорректирующие плоские рефлекторы, позволяющие преобразовывать поляризацию отраженного поля, для двухзеркальных антенных систем;

• ряд решений принципиального и конструктивного характера, как для многофункциональных антенных обтекателей и фрактальных частотно–избирательных поверхностей, так и для СВЧ и КВЧ-компонентов интеллектуальных покрытий.

Личный вклад автора. В работах, выполненных в соавторстве, автору принадлежит выбор и постановка задач исследования; математическое обоснование и вывод основных аналитических выражений; разработка алгоритмов расчета; участие в составлении программ расчета, обсуждение и интерпретации полученных результатов; формулировка основных выводов и положений работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 10 разделов, заключения, списка цитируемой литературы из 619 наименований, 10 приложений. Общий объем диссертации: 396 страниц, включая текст с 475 формулами, а также 129 страниц иллюстраций, куда входят 322 рисунка и 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе диссертации систематизированы известные методы анализа многоэлементных антенных решеток в печатном исполнении, выбрана обобщенная физическая модель печатной решетки, обоснован выбор метода решения электродинамических задач, применяемый в работе, который заключается в решении уравнений Максвелла методом ИУ, даются общая формулировка граничных электродинамических задач диссертационной работы и общие подходы к их решению.

Во втором разделе диссертации “Электродинамическое моделирование и экспериментальное исследование однослойных микрополосковых ОАР с импедансными нагрузками в виде штырей” получено новое решение трехмерной задачи рассеяния локально плоской электромагнитной волны многоэлементной микрополосковой отражательной антенной решеткой с импедансными нагрузками в виде штырей (рис. 1). С помощью леммы Лоренца электродинамическая задача сведена к системе интегральных уравнений относительно поверхностных плотностей магнитных токов в апертуре решетки и электрических токов импедансных штырей.

канал Флоке 1, µ1, k1,Wz Импедансные стержни i Апертура экран y i Zk (z ) , µ2, k2,Wx Рис.1 – Геометрия задачи Рис.3 – Фазовая характеристика Рис.2 – Управление рассеянием Выполнена алгоритмизация приближенного решения системы ИУ задачи рассеяния волн такой решеткой. На основе разработанной электродинамической модели микрополосково–штыревой решетки построен базовый вычислительный модуль (МПОАР с импедансными штырями), разработанного в диссертации пакета прикладных программ (ППП) расчета многоэлементных печатных АР микроволнового диапазона и устройств пространственной, частотной и поляризационной трансформации и селекции на их основе. Проведено подробное численное исследование возможностей управления токами в ее переизлучающих элементах за счет выбора топологии МПЭ, числа, места включения и импеданса регулируемых штыревых нагрузок. В частности, на рис. 2 приведена зависимость фазы коэффициента отражения (КО) для r =микрополосковой дифракционной решетки (МДР) при, µr =1, h = 0,12, d1 = 0,017, d2 = 0,237. К каждому МПЭ решетки подключено два короткозамыкающих штыря: один подключен к короткой грани элемента и положение его остается неизменным, положение второго изменяется вдоль длинной стороны МПЭ. Как видно из графика, такая МДР позволяет расширить диапазон регулировки до 180°. На рис. 3 сплошной линией представлена зависимость фазы диагонального элемента поляризационной матрицы рассеяния решетки для случая, когда к вершинам короткой грани каждого из элементов решетки подключены два штыря. Там же пунктиром показана зависимость аналогичной МДР, но без штырей. Видим, что введение штырей ведет к расширению пределов изменения фазы коэффициента отражения решетки. На основе проведенных численных исследований выработаны рекомендации по построению реконфигурируемых антенных систем и микроволновых устройств с улучшенными характеристиками на основе многоэлементных микрополосково–штыревых ОАР.

В третьем разделе «Математическая модель и электродинамический анализ микрополосковой фазированной антенной решетки, возбуждаемой коаксиальными волноводами» разработана математическая модель плоской ФАР с импедансными штырями, возбуждаемой периодической системой коаксиальных волноводов (рис. 4). При этом возбуждающим воздействием является распределение электрического поля в одном из поперечных сечений волно- вода, выбираемом не в плоскости стыка линии передачи и антенной решетки (экранированная сторона магнитодиэлектрической подложки), а на некотором удалении от нее вглубь фидера. Такая постановка задачи позволяет адекватно учесть влияние неоднородности в виде стыка на степень рассогласования фидера, то есть правильно рассчитать такие характеристики, как КСВ и КПД.

Разработанная в этом разделе электродинамическая модель многоэлементной микрополосковой ФАР, печатные излучатели коРис.4 – Геометрия задачи торой возбуждаются коаксиальными волно- водами, позволяет адекватно учитывать, как конструкционные элементы излучателя ФАР (МПЭ и импедансные штыри), так и элементы фидерной системы, оказывающие влияние на характеристики согласования последней. Математическая модель представляет собой систему ИУ относительно поверхностных токов на конструкционных элементах излучателя ФАР: магнитных токов в апертуре и электрических токов на импедансных штырях и центральных проводниках, возбуждающих печатные излучатели решетки коаксиальных волноводов. При этом отыскиваются, не только распределения поверхностных токов в излучающей системе ФАР, но и в отрезках коаксиалов, непосредственно примыкающих к плоскости проводящего экрана решетки, перфорированной отверстиями связи между излучающей и фидерной системами ФАР: магнитных токов в отверстиях связи и электрических токов на поверхностях внутренних проводников коаксиалов фидера. Проведено численное исследование распределений токов и характеристик согласования пластинчатых ФАР и микрополосковых ФАР с излучателями резонаторного типа, возбуждаемых коаксиальными волноводами. В качестве примера на рис. 5 показана топология единичной ячейки одной из исследованных печатных ФАР, где место подключения питающего центрального проводника коаксиального волновода к прямоугольному микрополосковому элементу (МПЭ) изображено черной точкой. При этом, d1 = d2 = 10 мм, = a /Рис. 7 – Распределение а б в апертуре коаксиальРис. 6 – Распределения компонент векного волновода в месте тора поверхностного магнитного тока: в Рис. 5 - Топология ячейки стыка фидерной и изF0 Fпечатной ФАР. апертуре ФАР а)на частоте ; б) лучающей систем = d1 / 8. Воздушная подложка имеет толщину мм. Волновое сопротивление h =питающего коаксиального волновода равно 50 Ом. На рис. 6 представлены распределения компонентов плотности магнитного тока на апертуре ячейки в 4-х сечениях.

На рис. 7 представлены распределения компонентов электрического поля в апертуре питающего коаксиального волновода в месте сочленения фидера с антенной на экранированной стороне подложки, позволяющие сделать вывод о том, что в месте стыка падающая Т-волна преобразуется в высшие типы волн, из которых преоблаHдающей является волна. Это означает, что предложенная методика учета влияния МПЭ на режим волн в коаксиальном волноводе фидерной системы печатной ФАР позволяет учитывать появление высших типов волн в фидере. Также рассмотрены примеры применения разработанных алгоритмов к созданию антенных систем аварийных радиобуев комплексов спасания на море.

