автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Исследование и разработка малогабаритных низкопрофильных излучателей для приемопередающей аппаратуры УКВ диапазона

На правах рукописи

МАЛЬЦЕВ Алексей Сергеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МАЛОГАБАРИТНЫХ НИЗКОПРОФИЛЬНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ДЛЯ ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ УКВ ДИАПАЗОНА

05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 5 Ыид

Воронеж-2008

003457997

Работа выполнена в Воронежском институте МВД России

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Нечаев Юрий Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Авсенгьев Олег Сергеевич

кандидат физико-математических наук, доцент Дудкин Валерий Петрович

Ведущая организация: ОАО Воронежский научно-исследовательский

институт «Вега»

Защита состоится «26» декабря 2008 года в 16.00 часов в аудитории №213 на заседании диссертационного совета Д 203.004.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Воронежском институте МВД России по адресу: 394065, г. Воронеж, пр. Патриотов, 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского института МВД России.

С текстом автореферата можно ознакомиться на официальном сайте Воронежского института МВД России: www.vimvd.ru в разделе «Наука»-«Работа диссертационных советов» - «Д 203.004.01».

Автореферат разослан «25» ноября 2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета

>~~Z> ~С.В. Белокуров

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Усложнение радиоэлектронной аппаратуры телекоммуникационных систем, включая системы связи специального назначения, требования ее комплексной миниатюризации выдвигают на первый план проблему миниатюризации антенн, поскольку во многих случаях проблема миниатюризации приемо-передающей аппаратуры уже решена.

Наиболее перспективными в этом направлении являются антенны в микрополосковом исполнении, при изготовлении которых используется технология пленочных гибридных интегральных схем СВЧ-диапазона. Так могут быть выполнены практически все элементы антенн, линии передачи и устройства СВЧ.

Таким образом, при проектировании антенн и устройств СВЧ можно говорить о новой элементной базе, для которой разработка методов расчета и проектирования микрополосковых антенн (МПА) является совершенно необходимой.

Задача разработки методов и математических моделей для электродинамического описания малогабаритных излучающих структур, в частности полосковых, микрополосковых, наиболее широко освещена в одной из первых отечественных монографий, в работе Панченко Б.А. и Нефедова Е.И. «Микрополосковые антенны». Большой вклад в развитие теории и техники антенн и антенных решеток, в частности полосковых, внесли чл.-корр. РАН Бахрах Л.Д., проф. Чаплин А.Ф., проф. Сазонов Д.М., проф. Панченко Б.А., проф. Нефедов Е.И, и др.

В настоящее время область применения полосковых излучающих структур заметно расширилась, вместе с тем используется все больше разновидностей практических конструкций малогабаритных антенн. Микрополосковые излучатели как самостоятельные МПА и как элементы фазированных антенных решеток (ФАР) имеют большое разнообразие и отличаются по принципу работы, конструктивной реализации, характеристикам излучения, наличию гибридных соединений с другими устройствами интегральных схем СВЧ-диапазона. Широкий диапазон частот (0,2-18 ГГц), в котором используются МПА, еще больше увеличивает круг задач, возникающих при практическом использовании МПА и ФАР на их основе.

Преимущества МПА и АР из них - малые габаритные размеры, масса и стоимость при высокой точности изготовления и воспроизведения характеристик. Основной недостаток микрополосковых излучателей состоит в том, что они, как правило, узкополосны вследствие резкой частотной зависимости входного сопротивления.

Естественный путь расширения полосы рабочих частот за счет использования более толстых подложек (или увеличения числа тонких подложек с разными диэлектрическими проницаемостями с) имеет ограниченные возможности, так как при этом создаются более подходящие условия для возникновения поверхностных волн, резко снижающих эффективность антенны.

К настоящему времени разработано и исследовано теоретически и экспериментально большое количество вариантов МПА. Однако диапазон длин волн, в котором применяются излучатели этого класса, простирается от метров до миллиметров. Для изготовления используются различные материалы, сами излучатели в силу своей конформности размещаются на объектах различной конфигурации.

Поэтому разработка и использование низкопрофильных малогабаритных излучателей, в особенности широкополосных, с улучшенными электродинамическими характеристиками предусматривает трудоемкий цикл расчета конструктивных параметров, разработку топологии устройства, изготовление, а затем длительный этап отработки параметров. Рациональный путь ускорения процесса проектирования - применение метода математического моделирования, который предполагает исследование математических моделей излучателей, адекватных изучаемым устройствам. Математическое моделирование позволяет воспроизводить любые изменения, которые возникают в реальных устройствах, но при экспериментальной отработке трудно реализуемы. Все это требует разработки математических моделей микрополосковых излучателей (с учетом используемых диапазонов длин волн, требований к массо-габаритным характеристикам), анализа на их основе основных электродинамических характеристик, способов расширения рабочей полосы частот; при этом необходимо учитывать специфические особенности размещения МПИ на объектах ограниченных размеров.

Изложенное позволяет утверждать, что диссертационная работа актуальна. Непосредственно объектом исследования в работе являются малогабаритные излучающие структуры и радиотехнические системы с их использованием.

Целью диссертационной работы является разработка, теоретическое и экспериментальное исследование малогабаритных низкопрофильных излучающих структур и радиотехнических устройств на их основе.

Исследования в рамках диссертационной работы предусматривают решение следующих задач:

1. Выбор и обоснование математического аппарата для исследования микрополосковых излучающих структур.

2. Анализ потенциальных возможностей базовых структур МПА в зависимости от технических требований к ним: широкополосности, уровня боковых лепестков, кроссполяризации, массо-габаритных характеристик и т.д.

3. Разработка математических моделей базовых структур и алгоритмов расчета характеристик излучения на основе аппарата тензорных функций Грина.

4. Исследование способов повышения широкополосности МПА.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации при решении

перечисленных задач, состоит в следующем:

1. Исследован математический аппарат для адекватного описания электродинамических характеристик излучения однослойных и многослойных излучателей.

2. Разработан комплекс математических моделей базовых микрополосковых излучателей, позволяющий проектировать и исследовать

различные конструкции излучающих структур с учетом диапазона длин волн, рабочей полосы частот, эффективности излучения, места размещения.

3. На основе разработанных математических моделей и процедуры оптимизации характеристик излучения микрополосковых излучателей синтезированы излучатели, превосходящие по своим характеристикам известные аналоги.

4. Предложены и исследованы перспективные конструкции широкополосных микрополосковых излучателей.

6. Методом имитационного моделирования исследовано взаимное влияние элементов на характеристики широкополосной АР.

Достоверность результатов работы. Достоверность результатов работы подтверждается соответствием теоретических и экспериментальных характеристик исследуемых устройств, а также их соответствием известным аналогам. При проведении исследований использованы известные и проверенные методы - математических и радиофизических измерений.

Практическая значимость работы заключается в разработке инженерных методик для проектирования малогабаритных излучающих структур, предложенных и практически реализованных в схемно-конслрукгивных решениях для радиотехнических устройств объектов мобильной связи, в полученных расчетных и экспериментальных результатах для разработанных устройств, нашедших применение вНИОКР.

Реализация результатов. Полученные теоретические и экспериментальные результаты использованы в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах ОАО «Концерн «Созвездие», научно-внедренческом предприятии «Протек», ОАО Воронежском НИИ «Вега», а также в учебном процессе Воронежского госуниверситета и Воронежского института МВД России, что подтверждено актами внедрения.

Апробация работы. Основные методические и практические результаты исследований докладывались на следующих конференциях:

Всероссийской научно-практической конференции «Охрана, безопасность, связь», 2007 г., г.Воронеж, Воронежский институт МВД России;

VIII Международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии», 2008 год, г.Воронеж, Воронежский госуниверситет;

14 Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь», 2008 г., ОАО «Концерн «Созвездие»;

VII Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», посвященной 150-летию со дня рождения А.С.Попова, 2008 г., г.Самара;

на научных семинарах кафедры телекоммуникационных систем 2007, 2008 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 6 статей, из них 4 - в ведущих изданиях, входящих в перечень рекомендованных Высшей аттестационной комиссией, 5 докладов на международных научно-технических конференциях.

В работах, опубликованных в соавторстве, автором лично выполнено: в работе [1] сформулированы требования к микрополосковым излучателям как к объектам исследования, получены аналитические выражения для частных случаев построения МПИ на основе тензорных функций Грина, в работах [2,9] с помощью пакета электромагнитного моделирования НРББ исследован способ расширения рабочей полосы частот за счет щели сложной геометрии, получены характеристики МПИ с и-щелью, в работах [3,7] разработан алгоритм расчета характеристик излучения МПИ спектральным методом, исследованы МПИ на подвешенных подложках, в работах [4,11] получены характеристики антенных решеток с учетом взаимного влияния элементов, в работах [5,8] проведено моделирование МПИ с согласующим элементом, в работе [6] получены характеристики биконической антенны в зависимости от геометрических размеров подложки на ограниченном экране, в работе [10] исследован КПД щелевой антенны.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка из 121 наименования. Работа изложена на 167 страницах, содержит 38 рисунков и 8 таблиц.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы цель и задачи исследований, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, выносимых на защиту.

