Разработка антенной решетки с параболическими
зеркальными антеннами с управлением диаграммой направленности путем изменения амплитудно-фазового распределения в X-диапазоне
Введение 14
1. Обзор литературы и известных методов расчёта фазированных антенных
решеток 17
1.1 Исторический обзор 17
1.2 Введение в теорию ФАР и АФАР 27
1.3 Метод теоремы перемножения 29
1.4 Методы расчёта неэквидистантных ФАР 37
1.5 Теория о частичном фазовом центре антенны 43
1.6 Метод АОП 51
Выводы к разделу 55
2. Моделирование ФАР в различных программных пакетах 56
2.1 Принцип построения зеркальных антенн 56
2.2 Методы расчёта, используемые в современных САПР 60
2.3 Метод расчёта, используемый в Mirror. Расчет отдельного элемента 62
2.4 Моделирование в Matlab 70
2.5 Построение в HFSS. Нахождение фокусного центра облучателя 74
2.6 Построение в FEKO. Моделирование антенной решетки 76
2.7 Микрополосковый делитель 87
Выводы к разделу 91
3. Создание экспериментального макета и получение ридотехнических
характеристик 92
3.1 Построение макета ФАР 92
3.3 Питание элементов решетки. АФУ и сумматор мощности 102
3.4 Получение экспериментальных данных 107
Выводы к разделу 112
Выводы к работе 113
Заключение 114
Список использованной литературы 115
Приложение
В практике построения наземных комплексов, предназначенных для космической связи, будь то управление космическими аппаратами или астрономические исследования, одним из основных вопросов является выбор антенной системы - радиотелескопа (РТ). Конструкции антенн радиотелескопов отличаются большим разнообразием, что обусловлено очень широким диапазоном длин волн, используемых в радиоастрономии (от 0,1 мм до 1000 м). Антенны радиотелескопов, принимающих
миллиметровые, сантиметровые, дециметровые и метровые волны, чаще всего представляют собой параболические отражатели, подобные зеркалам обычных оптических рефлекторов. В фокусе параболоида устанавливается облучатель - устройство, собирающее радиоизлучение, которое направляется на него зеркалом, или же наоборот, если антенна является приемной.
В зависимости от конструкции антенн для направления в исследуемую область неба рефлектор может устанавливаться на азимутальных и угломестных поворотных устройствах, обеспечивающих повороты по азимуту и углу места (полноповоротные антенны). Существуют также антенны, допускающие лишь ограниченные повороты и даже полностью неподвижные. Направление приёма в неподвижных антеннах (обычно очень большого размера) достигается путем перемещения облучателей, которые воспринимают отраженное от антенны радиоизлучения, однако лишь в небольшом диапазоне углов.
Разнообразие объектов исследования, широкий диапазон длин волн и быстрые темпы развития привели к большому разнообразию типов радиотелескопов. В Таблица 1 приведены примеры некоторых радиотелескопов, использующих в качестве рефлектора параболическую поверхность.
Совершенствующая космическая техника требует обеспечения качественного приема связи на все большие расстояния, а астрономические исследования используют все более узкий луч диаграммы направленности. В связи с этим существующая антенная техника требует своей модернизации, а построение радиотелескопов с огромным диаметром уходит в прошлое, уступая своё место антенным полям. Одним из решений является радиотелескоп Хаббл, находящийся на орбите Земли, тем самым позволяя ученым вести исследования Вселенной в частотных диапазонах, для электромагнитных волн которого Земная атмосфера является непрозрачной. Поскольку доставка на орбиту крупногабаритных параболических антенн, а также дальнейший их монтаж и обслуживание довольно затруднительно, актуальный вопросом является построение антенных полей космического базирования, где вопрос компактного размещения элементов особенно актуален.