В четвертом разделе «Отражательная антенная решетка комбинированных элементов» построена математическая модель многоэлементной ОАР комбинированных МПЭ произвольной топологии. Решена задача рассеяния падающей локально плоской электромагнитной волны совмещенной решеткой продольных и поперечных МПЭ (рис.8). На основе леммы Лоренца в интегральной форме получена система ИУ, выражающих условия непрерывности касательных составляющих полей на границах раздела составной подложки такой решетки и верхнего полупространства, и боковых поверхностях магнитодиэлектрических брусьев, содержащих продольные участки комбинированных печатных элементов этой ОАР. Методом моментов система ИУ сведена к системе линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) Рис. 8 – Рассеяние волн ОАР, составленной относительно комплексных амплитуд из комбинированных МПИ базисных функций разложения искомых поверхностных магнитных токов, после отыскания которых определены характеристики рассеяния решетки (элементы поляризационной матрицы рассеяния). Вычислительный алгоритм численно реализован в виде эффективной вычислительной программы, являющейся компонентом, разработанного в ходе выполнения работы ППП анализа микрополосковых ОАР. С ее помощью проведено численное моделирование микрополосковых ОАР, составленных из комбинированных переизлучающих элементов, и приведен анализ полученных результатов численного исследования, позволивший сделать выводы об особенностях распределений поверхностных токов на конструкционных элементах таких ОАР. В результате показано, что при использовании в качестве переизлучателей в печатных отражательных антенных решетках комбинированных (продольнопоперечных элементов) расширения полосы ее рабочих частот можно добиться, не прибегая к применению толстых диэлектрических подложек, поскольку в таком случае, с одной стороны, продольные МПЭ, являясь антеннами бегущей волны, более широкополосны, нежели поперечные, созданные на основе микрополосковых резонаторов, с другой стороны в комбинированном печатном переизлучателе поперечный элемент может поддерживаться над экраном и в отсутствие диэлектрической подложки, так как в этом случае продольные МПЭ могут использоваться в качестве опорных стоек. Численно показано, что включение продольных печатных элементов в конструкцию комбинированного микрополоскового переизлучателя позволяет расширить линейный участок частотной зависимости фазы поля отраженной такой решеткой волны, не только по сравнению с бесштыревыми, но и микрополосковоштыревыми ОАР с поперечными МПЭ.

Также в этом разделе диссертации разработан новый подход к электродинамическому анализу печатных фазированных антенных решеток вибраторного типа, основанный на двукратном решении задачи дифракции локально плоских волн на многоэлементных отражательных решетках, топологии излучающих элементов которых соответствуют «разомкнутому» (опыт холостого хода) и «замкнутому» (опыт короткого замыкания) печатному вибратору. Целесообразность применения разработанного подхода к электродинамическому анализу печатных ФАР обусловлена стремлением в полной мере использовать потенциал, заложенный в разработанные в диссертации электродинамические модели микрополосковых ОАР, распространив область их применения на случай сосредоточенного возбуждения печатных вибраторов ФАР. На основе численных исследований показано, что при электродинамическом анализе ФАР использование подхода, основанного на двукратном решении дифракционных задач, позволяет не только адекватно описать конструктивные особенности антенных элементов, их цепей питания и фазирования, но и выявить столь «тонкие» физические эффекты, как появление углов «ослепления» при сканировании лучом ФАР. При этом обеспечивается возможность определять углы ослепления сканирующих микрополосковых ФАР с высокой степенью точности.

В пятом разделе «Электродинамические модели, численное и экспериментальное исследование фазированных антенных решеток комбинированных печатных излучателей, возбуждаемых полосковыми волноводами» методом ИУ решена электродинамическая задача сосредоточенного возбуждения элементов АР комбинированных МПЭ посредством полосковых линий передачи. При этом не накладывается ограничений, как на форму излучающих печатных элементов, так и на топологию токоведущих проводников полосковых фидеров. Как и в разделе 3 диссертации, при построении математической модели учитывались не только особенности конструкции комбинированного излучателя, но и отрезки полосковых фидеров, непосредственно примыкающие к проводящему экрану ФАР, перфорированному отверстиями связи излучающей и фидерной систем решетки (рис. 9). При таком подходе удается построить полноволновую модель ФАР, позволяющую адекватно учитывать физические процессы, происходящие при взаимодействии, как излучателей решетки между собой, так и взаимодействии излучающей и фидерной систем ФАР. Результатом решения электродинамической задачи явилась разработанная математическая модель Рис. 9 — Возбуждение комбинированного такой ФАР, представляющая собой элемента печатной ФАР посредством НПЛП систему ИУ В результате ее численного решения определены распределе ния поверхностных магнитных токов, как на конструкционных элементах излучателей ФАР и на сторонах подложек, содержащих центральные проводники полосковых волноводов, выступающих в качестве фидеров решетки, так и в отверстиях связи излучающей и фидерной систем ФАР. По найденным распределениям токов рассчитаны характеристики излучения и согласования излучающих модулей такой ФАР. Описанный алгоритм реализован в виде высокоэффективной вычислительной программы, с помощью которой проведено численное исследование характеристик ФАР комбинированных печатных излучателей, возбуждаемых полосковыми волноводами. В качестве объектов для этого исследования были выбраны: ФАР продольных печатных вибраторов с согласующими шлейфами (опорными стойками) и ФАР на основе излучателей Вивальди с продольным расположением элементов (рис. 10 – Рис. 10 – Печатный вибратор с согласующим ко- Рис. 11 – Конструкция трехслойного излучателя Вивальди роткозамкнутым шлейфом на основе щелевой ЛП рис. 11). Для различных вариантов конструкции указанных типов ФАР рассчитаны ЧХ КО/КСВ в линиях питания и ДН комбинированных излучателей в составе решетки. На основе сравнения результатов расчета и эксперимента сделаны выводы об адекватности разработанной математической модели в силу достоверности получаемых с ее помощью расчетных данных. Также в этом разделе исследована возможность расширения рабочей полосы частот излучателей ФАР при помощи изменения их конструктивных параметров (топологии излучателя, фидера, электрофизических параметров и числа слоев подложки, межэлементного расстояния и т.д.).

Показано, что подбором и регулировкой конструкционных параметров продольного печатного вибратора с согласующим шлейфом в виде щелевой линии (ЩЛ), удается обеспечить возможность его использования в качестве широкополосного продольного излучателя ФАР, обеспечивающего относительную рабочую полосу до 22 %, как показано на рис. 12, где приведены ЧХ коэффициента отражения такого вибратора при 33,3 мм и D = 2 мм, L = выполненного на подложке с параметрами h =1 мм и = 4. В качестве паr раметра на рис. 12 выступает длина ЩЛ -. Помимо излучателя, изображенноLs го на рис. 10, с помощью разработанной математической модели исследованы различные варианты конструкций печатных вибраторов с согласующими шлейфами с целью расширения рабочей Рис. 12 – Семейство расчетных характери- полосы частот. В результате найдены стик согласования печатного вибратора с оптимальные конструктивные параметнастроечным шлейфом в виде щелевой ЛП ры излучателей, обеспечивающие им максимальную широкополосность в составе ФАР. В качестве этих параметров выступали: высота подвеса вибратора над экраном - H, длина согласующего шлейфа LSh, ширина плеч вибратора - D и топология фидера.

Достижимая рабочая полоса продольного излучателя ФАР в форме печатного вибратора с согласующим шлейфом оказывается недостаточной в случаях работы с широкополосными видеосигналами, для передачи которых требуется антенная система, способная эффективно излучать и принимать сигналы в полосе частот с перекрытием 3:1 и более с возможностью сканирования в широком угловом секторе. В таких случаях приходится прибегать к ФАР построенным из сверхширокополосных продольных излучателей, которые обеспечивают рабочую полосу, достаточную для решения поставленных задач. Типичным представителем сверхширокополосной МПА является антенна Вивальди. При помощи разработанной математической модели ФАР исследованы характеристики согласования и излучения двух конструкции излучателя Вивальди.

Трехслойная конструкция (рис. 11) представляет собой диэлектрическую подложку, с одной стороны которой напечатан щелевой излучатель, а с другой стороны – полосковый фидер, имеющий аналогичную конструкцию с фидером печатного вибратора. В результате проведенных численных исследований удалось выявить степень взаимного влияния излучателей в составе решетки, оценить влияние их конструкционных элементов (таких как параметры подложки, топологии фидера и щелевого излучателя) на его характеристики согласования и излучения и экспериментально подтвердить достоверность получаемых численных результатов.

Аналогичные исследования были проведены и для пятислойного варианта кон струкции продольного сверхширокополосного излучателя Вивальди, фотоснимок макета которого приведен на рис. 13.

Рис. 14 – Рассчитанные характеристики Рис. 13 – Фотография лабораторного согласования пятислойного излучателя макета 5-слойного излучателя Вивальди Вивальди в составе многоэлементной ФАР Конструктивной особенностью такого ИЭ является наличие двух идентичных излучающих систем, расположенных в крайних слоях и напечатанных на диэлектрической подложке. На две части подложку разделяет печатный фидер, располагающийся между излучающими системами и образует с ними симметричную ПЛП. Фидер выполнен в форме радиального шлейфа, который в сочетании с круглыми вырезами в основании излучающих систем образует плавный широкополосный переход. Численные исследования показали, что такой излучатель в составе решетки обеспечивает перекрытие по частоте 3:1 и более по уровню КСВ 2 (Рис. 14).