В первой главе изложен математический аппарат для описания электродинамических характеристик излучения однослойных и многослойных микрополосковых излучателей.

На основе аппарата тензорных функций Грина рассмотрена задача возбуждения многослойных микрополосковых излучателей. Полученные аналитические выражения позволяют рассматривать различные варианты построения МПИ, в частности МПИ на подвешенных подложках, и оценить эффективность последних при разложении электромагнитного поля по ЬЕ и ЬМ волнам. Использование тензорных функций Грина - наиболее универсального в настоящее время аппарата описания сложных структур при анализе МПИ, расположенных вблизи границы раздела сред, позволяет значительно упростить решение задач, связанных с проектированием сложных излучающих систем.

В работе это рассмотрено на примере трехслойной структуры (рис.1),

представляющей наибольший интерес при анализе характеристик МПИ. Структура ограничена двумя идеально проводящими плоскостями в направлении х, расположенными в сечениях х = -С1 , х = , и не имеет границ в направлении у.

Рис.1

-с, ш ЩШ1 0 гт = оо с, ,

г

Первый и третий слой - воздушные, а второй заполнен диэлектриком без потерь; при этом диэлектрическая проницаемость изменяется скачком вдоль оси х. На основе такой структуры с открытой областью, например справа, которая получается при увеличении толщины третьего слоя и переносе идеальной проводящей поверхности из сечения г = С3 в бесконечность, возможно построение трехслойных МПИ: а) излучатель на диэлектрической подложке с воздушным зазором; б) излучатель на воздушной подложке с диэлектрическим укрытием; в) высокодобротный излучатель; г) излучатель на диэлектрической подложке с односторонним монтажом; д) излучатель на диэлектрике с двухсторонним монтажом (рис.2). В зависимости от назначения радиотехнического устройства выбирается та или иная излучающая структура.

в) г) Д)

Рис.2

Взаимодействие полей между слоями диэлектрика описывается характеристическими частями функции Грина: g(z,z') для волн типа Е и /{г, г') для волн типа Н. Эти функции являются решениями неоднородных обыкновенных дифференциальных уравнений

¿Г

при граничных условиях /(2,2')= ) = о на проводящих поверхностях,

условиях излучения для открытых областей и условиях непрерывности на границе слоев диэлектриков; у2 = к2 -к}, к} =£2 + тД где £7- волновые числа на

комплексной плоскости.

Используя общее представление функций g(z,z') и /(г,г'), получено представление для частного случая трехслойной области (рис.1). Точки наблюдения находятся в области положительных значений г > о, точки источника

лежат в первом слое <11<г'<0. В любом случае г >г и у0 ~чг >

У\,г =\к1,2-I2' к0=2л/^. Характеристические функции g(z,z^) и /(г,г') рассматриваются как отклики тока Е-волны и напряжения Н-волны в эквивалентной линии передачи с известными концевыми импедансами, соответствующими граничным условиям на поверхностях раздела слоев. Эти концевые импедансы пересчитываются слева и справа в любое произвольное

сечение г0, где рассматривается полный импеданс ¿(¡о) для Е-волн и полная проводимость У(г0) для Н-волн. Сечение г0 совмещается с одной из границ слоев.

В работе выделены три случая, наиболее характерных для МПИ: 1)с?2 —>0, г' = 0 (однослойная подложка); 2) £■[ = 1, г' = 0 или х' = -с1 (подвешенная

подложка); ~>'/о> — Шг^г —>-'Го> = 2' = (диэлектрическая

пластина толщиной ^).

Преимущество рассмотренного подхода заключается в его универсальности. Но имеется существенный недостаток - функции g{z,z'4,ri) имеют особые точки (полюса) и ветвления на плоскости волновых чисел £,7/, что служит причиной дополнительных трудностей при численных расчетах. Поэтому для анализа характеристик микрополосковых излучателей и антенных решеток на их основе, выполненных на однородной диэлектрической подложке, использовано разложение функции Грина по волнам типа ЬЕ, ЬМ. Такой подход позволил разделить спектр поверхностных и пространственных волн и исследовать вклад каждого из возбуждаемых типов волн в излучение антенной системы. Получена запись функции Грина при разложении по волнам ЬЕ, ЬМ для трехслойной диэлектрической структуры. Изучено влияние параметров подвешенной подложки на характеристики излучения микрополосковых излучателей и антенных решеток.

Также в первой главе рассмотрено использование спектрального метода для расчета характеристик излучения микрополосковой структуры. В этом случае анализ проводится в спектральной области на основе представления плотности поверхностного тока и продольной компоненты электромагнитного поля в виде интегралов Фурье. При таком подходе функция Грина в пространстве Фурье имеет аналитический вид и позволяет находить поле излучения произвольного тока на поверхности диэлектрика. В рамках этого метода в работе представлен анализ характеристик излучения прямоугольного МПИ, позволивший оценить мощность, переносимую поверхностной волной, и мощность, излученную в свободное пространство. Таким образом показано, как спектральный подход позволяет разделить спектр поверхностных и пространственных волн в излучающей структуре.

Во второй главе рассмотрены практические конструкции низкопрофильных малогабаритных излучателей, которые находят или могут найти применение при построении антенных устройств радиотехнических систем различного функционального назначения: широкополосные, дисковые излучатели лабиринтного типа, одночастотные и двухчастотные МПИ, МПИ этажерочного типа, МПИ для антенных решеток совмещенного типа, секторные излучатели и их модификации, излучатели с управляемой ДН.

Проведены экспериментальные исследования лабораторных макетов, в частности, одно- и двухчастотных МПИ. В качестве подложки использован высокочастотный диэлектрик «Флан». Возбуждение осуществлялось

коаксиальным кабелем со стороны подложки, точки возбуждения определены экспериментально.

С целью расширения полосы рабочих частот исследовались МПИ с вырезами на излучающем элементе. Такой способ позволяет расширить полосу рабочих частот до 2% (по уровню КСВН=2) как для круглых, так и для квадратных МПИ.

Установлено, что при Ь> 0,18Ж (IV - сторона квадрата МПИ, Ь - глубина выреза) происходит раздвоение рабочей частоты, т.е. излучатель начинает работать в двухчастотном режиме. При двухчастотном режиме в МПИ поляризационные векторы Е для двух частот ортогональны между собой и направлены по диагонали квадратного излучателя. Вырез на противоположной стороне диагонали квадрата позволяет добиться разноса между рабочими частотами до 50%, а с помощью одного выреза - до 28%.

Двухчастотный режим в МПИ можно получить, если сделать вместо выреза в излучающем элементе неоднородность иного характера, например в виде выступа. Изменением параметров неоднородности можно изменять частоту в пределах от 15 до 20% от центральной частоты. Таким способом можно расширить рабочую полосу частот МПИ как с квадратным, так и с круглым элементом. Показано, что если глубина выреза выбрана больше той, при которой излучатель работает в двухчастотном режиме, но меньше глубины выреза, при которой излучатель работает в одномодовом режиме, то поле излучения имеет круговую поляризацию.

Исследован МПИ с круговой поляризацией поля, у которого неоднородности выполнены в виде выреза и выступа в излучающем элементе по диагонали. Эта конструкция отличается тем, что, изменяя одновременно глубину выреза и длину выступа (механическим или электрическим путем), можно перестраивать МПИ в режим круговой поляризации, при этом значение КСВН остается постоянным. Если же менять геометрический размер только одной неоднородности, можно получить МПИ с управляемой поляризацией излучаемого поля.

С целью расширения полосы рабочих частот, а также максимального использования площади раскрыва при использовании МПИ в качестве элементов АР были разработаны и исследованы МПИ этажерочного типа с круговой поляризацией поля.

Двухчастотные МПИ в отличие от известных конструкций имеют два раздельных входа и работают в режиме круговой поляризации; состоят из верхнего и нижнего излучающих элементов, расположенных над общей экранирующей поверхностью, причем экраном для верхнего излучающего элемента служит нижний излучающий элемент. Диэлектрические подложки подобраны таким образом, что размеры верхнего МПИ меньше размеров нижнего. Чем больше различие диэлектрических подложек по относительным диэлектрическим проницаемостям, тем выше развязка между входами.

Роль короткозамыкателя может выполнять специальным образом распаянный кабель, что уменьшает влияние одного излучающего элемента на другой.

Исследован также другой вариант МПИ, имеющий один вход и работающий в двухчастотном режиме с круговой поляризацией на каждой частоте. Пространственный разнос между поляризационными векторами достигается конструктивным размещением одного излучающего элемента над другим, а фазовый сдвиг - за счет питания возбуждающих штырей через квадратурный мост.

Рассмотрен еще ряд конструкций МПИ этажерочного типа с круговой поляризацией поля, которые могут быть использованы для компоновки антенных решеток с совмещенными раскрывами.

