автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.21, диссертация на тему:Исследование характеристик направленности антенн на основе резонатора с частично прозрачной стенкой для непосредственного приема спутникового телевидения

УДК 621.396.67:621.372.8.049.75

Для служебного пользования Экз.№ £

На правах рукописи

Соколов Александр Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕНН НА ОСНОВЕ РЕЗОНАТОРА С ЧАСТИЧНО ПРОЗРАЧНОЙ СТЕНКОЙ ДЛЯ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ПРИЕМА СПУТНИКОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Специальность 05.12.21 - "Радиотехнические системы специального назначения, включая технику СВЧ и технологию их производства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2000

Работа выполнена на кафедре "Конструирование и производство радиоаппаратуры" Южно-Уральского государственного университета, г. Челябинск.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Войтович Николай Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сташкевич Александр Иванович; кандидат технических наук, доцент Шабунин Сергей Николаевич

Ведущая организация (предприятие)

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ракетный центр "КБ им. академика В.П. Макеева", Челябинская область, г. Миасс

Защита состоится 30 июня 2000 г. в 15-00 на заседании диссертационного совета ССК 063.25.04 Уральского государственного технического университета по адресу: 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 32, радиотехнический факультет УГТУ, ауд. Р-237.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, УГТУ, ученому секретарю диссертационного совета ССК 063.25.04 Важенину В.Г.

Автореферат разослан 12 мая 2000 г. Ученый секретарь

диссертационного совета ССК 063.25.04,

кандидат технических наук, доцент

Важенин В.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Диссертационная работа посвящена анализу свойств резонаторных антенн (РА) с частично прозрачной стенкой. В последние десятилетия исследователи и разработчики антенн проявляют все больший интерес к миниатюризации антенн путем использования в них резонансных явлений. Миниатюризация антенн имеет первостепенное значение для современной самолетной аппаратуры, космических кораблей, спутниковой связи, мобильных радиоэлектронных средств. В связи с развитием спутникового телевидения в последние годы возник большой практический интерес к разработке бытовых плоских антенн для непосредственного приема спутникового телевидения.

При проектировании антенн процесс миниатюризации развивался медленно. Применение полупроводниковых устройств и гибридных интегральных микросхем создало большую диспропорцию между размерами антенн и других радиоэлектронных устройств. Миниатюризация антенн ограничивается электродинамическими свойствами излучающих устройств, поскольку свойства направленности антенны зависят от размеров ее апертуры в длинах волн.

Экспериментальная отработка РА трудоемка, требует большого количества времени и серьезных материальных затрат. Приближенные методы расчета РА с высокой добротностью, а, следовательно, и малой шириной полосы рабочих частот (1% и менее), оказываются непригодными для разработки РА с полосой рабочих частот 5 - 7% и более из-за больших погрешностей. Эти факторы сделали актуальным создание численных моделей таких антенн. Модельные исследования стали возможны лишь с появлением эффективных численных методов и определенным уровнем развития вычислительной техники.

Количество публикаций, посвященных расчетам РА, невелико, а что касается РА со сравнительно широкой полосой рабочих частот, то здесь имеются лишь единичные публикации. Это связано с тем, что строгий учет влияния излучения антенны на структуру поля в резонансной полости в сочетании с учетом влияния конструктивных элементов устройства возбуждения приводят к целому кругу аналитических и вычислительных проблем. Настоящая работа

предпринята с целью восполнения пробелов в существующих методах анализа РА с конечной добротностью резонатора, обусловленной его радиационными потерями на передачу энергии в окружающее пространство и устройство возбуждения.

Объект и предмет исследования. В предложенной работе исследована РА с излучателями в виде прямоугольных отверстий. Она возбуждается полоско-вой линией через отверстие связи, которое ограждено по периметру системой металлических штырей, закорачивающих экраны полосковой линии. Высота РА близка к половине длины волны, что позволяет достичь заметного уменьшения размеров антенны при заданном коэффициенте усиления (КУ).

КУ антенны определяет уровень сигнала, поступающего на антенный вход приемного устройства, а, следовательно, и соотношение "сигнал - шум", от которого зависит качество телевизионного приема. Поэтому предметом исследований в диссертационной работе являются характеристики направленности РА, - диаграмма направленности (ДН) и коэффициент направленного действия (КНД), которые определяют КУ антенны.