Анализ результатов проведенных численных исследований показал, что благодаря взаимному влиянию излучателей в решетке, характеристики излучателя в составе решетки существенно отличаются от характеристик уединенного излучателя.

Показано, что характеристика согласования излучателя Вивальди, находящегося в составе ФАР, подобна частотной характеристике полосно-пропускающего фильтра, в отличие от характеристики согласования уединенного излучателя Вивальди, который, как и любой плавный переход, по своим частотным свойствам подобен фильтру верхних частот (Рис. 15). При этом показано, что за счет взаимного влияния излучателей в составе ФАР приемлемого согласования удается добиться при меньших габаритах антенного элемента Вивальди, нежели для изолированного излучателя Вивальди. Кроме того, здесь показано, что Рис. 15 – Рассчитанные характеристики согласования уединенного излучателя фазированной решетки, ЧХ антенного эле- Рис. 16– Измеренные и рассчитанные харакмента которой изображена на рис. 14 теристики согласования изолированных ИЭ расчетные характеристики согласования излучателей Вивальди, соответствующие оптимально подобранным конструктивным параметрам достаточно хорошо согласовались с измеренными характеристиками макетов, изготовленных с учетом этих параметров (рис. 16). Следовательно, можно рекомендовать опираться при проектировании ФАР на результаты, получаемые с помощью разработанных математических моделей для комбинированных печатных излучателей в составе решетки.

В шестом разделе диссертации «Электродинамические модели и исследование частотно-избирательных поверхностей в печатном исполнении» на основе метода ИУ разработана электродинамическая модель пятислойной печатной дифракционной решетки в базовой компоновке, применяемой при построении печатных ЧИП:

три периодические решетки вибраторных, рамочных или пластинчатых элементов и/или перфорированные проводящие экраны, разделенные диэлектрическими слоями (рис. 17).

K Jµм где 2 – операторные произведения, образованные интегро-дифференциальными операторами, содержащими компоненты матричного представления функции Грина анализируемой металлодиэлектрической структуры Рис. 17 – Постановка задачи рас- Рис. 18 – Матричное представление системы интегральных сеяния локально плоской волны уравнений задачи рассеяния локально плоской волны металметаллодиэлектрической ЧИП лодиэлектрической частотно-избирательной поверхностью Система ИУ задачи дифракции плоской волны на ЧИП получена на основе леммы Лоренца в интегральной форме с использованием аппарата тензорных функций Грина плоскослоистой среды, на границах раздела слоев которой размещены периодические решетки печатных элементов (рис. 18). В результате решения этой системы ИУ найдены распределения поверхностных магнитных токов в переизлучающих апертурах решеток, на основе которых определены элементы поляризационной матрицы рассеяния (ПМР) такой многослойной ЧИП. Проведено тщательное численное исследование разработанной математической модели ЧИП, позволившее, во– первых, убедиться в достоверности полученных расчетных данных, как на основе сравнения с расчетными данными, полученными другими методами, так и из соответствия экспериментальным данным, и, во–вторых, предложить конструктивные решения при построении ЧИП, реализующих функции полосовых фильтров, многочастотных ЧИП, поляризационных фильтров и ЧИП на основе перфорированных проводящих экранов конечной толщины. Проведенные численные исследования показали, что разработанная математическая модель ЧИП применима к анализу печатных решеток на сверхтонких магнитодиэлектрических подложках, а точность получаемых при этом численных решений достаточна для того, чтобы прогнозиро вать появление эффекта «ослепления» в ЧИП на основе печатных элементов, помещенных в диэлектрические слои. Численно исследованы ЧИП на основе печатных решеток со сложной (фракталоподобной) топологией печатных элементов для создания пространственных фильтров и мультиплексоров. Рассмотрены вопросы конструктивного синтеза многослойных планарных частотно–избирательных печатных решеток, как для построения частотных, так и угловых фильтров на основе ЧИР. В заключительном подразделе этого раздела диссертационной работы представлены результаты численного исследования ЧИП с фрактальными элементами, на основе которых разработана уголковая частотно–избирательная поверхность на 30/90/150 ГГц многолучевого солнечного радиотелескопа, предназначенная для пространственного разнесения фокусов ДЗА Грегори, обеспечивающего одновременную работу радиотелескопа, осуществляющего непрерывный мониторинг вспышек на Солнце, в трех частотных поддиапазонах (рис. 19) а б в Рис. 19 – Многолучевой солнечный радиотелескоп: а – фотоснимок; б – схема включения уголковой ЧИП на основе МДР с фрактальными элементами; в – ЧХ верхней грани ЧИП В седьмом разделе: «Электродинамический анализ устройств поляризационной селекции и трансформации на основе многоэлементных печатных решеток» на основе разработанных в диссертации электродинамических моделей численно и экспериментально исследованы устройства поляризационной селекции, выполненных в виде периодических решеток печатных элементов. В результате на основе ЭД подхода решена задача проектирования многофункционального обтекателя антенны судовой РЛС. Изготовлены и экспериментально испытаны обтекатели судовых антенн на основе многослойных мультирешеточных частотно–избирательных поверхностей. Показано, что разработанный многофункциональный обтекатель, изготовленный по печатной технологии, по технологичности и ряду весьма существенных эксплуатационных параметров превосходит известные конструктивные решения может быть рекомендован к применению в антенне судового радиолокатора. На основе проведенных расчетов с помощью разработанных математических моделей предложены новые конструктивные решения для поляризационных фильтров в виде плоских решеток печатных вибраторов с улучшенными характеристиками. Приведены результаты численных и экспериментальных исследований различных конструкций твист-преобразователей поляризации и твист-рефлекторов на основе многоэлементных микрополосковых ОАР, не только выгодно отличающихся массогабаритными параметрами, но и обладающих улучшенными диапазонными свойствами.

Численно изучены поляризационно активные устройства отражательного и проходного типа на основе МДР с элементами сложной формы, конструктивно реализующих функции киральных ЭД структур, например, метаматериалов. Примером такой ЭДС является исследованная в этом разделе ОАР из печатных спиралей (рис. 20,а).

На рис. 20 б,в представлены ЧХ модулей и фаз элементов ПМР и для случая S22 Sнормального падения возбуждающей волны, поляризованной либо вдоль оси x, либо вдоль оси y декартовой системы координат (поляризации 1 и 2). Видим, что эта структура является поляризационно-активной: во-первых, трансформирует линейно поляризованное поле в поле круговой поляризации при значениях d от 0,6 до 0,75 ; во-вторых в ней также при d = 0,2 наблюдается твист-эффект.

б в а Рис. 20 – Топология спирального переизлучателя и ХР печатной решетки Как показано в разделах 8, 9 диссертации, результаты, полученные в разделе 7, в дальнейшем можно использовать при разработке плоских фокусирущих систем СВЧ, КВЧ-диапазона: спирафазной линзы и двухзеркальной антенны с плоским фазокорректирующим и многофункциональным вспомогательным рефлекторами.

В восьмом разделе: «Математическое моделирование и экспериментальное исследование ФАР проходного типа в печатном исполнении» приведены результаты математического моделирования и экспериментального исследования ФАР проходного типа в печатном исполнении (радиолинза на основе решеток МПЭ). В этом разделе выполнен обзор конструкций, методов анализа характеристик и синтеза плоских линзовых антенн на основе решеток печатных элементов. Показана возможность создания на основе ФАР проходного типа с оптической схемой питания (радиолинз) антенных систем с обработкой сигналов и реконфигурируемых антенных систем. Предложено новое конструктивное решение – плоская спирафазная фокусирующая радиолинза круговой поляризации на основе микрополосковых АР (Рис. 2123). Печатные переизлучатели коллекторной и излучающей решеток этой радиолинзы выполнены в виде плоских двухзаходных спиралей Архимеда.– Опираясь на разработанные в разделах 2 и 3 математические модели микрополосково-штыревых ОАР и печатных ФАР с коаксиальным возбуждением элементов, создана эффективная электродинамическая модель такой спирафазной фокусирующей радиолинзы. С помощью этой модели выполнены всесторонние численные исследования характеристик рассеяния, излучения и согласования плоской спирафазной линзы. Проведенные численные исследования позволили определить параметры оптимальной по радиопрозрачности спирафазной линзы на основе многоэлементных микрополосковых АР.