Общим недостатком известных конструкций двухчастотных МПИ является допустимая граница разноса двух частот. Для устранения этого недостатка может быть использован принцип «решетки в решетке».

Исследована конструкция крестообразного излучателя с электромагнитным способом возбуждения. Конструкция излучающего элемента позволяет разместить на одной излучающей апертуре две разнесенные по частоте АР, а комбинированный способ возбуждения - развязать схемы питания. В диссертации приведены результаты экспериментальной разработки МПИ с крестообразным излучающим элементом.

Проведены исследования характеристик излучения крестообразных МПИ как с линейной, так и с эллиптической поляризацией. Для МПИ с эллиптической поляризацией поля ширина ДН по уровню половинной мощности составляла 6080°, коэффициент эллиптичности при этом был не хуже 0,68.

В результате исследования одиночного МПИ были получены данные, которые соответствуют теоретическим расчетам.

На основании полученных результатов изготовлен модуль АР совмещенного типа с общим количеством излучающих элементов 2X2 и получены следующие результаты. Модуль первого канала: относительная полоса частот по входному сопротивлению примерно 8,6% по уровню КСВН=2, коэффициент эллиптичности больше 0,7. Модуль второго канала: Д///=20%, по КСВ=1,8, коэффициент эллиптичности кэ>0,7. Разнос между средними частотами канала равен 1,64.

Полученные результаты наглядно демонстрируют практическую возможность разработки синфазных АР совмещенного типа на МПИ. Такие АР отличаются простотой изготовления, хорошими массо-габаритными характеристиками, успешно могут быть использованы для маломощных радиостанций УКВ диапазона.

В третьей главе проведен анализ ряда возможных способов увеличения рабочей полосы частот микрополоскового излучателя.

Известно, что одним из типичных недостатков микрополосковых излучателей является их узкополосность. Это связано с характером изменения входного сопротивления микрополосковой структуры с частотой и резким рассогласованием при небольших отстройках от резонансной частоты. Как правило, относительная полоса рабочих частот излучателей классических конструкций не превышает 1-2%.

Направления усовершенствования конструкций излучателей с целью увеличения полосы рабочих частот характеризуются применением различных способов внесения неоднородностей, таких как щели сложной формы, пассивные элементы, располагающиеся в одной плоскости с излучателем. Также используются согласующие элементы (плоские и объемные, как правило, простой геометрической конфигурации) между зондом и излучателем; многослойные (многоэтажные) излучатели. В связи с ужесточением современных требований к полосе рабочих частот использование какого-либо одного способа, увеличивающего полосу частот, оказывается недостаточным и возникает необходимость их комбинировать.

В результате проведенного исследования перечисленных способов отмечено, что наиболее эффективны способы, основанные на применении согласующего элемента и щели сложной формы. Так, использование согласующих элементов между зондом и излучателем (рис.3) позволяет увеличить относительную полосу рабочих частот (по уровню КСВН=2) до 29%. Однако этот способ увеличения полосы частот приводит к асимметрии конструкции, что отражается на форме диаграммы направленности излучателя (рис.4).

Рис.3

-0°; -1- - 6=60° Рис. 4

-6=120"

Использование щелей сложной формы для расширения полосы рабочих частот имеет ряд преимуществ: позволяет сохранить симметричность конструкции и, как следствие, симметричность характеристик излучения; не связано с увеличением габаритных размеров излучателя; а также не исключает возможность сочетания с другими способами увеличения полосы частот или уменьшения габаритных размеров. В работе в качестве щели сложной формы была выбрана и- щель (рис.5), что позволило получить относительную полосу рабочих частот 28% при следующих оптимальных размерах: ¿=70.6 мм, №= 42.6 мм, /<=25.6 мм, С=23.8 мм, ¿¿=2.3 мм, Х=9.6 мм, 7=10.27 мм, к=6 мм, е=2.2. В этом случае согласование с линией питания достигается за счет компенсации индуктивной составляющей, вносимой коаксиальным зондом.

N

Рис. 5

В работе также рассмотрен и исследован способ увеличения рабочей полосы частот, основанный на использовании многослойных структур. В этом случае эффект расширения полосы достигается за счет возникновения как поверхностных, так и пространственных волн. Входное сопротивление в этом случае определится суммой 2и> = 7.г+ , где 1Г - сопротивление, обусловленное пространственными волнами, а 25 - поверхностными волнами. В частности, исследовано распределение поверхностных токов, поведение входного сопротивления, КСВН, ширины рабочей полосы частот с изменением конструктивных параметров.

Также в работе показано, что увеличить относительную полосу рабочих частот позволяет комбинация нескольких из рассмотренных способов. Так сочетание способа, основанного на использовании двухслойных структур (81=2.2, б2=1), с и-щелью позволило увеличить относительную полосу рабочих частот до 33%.

Для уменьшения габаритных размеров излучателя использована короткозамыкающая стенка (рис.6), что позволило уменьшить габаритные размеры излучателя в два раза. Относительная полоса рабочих частот в этом случае составляет (рис.7) Дотн=23.3% при следующих оптимальных размерах: ¿=35 мм, ]¥=2\ мм, экран Л-40 мм, Ъ\=\ мм, 81=2.2, И2=3.5 мм, 82=1.

Таким образом, сочетание двух способов увеличения полосы рабочих частот позволило получить микрополосковый излучатель с габаритными размерами 80x80x6 мм и относительной полосой рабочих частот Дотн=33%. Используя описанный способ уменьшения размеров микрополосковых излучателей, удалось

получить излучатель с габаритными размерами 40x40x4.5 мм, относительная полоса рабочих частот при этом уменьшилась до Дота=23.3 %.

В четвертой главе методом электродинамического моделирования исследуется взаимное влияние элементов в составе широкополосной микрополосковой антенной решетки. Исследования проведены для плоской и кольцевой антенных решеток, как наиболее широко используемых на практике.

Плоская антенная решетка включает 9 элементов и построена на основе прямоугольных излучателей с 11-щелью, рассмотренных в главе 3 (рис.8).

Рабочая полоса частот такой решетки уменьшается из-за взаимного влияния элементов.

рис § В соответствии с методом

Галеркина неизвестные

функции распределения электрического тока, наведенного на поверхности соответствующего излучателя, раскладываются в базисе пробных

г

функций У5. = » где Г - 7„ , /7= 1,2,...9, Т„ - число токовых гармоник

д~\ п

соответствующего излучателя, 1Ч - амплитуда токовой гармоники Задача оценки взаимного влияния сводится к определению амплитуд токовых гармоник из решения системы алгебраических уравнений:

'Ш гп

Ж'

где - амплитуды токовых гармоник на соответствующих излучателях, эквивалентные напряжения, ^ = - £г^й1 , £г-тангенциальная

составляющая электрического поля стороннего (возбуждающего) тока.

Проведен анализ взаимного влияния элементов АР при различных межэлементных расстояниях (а,Ь) от 5 мм до 100 мм. Весь массив данных для значений относительной полосы рабочих частот (по уровню КСВН=2) (рис.9) позволяет оценить относительную полосу АР для заданного межэлементного расстояния.

г" г21 Щ У12 ¿Л? г22 Щ г19 г29 щ /(1) г? . И

И?] ■ й3] 14"]

Для рассмотенной 9-элементной АР наибольшая полоса частот доти=17.51 % возможна при межэлементном расстоянии а=Ь=10 мм. Для уменьшения габаритных размеров АР была построена на основе излучателя с короткозамыкающей стенкой. Определив аналогично предыдущему случаю полосы частот для элементов АР и выбрав минимальные значения для каждого межэлементного расстояния, получаем, что максимальная полоса рабочих частот составит Д1ян = 12.9 % при межэлементном расстоянии а=Ь=10 мм.

Таким образом, получены две девятиэлементные антенные решетки с габаритными размерами 270x270 мм и 150x150 мм, построенные соответственно на основе двухслойного микрополоскового излучателя и микрополоскового излучателя с короткозамыкающей стенкой. Взаимное влияние элементов приводит к уменьшению относительной полосы рабочих частот в первом случае до величины АОП1=17.51 %, а во втором - ДОП1=12.9 % при одинаковом межэлементном расстоянии а=Ь=10 мм.

Такое же исследование проведено для 9-элементной подрешетки кольцевой антенной решетки (КАР) радиусом 1,5 м, для которой обоснован выбор межэлементного расстояния, позволяющего снизить взаимное влияние элементов и уменьшить габаритные размеры устройства в целом.

В заключении дана развернутая характеристика проведенной научной работы, сформулированы полученные результаты.

Основные результаты диссертации отражены в 11 публикациях, в том числе в 6 статьях, 5 материалах научных конференций:

1. Нечаев Ю.Б. Математический аппарат для описания электродинамических характеристик излучения однослойных и многослойных микрополосковых излучателей / Ю.Б.Нечаев, А.С.Мальцев // Теория и техника специальной радиосвязи. - 2007.- Вып.4.-С.122-130.