В силу сложности поставленных задач и ограниченности рамок работы исследованиям причин снижения КУ в диссертации уделено второстепенное место. Некоторые из полученных результатов опубликованы в [1, 3, 7].

Целью диссертационной работы является:

1) разработка вычислительной модели РА, возбуждаемой полосковой линией через отверстие связи, способной с допустимыми отклонениями предсказывать электродинамические параметры рабочих образцов РА;

2) выявление основных закономерностей поведения характеристик направленности РА в диапазоне частот с использованием ее вычислительной модели;

3) разработка методики расчета РА, позволяющей создавать образцы антенн без применения эмпирических методов исследований.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Решена общая электродинамическая задача о возбуждении ряда облас-

тей, ограниченных идеально проводящими оболочками, связанных между собой и с внешним пространством через апертуры отверстий. Система интегральных уравнений относительно неизвестных электрических и магнитных токов решена методом Галеркина. Порядок полученной системы линейных уравнений равен сумме гармоник токов на конструктивных элементах и апертурах отверстий. Коэффициентами системы являются коэффициенты взаимодействий токов внутри областей, каждый из которых вычислен с использованием аппарата тензорных функций Грина и представлен либо дискретным спектром стоячих и бегущих волн (в замкнутых областях), либо непрерывным спектром бегущих волн (во внешнем пространстве).

2. Исследована зависимость характеристик излучения РА от ее геометрических размеров и способа возбуждения. Проведена численная оптимизация размеров образца антенны по КНД и форме ДН в условиях их зависимости от многих параметров.

Показано, что для запитки РА предпочтительней использовать два отверстия связи, расположенные симметрично на расстоянии % размера широкой стенки от центра резонатора.

Показано, что зависимость КНД от частоты максимальна по ширине, когда: а) период решетки N х Лг излучающих отверстий, расположенных по N вдоль каждой из сторон широкой верхней стенки резонатора, равен Л-й доле от длины стороны этой стенки; б) при поперечных размерах широкой верхней стенки излучающего резонатора около четырех длин волн решетка имеет 6x6=36 излучающих отверстий.

Показано, что резонансная частота антенны смещается в область нижних частот при: а) увеличении размеров излучающих отверстий; б) увеличении высоты резонатора (причем относительное изменение высоты и относительное изменение частоты пропорциональны друг другу); в) увеличении толщины перфорированной стенки резонатора.

3. Разработана методика, позволяющая вычислять геометрические параметры РА с заданными характеристиками.

Теоретическую значимость и прикладную ценность представляют следующие результаты работы:

1. Разработаны вычислительная модель, алгоритмы и программы расчета на ЭВМ характеристик РА в виде низкого многомодового металлического резонатора с частично прозрачной стенкой в виде экрана, перфорированного прямоугольными отверстиями.

2. Установлены зависимости смещения резонансной частоты РА от геометрических параметров антенны. По критерию максимального КНД в рабочем диапазоне частот проведена численная оптимизация конструкции РА. Определены условия, при которых зависимость КНД от частоты максимальна по ширине.

3. Разработана методика расчета размеров РА по заданным параметрам -рабочему диапазону частот и КНД, позволяющая создавать образцы антенн, характеристики направленности которых близки к оптимальным.

Реализация результатов работы:

1. Изготовлены и испытаны два образца антенны в диапазоне 12 ГГц. Первый - в диапазоне частот И.7... 12.2 ГГц с круговой поляризацией поля излучения с КУ 20 дБ. Второй - в диапазоне частот 12.2... 12.75 ГГц с двумя линейными поляризациями с КУ 20 дБ.

2. Первый образец использован в ОКР "Квадрат", выполненной в ОАО НИИ по измерительной технике (г. Челябинск), в качестве элемента плоской антенной решетки для непосредственного приема спутникового телевидения в районе 1 согласно делению территории Земли Международным союзом электросвязи. Антенна успешно прошла заводские испытания, апробацию по приему телевизионных передач с североевропейских спутников "Thor" и "Sirius" на Выборгском телевизионном передающем центре в Ленинградской области. Прием передач со спутника "Галс" с помощью плоской антенны "Квадрат" демонстрировался на Всемирной выставке по связи "Экспо-95" в г. Москве.