1 – облучатель; 2 – фокусирующая система; 3 – экран;

4 – соединительные ЛП; 5 – подложки; 6 и 7 – коллектор- ная и излучающая решетки Рис. 23 – Фотоснимок макета спиРис. 21 – Принцип действия Рис. 22 – Топология ячейрафазной печатной антенной респирафазной решетки-линзы: ки печатной АР–линзы шетки проходного типа (линзы) Это позволило разработать, изготовить и экспериментально испытать макетные образцы спирафазных: микрополосковой ОАР и плоской радиолинзы с оптимальными параметрами (по критерию максимального коэффициента передачи мощности микроволнового излучения от коллекторной к излучающей АР). Проведенные измерения характеристик излучения спирафазных АР к позволили: во–первых, убедиться в достоверности полученных на моделях численных решений, во–вторых, продемонстрировали применимость предложенных в диссертации методик для создания антенных систем с оптимальными параметрами.

В девятом разделе: «Зеркальные антенны с плоскими рефлекторами на основе микрополосковых отражательных антенных решеток» рассмотрены вопросы электродинамического моделирования, разработки и экспериментального испытания одно- и двухзеркальных антенных систем (ДЗА) на основе многоэлементных микрополосковых ОАР. В этом разделе приведен обзор конструктивных решений и методов анализа микроволновых фокусирующих систем на основе многоэлементных печатных антенных решеток отражательного типа. Выполнено математическое моделирование однозеркальных (рис. 24) и ДЗА с поворотом плоскости поляризации а б в Рис. 24 – (а) Топология печатного рефлектора ЗА, синтезированная с помощью ГА; (б) фотоснимок макета ЗА с плоским печатным ФКР; (в) – расчетная и измеренная ДН антенны ЭМВ облучателя (рис. 25–27). На основе проведенных численных исследований разработана оригинальные конструкции переизлучателей основного рефлектора ДЗА, главное зеркало которого является плоским и представляет собой фазокорректирующий твист-рефлектор, а вспомогательное – поляризационный фильтр. Как главный, так и вспомогательный плоские рефлекторы являются многофункциональными и построены на основе многоэлементных многослойных решеток печатных элемен- 1 – облучатель,2 – вспомогательный рефлектор (ПФ), 3 – основной (фокусирующий) рефлектор, 4 – каркас, 5 – направление лучей.

Рис.26- Зависимости фаз волн, отраженных решетками МПЭ от Рис. 25 – Принцип ратопологических параметров пеботы ДЗА на основе реизлучателей, используемые Рис. 27 – Синтезированный ФКТР микрополосковых ОАР при конструктивном синтезе тов. На основе проведенных вычислительных экспериментов предложена конструкция переизлучающего МПЭ для ФКТР с улучшенными характеристиками, представляющего собой квадратный печатный элемент с внутренним питанием. Предложенный элемент технологичен, его топология приспособлена для встраивания УЭ, в качестве которых могут выступать, например, меза–планарные или поверхностно– ориентированные p-i-n–диоды, с помощью которых имеется возможность технической реализации режима электронного сканирования лучом такой ДЗА на основе МПОАР. Применение ФКТР на основе МПОАР, составленной из МПЭ предложенной конструкции, позволяет расширить полосу рабочих частот ДЗА по сравнению с существующими в настоящее время вариантами технической реализации антенных систем, созданных с использованием аналогичных компоновочных схем. Применяя математическую модель многоэлементной микрополосковой ОАР, разработанную в разделе 6 диссертации, проведено численное исследование характеристик рассеяния и излучения описанной выше ДЗА, позволившее разработать, изготовить и измерить параметры макетных образцов таких антенн. Результаты проведенных экспериментальных испытаний не только подтвердили применимость разработанных в диссертации электродинамических моделей печатных ОАР к созданию на их основе фокусирующих антенных систем отражательного типа, но и позволили отработать конструкции таких антенн как антенн базовых станций LMDS (Local Multipoint Distributive Service).

В десятом разделе: «Микрополосковые ФАР и ОАР как микроволновые компоненты интеллектуальных радиоэлектронных покрытий» рассмотрен круг вопросов, связанных с возможностью применения микрополосковых ФАР и ОАР в качестве микроволновых компонентов (модулей) интеллектуальных радиоэлектронных покры тий, предназначенных для решения ряда функциональных проблем. В этом разделе дан аналитический обзор современного состояния и проблем, связанных с созданием интеллектуальных радиоэлектронных покрытий. На основе разработанных в предыдущих разделах диссертации электродинамических моделей многоэлементных отражательных и фазированных АР в печатном исполнении проведено численное исследование микрополосковых антенных решеток как СВЧ, КВЧ-компонентов интеллектуальных покрытий (ИП). Приведены результаты численного моделирования реконфигурируемых ОАР (рис. 28–30) как устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации в составе ИП.

Рис. 28 – Схематическое Рис. 29 – Принцип управления Рис. 30 – Фазовые характериизображение ячейки управ- фазой поля отраженной волны стики микрополосково-штыреляемой печатной ОАР реконфигурируемой МПОАР вой ОАР с управляемыми КЗ Опираясь на результаты ЭД моделирования, разработаны, численно исследованы и экспериментально испытаны оригинальные конструкции бинарных поляризационных манипуляторов в виде реконфигурируемых микрополосковых ОАР (рис. 31-32).

Рис. 31 – Топология ячейки бинарного по- Рис. 32 – ЧХ элементов ПМР бинарного ляризационного манипулятора в виде ОАР поляризационного манипулятора в виде ОАР Методом волноводного моделирования экспериментально испытаны макеты (волноводные имитаторы) управляемых ЧИП на основе ОАР в печатном исполнении, в качестве микроволновых УЭ в которых выступают варакторные (параметрические) или p-i-n (переключательные) диоды СВЧ. На основе проведенных с помощью разработанных в диссертации математических моделей многоэлементных микрополосковых ОАР разработаны, изготовлены и экспериментально испытаны макет ные образцы управляемых микрополосковых ОАР с цифровым формированием характеристик рассеяния. Также в этом разделе диссертации построена электродинамическая модель микрополосковой ОАР с импедансными включениями и с ее помощью проведено численное исследование характеристик рассеяния печатных модулей подсистемы управляемого рассеяния ИП, в качестве микроволновых УЭ в которых выступают поверхностно–ориентированные СВЧ–диоды. Рассмотрены вопросы построения фокусирующих решеток, работающих на принципах зеркальных и линзовых антенн и не требующих применения отдельных устройств для корректировки фазового фронта волны облучателя. Исследованы возможности применения ОАР и покрытий на их основе для совершенствования характеристик антенн существующих типов с целью улучшения их электромагнитной совместимости и создания управляемых отражателей. Показаны возможность применения полосковых ОАР в качестве покрытий для управления полем рассеяния несущего объекта, создания частотно и поляризационно селективных поверхностей. Результаты проведенных исследований подтверждают возможность применения рассмотренных вариантов ОАР в качестве отдельных модулей интеллектуальных покрытий.

В заключении сформулированы основные полученные результаты и выводы по диссертационной работе. Показаны пути совершенствования разработанных в диссертации электродинамических моделей для исследования более сложных конструкций решеток.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ 1. Сформулирован и обоснован выбор электродинамических моделей, необходимых для решения ряда практически важных и актуальных задач, связанных с созданием многоэлементных микрополосковых фазированных и отражательных антенных решеток, а также устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на их основе.