2. Нечаев Ю.Б. Имитационное моделирование широкополосного микрополоскового излучателя и антенной решетки на его основе / Ю.Б.Нечаев, Д.Н.Борисов, А.С.Мальцев // Вестник ВГТУ. - 2008,- Т.4.-№2,- С.99-104.

3. Нечаев Ю.Б. Алгоритм расчета характеристик излучения микрополосковой структуры спектральным методом / Ю.БЛечаев, А.С.Мальцев // Вестник ВГТУ. - 2008.-Т.4.-№3.- С.28-32.

4. Нечаев Ю.Б. Оценка взаимного влияния элементов микрополосковой антенной решетки с использованием электродинамического моделирования / Ю.Б.Нечаев, А.С.Мальцев // Вестник ВГТУ. - 2008.-Т.4.-№6.- С.107-114.

5. Нечаев Ю.Б. Увеличение полосы рабочих частот микрополосковых антенн для систем связи / Ю.Б. Нечаев, Р.Н. Андреев, A.C. Мальцев // Вестник ВИ МВД России. - 2008.-№1.- С.138-146.

6. Нечаев Ю.Б. Исследование возможности использования биконической низкопрофильной антенны УВЧ диапазона для систем подвижной радиосвязи / Ю.Б. Нечаев, Р.Н. Андреев, A.C. Мальцев // Вестник ВИ МВД России. - 2008.-№3,- С.99-107.

7. Нечаев Ю.Б. Электродинамический анализ характеристик излучения микрополосковых излучателей на подвешенных подложках / Ю.Б .Нечаев, А.С.Мальцев // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Охрана, безопасность, связь-2007», Воронеж, 2007 г. - Воронеж: ВИ МВД России, 2008.-Ч.1.-С.67-69.

8. Нечаев Ю.Б. Методы расширения рабочей полосы микрополоскового излучателя / Ю.Б.Нечаев, А.С.Мальцев // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Охрана, безопасность, связь-2007», Воронеж, 2007 г.- Воронеж: ВИ МВД России, 2008.-Ч. 1 .-С.69-71.

9. Нечаев Ю.Б. Использование имитационного моделирования для оптимизации излучающей структуры / Ю.Б.Нечаев, Д.Н.Борисов, А.С.Мальцев // Материалы международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии», Воронеж, 2008 г. - Воронеж: ВИ МВД России, 2008.-Ч.1.-С.69-71.

10. Андреев Р.Н. Методика анализа КПД щелевой микрополосковой излучающей структуры / Р.Н. Андреев, H.H. Винокурова, A.C. Мальцев // Материалы XIV международной НТК «Радиолокация, навигация, связь», г.Воронеж, 2008 г.- Воронеж: ОАО Концерн «Созвездие», 2008.-Т.1.-С 567-572.

11. Нечаев Ю.Б. Проектирование широкополосной микрополосковой антенной решетки для систем связи / Ю.Б.Нечаев, Д.Н. Борисов А.С.Мальцев И Материалы VII международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», Самара, 2008 г. - Самара: Книга, 2008.-С.97-98.

Работы № 1-4 опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК

РФ.

г 1

Подписано в печать 21.11.2008. Формат 60/84 1/16 Усл. печ. 0,93. Уч.-изд. л. 1. Гарнитура Тайме новая. Печать офсетная. Бумага типографская. Тираж 100 экз. Заказ №316

Типография Воронежского института МВД России 394065, Воронеж, просп. Патриотов, 53

Введение.

Глава 1. Математический аппарат решения задач электромагнитного возбуждения излучающих структур

1.1 Уравнения Максвелла для решения задач возбуждения

1.2 Решение уравнений Максвелла для плоскослоистой структуры.

1.3 Разложение функции Грина по волнам типа LE,LM

1.4 Задача возбуждения плоского излучателя при наличии слоистого диэлектрика.

1.5 Полосковые излучатели на подвешенных подложках.

1.6 Спектральное представление поля излучения.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Анализ конструктивных вариантов микрополосковых излучателей для систем радиосвязи.

2.1 Характеристика базовых структур

2.2 Одночастотные и двухчастотные излучающие устройства.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Способы увеличения полосы рабочих частот.

3.1 Плоский излучающий элемент с пассивными пластинами.

3.2 Плоские излучатели со щелями сложной формы.

3.3 Плоские излучатели mech-типа.

3.4 Использование пространственных переходов

3.5 Применение излучателей с воздушной подложкой.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Исследование взаимного влияния элементов антенной решетки.

4.1 Характеристики антенной решетки с учетом взаимного влияния излучателей.

4.2 Взаимное влияние в плоской и кольцевой антенных решетках на основе излучателя с U-щелью.

4.3 Взаимное влияние плоской и кольцевой антенных решеток на основе излучателя с короткозамыкателем

Выводы по главе 4.

Актуальность темы. Усложнение радиоэлектронной аппаратуры телекоммуникационных систем, включая системы связи специального назначения, требования ее комплексной миниатюризации выдвигают на первый план проблему миниатюризации антенн, поскольку во многих случаях проблема миниатюризации приемо-передающей аппаратуры уже решена.

Наиболее перспективными в этом направлении являются антенны в микрополосковом исполнении, при изготовлении которых используется технология пленочных гибридных интегральных схем СВЧ-диапазона. Так могут быть выполнены практически все элементы антенн, линии передачи и устройства СВЧ.

Таким образом, при проектировании антенн и устройств СВЧ можно говорить о новой элементной базе, для которой разработка методов расчета и проектирования микрополосковых антенн (МПА) является совершенно необходимой.

Задача разработки методов и математических моделей для электродинамического описания малогабаритных излучающих структур, в частности, полосковых, микрополосковых, наиболее широко освещена в одной из первых отечественных монографий, в работе Панченко Б.А. и Нефедова Е.И. «Микрополосковые антенны». Большой вклад в развитие теории и техники антенн и антенных решеток, в частности, полосковых, внесли чл.-корр. РАН Бахрах Л.Д., проф. Чаплин А.Ф., проф. Сазонов Д.М., проф. Панченко Б.А., проф. Нефедов Е.И. и др.

В настоящее время область применения полосковых излучающих структур заметно расширилась, вместе с тем используется все больше разновидностей практических конструкций малогабаритных антенн. Микрополосковые излучатели как самостоятельные МПА и как элементы фазированных антенных решеток (ФАР) имеют большое разнообразие и отличаются по принципу работы, конструктивной реализации, характеристикам излучения, наличию гибридных соединений с другими устройствами интегральных схем СВЧ-диапазона. Широкий диапазон частот (0,2-18 ГГц), в котором используются МПА, еще больше увеличивает круг задач, возникающих при практическом использовании МПА и ФАР на их основе.

Преимущества МПА и АР из них - малые габаритные размеры, масса и стоимость при высокой точности изготовления и воспроизведения характеристик. Основной недостаток микрополосковых излучателей состоит в том, что они, как правило, узкополосны вследствие резкой частотной зависимости входного сопротивления.

Естественный путь расширения полосы рабочих частот Д/ за счет использования более толстых подложек (или увеличения числа тонких подложек с разными диэлектрическими проницаемостями s) имеет ограниченные возможности, так как при этом создаются более подходящие условия для возникновения поверхностных волн, резко снижающих эффективность антенны.

К настоящему времени разработано и исследовано теоретически и экспериментально большое количество вариантов МПА. Однако диапазон длин волн, в котором применяются излучатели этого класса, простирается от метров до миллиметров. Для изготовления используются различные материалы, сами излучатели в силу своей конформности размещаются на объектах различной конфигурации.

Поэтому разработка и использование низкопрофильных малогабаритных излучателей, в особенности, широкополосных, с улучшенными электродинамическими характеристиками предусматривает трудоемкий цикл расчета конструктивных параметров, разработку топологии устройства, изготовление,, а затем длительный этап отработки параметров. Рациональный путь ускорения процесса проектирования - применение метода математического моделирования, который предполагает исследование математических моделей излучателей, адекватных изучаемым устройствам. Математическое моделирование позволяет воспроизводить любые изменения, которые возникают в реальных устройствах, но при экспериментальной отработке трудно реализуемы. Все это требует разработки математических моделей микрополосковых излучателей (с учетом используемых диапазонов длин волн, требований к массо-габаритным характеристикам), анализа на их основе основных электродинамических характеристик, способов расширения рабочей полосы частот; при этом необходимо учитывать специфические особенности размещения МПИ на объектах ограниченных размеров.

Изложенное позволяет утверждать, что диссертационная работа актуальна. Непосредственно объектом исследования в работе являются малогабаритные излучающие структуры и радиотехнические системы с их использованием.

Целью диссертационной работы является разработка, теоретическое и экспериментальное исследование малогабаритных низкопрофильных излучающих структур и радиотехнических устройств на их основе.

Исследования в рамках диссертационной работы предусматривают решение следующих задач:

1. Выбор и обоснование математического аппарата для исследования микрополосковых излучающих структур.

2. Анализ потенциальных возможностей базовых структур МПА в зависимости от технических требований к ним: широкополосности, уровня боковых лепестков, кроссполяризации, массо-габаритных характеристик и т.д.

