Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук.
Челябинск, Южно-Уральский государственный университет, 2007. – 171
с.
Специальность - 05.12.07 «Антенны, устройства СВЧ и их технологии»
Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Войтович
Николай Иванович
Целью диссертационной работы является:
разработка вычислительных моделей конструкций волноводно-полоскового турникетного соединения и РА, способных с допустимыми отклонениями предсказывать электродинамические параметры рабочих образцов исследуемой антенны;
выявление основных закономерностей поведения характеристик направленности РА в диапазоне частот с использованием ее вычислительной модели;
разработка методики расчета РА, позволяющей создавать образцы антенн без применения эмпирических методов исследований;
разработка и анализ макета модели предложенного волноводно¬-полоскового турникетного соединения, обеспечивающей достаточную точность прогнозирования электродинамических параметров рабочих образцов ВГТТС и антенны;
экспериментальные исследования согласования ВПТС с образцом плоской антенны. Научная новизна:
Теоретически и экспериментально проведены численные исследования влияния параметров резонатора, таких как шаг решетки, толщина решетки, высота резонатора на КНД резонаторной антенны. Выявлены закономерности в поведении графика КНД при изменении размеров резонатора.
Проведены исследования по влиянию количества и местоположения возбуждающих щелей антенны на ее характеристики. Получена зависимость влияния расположения щели под излучающим отверстием. Сделано заключение, что резонатор квадратной формы, размером 8 на 8 отверстий, возбуждаемый двумя щелями, расположенные симметрично расстоянии много меньшем размера широкой стенки от центра резонатора, выгодно отличается по своим характеристикам (КНД ширина полосы пропускания) от прямоугольных резонаторов. В процессе исследований была получена ярко выраженная зависимость о влиянии взаимного расположения возбуждающих щелей и отверстий решетки на ДН резонаторной антенны. Установлено, что щель должна находиться между излучаемыми отверстиями.
Разработана методика, позволяющая вычислять геометрические параметры РА по заданным характеристикам направленности и диапазону рабочих частот.
Предложен макет компактного и технологичного волноводно- полоскового турникетного соединения (ВПТС), содержащего четыре симметричных полосковых линии, соединенных крестом в плоскости полосок, и круглый волновод, расположенный перпендикулярно плоскости креста. Практическая ценность
Изготовлены и испытаны образец одиночного объемного резонатора и образец плоской резонаторной антенны, также макет волноводно-полоскового турникетного соединения.
Образец резонатора работает в диапазоне 12,2-12,8 ГГц с двумя круговыми поляризациями с коэффициентом усиления в 21 дБ.
В составе плоской резонаторной антенны использован макет волноводно-полоскового турникетного соединения для запитки 16 объемных резонаторов. Антенна работает в диапазоне 12,2 - 12,8 ГГц с двумя круговыми поляризациями с коэффициентом усиления в 31 дБ. Испытания антенны проведены в «НИИ по измерительной технике» г. Челябинск.
Модель, алгоритмы и программы расчета РА используются в учебном процессе в Южно-Уральском государственном университете в курсах “Электродинамика и распространение радиоволн'’, “Техническая электродинамика”, “Информатика и вычислительная техника”, “Антенны и устройства СВЧ”. ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Плоская антенна с двойной круговой поляризацией для непосредственного приема спутникового телевидения
Принцип работы плоской антенны, составные элементы
Волноводно-полосковое турникетное соединение
Делитель мощности
Резонаторная антенна
Решение электродинамической задачи для резонаторной антенны
Глава 2. Решение внешней задачи для резонаторной антенны
Использование тензорных функций Грина для решения внешней задачи
Напряжённость магнитного поля резонаторной антенны
Вычисление напряжённости магнитного поля методом стационарной фазы
Диаграмма направленности и КНД резонаторной антенны
Глава 3. Численные исследования
Исследование КНД резонаторной антенны в диапазоне частот
Аппроксимация магнитных токов на излучающих отверстиях и точность вычисления диаграмм направленности
Зависимость КНД резонаторной антенны от периода решетки излучающих отверстий
Частотная характеристика коэффициента направленного действия при изменении толщины перфорированной стенки
Зависимость КНД резонаторной антенны от высоты резонатора
Зависимость КНД резонаторной антенны, возбуждаемой одной щелью, от размера резонатора
Зависимость КНД резонаторной антенны, возбуждаемой двумя щелями, от размера резонатора
Глава 4. Экспериментальные исследования
Макеты антенн и экспериментальная установка резонаторной антенны
Резонаторная антенна, возбуждаемая двумя отверстиями связи
Исследование волноводно-полоскового турникетного соединения
Описание волноводно-полоскового турникетного соединения
Макет волноводно-полоскового турникетного соединения и экспериментальная установка
Устройство макета соединения
Анализ лабораторной установки и устройств, входящих в ее состав
Волноводно-полосковое турникетное соединение как согласованный четырёхплечевой разветвитель мощности
Влияние диаметра согласующей пластины на согласование волноводно-полоскового турникетного соединения
Влияние размеров полоскового резонатора на согласование ВПТС со стороны круглого волновода
Влияние сегментов на потери мощности в ВПТС
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
разработка вычислительных моделей конструкций волноводно-полоскового турникетного соединения и РА, способных с допустимыми отклонениями предсказывать электродинамические параметры рабочих образцов исследуемой антенны;
выявление основных закономерностей поведения характеристик направленности РА в диапазоне частот с использованием ее вычислительной модели;
разработка методики расчета РА, позволяющей создавать образцы антенн без применения эмпирических методов исследований;
разработка и анализ макета модели предложенного волноводно¬-полоскового турникетного соединения, обеспечивающей достаточную точность прогнозирования электродинамических параметров рабочих образцов ВГТТС и антенны;
экспериментальные исследования согласования ВПТС с образцом плоской антенны. Научная новизна:
Теоретически и экспериментально проведены численные исследования влияния параметров резонатора, таких как шаг решетки, толщина решетки, высота резонатора на КНД резонаторной антенны. Выявлены закономерности в поведении графика КНД при изменении размеров резонатора.