3. Второй образец использован в НИОКР "Исток-96" для создания плоской антенны для непосредственного приема спутникового телевидения в рай-

оне 2. Изготовлен опытный образец плоской антенны для проведения совместных испытаний.

4. На основании НИОКР в ОАО НИИИТ разработана инвестиционная программа "Модификация и освоение массового выпуска малогабаритной плоской антенны для непосредственного приема спутникового телевидения", поддержанная правительственными структурами Российской Федерации.

5. Модель, алгоритмы и программы расчета РА используются в учебном процессе в Южно-Уральском государственном университете в курсах "Электродинамика и распространение радиоволн", "Техническая электродинамика", "Информатика", "Антенны и устройства СВЧ".

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены на ежегодных научно-технических конференциях Южно-Уральского государственного университета (Челябинск, 1996 - 2000гг.); 2-й Международной конференции "Спутниковая связь" (Москва, 23-27 сентября 1996г.); Международной конференции по проблемам и перспективам развития электросвязи в России и странах СНГ (Екатеринбург, 11-12 февраля 1997г.); Международном симпозиуме по теории электромагнетизма 1998г. (Салоники, Греция, 25-28 мая 1998г.).

Выступления получили одобрение в научных кругах, а результаты обсуждения использованы в дальнейшей работе. По результатам работы опубликовано три доклада [2, 5,6], один отчет по НИР [3], три статьи [1,4, 7].

На защиту выносятся:

1. Решение общей электродинамической задачи о возбуждении эквивалентными электрическими и магнитными токами ряда областей, ограниченных идеально проводящими оболочками, связанных между собой и с внешним пространством через апертуры отверстий. Решение представлено в виде совокупности комплексных амплитуд гармоник искомых распределений токов.

2. Вычислительная модель антенны в виде низкого многомодового резонатора с системой излучающих отверстий, возбуждаемого полосковой линией через отверстие связи.

3. Закономерности поведения ДН, КНД и поляризационных характеристик РА в диапазоне частот при различных геометрических параметрах резонатора и перфорированной стенки.

4. Методика расчета размеров РА по заданным параметрам - рабочему диапазону частот и КНД, позволяющая создавать образцы антенн, характеристики направленности которых близки к оптимальным.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения; содержит 186 страниц текста, включающего 53 графических иллюстрации, 8 таблиц и библиографический список из 119 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена информация об основных тенденциях развития непосредственного спутникового телевизионного вещания, сделан обзор основных типов плоских антенных решеток и методов их расчета; показана актуальность темы работы, сформулированы объект, предмет исследования и цель работы; поставлены задачи для достижения цели; отмечены новизна полученных результатов, их теоретическая значимость и прикладная ценность; приведены примеры реализации результатов работы и ее апробации; сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе создана модель конструкции полосковая линия - РА, которая включает четыре уровня: физический, математический, численный и вычислительный, описанные поочередно в четырех параграфах.

На первом этапе разработана физическая модель антенны (рис.1). РА представляет собой прямоугольный металлический резонатор 2, высота Я которого близка к половине длины волны, а поперечные размеры а2 и Ь2 составляют несколько длин волн. Верхняя широкая стенка резонатора толщиной Д расположенная между плоскостями М3 и М4, имеет систему К0 излучающих отверстий прямоугольной формы 5 и отделяет антенну от полупространства 3, которым моделируется внешнее по отношению к антенне пространство. Через от-

верстие связи 4 в нижней стенке толщиной с/, расположенной между плоскостями М\ и М2, РА возбуждается полосковой линией. Область 1, ограниченная экранами полосковой линии рассматривается как проходной резонатор, высота И которого существенно меньше длины волны. В среднем сечении проходного резонатора (г = к /2) размещена бесконечно тонкая полоска прямоугольной формы Е\. Металлические штыри Е2 расположены вокруг отверстия связи 4 перпендикулярно оси полоски в точках с координатами хр, ур (р=\,...,К2, К2 - количество штырей) и замыкают экраны полосковой линии. Предполагается, что ширина полоски ы и радиус штырей р малы по сравнению с длиной волны.