2. Решены трехмерные электродинамические задачи, необходимые для разработки выбранных моделей. Их особенность — адекватный учет влияния конструкционных элементов излучающей и фидерной систем ФАР и переизлучателей ОАР и ЧИП, а также ограничений, обусловленных вычислительной техникой, используемой для их реализации, при максимальном сохранении строгости постановки задачи и обеспечении достаточной для практики точности результатов. Построены модели следующих многоэлементных микрополосковых фазированных и отражательных антенных решеток, а также устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на их основе:

• микрополосково–штыревой отражательной антенной решетки с печатными элементами произвольной формы, к каждому из которых допускается подключение произвольного числа импедансных штырей, законы распределений поверхностных импедансов штырей также могут быть выбраны произвольными; • микрополосковой фазированной антенной решетки, в излучающей системе которой, помимо печатных излучателей произвольной формы, возбуждаемых коаксиальными волноводами, содержатся импедансные штыри, используемые для улучшения согласования при широкоугольном сканировании; • отражательной решетки с объемными элементами, в конструкции которых совмещаются продольно– и поперечно–ориентированные по отношению к апертуре антенны комбинированные печатные переизлучатели;

• фазированной решетки с комбинированными излучающими элементами, возбуждаемыми полосковыми волноводами; многослойной • отражательной решетки с этажерочным расположением печатных элементов, число слоев подложки и укрытия которой, а также их электрофизические параметры, могут быть выбраны произвольными; • пятислойной печатной дифракционной решетки в базовой компоновке, применяемой при построении печатных частотно–избирательных поверхностей: три решетки пластинчатых элементов и/или перфорированные проводящие экраны, разделенные диэлектрическими слоями; • плоской спирафазной фокусирующей радиолинзы круговой поляризации на основе микрополосковых антенных решеток проходного и отражательного типов; • микрополосковой ОАР с поверхностно– ориентированными импедансными включениями.

3. Для решения ключевых (модельных) задач использован единый подход на основе метода интегральных уравнений, как наиболее универсальной и надежной базы численных алгоритмов прикладной электродинамики.

4. Разработаны методики электродинамического учета влияния фидерной системы на характеристики излучения и согласования многоэлементных микрополосковых ФАР, а также конструкционных элементов управляющих СВЧ–устройств на характеристики рассеяния реконфигурируемых печатных ОАР.

5. Разработана методика определения параметров многоэлементных микрополосковых ФАР по результатам решения дифракционных задач.

6. Создан комплекс программного обеспечения для ЭВМ, в котором реализованы разработанные расчетные модели, методики и вычислительные алгоритмы для всех поставленных электродинамических задач. Программный комплекс позволяет существенно расширить возможности моделирования многоэлементных печатных антенных решёток и устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на их основе.

7. С использованием разработанных моделей проведены обширные расчеты и исследованы закономерности формирования электромагнитных полей в многоэлементных печатных антенных решётках и устройствах пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на их основе. Получены новые научные результаты об особенностях рассеяния электромагнитных волн на реконфигурируемых микрополосковых ОАР, в том числе с комбинированными элементами, импедансными штырями и поверхностно–ориентированными включениями. Исследованы фокусирующие свойства плоских рефлекторов на основе многоэлементных печатных отражательных решеток. Выработаны рекомендации по применению многоэлементных микрополосковых решеток в качестве СВЧ– и КВЧ–модулей интеллектуальных радиоэлектронных покрытий.

8. На основе проведенных численных и экспериментальных исследований предложены новые научно обоснованные технические решения в области создания многоэлементных микрополосковых фазированных и отражательных антенных решеток, а также устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на их основе, включающие в себя:

• конструктивное решение для экономичной сканирующей антенной решетки в виде плоской спирафазной линзы на основе многоэлементных решеток печатных излучателей;

• широкополосные фазокорректирующие плоские рефлекторы, позволяющие преобразовывать поляризацию отраженного поля, для двухзеркальных антенных систем;

• ряд решений принципиального и конструктивного характера, как для многофункциональных антенных обтекателей и фрактальных частотно–избирательных поверхностей, так и для СВЧ– и КВЧ–компонентов интеллектуальных радиоэлектронных покрытий.

Таким образом, разработаны теоретические положения, совокупность которых можно классифицировать как крупное достижение в развитии перспективного направления в области антенн, СВЧ–устройств и их технологий — разработки электродинамических методов анализа и моделей, а также исследование многоэлементных печатных антенных решёток и устройств пространственной, частотной и поляризационной селекции и трансформации на их основе для современной элементной базы СВЧ и КВЧ–диапазонов.

По теме диссертации опубликованы: 70 статей, 1 монография (в соавторстве) и 4 коллективные монографии, 152 тезисов и текстов докладов Апробация диссертационной работы. Основные результаты работы докладывались на 55-й Всероссийской научной сессии РНТОРЭС им. А.С.Попова, посвященной Дню радио (Москва, 2000 г.); на VI выездной сессии Межведомственного Научного Совета по комплексным проблемам физики, химии и биологии при Президиуме Российской Академии наук (г. Ростов-на-Дону, 1998 г.), на Всесоюзном научно-методическом семинаре высшей школы по прикладной электродинамике (Москва, 1988 и 1989 гг.), на II и III Международных НТК «Антенно-фидерные устройства, системы и средства радиосвязи» (ICARSM, Воронеж, 1995, 1997, 1999 гг.), на Всероссийской НТК «Микроволновые технологии в народном хозяйстве» (Казань, 1995 г.), на Московской городской НТК, посвященной Дню радио (Москва, 1984 г.), на 1-й и 2-й Всесоюзной НТК «Устройства и методы прикладной электродинамики» (Одесса, 1988 и 1991 гг.), на Всероссийской НТК «Перспективы развития антенно-фидерной техники и ее элементной базы» (Суздаль, 1992 г.), на Всесоюзной НТК «Сложные антенные системы и их компоненты» (Ленинград, 1991 г.), на Международной НТК «Проблемы радиоэлектроники (к 100-летию радио)» (Москва, 19г.), на Республиканской НТК «Расчет и проектирование полосковых антенн» (Свердловск, 1985 г.), с 1-й по 5-ю Всероссийских НТК «Актуальные проблемы микроэлектроники и твердотельной электроники» (Геленджик, 1994-98 гг.), на межвузовской НТК «Интегральные волноводные и полосковые СВЧ элементы систем связи» (Куйбышев, 1987 г.), на 2-й, 3-й и 8-й Международных НТК «Перспективы технологии в средствах передачи информации» (Владимир, 1997, 1999 и 2009 гг.), на Международных конференциях 1998, 2000, 2002, 2004, 2006 и 2008 International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory MMET' 98(00,02,04,и 08) (Харьков, 1998, 2000 и 2006 гг., Киев 2002 г., Днепропетровск 2004 г., Одесса 2008), на III Международной научно-технической конференции «Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии, ФРЭМБ' 98» (Владимир, 1998 г.), на Международных семинарах «International Seminar /Workshop on Direct and Inverts Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory – DIPED'98 (02, 03, 04, 07)» (Тбилиси, 1998, 2002, 2004 гг., Львов 2003, 2007 гг.), с 3-го по 6-й Международных симпозиумах «Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves» MSMW'98(01, 04 и 07)» (Харьков, 1998, 2001, 2004 и 2007 гг.), на 4-й Международной НТК «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 1998 г.), с 3-й по 6-ю Международных конференциях по теории и технике антенн – ICATT’99 (03, 05, 07) – Севастополь 1999, 2003 и 2007, Киев–2005; Международной научно–практической конференции «Телеком-2005», (Ростов–на–Дону, 2005 г.); Всесоюзной научно– технической конференции «Современные проблемы радиоэлектроники», (Москва, 1988); Всероссийской научно–технической дистанционной конференции «Информационно–телекоммуникационные технологии» (Москва, 2003); с 8-й по 19-ю ежегодных Международных Крымских конференциях «СВЧ–техника и телекоммуникационные технологии» (Севастополь, с 1998 г. по 2009 г.); 24th ESTEC Antenna Workshop on Innovate Periodic Antennas: Photonic Bandgap, Fractal and Frequency Selective Structures, 25th ESA Antenna Technology Workshop on Satellite Antenna Technology, 26th ESA Antenna Technology Workshop on Satellite Antenna Modeling and Design Tools (Noordwijk, The Netherlands, 2001–2003), 27th ESA Antenna Technology Workshop on Innovative Periodic Antennas (Santiago de Compostela, Spain 2004), 28th ESA Antenna Workshop on Space Antenna Systems and Technologies, 29th ESA Antenna Workshop on Multiple Beams and Reconfigurable Antennas. Innovation and Challenges, 30th ESA Antenna Workshop on Antennas for Earth Observation, Science, Telecommunications and Navigation Space Missions (Noordwijk, The Netherlands, 2005, 2007 2008); с 1-й по 5-ю Международных научных конференциях «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» (Таганрог, 2001, 2003, 2005, 2007 и 2009 гг.); Международном научном симпозиуме «Progress In Electromagnetics Research Symposium» PIERS 20(Osaka, Japan, 2001г.); Всероссийских научно–технической конференциях с международным участием «Компьютерные технологии в инженерной и исследовательской деятельности» (Таганрог, 1996, 1998 и 1999 гг.); 13th International Symposium on Antennas JINA–2004 (Nice, France 2004 г.), 17th International Wroclaw Symposium and Exhibition on Electromagnetic Compatibility (Вроцлав, Польша 2004 г.); Международный семинар «Modern problems of Computational Electrodynamics» MPCE’04 (Санкт– Петербург – 2004 г.) East–West Workshop “Advanced Techniques in Electromagnetics” as part of an International Microwave and Radar Week in Poland (Варшава, 2004 г.);