Проведены исследования по влиянию количества и местоположения возбуждающих щелей антенны на ее характеристики. Получена зависимость влияния расположения щели под излучающим отверстием. Сделано заключение, что резонатор квадратной формы, размером 8 на 8 отверстий, возбуждаемый двумя щелями, расположенные симметрично расстоянии много меньшем размера широкой стенки от центра резонатора, выгодно отличается по своим характеристикам (КНД ширина полосы пропускания) от прямоугольных резонаторов. В процессе исследований была получена ярко выраженная зависимость о влиянии взаимного расположения возбуждающих щелей и отверстий решетки на ДН резонаторной антенны. Установлено, что щель должна находиться между излучаемыми отверстиями.
Разработана методика, позволяющая вычислять геометрические параметры РА по заданным характеристикам направленности и диапазону рабочих частот.
Предложен макет компактного и технологичного волноводно- полоскового турникетного соединения (ВПТС), содержащего четыре симметричных полосковых линии, соединенных крестом в плоскости полосок, и круглый волновод, расположенный перпендикулярно плоскости креста. Практическая ценность
Изготовлены и испытаны образец одиночного объемного резонатора и образец плоской резонаторной антенны, также макет волноводно-полоскового турникетного соединения.
Образец резонатора работает в диапазоне 12,2-12,8 ГГц с двумя круговыми поляризациями с коэффициентом усиления в 21 дБ.
В составе плоской резонаторной антенны использован макет волноводно-полоскового турникетного соединения для запитки 16 объемных резонаторов. Антенна работает в диапазоне 12,2 - 12,8 ГГц с двумя круговыми поляризациями с коэффициентом усиления в 31 дБ. Испытания антенны проведены в «НИИ по измерительной технике» г. Челябинск.
Модель, алгоритмы и программы расчета РА используются в учебном процессе в Южно-Уральском государственном университете в курсах “Электродинамика и распространение радиоволн'’, “Техническая электродинамика”, “Информатика и вычислительная техника”, “Антенны и устройства СВЧ”. ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Плоская антенна с двойной круговой поляризацией для непосредственного приема спутникового телевидения
Принцип работы плоской антенны, составные элементы
Волноводно-полосковое турникетное соединение
Делитель мощности
Резонаторная антенна
Решение электродинамической задачи для резонаторной антенны
Глава 2. Решение внешней задачи для резонаторной антенны
Использование тензорных функций Грина для решения внешней задачи
Напряжённость магнитного поля резонаторной антенны
Вычисление напряжённости магнитного поля методом стационарной фазы
Диаграмма направленности и КНД резонаторной антенны
Глава 3. Численные исследования
Исследование КНД резонаторной антенны в диапазоне частот
Аппроксимация магнитных токов на излучающих отверстиях и точность вычисления диаграмм направленности
Зависимость КНД резонаторной антенны от периода решетки излучающих отверстий
Частотная характеристика коэффициента направленного действия при изменении толщины перфорированной стенки
Зависимость КНД резонаторной антенны от высоты резонатора
Зависимость КНД резонаторной антенны, возбуждаемой одной щелью, от размера резонатора
Зависимость КНД резонаторной антенны, возбуждаемой двумя щелями, от размера резонатора
Глава 4. Экспериментальные исследования
Макеты антенн и экспериментальная установка резонаторной антенны
Резонаторная антенна, возбуждаемая двумя отверстиями связи
Исследование волноводно-полоскового турникетного соединения
Описание волноводно-полоскового турникетного соединения
Макет волноводно-полоскового турникетного соединения и экспериментальная установка
Устройство макета соединения
Анализ лабораторной установки и устройств, входящих в ее состав
Волноводно-полосковое турникетное соединение как согласованный четырёхплечевой разветвитель мощности
Влияние диаметра согласующей пластины на согласование волноводно-полоскового турникетного соединения
Влияние размеров полоскового резонатора на согласование ВПТС со стороны круглого волновода
Влияние сегментов на потери мощности в ВПТС
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