3. Разработка математических моделей базовых структур и алгоритмов расчета характеристик излучения на основе аппарата тензорных функций Грина.

4. Исследование способов повышения широкополосности МПА.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации при решении перечисленных задач, состоит в следующем:

1. Исследован математический аппарат для адекватного описания электродинамических характеристик излучения однослойных и многослойных излучателей.

2. Разработан комплекс математических моделей базовых микрополосковых излучателей, позволяющий проектировать и исследовать различные конструкции излучающих структур с учетом диапазона длин волн, рабочей полосы частот, эффективности излучения, места размещения.

3. На основе разработанных математических моделей и процедуры оптимизации характеристик излучения микрополосковых излучателей синтезированы излучатели, превосходящие по своим характеристикам известные аналоги.

4. Предложены и исследованы перспективные конструкции широкополосных микрополосковых излучателей.

5. Методом имитационного моделирования исследовано взаимное влияние элементов на характеристики широкополосной АР.

Достоверность результатов работы. Достоверность результатов работы подтверждается соответствием теоретических и экспериментальных характеристик исследуемых устройств, а также их соответствием известным аналогам. При проведении исследований использованы известные и проверенные методы — математические и радиофизических измерений.

Практическая значимость работы заключается в разработке инженерных методик для проектирования малогабаритных излучающих структур, предложенных и практически реализованных в схемно-конструктивных решениях для радиотехнических устройств объектов мобильной связи, в полученных расчетных и экспериментальных результатах для разработанных устройств, нашедших применение в НИОКР.

Реализация результатов. Полученные теоретические и экспериментальные результаты использованы в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах ОАО «Концерн «Созвездие», научно-внедренческом предприятии «Протек», ОАО Воронежском НИИ «Вега», а также в учебном процессе Воронежского госуниверситета и Воронежского института МВД России, что подтверждено актами внедрения.

Апробация работы. Основные методические и практические результаты исследований докладывались на следующих конференциях:

Всероссийской научно-практической конференции «Охрана, безопасность, связь», 2007 г., г.Воронеж, Воронежский институт МВД;

VIII Международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии», 2008 год, г.Воронеж, Воронежский госуниверситет;

14 Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь», 2008 г., ОАО «Концерн «Созвездие»;

VII Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», посвященной 150-летию со дня рождения А.С.Попова, 2008 г., г.Самара; на научных семинарах кафедры телекоммуникационных систем 2007, 2008 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 6 статей, из них 4 - в ведущих изданиях, входящих в перечень рекомендованных Высшей аттестационной комиссией, 5 докладов на международных научно-технических конференциях.

Выводы по главе 4

Аналитически показаны основные проявления взаимного влияния излучателей в микрополосковой антенной решетке. Взаимное влияние приводит к изменению амплитудно-фазового распределения тока на излучателях по сравнению с распределением на невзаимодействующих излучателях и соответствующим изменениям в диаграмме направленности. Изменяются входные сопротивления излучателей, причем различным образом при разном амплитудно-фазовом распределении токов на их входах. Появляются потери мощности, обусловленные рассогласованием излучателей с питающим трактом при изменении направления фазирования.

Проведено исследование взаимного влияния элементов широкополосной микрополосковой антенной решетки. Показано, что с учетом взаимного влияния наибольшую полосу рабочих частот дотн =17.51 % имеет плоская АР, построенная на основе излучателя с U-щелью, при межэлементном расстоянии а=Ь=10 мм.

Исследовано взаимное влияние элементов плоской и кольцевой антенных решеток, построенных на основе излучателя с короткозамыкателем. Из-за взаимного влияния относительная полоса рабочих частот плоской антенной решетки уменьшается до величины 12.9 %, для кольцевой АР - до 14.6 %.

Заключение

В работе показано, что применение уравнений Максвелла в принципе позволяет исследовать любые электромагнитные процессы в однородных и неоднородных средах.

Использование тензорных функций Грина для описания сложных радиотехнических структур, расположенных вблизи границы раздела сред, позволяет значительно упростить решение задач, связанных с проектированием излучающих систем. На основании использования функций Грина плоскослоистой структуры получены выражения для расчета поля излучения, сопротивления микрополосковых излучателей. Применение представления функции Грина при разложении поля по волнам типа LE, LM позволило разделить вклад поверхностных и пространственных волн, исключить особые точки в подынтегральных выражениях и упростить алгоритмизацию и компьютерные расчеты.

Представление функции Грина для плоскослоистой среды при разложении электромагнитного поля по волнам типа LE, LM модифицировано на случай сред, обладающих магнитными свойствами. Это существенно расширяет круг решаемых задач.

Исследованы микрополосковые излучатели на подвешенных подложках. Входное сопротивление излучателя представлено в виде суммы двух слагаемых, причем первое соответствует поверхностным волнам, а второе - пространственным.

Установлено, что диэлектрическая проницаемость материала подложки влияет на резонансную длину излучателя, но практически не сказывается на характере зависимостей активной и реактивной составляющих сопротивления излучателя. Изменение резонансной длины излучателя при изменении величины коэффициента заполнения при постоянной высоте подвеса излучателя существенно при малых величинах к3<0,25 и ослабевает по мере дальнейшего увеличения к3. Соответствующий выбор параметров подложки позволяет уменьшить размеры излучателей и устранить недостатки, присущие микрополосковым структурам.

При использовании одномодовой аппроксимации тока на излучателе точность определения входного сопротивления полуволнового излучателя составляет 7-9% в зависимости от параметров применяемой подложки, учет трех пробных функций повышает точность до 4-5%, и точность 1% достигается при учете 7-9 функций.

Показано, что при малой высоте подвеса подложки изменение диэлектрической проницаемости и коэффициента заполнения практически не влияет на диаграмму направленности излучателя по пространственным волнам.

Спектральный метод, основанный на приближении заданного тока, позволяет получить правильную физическую картину механизма излучения микрополоскового излучателя и достаточно просто определить его характеристики, что делает перспективным его использование для расчета микрополосковых антенных решеток.

Анализ конструктивных вариантов микрополосковых излучателей для систем радиосвязи позволил определить наиболее перспективные с точки зрения использования в системах мобильной радиосвязи.

Проведены экспериментальные исследования одно- и двухчастотных излучателей. С целью расширения полосы рабочих частот исследованы МПИ с вырезами на излучающем элементе. Установлено, что при b>0,18W (W -сторона квадрата, b - глубина выреза) происходит раздвоение рабочей частоты, т е излучатели начинают работать в двухчастотном режиме. Вырез на противоположной стороне диагонали квадрата позволяет добиться разноса между рабочими частотами до 50%, а с помощью одного выреза - до 28%.

Двухчастотный режим можно получить, если вместо выреза в излучающем элементе реализовать неоднородность иного характера, например, в виде выступа, при этом можно изменять частоту в пределах от 15 до 20% от центральной частоты.

Предложена конструкция МПИ, у которого неоднородности выполнены в виде выреза и выступа в излучающем элементе. Изменяя одновременно глубину выреза и длину выступа (механическим или электрическим путем), можно перестраивать МПИ в режим круговой поляризации при постоянном значении КСВН. Изменяя размер только одной неоднородности, можно получить МПИ с управляемой поляризацией поля.

Исследованы двухчастотные МПИ, которые в отличие от известных конструкций имеют два раздельных входа и работают в режиме круговой поляризации.

Предложен вариант МПИ, имеющий один вход и работающий в двухчастотном режиме с круговой поляризацией на каждой частоте. Пространственный разнос между поляризационными векторами достигается конструктивным размещением одного излучающего элемента над другим, а фазовый сдвиг - за счет питания возбуждающих штырей через квадратурный мост.

Рассмотрен ряд конструкций МПИ с круговой поляризацией поля, которые могут быть использованы в решетках с совмещенными раскрывами.

Исследована конструкция крестообразного излучателя с электромагнитным способом возбуждения, позволяющая разместить на одной апертуре две разнесенные по частоте антенные решетки, а комбинированный способ возбуждения - обеспечить развязку по щелям питания.

Разработан и исследован модуль антенной решетки совмещенного типа. Модуль первого канала: относительная полоса частот по входному сопротивлению порядка 8,6% по уровню КСВН=2, коэффициент эллиптичности больше 0,7. Модуль второго канала: 4//^ =20% по уровню КСВН=1,8; коэффициент эллиптичности £3>0,7. Разнос между средними частотами каналов равен 1,64.

Исследования показали практическую возможность разработки синфазных антенных решеток совмещенного типа на микрополосковых излучателях. Такие устройства отличаются относительной простотой управления, хорошими массо-габаритными характеристиками, успешно могут быть использованы для маломощных радиостанций УКВ диапазона

Экспериментальные данные подтвердили правильность представленных в работе основных теоретических моделей.