2000 International Symposium on Antennas and Propagation (Фукуока, Япония 2000 г.);

Всероссийской НТК «Проблемы развития м совершенствования техники РЭБ в интересах защиты вооружения, военной техники и объектов перспективных систем сверхточного оружия» (Воронеж, 2001); 28-я Московская Международная конференция по теории и технике антенн (Москва, 1998); Межвузовской НТК «Проблемы теории и практики построения радиотехнических систем и перспективные методы приема и обработки измерительной информации» (Ростов-на-Дону, 1998); 4-й и 5-й Международных конференциях «Теория и техника передачи, приема и обработки информации» (Харьков, 1998 и 1999 гг.); IV Международном конгрессе «Конструкторско-технологическая информатика-2000» (Москва, 2000 г.); 5-го рабочего семинара «Машинное проектирование в прикладной электродинамике и электронике» (Саратов, 2001); Международной научных конференциях «Динамика процессов в природе, обществе и технике: информационные аспекты»; «Информационные технологии в естественных, технических и гуманитарных науках»; «Моделирование как инструмент решения технических и гуманитарных проблем»; IV International Symposium on Electromagnetic Compatibility and Electromagnetic Ecology EMC-2001 (Санкт– Петербург, 2001 г.); Международной конференции по телекоммуникациям (Санкт– Петербург, 2001 г.); Всероссийской НТК «Информационно–телекоммуникационные технологии» (Сочи, 2004 г.); Всероссийской НТК «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» ИРЭМВ–99 (Таганрог, 1999 г.); научно–техническом семинаре– совещании «Исследование излучающих электродинамических структур и разработка средств радиоволнового контроля» (Таганрог, 1993 г.); 30th ESA Antenna Workshop (Нордвайк, Нидерланды 2008 г.); 2005 European Microwave Week (Париж, 2005 г.);

SPIE’s Annual Meetings–1999 and 2000 (Los Angeles, 1999, 2000); 2006 IEEE International Workshop “Small Antennas Novel Metamaterials on Antenna Technology” 20IEEE iWAT (New York, 2006); 3-й Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика – XXI век» ЭлИнф-XXI (Москва 2000 г.); Всероссийской научно-технической конференции "Аэрокосмическая техника и высокие технологии – 2001 (Пермь, 2001 г.); 3-м Международном симпозиуме "Конверсия науки — международному сотрудничеству" Сибконверс'99 (Томск, 1999 г.); VI Международной НТК «Электродинамика и техника СВЧ И КВЧ» (Самара, 1999); VIII Международной конференции по Спиновой электронике (секция Международной конференции по Гиромагнитной электронике и электродинамике) ICCSE-1999, (Москва–Фисановка 1999 г.); Отчетной конференции подпрограммы «Транспорт» НТП Минобразования РФ «Научные исследования ВШ по приоритетным направлениям науки и техники» (Москва, 2003 г.); Workshop “Electrodynamics of Microwaves, Submillimeter and Optical Waves”, Saratov Fall Meeting 2003 SFM’2003; Интернет – конференции по подпрограмме “Новые авиационные, космические и транспортные технологии” (Москва, 2003); XXVII General Assembly of URSI (Maastricht, The Netherlands, 2002); 2– nd Chaotic Modeling and Simulation International Conference CHAOS–2009 (Греция, 2009 г.); на ряде научных конференций профессорско-преподавательского состава Московского энергетического института (Технического университета) и Таганрогского технологического института Южного федерального университета, Таганрогского радиотехнического института им. В.Д.Калмыкова и Таганрогского государственного радиотехнического университета.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Монографии:

1. А.О.Касьянов, В.А.Обуховец, Ю.В.Юханов и др. Излучение и рассеяние электромагнитных волн. / Под ред. проф. В.А.Обуховца. – М.: Радиотехника, 2005. — 80 с.

2. Обуховец В.А., Касьянов А.О. Микрополосковые отражательные антенные решетки. Методы проектирования и электродинамическое моделирование / Под ред.

проф.В.А. Обуховца. – М. Радиотехника, 2006г. — 240 с.

3 А.О.Касьянов, В.А.Обуховец, Б.М.Петров и др. Излучение и рассеяние электромагнитных волн. Радиоэлектронные системы локации и связи/М.: Радиотехника, 2007. — 72 с.

4. А.О.Касьянов, В.А.Обуховец, Ю.В.Юханов и др. «Радиоэлектронные средства управления, локации и связи». Под ред. проф. Обуховца В.А. – М.:Радиотехника, 2008.

— 208 с.

5. А.О.Касьянов, В.А.Обуховец, Б.М.Петров и др. «Излучение и рассеяние электромагнитных волн». Под ред. проф. Обуховца В.А. – М.:Радиотехника, 2008. — 208 с.

Статьи в научных журналах:

– без соавторов:

6. Касьянов А.О. Математическая модель микрополосковых электродинамических структур // «Научные Вести НТУ Украины "Киевский политехнический институт"», вып.3(4), Киев: НТУУ, 1998, с.13-18.

7. Касьянов А.О. Численный анализ микрополосковых электродинамических структур // Сб. научных трудов государственного аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского (ХАИ) «Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии», 1998. С.129-135.

8. Касьянов А.О. Анализ микрополосковой фазированной антенной решетки // Научно-технический журнал Национального технического университета Украины «Науквi Вiстi» №4(18), 2001. — С. 25–33.

9.* Касьянов А.О. Дифракция плоской электромагнитной волны на периодических решетках металлических пластин и перфорированных экранах, помещенных в слой диэлектрика // Известия вузов. "Радиоэлектроника", Том 45, № 1, Киев, Украина, 2002, с.71-77.

10.* Касьянов А.О. Исследование интегрированных электродинамических структур // Известия вузов. "Радиоэлектроника", Том 45, № 2, Киев, Украина, 2002, с.37-42.

11*. Касьянов А.О. Характеристики рассеяния микрополосковых отражательных антенных решеток с импедансными включениями // Научно-технический и теоретический журнал «Антенны», вып.4 (59), М.: ИПРЖР, 2002, с.23–28.

12.* Касьянов А.О. Твист–поляризаторы на основе микрополосковых дифракционных решеток // журнал «Антенны», вып.5 (60), М.: ИПРЖР, 2002, с.34–39.

13.*. Касьянов А.О. Методика определения углов "ослепления" микрополосковой фазированной антенной решетки // Известия ТРТУ №1, 2002 - Таганрог, 2002. - С.

22-26.

14.* Касьянов А.О. Численное моделирование антенн радиолокационного измерителя параметров морского волнения // Научный журнал: Известия ВУЗов «Радиоэлектроника», том 46, №6, 2003. — С.12-20.

