Тема: ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЛИНЗЫ ЛЮИЕБЕРГА

В настоящее время в радиолокационных и телекоммуникационных комплексах все чаще применяются многолучевые и сканирующие антенные системы, позволяющие расширить возможности существующих систем и яв­ляются важной часть разрабатываемых телекоммуникационных систем ново­го поколения. Чаще всего такие системы создаются на основе фазированных антенных решеток (ФАР). Основным элементом, с помощью которого осу­ществляется управление ФАР, является диаграммообразующая схема (ДОС), она же является самым сложным и громоздким элементом такой системы. Один из важнейших недостатков таких антенных систем заключается в ис­кажениях диаграммы направленности (ДН) при больших углах сканирования, связанных с расширением главного лепестка ДН, уменьшением коэффициен­та усиления, ростом уровня боковых лепестков (УБЛ) [1]. Кроме того, в большинстве случаев к недостаткам ФАР относят громоздкую и дорогостоя­щую ДОС. Антенную систему, не имеющую таких проблем, и имеющую бо­лее простую схему управления лучами, можно построить на основе линзы Люнеберга [2, 3]. Линзовые антенны из неоднородного диэлектрика известны достаточно давно и были достаточно подробно описаны в [4].
Тип диаграммы направленности, получаемый при использовании лин­зы Люнеберга, зависит от ее геометрии: у сферической линзы это игольчатая ДН, у цилиндрической - веерная. Эффект концентрации поля линзой Люне- берга наблюдается при определенном законе изменения коэффициента пре­ломления в радиальном направлении, который в свою очередь связан с ди­электрической проницаемостью материала. Данный закон был описан мате­матиком Рудольфом Карлом Люнебергом еще в 1944 году [5]. Чаще всего плавный закон изменения диэлектрической проницаемости заменяют сту­пенчатым, следовательно, неоднородную структуру на слоистую. Создание таких линзовых антенн сталкивается с рядом проблем, связанных с получе­нием материалов с необходимым значением диэлектрической проницаемости и поиском оптимального способа стратификации линзы. Интерес к такого рода линзовым антеннам снова возрос с развитием технологий по получению диэлектриков с требуемыми параметрами и развитием пакетов электромаг­нитного моделирования, позволяющих исследовать сложные конструкции с различными параметрами. Так, например, значение диэлектрической прони­цаемости материала может меняться за счет введения в однородный матери­ал разного рода добавок, неоднородностей, вкраплений металла [6, 7, 8].
В общем виде решение задачи проектирования структур, ведущих себя как линза Люнеберга, можно разделить на несколько направлений:
а) проектирование сферических линз Люнеберга из вспененных ди­электриков, сложных структур с частичным заполнением воздухом, приме­нение специальных материалов и конструкций. Описанные варианты проил­люстрированы в [9, 10, 11];
б) проектирование цилиндрических планарных линз Люнеберга. Раз­личные конструкции, в которых добиваются получения схожего изменения фазы волны, проходящей через такую структуру [12, 13, 14]. Данные цилин­дрические линзы имеют высоту меньше длины волны на централь­ной частоте;
в) проектирование сложных структур с применением металла , изменя­ющих фазовую скорость волны, проходящей через них [15, 16];
г) проектирование полноразмерных цилиндрических линз Люнеберга, изготовленных из диэлектрика [16, 17, 18].
В основе всех этих способов лежит один принцип - это изменение фа­зовой скорости фронта волны, проходящей через эти структуры таким же об­разом как будто волна проходит через однородную линзу Люнеберга.
В данной работе рассматривается вопрос проектирования полнораз­мерной цилиндрической линзы Люнеберга. Интерес к созданию большой ци­линдрической линзы Люнеберга связан с перспективами использования тако­го рода антенн в системах связи нового поколения в качестве альтернативы существующим антеннам базовых станций. А создание большой объемной цилиндрической линзы позволит формировать на ее основе сканирующие и многолучевые антенные системы.
Купить

В ходе выполнения магистерской диссертации:
а) было исследовано несколько способов имитации структуры линзы Люнеберга. Показана работоспособность моделей таких линзовых антенн, найдены недостатки конструкций и ограничения на их использования;
б) было рассмотрено два закона изменения коэффициента преломления (1) и (2), а также получены радиальные структуры линз из шести слоев для каждого из рассмотренных законов;
в) был выбран в качестве материала изготовления пластик, а способа изготовления 3-0 печать;
г) получена универсальная аппроксимирующая функция, позволившая получить плавный закон изменения эффективной диэлектрической проница­емости;
д) была смоделирована и оптимизирована конструкция линзы по ап­проксимирующей функции.
В таблице 7 представлены результаты моделирования шестислойной цилиндрической линзы Люнеберга с смещенной точкой фокуса внутрь и ре­зультаты для линзы полученной по аппроксимирующей функции после оп­тимизации...
Купить