Исследованы способы расширения рабочей полосы частот микрополосковых излучателей за счет: щелей сложной формы; пассивных элементов, расположенных в одной плоскости с излучателем; плоских и объемных согласующих элементов; пространственных переходов; многослойных (многоэтажных) структур. На основании методик главы 1 рассчитаны, изготовлены и экспериментально исследованы лабораторные макеты микрополосковых излучателей, использующих различные вышеперечисленные способы расширения относительной полосы рабочих частот. Исследования показали, что использование какого-либо одного способа расширения полосы рабочих частот, как правило, оказывается недостаточным, возникает необходимость их комбинировать.

Установлено, что включение пассивных элементов в микрополосковый излучатель позволяет получить относительную полосу рабочих частот АС1Н=18,3% при условии, что классический МПИ при тех же конструктивных размерах имеет Дотн=(2 - 4)%. Использование щели сложной геометрической формы приводит к реализации МПИ с ^отн= 28,2 % при оптимальных конструктивных параметрах, рассчитанных по методикам главы 1.

Использование щели сложной формы позволяет сохранить симметричность конструкции и, как следствие, симметричность характеристик излучения, не связано с увеличением массо-габаритных размеров МПИ и не исключает возможность сочетания с другими способами расширения Применение плоских излучателей mesh - типа позволяет увеличить полосу рабочих частот классического МПИ на (3 — 4) % и может быть рекомендован в качестве дополнительного средства увеличения Дотн. Важнейшим преимуществом излучателей mesh - типа является значительное уменьшение массы устройства' (снижение на 50 — 70%) и парусности, особенно в случаях, когда сетчатая структура присутствует и в излучателе, и в экране изделия.

Использование воздушных подложек позволяет увеличить Дотн до величины (30 - 70)%; так, например, применение воздушной подложки и щели сложной формы позволяет разработать излучатели с Д01Н— 39,6% с симметричной и равномерной ДН в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Применение воздушных подложек позволяет не учитывать технологический разброс относительной диэлектрической проницаемости.

Аналитически показаны основные проявления взаимного влияния излучателей в микрополосковой антенной решетке. Взаимное влияние приводит к изменению амплитудно-фазового распределения тока на излучателях по сравнению с распределением на невзаимодействующих излучателях и соответствующим изменениям в диаграмме направленности. Изменяются входные сопротивления излучателей, причем различным образом при разном амплитудно-фазовом распределении токов на их входах. Появляются потери мощности, обусловленные рассогласованием излучателей с питающим трактом при изменении направления фазирования.

Проведено исследование взаимного влияния элементов широкополосной микрополосковой антенной решетки. Показано, что с учетом взаимного влияния наибольшую полосу рабочих частот дог„ =17.51 % имеет плоская АР, построенная на основе излучателя с U-щелью, при межэлементном расстоянии а=Ь=10 мм.

Исследовано взаимное влияние элементов плоской и кольцевой антенных решеток, построенных на основе излучателя с короткозамыкателем. Из-за взаимного влияния относительная полоса рабочих частот плоской антенной решетки уменьшается до величины 12.9 %, для кольцевой АР - до 14.6 %.

1. Марков Г.Т. Возбуждение электромагнитных волн/ Г.Т.Марков, А.Ф.Чаплин. -M.-JL: Энергия, 1967.-376 с.

2. Марков Г.Т. Математические методы прикладной электродинамики / Г.Т. Марков, Е.Н. Васильев. -М.: Сов. радио, 1976. -120 с.

3. Васильев Е.Н. Возбуждение тел вращения/ Е.Н.Васильев.- М.: Радио и связь, 1987. -272 с.

4. Панченко Б.А. Тензорные функции Грина уравнений Максвелла для областей, частично заполненных диэлектриком. Часть 2 / Б.А.Панченко // Проблемы повышения эффективности и качества радиотехнических систем.-Свердловск: Изд.УПИ, 1980.-Вып.З.-С.60-62.

5. Филиппов B.C. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток: учебн. пособие для вузов / В.С.Филиппов и др.; под ред. Д.И.Воскресенского.- М.: Радио и связь, 1994.-592 с.

6. Панченко Б.А. Тензорные функции Грина уравнений Максвелла для областей, частично заполненных диэлектриком. Часть 1 / Б.А.Панченко // Проблемы повышения эффективности и качества радиотехнических систем.-Свердловск: Изд.УПИ, 1979.-Вып.2.-С.29-35.

7. Панченко Б.А. Электродинамический расчет характеристик излучения полосковых антенн / Б.А.Панченко, С.Т.Князев, Ю.Б.Нечаев и др..- М.: Радио и связь, 2002.-256 с.

8. Титчмарш Э. Разложение по собственным функциям, связанным с дифференциальными уравнениями второго порядка/ Э.Титчмарш. -М.: Изд.иностр. лит., 1961.-556 с.

9. Фелсен JI. Излучение и рассеяние волн/ Л.Фелсен, Н.Марку виц; под.ред М.Л.Левина, пер с англ. -М.: Мир, 1978.-Т1.-546 С.-Т.2-550 с.

10. Панченко Б.А. Тензорные функции Грина уравнений Максвелла для цилиндрических областей / Б.А. Панченко // Радиотехника. Харьков: издание ХГУ, 1970. Вып. 15, С.82-89.

11. Панченко Б.А. Тензорные функции Грина уравнений Максвелла для областей, частично заполненных диэлектриком. Часть 1 / Б.А.Панченко //

12. Проблемы повышения эффективности и качества радиотехнических систем.-Свердловск: Изд.УПИ, 1979.-Вып.2.-С.29-35.

13. Панченко Б.А. Тензорные функции Грина уравнений Максвелла для областей, частично заполненных диэлектриком. / Б.А.Панченко // Проблемы повышения эффективности и качества радиотехнических систем.-Свердловск: Изд.УПИ, 1980.-Вып.З .-С.60-62.

14. Панченко Б.А. Характеристики излучения полосковых антенн на подложках ограниченных размеров/ Б.А.Панченко, Ю.Б.Нечаев Воронеж: ВГУ, 1992.-91 с.

15. Морс Ф.М. Методы теоретической физики: в 2-х т./ Ф.М.Морс, Г.Фешбах. -М.: Иностранная литература, 1962.-Т.2.-482 с.

16. Панченко Б.А. Взаимодействие элементов в антеннах и дифракционных решетках / Б.А. Панченко // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МЭИ, 1970.

17. Электродинамический расчет характеристик излучения полосковых антенн / Б.А.Панченко, С.Т.Князев, Ю.Б.Нечаев и др..- М.: Радио и связь, 2002.256 с.

18. Просвирнин C.J1. Расчет микрополосковых антенн в приближении заданного распределения поверхностного тока / С.Л.Просвирнин, Ю.Б,Нечаев-Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1992.- 112 с.

19. Просвирнин С.Л. Расчет прямоугольных микрополосковых антенн в приближении заданного распределения поверхностного тока / .- Харьков: Радиоастрономический ин-т АН Украины, Препринт №60.- 1992. -58 с.

20. Нечаев Ю.Б., Винокурова Н.Н., Андреев Р.Н. Характеристики прямоугольных микрополосковых антенн в приближении заданного распределения поверхностного тока // Вестник ВИ МВД РФ, 2005. Вып. 2(21), С.111-115.

21. Иванов А.В. Микрополосковая антенна. А.С. 1103316, 1984.

22. Сосунов Б.В. Расчет и проектирование полосковых и щелевых антенн круговой поляризации / Б.В.Сосунов. Л.: ВКАС, 1985.

23. Печатные полосковые антенны. Обзоры по электронной технике// Электроника СВЧ. Серия 1.-1982.-Вып.8.

24. Горобец Н.Н. Двухдиапазонный микрополосковый излучатель с круговой поляризацией// Техника средств связи, серия TP, 1983.-Вып.2.

25. Шауберт Д.Г. Широкополосная антенна с быстрым изменением рабочей частоты. Перевод КМ-80179, 1986.

26. Патент №61-264804, Япония.

27. Панченко Б.А. Характеристики излучения полосковых антенн на подложках ограниченных размеров // Б.А.Панченко, Ю.Б.Нечаев. -Воронеж: Изд-воВГУ, 1992.-91с.

28. Лось В.Ф. Микрополосковые и диэлектрические резонаторные антенны. САПР-модели: методы математического моделирования/ В.Ф.Лось; под ред.Л.Д. Бахраха.- М.: ИПРЖР, 2002. -96 с.

29. Воскресенский Д.И. Печатные излучатели. — В кн.: Антенны // Воскресенский Д.И., Филиппов B.C. / Под ред. Д. И. Воскресенского. Вып. 32.— М.: Радио и связь, 1985, с. 4-17.

30. Parikh К. Simulation of Rectangular, Single layer, Coax Fed Patch Antenna Using Agilent High Frequency Structural Simulator (HFSS). // K. Parikh / M.Sc. thesis, Virginia Polytechnic Institute and State Univ., Blacksburg, VA, Dec. 2003.

31. Garg R. Microstrip Antenna Design HandBook // R. Garg, P. Bhartia, I. Bahl, A. Ittipiboon / Norwood, MA: Artech House, 2001.