15.* Касьянов А.О. Двухзеркальная антенна Кассегрена на основе решеток печатных элементов // Научный журнал: «Антенны», вып.6 (73), М.: ИПРЖР, 2003. – С. 17-22.

16.* Касьянов А.О. Модификация антенной части радионавигационного комплекса автоматизированной системы судов // Научный журнал: Известия ВУЗов "Радиоэлектроника", том 46, №10, 2003. - С.37-46.

17. Касьянов А.О. Волноводное моделирование частотно–селективных структур на основе микрополосковых дифракционных решеток // Междуведомственный сборник научных статей «Рассеяние электромагнитных волн»,вып.12,2003. – С.121-127.

18.* Касьянов А.О. Численное исследование особенностей поведения токов микрополосковой дифракционной решётки вблизи рёбер печатных элементов // Научный журнал: Известия ТРТУ № 1, 2004 – Таганрог, 2004. – С. 20 – 23.

19.* Касьянов А.О. Численное исследование частотно-избирательных поверхностей с фрактальными элементами // Научный журнал: «Антенны», вып.9 (100), М.:

ИПРЖР, 2005. — С. 13-19.

20.* Касьянов А.О. Численное исследование особенностей поведения токов микрополосковой отражательной решетки // «Радиотехника», № 2, 2006. – М.: ИПРЖР. – С. 96 – 100.

21.* Касьянов А.О. Моделирование излучателей микрополосковых антенных решеток с продольным расположением элементов // Научный журнал: Известия ТРТУ № 9, 2006 – Таганрог, 2006. – С. 33 – 37.

22.* Касьянов А.О. Математическая модель антенных решеток продольных печатных излучателей// Научный журнал: «Антенны» №5(120), 2007. — С. 15–22.

23.* Касьянов А.О. Математическая модель антенной решетки продольных печатных излучателей // ж.«Антенны», 2008, №11 – М.: Радиотехника, 2008. – С. 77-84.

24.* Касьянов А.О. Численное исследование частотно–избирательных поверхностей с фрактальными элементами // Научный журнал «Антенны», 2008, №11 – М.:

Радиотехника, 2008. — С. 32-41.

25.* Касьянов А.О. Численное исследование металлодиэлектрических частотно– избирательных решеток с печатными и апертурными элементами// "Электромагнитные волны и электронные системы" (научный журнал), т.15, №5, 2010.– М.: Радиотехника 2010 (в печати).

– в соавторстве:

26. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Дифракция плоской электромагнитной волны на периодической полосковой структуре //Междувед. сборник научных статей "Рассеяние электромагнитных волн", Таганрог: ТРТИ, вып.5, 1985, с. 6-14.

27. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Рассеяние волн периодической решеткой с пассивными нагрузками // "Рассеяние электромагнитных волн" (межвуз. сборник), Таганрог: ТРТИ, вып. 6, 1987, с.19-28. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Результаты численного решения задачи дифракции для полосковой решетки // "Рассеяние электромагнитных волн" (межвуз. сборник), Таганрог: ТРТИ, вып. 7, 1989, с.43-47.

29. Касьянов А.О., Семенихин А.И., Ильин И.В.Поляризационные и импедансные свойства микрополосковых решеток с управляемыми нагрузками//"Рассеяние электромагнитных волн" (межвуз. сборник), Таганрог: ТРТИ, вып.8, 1991, с. 113-119.

30. Касьянов А.О., Обуховец В.А., Кашубин Б.Т., Логвиненко Е.Л. Рупорная антенна с поперечной электромагнитной волной // "Рассеяние электромагнитных волн" (межвуз. сборник), Таганрог: ТРТИ, вып.9, 1993, с. 109-116.

31. Касьянов А.О., Семенихин А.И. Эквивалентные схемы микрополосковых дифракционных решеток // "Рассеяние электромагнитных волн" (межвуз. сборник), Таганрог: ТРТИ, вып.9, 1993, с. 103-109.

32. Касьянов А.О., Обуховец В.А., Петров Б.М. и др. Математическое моделирование компонентов систем СВЧ гипертермии и диагностики // Научно-технич журнал «Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ», 1995, №3(11), с.160.

33. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Возбуждение микрополосковой фазированной антенной решетки // "Рассеяние электромагнитных волн" (межвуз. сборник), Таганрог: ТРТИ, вып.10, 1995, с. 127-140.

34.* Касьянов А.О., Обуховец В.А. Управление токами в микрополосковой антенной решетке с нагруженными элементами // Научно-технический журнал НТОРЭС им. Попова «Радиотехника», 1995, №12, с.32-36.

35.* Касьянов А.О., Обуховец В.А. Плоская спирафазная фокусирующая линза // Научно-технический журнал «Антенны», вып.1 (40), М.: ИПРЖР, 1998, с.57-62.

36.* Касьянов А.О., Обуховец В.А. Конструктивный синтез зеркальной антенны с рефлектором в виде плоской решетки печатных излучателей // Научно-технический журнал «Антенны», вып.2 (43), М.: ИПРЖР, 1999. — С.10-17.

37. Касьянов А.О., Загоровский В.И. Переизлучающая структура на основе двух печатных решеток // Междуведомственный сборник научных статей «Рассеяние электромагнитных волн». - Таганрог, 1999. Вып.11. - С.29-36.

38.* Касьянов А.О., Обуховец В.А. Методика определения углов "ослепления" микрополосковой ФАР на основе решения дифракционных задач // Ежемесячный научно-технический журнал «Радиотехника» №7 июль 2001. — С. 114–118.

39.* Касьянов А.О., Обуховец В.А. Интеллектуальные радиоэлектронные покрытия.

Современное состояние и проблемы. Обзор //«Антенны» №4(50), 2001. — С. 4–11.

40.* Касьянов А.О., Обуховец В.А. Отражательные антенные решетки как микроволновые компоненты интеллектуальных покрытий//Антенны,№4(50),2001.–С.12-19.

41.* Касьянов А.О., Загоровский В.И. Разработка СВЧ–компонентов радиолокационной сети сбора оперативной информации об экологической обстановке в акватории // «Известия ТРТУ» (научн. журнал) №2, 2001 – Тематический выпуск. Математическое моделирование и системные исследования в экологии, Таганрог: Издво ТРТУ. — С.113-116.

42.* Касьянов А.О., Обуховец В.А., Загоровский В.И. Электродинамический анализ многослойных микрополосковых отражательных антенных решеток // Научно-технический и теоретический журнал Антенны, вып.4 (59), М.: ИПРЖР, 2002, с.4–11.

43.* Касьянов А.О., Обуховец В.А., Загоровский В.И., Мельников С.Ю. Комплекс программ по проектированию отражательных антенных решеток // Научный журнал "Программные продукты и системы", вып.1, 2002, с.9–12.

44.* Касьянов А.О., Обуховец В.А., Загоровский В.И. Численное моделирование микрополосковой фазированной антенной решетки // Научно-технический журнал НТОРЭС А.С. Попова «Радиотехника», №12, 2002. – М., ИПРЖР, 2002. – С. 57-64.

45.* Касьянов А.О., Обуховец В.А. Моделирование фазированных антенных решеток в интегральном исполнении // Научный журнал "Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА", 2002, № 4, с.79-86.

46.* Касьянов А.О., Обуховец В.А. Результаты численного моделирования микрополосково–штыревой отражательной антенной решетки // Научный журнал: Антенны, вып.6 (73), М.: ИПРЖР, 2003. — С. 4 – 9.

47. Касьянов А.О., Мушников В.В. Плоская микрополосковая дифракционная решётка с незеркальным отражением падающей волны // Междувед. сборник научных статей "Рассеяние ЭМВ". — Вып. 13, 2004. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, С. 6 – 14.

48.* Касьянов А.О., Бизюков А.Ю. Поляризационный манипулятор на основе печатной отражательной антенной решетки // Научный журнал: Известия ТРТУ – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004. № 8(43) — С. 28 – 31.

49.* Касьянов А.О., Обуховец В.А. Расчёт и экспериментальное исследование многофункционального обтекателя судовой антенны // Научно – технический журнал НТОРЭС А.С. Попова «Радиотехника», № 4, 2004 г.; М. ИПРЖР. – С. 51 – 56.