А-А

I ]!□□□□□□□□

Рис. 1. Эскиз РА, возбуждаемой полосковой линией.

Источник электромагнитных колебаний расположен на боковой стенке проходного резонатора у основания полоски. Все полости РА и полосковой линии заполнены идеальным диэлектриком, а металлические поверхности имеют бесконечную проводимость.

На втором этапе в рамках предложенной физической модели антенны сформулирована общая электродинамическая задача для ряда областей, электромагнитно связанных через апертуры отверстий. Для постановки задачи использован метод эквивалентных токов, который предполагает, что все области являются замкнутыми, а конструктивные элементы и апертуры отверстий учитываются действием соответствующих эквивалентных токов. Из условий равенства нулю тангенциальных составляющих электрического поля на поверхностях полоски (1), штырей (2) и непрерывности тангенциальной компоненты магнитного поля при переходе из одной области в другую в плоскостях Мх (3), М2 (4), М3 (5) и Л/4 (6) записаны уравнения для тангенциальных компонент электрического и магнитного полей. В результате получена система интегральных уравнений относительно неизвестных распределений электрических токов

на полоске 1Е', штырях 3^'- (<7 = 1,..., Кг) и магнитных токов на апертурах отверстия связи 3Л1', /А': и излучающих отверстий .7"', (с/ = 1,..., К0):

<7=1

1

-£¿'[7;-'} =йА\-1и)

и <7=1 М, А/,

•{->) =НН.

<7=1

ни

н4

<7=1

"з ,=|

л?

4

■я5/

1,..., Ко

(1) (2)

(3)

(4)

(6)

где - напряженность электрического поля стороннего источника; верхний индекс у векторов напряженности электрического и магнитного полей обозначает область, для которой записана соответствующая характеристика; через

"5р" обозначена р-я подобласть пятой области.

Электрические и магнитные поля, входящие в уравнения (1) - (6) вычисляются с применением аппарата тензорных функций Грина. В итоге математическая модель предполагает строгую постановку задачи, поскольку записанные граничные условия являются точными.

На третьем этапе при решении системы интегральных уравнений использован метод Галеркина. В целях достижения оптимального соотношения точности и быстродействия для определения базисных (пробных) функций на полоске и апертурах отверстий использован базис Фурье. Затем, в соответствии с методом Галеркина, выполнена процедура приведения системы интегральных уравнений к системе линейных алгебраических уравнений, которая записана в матричной форме: А • /= V, где I-столбец амплитудных коэффициентов, определяющих электрические токи на полоске, штырях и магнитные токи на апертурах отверстий, V - столбец амплитуд возбуждающих напряжений, А - матрица коэффициентов взаимодействий эквивалентных электрических и магнитных токов. В результате получена численная модель антенны, в рамках которой находится управление точностью аппроксимации распределений токов на конструктивных элементах и апертурах отверстий антенны.

На четвертом этапе рассмотрена структура матрицы А, физический смысл и вычислительные особенности ее элементов. Диагональные элементы матрицы преобладают по модулю над недиагональными. Такая обусловленность матрицы привела к выводу об устойчивости алгоритмов ее обращения, а для решения матричного уравнения использован стандартный подход.

Как и любая другая модель, рассмотренная предполагает наличие погрешностей расчета антенны, которые возникают вследствие идеализаций, упрощений и ограничений на каждом из уровней моделирования. Сложность решаемой задачи, с одной стороны, в том, каким образом ввести неизбежные систематические ошибки, связанные с моделированием так, чтобы они не повлияли на правильность выявляемых закономерностей, а с другой, - как в стремлении за точностью вычислений сохранить саму возможность изучения таких за-

кономерностей, не выходя за рамки приемлемого времени расчета.

Во второй главе вычислены коэффициенты взаимодействий эквивалентных электрических токов на конструктивных элементах и эквивалентных магнитных токов на апертурах отверстий в каждой из выделенных областей антенны, а также столбец амплитуд возбуждающих напряжений V. Все вычисленные коэффициенты являются элементами матрицы А. Для вычисления электрического и магнитного полей использован метод тензорных функций Грина.