32. Wong Kin-Lu. Microstrip Antennas // Kin-Lu Wong / A Wiley-interscience publication: John Wiley & Sons, Inc, 2002. 340 p.

33. Vandenbosch A. E. Study of the capacitively fed microstrip antenna element // Guy A. E. Vandenbosch, Antoine R. Van de Capelle / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1994. - vol. 42, December. - № 12. - P. 1648-1652.

34. Tong Kin-Fai. A Broad-Band U-Slot Rectangular Patch Antenna on a Microwave Substrate // Kin-Fai Tong, Kwai-Man Luk, Kai-Fong Lee, Richard Q. Lee / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2000. - vol. 48. - №. 6, June. - P. 954-960.

35. Clenet M. Multiple resonances and polarisation of U-slot patch antenna // M. Clenet, L. Shafai I Electronics Letters. 1999. - vol. 35, January, 1. - № 2. - P. 101-103.

36. Luk К. M. Tam. Circular U-slot patch with dielectric superstate // К. M. Luk, K. F. Lee, andW. L. / Electronics Letters. 1997. - vol. 33, June, 5. - № 12. - P. 1001-1002.

37. Poussot, Benoit. Diversity Measurements of a Reconfigurable Antenna With Switched Polarizations and Patterns // Benoit Poussot, Jean-Marc Laheurte, Laurent

38. Cirio, Odile Picon, David Delcroix, Laurent Dussopt / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2008. - vol. 56, January. - № 1. - P. 31-38.

39. Kim Do-Hoon Kwon Yongjin. Small Low-Profile Loop Wideband Antennas With Unidirectional Radiation Characteristics // Do-Hoon Kwon Yongjin Kim / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2007. - vol. 55. - №. 1, January. - P. 72-77.

40. Qu Shi-Wei. A Planar Folded Ultrawideband Antenna With Gap-Loading// Shi-Wei Qu, Cheng-Li Ruan, Quan Xue / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2007. - vol. 55. - №. 1, January. - P. 216-220.

41. Lee R. Q. Circular polarization characteristics of stacked microstrip antennas // R. Q. Lee, T. Talty, K. F. Lee / Electron. Lett. 1990.- vol. 26, №. 25, P. 2109-2110.

42. Egashiraa S. Stacked microstrip antenna with wide bandwidth and high gain // S. Egashiraa, E. Nishiyama / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. -1996. vol. 44. - №. 11, November.-P. 1533-1534.

43. Yang Shing-Lung Steven. A Wideband L-Probes Fed Circularly-Polarized Reconfigurable Microstrip Patch Antenna // Shing-Lung Steven Yang, Kwai-Man Luk / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2008. - vol. 56. - №. 2, February. -P. 581-584.

44. Boti M. Circularly polarized antenna with switchable polarization sense // M. Boti, L. Dussopt, J. M. Laheurte / Electron. Letters 2000. - vol. 36, Aug. - № 18, P. 1518-1519.

45. Gao S. Dual-polarized broad-band microstrip antennas fed by proximity coupling // S. Gao, A. Sambell / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. -2005.-vol. 53, Jan.-№. l.-P. 526-530.

46. Shavit R. Design of a newdual-frequency and dual-polarization microstrip element // R. Shavit, Y. Tzur, D. Spirtus / IEEE Transactions on Antennas and Propagation.-2003.-vol. 51, Jul.-№. l.-P. 1443-1451.

47. Parfitt Andrew J. Analysis of Infinite Arrays of Substrate-Supported Metal Strip Antennas // Andrew J. Parfitt, Donald W. Griffin, Peter H. Cole / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1993. - vol. 41, February. - № 2. - P. 191-199.

48. Zavosh Frank. Infinite Phased Arrays of Cavity-Backed Patches // Frank Zavosh, James T. Aberle / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1994. -vol. 42, March. - № 3. - P. 390-398.

49. Tat Hui Hon. Compensating for the mutual coupling effect in a normal-mode helical antenna array for adaptive nulling // Hon Tat Hui, Kam Yuen Chan, Edward K. N. Yung / IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2003. - v. 52, June, №4.-P. 743-751.

50. Kwong T. NG. Scan-independent slot arrays with parasitic wire arrays in a stratified medium // Kwong T. NG., Benedikt A. Munk / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1988. - vol. 36, April. - № 4. - P. 483-495.

51. Gavish Motti. Array geometry for ambiguity resolution in direction finding// Motti Gavish, Anthony J. Weiss / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1996. - vol. 44, June. - № 6. - P. 889-895.

52. Lau K.L. Wideband U-slot microstrip patch antenna array// K.L. Lau, K.M. Lukand, K.F. Lee / IEE Proc.- Microwave. Antennas Propagation. 2001. - vol. 148, February.-№ l.-P. 41-44.

53. Ball I J. Bhartia P. Broabanding of microstrip antennas. EEMTIC, 1981, № 4. pp. 69-71.

54. James J.R., Wood C., Hall P. Microstrip antenna Theory and Design // London V.K. Pertigrinnes. 1981.

55. Панченко Б.А. Микрополосковые антенны / Б.А.Панченко, Е.И.Нефедов.- М.: Радио и связь, 1986. 114 с.

56. Чаплин А.Ф. Анализ и синтез антенных решеток / А.Ф.Чаплин. — Львов.: Изд-во Вища шк. при Львовск. ун-те, 1987. 180 с.

57. Mailloux Robert J. Phased Array Theory and Technology// Robert J. Mailloux / Proceedings of the IEEE. 1982. - vol. 70, March. - № 3. - P. 246-291.

58. Blank Stephen Jon. On the Empirical Optimization of Antenna Arrays // Stephen Jon Blank, Michael F. Hute / IEEE Antennas and Propagation Magazine. — 2005. vol. 47, April. - № 2. - P. 58-67.

59. Betancourt Diego. A Novel Methodology to Feed Phased Array Antennas // Diego Betancourt, Carlos del Rio Bocio / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2007. - vol. 55, September. - № 9. - P. 2489-2494.

60. Eldek Abdelnasser A. Ultra wideband Double Rhombus AntennaWith Stable Radiation Patterns for Phased Array Applications // Abdelnasser A. Eldek / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2007. - vol. 55, January. - № 1. - P. 8491.

61. Visser Hubregt J. Array and Phased Array Antenna Basics // Hubregt J. Visser / John Wiley & Sons Ltd, England, 2005. 359 p.

62. Hansen R. C. Phased Array Antennas // R. C. Hansen / New York: Willey-Interscience, 1998.-405 p.

63. Bhattacharyya A. K. Phased Array Antennas: Floquet Analysis, Synthesis, BFNs and Active Array Systems // A. K. Bhattacharyya / New York: Willey-Interscience, 2006. 634 p.

64. Антенны: а.е. 1775772 СССР: МКИ Н 01 Q / Л.В.Бычкова, С.Т.Князев, Ю.Б.Нечаев.- Бюл. 1992.-№47.-С.211.

65. Антенны: а.с. 1756993 СССР: МКИ Н 01 Q / Л.В.Бычкова, С.Т.Князев, Ю.Б.Нечаев.- Бюл. 1992.-№31.-С.204.

66. Антенна: пат. 1827044 Рос. Федерация: МКИ Н 01 Q / Л.В.Бычкова, С.Т.Князев, Ю.Б.Нечаев.- опубл. 1993, Бюл. №25.-С. 122.

67. Полосковая антенна: а.с. 1401531 СССР: МКИ Н 01 Q 1/38 / М.П.Наймушин, Л.В.Бычкова, И.Г.Кротов,- опубл. 07.06.88, Бюл. №21.

68. Ломан В.И. Микрополосковые антенны. Обзор / В.И. Ломан, М.Д.Ильинов, А.Ф.Гоцуляк // Зарубежная радиоэлектроника.- 1981.- №10.- С.99-116.

69. Князев С.Т. Электродинамика излучающих и канализирующих систем СВЧ, содержащих слоистый диэлектрик: дисс. . д-ра техн. наук / С.Т.Князев. — Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2005.

70. Нечаев Ю.Б. Дисковая микрополосковая антенна с осесимметричным возбуждением / Ю.Б.Нечаев, С.Л.Просвирнин, А.Н.Хижняк.- Деп. в ВИНИТИ 29.12.91, №4887 В91.

71. Нечаев Ю.Б. Прямоугольная микрополосковая антенна на второй моде тока / Ю.Б.Нечаев, И.И.Резник, Д.Г.Селезнев, О.И.Янсон // Техника средств связи. Серия ТРС.- 1991.-вып.7. С.

72. Панченко Б.А. Характеристики излучения полосковых антенн на подложках ограниченных размеров / Б.А.Панченко, Ю.Б.Нечаев. Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1992.-91 с.

73. Князев С.Т. Малогабаритные антенны для подвижных систем связи / С.Т. Князев, Ю.Б. Нечаев // Радиолокация, навигация, связь: труды IV Междунар. НТК, Воронеж, 1998 г.-Воронеж, 1998.-Т.З.-С. 1556-1557.