50.* Касьянов А.О., Обуховец В.А., Хайкин В.Б. Частотно–избирательная поверхность на 30/90/150ГГц многолучевого солнечного радиотелескопа //«Электромагнитные волны и электронные системы» №6, т.10, 2005–М.,ИПРЖР, 2005. – С.56-59.

51.* Касьянов А.О., Обуховец В.А. "Частотно–избирательные поверхности. Основные области применения" «Антенны», вып.9 (100), М.: ИПРЖР, 2005, — С. 4-52.* Касьянов А.О., Заковоротный С.И., Обуховец В.А. Расширение функций плоского фазокорректирующего рефлектора при включении импедансных нагрузок //«Радиотехника», № 2, 2006г. – М.: ИПРЖР. – С. 60 – 64.

53.* Касьянов А.О., Обуховец В.А. Разработка микрополосковых отражательных антенных решеток для фокусировки и поляризационной фильтрации на СВЧ // «Успехи современной радиоэлектроники» №4, 2006 – М., ИПРЖР, 2006. – С.27 – 54. Касьянов А.О., Ильин И.В, Аветисян Л.А. Модификация измерительного стенда определения характеристик рассеяния на СВЧ радиолокационных отражателей, находящихся на взволнованной морской поверхности //Междувед. сборник научных статей "Рассеяние ЭМВ". Вып. 14, 2006. — Таганрог: Изд-во ТРТУ, С. 31 – 37.

55.* А.О.Касьянов, В.А.Обуховец, Численное моделирование микрополосковых антенных решеток из продольных широкополосных излучателей//ж. Антенны №1(116), 2007. — С. 61–65.

56.* А.О.Касьянов, В.А.Обуховец, В.В.Мушников, Математическое моделирование излучателей решеток печатных вибраторов на опорных стойках и численное исследование их характеристик согласования//ж. Радиотехника №1, 2007. — С. 85–89.

57.* А.О.Касьянов, В.А.Обуховец, Рассеяние плоской волны на антенной решетке продольных печатных излучателей//ж. Антенны №5(120), 2007. — С. 4–9.

58.* А.О.Касьянов, В.А.Обуховец, В.В.Мушников, Результаты численного и экспериментального исследований микрополосковых печатных излучателей антенных решеток// ж. Антенны №5(120), 2007. — С. 9–15.

59.* Касьянов, А.О. Широкополосное согласование излучателя антенной решетки системы радиомоноторинга КВ–диапазона/ В.А.Обуховец, А.О.Касьянов, С.Г.Грищенко // журнал «Радиотехника», 2008, №11 – М.: Радиотехника, 2008. — С. 60-63.

60.* А.О.Касьянов, Математическая модель плоской микрополосковой фазированной антенной решетки, возбуждаемой коаксиальными волноводами / А.О.Касьянов, С.И.Заковоротный // «Радиотехника», 2008,№11–М.:Радиотехника,2008. – С. 73-79.

61*. А.О.Касьянов, В.В.Мушников, В.А.Обуховец, Характеристики направленности конечных многоэлементных плоских микрополосковых отражательных антенных решеток// Ж. «Радиотехника», 2008, №11 – М.: Радиотехника, 2008. — С. 64-72.

62*. Обуховец В.А., Грищенко С.Г., Касьянов А.О. Электродинамический анализ и оптимизация магнитодиэлектрических структур на основе тел вращения // Научный журнал «Антенны», 2008, №11 – М.: Радиотехника, 2008. — С. 4-10.

63*. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Частотно–избирательные поверхности. Основные области применения //Антенны,2008, №11 – М.: Радиотехника, 2008. – С. 17-24.

64*. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Электродинамическое моделирование и конструктивный синтез планарных частотно–избирательных поверхностей // Научный журнал «Антенны», 2008, №11 – М.: Радиотехника, 2008. — С. 24-32.

65*. Касьянов А.О., Обуховец В.А., Мушников В.В. Результаты численного и экспериментального исследований широкополосных печатных излучателей антенных решеток // Журнал «Антенны», 2008, №11 – М.: Радиотехника, 2008. — С. 72-77.

66. А.О.Касьянов, С.И.Заковоротный. Математическая модель плоской микрополосковой фазированной антенной решетки, возбуждаемой коаксиальной линией питания. Формулировка системы интегральных уравнений//В сборнике научно-технических статей «Рассеяние ЭМ волн» Вып.15, Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2008 – 227 с.

67. С.И.Заковоротный,А.О.Касьянов Математическая модель плоской микрополос- ковой фазированной антенной решетки, возбуждаемой коаксиальной линией питания. Решение вспомогательных задач// В сборнике научно-технических статей «Рассеяние электромагнитных волн» Вып.15, Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2008 – 227 с.

68. В.В.Мушников, А.О.Касьянов. Расчет диаграммы направленности конечной микрополосковой отражательной антенной решетки//В сборнике научно-технических статей «Рассеяние электромагнитных волн» Вып.15,Таганрог:ТТИ ЮФУ,2008-227с.

69. Е.Л.Логвиненко, А.О.Касьянов, М.С.Китайский. Согласование излучателя антенной решетки системы радиомониторинга КВ-диапазона//В сборнике научнотехнических статей «Рассеяние электромагнитных волн» Вып.15/ Под ред. проф.

Петрова Б.М., Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2008 – 227 с.

70*. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Металло–диэлектрические частотно–избирательные поверхности // "Электромагнитные волны и электронные системы" (научный журнал), т.14, №11, 2009.– М.: Радиотехника 2009, с. 29-71*. Касьянов А.О., Обуховец В.А., Китайский М.С. Математическая модель микрополосковой ОАР комбинированных излучателей // "Электромагнитные волны и электронные системы" (научн.ж.), т.14, №5, 2009.– М.: Радиотехника 2009, с. 56-65.

72. Касьянов А.О., Китайский М.С. Модель плоской микрополосковой решетки ректенн, состоящей из комбинированных излучателей // «Известия ТТИ ЮФУ. Технические науки» (научный журнал), Таганрог, 2010: Изд-во ТТИ ЮФУ (в печати).

73. Касьянов А.О., Китайский М.С. Результаты численного исследования плоской ректенной решетки печатных комбинированных элементов // «Известия ТТИ ЮФУ.

Технические науки» (науч. журнал), Таганрог, 2010: Изд-во ТТИ ЮФУ (в печати).

74. Касьянов А.О., Заковоротный С.И. Результаты численного исследования характеристик рассеяния плоской микрополосково–штыревой ректенной решетки отражательного типа // «Известия ТТИ ЮФУ. Серия: Технические науки» (научный журнал) №2, 2010 – Тематический выпуск «Информационно–телекоммуникационные системы в энергетике», Таганрог, 2010: Изд-во ТТИ ЮФУ (в печати).

75*. Заковоротный С.И., Касьянов А.О., Обуховец В.А. Математическая модель многоэлементной микрополосковой отражательной антенной решетки, размещенной на круговом проводящем цилиндре// «Антенны», М.: Радиотехника, 2010 (в печати).

Зарубежные издания, включенные в систему цитирования Web of Science – Science Citation Index Expanded (база данных по естественным наукам):

76.* A.Kasyanov, Input impedance of microstrip radiator, base in structure of an antenna array // Proceedings of Progress In Electromagnetics Research symposium, PIERS 2001, July 18-22, 2001, Osaka, Japan. — P. 181.

77.* A.Kasyanov, Numerical research of printed electrodynamic structures // 2004 13th International Symposium on Antennas, Nice, France, 8-10 November, 2004 – P.260–263.

78.* A.Kasyanov, Flat spiraphase focusing lens // European Microwave Week 2005, Conference Proceedings - 35th European Microwave Conference EuMW-2005, Paris, France, 3-7 October 2005. — P. 1951–1954.

79.* A.Kasyanov, Equivalent circuits of microstrip reflectarrays // Proceedings of 20IEEE International Workshop on Antenna Technology: Small Antennas. Novel Metamaterials – iWAT-2006, New York USA, 2006. — P. 353–356.

* Работы в журналах из Перечня ВАК







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.