В третьей главе вычислены и исследованы в диапазоне частот характеристики излучения РА, - ДН, уровень кросс-излучения (УКИ) и КНД. Для представления ДН использованы три меридиональные плоскости, проведенные под различным азимутальным углом (Е-, Н- и ^-плоскости). Базис основной и кросс-компонент ДН выбран для антенны, излучение которой линейно поляризовано в одной плоскости. Выбор такого способа представления основной и кросс-компонент ДН обусловлен тем, что в этом базисе наличие кросс-компоненты в направлении, перпендикулярном раскрыву антенны, однозначно связано с присутствием на поверхности излучателя ортогональных токов. Показано, что для аппроксимации х- и ^-компонент магнитных токов на апертурах излучающих отверстий при вычислении ДН с точностью 1 % достаточно двух гармоник двухмерного базиса Фурье с коэффициентами (1; 0) и (3; 0). Вычислены основная и кроссполяризационная компоненты ДН РА, возбуждаемой одним отверстием связи. Вычислена ДН квадратного излучающего отверстия. Вычислено амплитудно-фазовое распределение магнитных токов на излучающих отверстиях РА, возбуждаемой одним отверстием связи. Показано, что его изменение является основной причиной ухудшения ДН РА при отклонении частоты от резонансной.

Вычислены ДН (рис.2,3) и амплитудно-фазовое распределение магнитных токов на излучающих отверстиях (рис.4) РА, возбуждаемой двумя отверстиями связи на частоте, близкой к резонансной (12 ГГц). Показано, что возбуждение РА двумя отверстиями связи приводит к: а) значительному улучшению амплитудно-фазового распределения магнитных токов на излучающих отвер-

стиях, н, как следствие, к понижению УБИ и УКИ; б) менее резкому изменению электродинамических характеристик РА при отклонении от резонансной частоты. Вычислены частотные характеристики УКИ РА, запитанной одним и двумя отверстиями связи. Показано, что РА, запитанная двумя отверстиями связи, имеет значительно более низкий УКИ и поэтому более предпочтительна по сравнению с РА, запитанной одним отверстием связи.

Рис.2. Основная компонента Рис.3. Основная (1) и

ДН РА в Я- и ¿^-плоскостях. кроссполяризационная (2)

компоненты ДН РА в 5-плоскости.

х

Рис.4. Распределение амплитуд (1) и фаз (2) .(/-компонент магнитных токов на излучающих отверстиях РА.

Получены формулы для расчета КНД через компоненты векторов излучения магнитных токов. Вычислены частотные характеристики КНД РА, запитанной одним и двумя отверстиями связи. Показано, что: а) РА, запитанная двумя отверстиями связи, имеет значительно более высокий КНД и поэтому более предпочтительна в использовании по сравнению с РА, запитанной одним

отверстием связи; б) в общем случае резонансная частота и частота минимума кросс-излучения не совпадают.

По итогам главы сделан вывод о предпочтительности возбуждения РА двумя отверстиями связи, расположенными симметрично на расстоянии % размера широкой стенки от центра резонатора.

В четвертой главе исследована зависимость частотной характеристики КНД от размеров и периода решетки излучающих отверстий, толщины перфорированной стенки, высоты резонатора, а также от количества излучающих отверстий в раскрыве РА. Для возбуждения образцов РА выбран наиболее предпочтительный способ запитки, - двумя отверстиями связи.

Рис.5. КНД РА в диапазоне частот при различном периоде излучающих отверстий а (в мм).

Показано, что смещение максимума кривой КНД в сторону более низких частот с ростом размера отверстий можно объяснить проникновением связанного с резонатором поля во внутреннюю область излучающих отверстий и внешнее пространство. При проектировании РА для повышения коэффициента использования поверхности (КИП) и увеличения КНД размеры отверстий следует делать минимальными, учитывая, однако, ограничения, связанные с возможностями согласования высокодобротных РА с полосковой линией.