74. Винокурова Н.Н. Электродинамический анализ цилиндрической антенны лабиринтного типа на основной моде возбуждения / Н.Н.Винокурова, Ю.В.Кузьменко, Ю.Б.Нечаев //Антенны.- 2001.- вып.5(51).- С.22-27.

75. Винокурова Н.Н. Электродинамический анализ щелевых излучающих структур лабиринтного типа / Н.Н.Винокурова, Ю.В.Кузьменко, Ю.Б.Нечаев // Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот.- 2002.- Т. 10.-№3(35).- С.82-87.

76. Нефедов Е.И. Микрополосковые излучающие и резонансные устройства / Е.И.Нефедов, В.В.Козловский, А.В.Згурский. Киев: Техника, 1990. - 160 с.

77. Никольский В.В. Вариационные методы для внутренних задач электродинамики / В.В. Никольский. М.: Наука, 1967.- 460 с.

78. Нечаев Ю.Б. Излучающие лабиринтные структуры для мобильных систем связи/ Ю.Б.Нечаев, Н.Н.Винокурова// Материалы всероссийской научно-практической конференции «Охрана, безопасность, связь» Воронеж: ВИ МВД России, 2008.-Ч. 1 .-С.74-75.

79. Нечаев Ю.Б. Электродинамика микрополосковых излучающих структур: дисс. . д-ра физ.-мат. наук / Ю.Б. Нечаев. Воронеж: Воронеж, ун-т, 1995.

80. Нечаев Ю.Б. Малогабаритные антенны для мобильных систем связи / Ю.Б.Нечаев, Н.Н.Винокурова, Р.Н.Андреев // Наука производству.- 2005.-№6(86).- С.63-67.

81. Нечаев Ю.Б. Электродинамическая теория микрополосковых антенн с осесимметричным возбуждением / Ю.Б.Нечаев // Радиолокация, навигация, связь: труды V Междунар. НТК, Воронеж, 1999 г. Воронеж, 1999.- Т.З.- С. 1744-1752.

82. Кузьменко Ю.В., Нечаев Ю.Б. Дисковая микрополосковая антенна с цилиндрическим резонатором // Радиолокация, навигация, связь: труды VI Междунар. НТК, Воронеж, 2000 г. Воронеж, 2000.- Т.З.- С. 1625-1631.

83. Нечаев Ю.Б. Низкопрофильные антенны подвижных средств связи / Ю.Б.Нечаев, Н.Н.Винокурова//Антенны.- 2001.- вып.5(51).- С.61-62.

84. Ильинов М.Д. Микрополосковая двухчастотная антенна. А.С.№843674,1981.

85. Ильинов М.Д. Микрополосковая двухчастотная антенна. А.С.№1050504,1983.

86. Нечаев Ю.Б. Использование микрополосковых излучающих структур в системах подвижной радиосвязи / Ю.Б.Нечаев // Физика и технические приложения волновых процессов: тез. докл. I МНТК, Самара, 2001 г. Самара, 2001.- Т.2.- С.38-43.

87. Кузьменко Ю.В. Щелевой излучатель лабиринтного типа на проводящем цилиндре конечных размеров / Ю.В.Кузьменко, Ю.Б.Нечаев // Физика и технические приложения волновых процессов: тез. докл. I МНТК, Самара, 2001 г. Самара, 2001.- Т.2.- С.55.

88. Панченко Б.А. Взаимодействие элементов в антеннах и дифракционных решетках: дисс. . д-ра техн. наук / Б.А. Панченко. М.: МЭИ, 1970.

89. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток: учеб. пособие для вузов / под ред. Д.И. Воскресенского М.: Радиотехника, 2003. - 632с.

90. Воробьев С.Н. Взаимное влияние элементов в ограниченных ленточных микрополосковых антеннах / С.Н.Воробьев, Ю.Б.Нечаев, С.Л.Просвирнин // Известия вузов. Радиофизика.- 1992.- Т.35,- № 8 С. .

91. Князев С.Т. Характеристики линейной АР полосковых вибраторов, излучающей из слоя диэлектрика / С.Т.Князев, Ю.Б.Нечаев, А.С.Фадеев // Техника средств связи. Серия ТРС,- 1991.- вып.З.- С. 19-23.

92. Винокурова Н.Н. Малогабаритная антенная решетка для подвижных средств связи / Н.Н.Винокурова, Ю.Б.Нечаев // Радиотехника, электроника и связь на рубеже тысячелетия: тез. докл. LV науч. сессии, посвященной Дню радио, Москва, 2000 г. М.: 2000.- С.67.

93. Нечаев Ю.Б. О характеристиках антенных решеток при приеме сверхширокополосных последовательностей / Ю.Б.Нечаев, Ю.С.Радченко // Антенны.- 2002.- вып.7(62).- С.28-31.

94. Нечаев Ю.Б. Методы и способы расширения полосы пропускания микрополосковых излучающих структур / Ю.Б.Нечаев, Д.Н.Борисов, Р.А.Кретов // Физика и технические приложения волновых процессов: тез. докл. II МНТК, Самара, 2003 г. Самара, 2003.- С.322.

95. Мао Shau-Gang. Modeling of Slow-Wave EBG Structure for Printed-Bowtie Antenna Array// Shau-Gang Mao, Chih-Mying Chen, Dau-Chyrh Chang / IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2002. - vol. 1 - P. 124-127.

96. Clenet M. Visualization of Radiation-Pattem Characteristics of Phased Arrays Using Digital Phase Shifters // M. Clenet, G. A. Morin / IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2003. - vol. 45, April. - № 2. - P. 20-35.

97. Винокурова H.H., Нечаев Ю.Б. Особенности построения и анализ электродинамических характеристик малогабаритной АР для систем подвижной радиосвязи // Теория и техника радиосвязи, 2001, Вып. 1, С.59-67.

98. Князев С.Т. Характеристики линейной АР полосковых вибраторов, излучающей из слоя диэлектрика / С.Т. Князев, Ю.Б. Нечаев, А.С. Фадеев // Техника средств связи. Серия ТРС. 1991. Вып. 3. С. 19-23.

99. Нечаев Ю.Б. Математический аппарат для описания электродинамических характеристик излучения однослойных и многослойных микрополосковых излучателей / Ю.Б.Нечаев, А.С.Мальцев // Теория и техника специальной радиосвязи, 2007.- Вып.4.-С.122-130.

100. Нечаев Ю.Б. Имитационное моделирование широкополосного микрополоскового излучателя и антенной решетки на его основе/ Ю.Б.Нечаев, Д.Н.Борисов, А.С.Мальцев// Вестник ВГТУ, 2008.- Т.4.-№2.- С.99-104.

101. Нечаев Ю.Б. Алгоритм расчета характеристик излучения микрополосковой структуры спектральным методом /Ю.Б.Нечаев, А.С.Мальцев//Вестник ВГТУ, 2008.-Т.4.-№3.- С.28-32.

102. Нечаев Ю.Б. Оценка взаимного влияния элементов микрополосковой антенной решетки с использованием электродинамического моделирования/ Ю.Б.Нечаев, А.С.Мальцев// Вестник ВГТУ, 2008.-Т.4.-№6.~ С. 107-114.

103. Нечаев Ю.Б. Увеличение полосы рабочих частот микрополосковых антенн для систем связи / Ю.Б. Нечаев, Р.Н. Андреев, А.С. Мальцев// Вестник ВИ МВД России, 2008.-№1.- С. 138-146.

104. Нечаев Ю.Б. Исследование возможности использования биконической низкопрофильной антенны УВЧ диапазона для систем подвижной радиосвязи/ Ю.Б. Нечаев, Р.Н. Андреев, А.С. Мальцев// Вестник ВИ МВД России, 2008.-№3.-С.99-107.

105. Нечаев Ю.Б. Методы расширения рабочей полосы микрополоскового излучателя/ Ю.Б.Нечаев, А.С.Мальцев // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Охрана, безопасность, связь-2007», Воронеж, 2007 г.-Воронеж: ВИ МВД РФ, 2008.-Ч.1.-С.69-71.

106. Заместитель Генерального директора по научно-технической политике ОАО «Концерноб использовании результатов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук Мальцева Алексея Сергеевича

107. Григорьев С.И. ОясмЛбр Я 2008 г.1. Панов В.Н. « /Ч » 2008 г.до

108. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ПРОМЫШЛЕННОСТИ

109. ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО Гш ГшГф \ (Ч' НАУЧНО ВНЕДРЕНЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «ПРОТЕК» IXiilw (ЗАО нвп «ПРОТЕК»)

110. Использование результатов диссертационной работы Мальцева А.С. позво

111. Подписи председателя комиссии и членов комиссии удостоверяю1. УТВЕРЖДАЮ

112. Проректор по учебной работе Воронежского государственного гаверситета,н., профессор

113. Е.Н. Ищенко f^ct'cjJXj' 2008 г.1. АКТв учебный процесс

114. Декан физического факультета, к.ф.-м.н., доцент

115. Заведующий кафедрой электроники, д.ф.-м.н., профессор