автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Методы и средства контроля отражающих свойств материалов, применяемых в конструкциях рефлекторов антенн космических аппаратов

На правах рукописи

/¿¿.с ¡.л,*

РОМАНОВ АНАТОЛИЙ ГЕННАДЬЕВИЧ

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ОТРАЖАЮЩИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В КОНСТРУКЦИЯХ РЕФЛЕКТОРОВ АНТЕНН КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 2014

1 и ДПР 1У,

005546864

Работа выполнена на кафедре Радиоэлектронных и телекоммуникационных систем ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева - КАИ» (КНИТУ-КАИ)

Научный Чони Юрий Иванович,

руководитель: кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры Радиоэлектронных и телекоммуникационных систем КНИТУ-КАИ

Официальные Крючатов Владимир Иванович,

оппоненты: доктор технических наук, доцент, начальник лаборатории ведущих технологов ОАО «НПО «Радиоэлектроника» имени В.И. Шимко»,

Малай Иван Михайлович,

доктор технических наук, доцент, заместитель генерального директора ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений».

Ведущая ОАО «Радиофизика», г. Москва

организация:

Защита состоится 30 мая 2014 г. в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.082.01 в ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51, зал заседаний Ученого совета, тел./факс (843)562-43-30.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, д. 51, КГЭУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.082.01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного энергетического университета по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, д. 51 и на сайте КГЭУ www.kgeu.ru.

Автореферат разослан "Лб"" марта 2014 г. Ученый секретарь /л П

диссертационного совета, д.ф.-м.н. аР^Д Калимуллин Рустем Ирекович

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Величина коэффициента отражения (КО) рефлектора способна существенным образом повлиять на величину потерь антенны космического аппарата. При проектировании антенн эта величина необходима для правильной оценки достигаемых радиотехнических характеристик. При конструировании антенн различие величины КО материалов, используемых для изготовления рефлекторов, влияет на выбор конструкции рефлектора и его массу. При изготовлении рефлекторов возникает задача контроля КО материала рефлектора для подтверждения стабильности технологического процесса и гарантированного обеспечения параметров антенны, заложенных при ее проектировании.

Традиционные методы измерения КО в тракте не позволяют оценить величину КО материалов для образцов с размерами в несколько длин волн, что может привести к значительной погрешности в определении КО, связанной с неоднородностью поверхности материала. Важно еще и то, что известные методы не позволяют осуществлять измерения КО близких к 1 (от 0,85 до 1) с высокой точностью, необходимой при конструировании и в процессе производственного контроля материалов рефлекторов антенн космических аппаратов.

Целью работы является усовершенствование существующих и создание новых методов и средств контроля отражающих свойств материалов, используемых при изготовлении рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов.

Задачи исследования:

Для достижения поставленной цели требуется решение ряда взаимосвязанных задач:

1. Усовершенствование существующих волноводных способов измерения для хорошо отражающих образцов значительных волновых размеров.

2. Разработка способа измерения коэффициента отражения образцов из металлического сетеполотна.

3. Разработка способа бесконтактных измерений коэффициента отражения образцов из углепластика.

4. Создание алгоритмических и программно-технических средств (стендов) для реализации разработанных способов контроля отражающих свойств материалов рефлекторов антенн космических аппаратов.

Объект исследования: материалы рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов (КА).

Предмет исследования: методы и средства автоматизированного контроля КО материалов, используемых в конструкциях рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы элементы теории антенн и устройств СВЧ, методы электродинамического моделирования, а также экспериментальные методы.

Моделирование электромагнитных процессов осуществлялось с применением ПО CST Microwave Studio (версия 6.0, лицензионная). При разработке программного обеспечения стендов и проведении вычислительных исследований использовался язык программирования Delphi 7.0.

Научная новизна результатов работы состоит в том, что впервые:

1. Предложены усовершенствованные способы измерения КО материалов с электропроводящей поверхностью, осуществляемые в волноводных трактах: реконструктивный способ, позволяющий повысить точность измерения КО испытуемых образцов за счет использования результатов измерения эталонных нагрузок, и дифференциальный способ, позволяющий повысить точность измерения КО, за счет уменьшения инструментальной погрешности, вносимой асимметрией плеч двойного Т-моста.

2. Предложен способ определения КО металлического сетеполотна на основе измерения коэффициента прохождения. Исследованы зависимости погрешностей измерения от конструктивных параметров стендов. Разработаны рекомендации по обеспечению точности измерения КО.

3. Предложен бесконтактный способ определения КО углепластика или сетеполотна по результатам измерения частотной характеристики полуоткрытого резонатора с испытуемым образцом. Разработан алгоритм обработки результатов измерений, основанный на описании процесса интерференции волн в рамках геометрической оптики. Задача расчета КО исследована на устойчивость, выявлен пороговый эффект, получена оценка методической погрешности измерений.

4. Разработаны алгоритмические и программно-технические средства, реализующие предложенные способы. Созданы автоматизированные стенды для измерения КО образцов в диапазоне от 18 ГГц до 36 ГГц на базе современных векторных анализаторов цепей фирмы Rohde&Schwarz. Разработанное программное обеспечение позволяет проводить измерения и отображать результаты в реальном масштабе времени с автоматическим формированием протоколов испытаний.

Научная новизна результатов подтверждается получением двух патентов РФ на изобретения (на способы и устройства измерения КО).

Практическая ценность результатов работы. Полученные результаты позволяют повысить достоверность проектных оценок радиотехнических характеристик зеркальных антенн, а так же качество и оперативность контроля отражающих свойств материалов рефлекторов в процессе отработки технологических процессов и изготовления летного оборудования.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены на предприятии ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева» при выполнении работ по ОКР «Экспресс 2000», ОКР «Олимп», а также в учебном процессе в Казанском национальном исследовательском техническом университете (КНИТУ-КАИ), о чем имеются соответствующие акты.