Показано, что при построении антенны на основе объемного резонатора, отверстия на широкой стенке следует располагать таким образом, чтобы период решетки излучающих отверстий, расположенных по N вдоль каждой из сторон широкой верхней стенки резонатора, был равен А'-й доле от длины стороны

этой стенки. В этом случае частотная характеристика КНД имеет максимальную ширину (кривая, соответствующая периоду 11.4 мм на рис.5).

Показано, что положение максимума кривой КНД с увеличением толщины перфорированной стенки смещается в сторону более высоких частот, а значение КНД в точке максимума при этом увеличивается. При этом электромагнитное поле, связанное с пространством, формирующим резонансный объем, проникает во внутреннюю область излучающих отверстий на глубину, не превышающую четверти длины волны.

Показано, что при уменьшении высоты резонатора антенны максимум зависимости КНД смещается в сторону более высоких частот, несколько возрастая при этом по абсолютной величине. При этом в условиях слабого изменения фазы коэффициента отражения с изменением частоты, относительному изменению резонансной частоты соответствует такое же относительное изменение высоты резонатора, взятое с обратным знаком.

Показано, что для наиболее эффективного использования рас-крыва антенны с резонатором, поперечные размеры которого составляют около четырех длин волн, перфорированная стенка должна иметь 6 х 6 = 36 излучающих отверстий. В этом случае частотная характеристика КНД имеет максимальную ширину (рис.6).

На основе численных исследований, проведенных с использованием вычислительной модели РА, разработана методика расчета РА. Показано, что требуемый уровень КНД при опорном КИП обеспечивается соответствующим выбором поперечных размеров излучающего резонатора, а рабочий диапазон (по КНД) и ширина полосы частот (по половинной мощности излучения) обеспечиваются выбором параметров перфорированной стенки РА.

Рис.6. КНД РА в диапазоне частот при различном количестве излучающих отверстий в раскрыве РА.

В пятой главе описаны экспериментальные образцы резонаторной (рис.7) и плоской (рис.8) антенн и исследованы два образца РА диапазона рабочих частот 11.7 - 12.2 ГГц с запиткой одним и двумя отверстиями связи.

Излучающие

Качественное сравнение расчетных и экспериментальных ДН РА, запи-танной двумя отверстиями связи, в диапазоне частот, примерно в три раза превышающем рабочую полосу, показало их хорошее соответствие. Некоторая разница УБИ расчетных и экспериментальных ДН в ^-плоскости и несколько завышенная ширина главного лепестка ДН в //-плоскости (вне рабочего диапазона антенны) накладывают соответствующие ограничения на применимость разработанной модели. Тем не менее, в рабочем диапазоне частот получено хорошее соответствие расчетных и экспериментальных ДН, что свидетельствует об адекватности вычислительной модели и реальных образцов антенн.

Анализ магнитных токов на излучающих отверстиях образца РА, запи-танного двумя отверстиями связи, показал, что их распределение на резонансной частоте, хоть и близко, но все же отличается от распределения токов при

Рис.7. Экспериментальный образец РА.

Рис.8. Плоская антенна.

наличии только основной моды колебаний резонатора. Это свидетельствует о потенциальных возможностях рассмотренного образца РА по повышению КНД и снижению УБИ.

Распределение магнитных токов на излучающих отверстиях образца РА, запитанного одним отверстием связи, по своей форме близко к распределению, которое возникает при наличии только основной моды колебаний резонатора. Это свидетельствует о высоком (близком к 0.81) КИП на данной частоте.

Таким образом, в диссертационной работе продемонстрированы возможности применения вычислительной модели антенны при разработке и анализе экспериментальных образцов РА, а проведенные практические исследования подтвердили правильность разработанной модели РА.

В заключении сформулированы основные итоги работы, которые сводятся к следующему:

1. Реализация систем непосредственного спутникового телевизионного вещания в соответствии с Планом Радиовещательной спутниковой службы, принятым Всемирной конференцией по радиосвязи Международного союза по радиосвязи, стимулировала в странах с развитой радиоэлектроникой разработку плоских антенных решеток для индивидуального приема телепередач со спутников. Перспективным видом распределительного устройства для компактной двухмерной антенной рецгетки представляется низкий многомодовый металлический резонатор с системой излучающих отверстий на широкой стенке.

2. Разработана физическая модель антенной решетки с элементами в виде излучающих отверстий на широкой стенке многомодового металлического резонатора, выполняющего в антенне роль распределительного устройства. Применительно к системе РА - полосковая линия решена электродинамическая задача о возбуждении электрическими и магнитными токами ряда областей, ограниченных идеально проводящими оболочками, связанных между собой и с внешним пространством через апертуры отверстий. Для постановки и решения задачи использован метод эквивалентных токов. В соответствии с граничными условиями на неоднородностях записана система интегральных уравнений, ко-

торая решена методом Галеркина. Решения для неизвестных токов представлены в виде разложений в базисе Фурье. Система интегральных уравнений сведена к системе линейных уравнений, которая представлена в виде матричного уравнения. Порядок системы равен суммарному количеству гармоник токов на конструктивных элементах и апертурах отверстий. Решением матричного уравнения являются значения комплексных амплитуд гармоник искомых токов.

3. Коэффициентами системы линейных уравнений являются коэффициенты взаимодействий токов внутри областей, каждый из которых вычислен с использованием аппарата тензорных функций Грина и представлен либо дискретным спектром стоячих и бегущих волн (в замкнутых областях), либо непрерывным спектром бегущих волн (во внешнем пространстве).

4. ДН основной и кроссполяризационной компонент поля РА вычислены с использованием векторов излучения магнитных токов на апертурах излучающих отверстий и представлены в трех меридиональных плоскостях. Исследована зависимость характеристик излучения от геометрических размеров РА и способа ее запитки в диапазоне частот.

5. Проведена численная оптимизация размеров образца антенны по КНД в условиях их зависимости от многих параметров, исключающих возможность непосредственного расчета конструкции РА. На основе численных исследований разработана методика расчета РА, позволяющая создавать образцы антенн, характеристики направленности которых близки к оптимальным.

6. Решение задачи, программа расчета РА и найденные закономерности использованы при конструировании плоской антенны для непосредственного приема спутникового телевидения.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Войтович Н.И., Панченко Б.А., Соколов А.Н. Согласование полосковой линии с резонаторной антенной //Радиотехника и электроника. —1994. -Т.39. -№ 12.-С. 1989-1995.

2. Войтович Н.И., Панченко Б.А., Репин H.H., Соколов А.Н. Плоские антенны для непосредственного приема спутникового телевидения //2-я Междуна-

родная конференция "Спутниковая связь". Доклады. Москва, 23-27 сентября 1996г. -T.II. -T.IV. -С.156-163.

3. Войтович Н.И., Репин H.H., Соколов А.Н. Разработка модификации плоской антенны с двумя круговыми поляризациями для непосредственного приема спутникового телевидения //Отчет по НИОКР "Исток-96". -Челябинск, ОАО НИИ по измерительной технике, 1996.

4. Войтович Н.И., Панченко Б.А., Соколов А.Н. Моделирование резонаторной антенны и устройства ее возбуждения //Цифровые радиоэлектронные системы (http://asgard.prima.tu-chel.ac.ru/DRS/). -1997. -№ 1. -С.94-107.

5. Князев С.Т., Панченко Б.А., Войтович Н.И., Семенов Б.Б., Соколов А.Н. Новый тип антенн для приема телевизионных спутниковых программ //Международная конференция по проблемам и перспективам развития электросвязи в России и странах СНГ. Доклады. Екатеринбург, 11-12 февраля 1997г.

6. VojtovichN.I., Panchenko В.А., SokolovA.N. Planar antenna for satellite TV reception //1998 International Symposium on electromagnetic Theory. Proceedings. Thessaloniki, Greece, 25-28 May 1998. -Vol.1. -P.244-246.

7. Войтович Н.И., Панченко Б.А., Соколов А.Н. Резонаторная антенна и устройство ее возбуждения //Радиотехника и электроника. -1999. -Т.44. -№ 6.

Подписано в печать 05.05.2000 г. Формат 60 х 84 1/8 Печать офсетная Усл. п.л. 1,0

Тираж 60

Автореферат размножен автором с выполненного им оригинал-макета