На защиту выносятся

1. Усовершенствованные способы трактовых измерений КО материалов с электропроводящей поверхностью, отличающиеся от известных способов устранением методической погрешности, возникающей из-за отличия характеристического сопротивления волновода от волнового сопротивления свободного пространства, и компенсацией инструментальной погрешности, вызванной асимметрией плеч двойного Т-моста.

2. Способ определения коэффициента отражения металлического сетеполотна на основе измерений коэффициента прохождения.

3. Способ бесконтактного определения КО углепластика или сетеполотна по результатам измерения частотной характеристики полуоткрытого резонатора с испытуемым образцом.

4. Алгоритмические и программно-технические средства измерения КО образцов, реализующие предложенные способы.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается корректным применением методов анализа антенн и СВЧ устройств, обоснованностью упрощающих допущений, результатами имитационного моделирования, а также результатами проведенных экспериментальных исследований.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на Международных научно-технических конференциях по теории и технике антенн, в том числе: «III Всероссийский конкурс молодых ученых» (Москва,

2011), «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций, ПТиТТ-ХП» (Казань, 2011), «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск,

2012) «Information Science and Control Engineering - ICISCE 2012» (Шэньчжэнь, Китай, 2012), «Радиолокация, навигация, связь RLNC-2013» (Воронеж, 2013), «IX International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT-2013)» (Одесса, Украина, 2013), а также на научно-технических семинарах и совещаниях в КНИТУ-КАИ и ОАО «ИСС» имени академика М.Ф. Решетнева».

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 11 научных публикациях, включая 2 статьи в ведущих научных изданиях, входящих в перечень ВАК, 2 патента РФ на изобретение, 2 работы в рецензируемых зарубежных изданиях трудов международных НТК (Китай, Украина), 7 докладов на международных научно-технических конференциях.

Личный вклад автора. Результаты, представленные в диссертации и публикациях, получены при непосредственном участии автора работы. Автором самостоятельно разработаны программы численного анализа предложенных способов измерения КО, осуществлено электродинамическое моделирование в среде ПО CST Microwave Studio, разработано прикладное программное обеспечение (ПО) для обработки данных и визуализации результатов измерений, ПО адаптировано к аппаратной части стенда, разработаны методики проведения лабораторных экспериментов, выполнены тестовые измерения КО образцов материалов рефлекторов. Алгоритмы обработки результатов измерений в полуоткрытом резонаторе и в поле прошедшей волны разработаны совместно с соавторами публикаций [1,2].

Соответствие диссертации научной специальности.

Диссертация соответствует специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий. Представленные в ней результаты отвечают следующим пунктам паспорта специальности:

Усовершенствование трактовых способов измерения КО, разработка способа определения КО по результатам измерения коэффициента прохождения и способа определения КО по результатам измерения характеристик полуоткрытого резонатора с испытуемым образцом соответствует п. 1 «Научное обоснование новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий».

Изготовление и внедрение на предприятии ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева» измерительных стендов соответствует п. 3 «Разработка, внедрение и испытание приборов, средств и систем контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, имеющих лучшие характеристики по сравнению с прототипами».

Разработка алгоритмических и программно-технических средств измерения КО на основе предложенных способов, обработки данных и визуализации результатов измерений соответствует п. 6. «Разработка алгоритмического и программно-технического обеспечения процессов обработки информативных сигналов и представление результатов в приборах и средствах контроля, автоматизация приборов контроля».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 160 страниц машинописного текста, 93 рисунка, 8 таблиц, 77 наименований использованной литературы и 11 наименований работ автора, опубликованных по теме диссертации.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель работы, задача исследования, перечислены основные положения, выносимые на защиту. Приведены структура диссертации, форма апробации и внедрения ее результатов.

В первой главе обсуждаются проблемы методического и инструментального обеспечения процесса измерения коэффициентов отражения материалов, применяемых при изготовлении рефлекторов зеркальных антенн КА.

В рамках измерений в тракте КО хорошо отражающих материалов дело сводится к измерению поля отраженной волны, возникающей в фидере, нагрузкой которого служит испытуемый образец. В случае композитного материала, каким является углепластик, возникают большие трудности в обеспечении гальванического контакта со стенками волновода. Кроме того, инструментальная погрешность ограничивает точность прямых (абсолютных) методов измерений, к которым относятся способы измерений с использованием волноводного тракта. Наконец из-за возможной неоднородности материала с целью интегральной оценки потерь, вносимых рефлектором зеркальной

антенны, необходимы измерения для разных его участков. Это значительно снижает оперативность технологического контроля.

Резонаторный способ измерения, основанный на измерении резонансной частоты и потерь высокодобротного резонатора с внесенным в него испытуемым образцом, обладает высокой чувствительностью и соответственно точностью. Для образцов отражающих материалов резонаторный способ обладает теми же недостатками, что и способы измерений с использованием волноводного тракта.

Способ измерения отраженной волны при облучении образца больших волновых размеров обладает достоинствами прямых методов измерений -условия тестирования совпадают с рабочими. Но при измерении близких к единице КО возникают многократные переотражения в системе облучатель-образец, от которых трудно избавиться. Кроме того, инструментальная погрешность прибора непосредственно входит в погрешность измерений.

Результаты патентных исследований, проведенных в ходе выполнения работы, сведены в таблицу, содержащую основную фигуру из описания изобретения, лаконичную характеристику технического решения с достоинствами и/или недостатками в графе «Примечания». Это позволяет компактно и наглядно отразить совокупность технических решений, относящихся к измерению коэффициентов отражения и электромагнитных характеристик материалов.

Композитные материалы имеют слоистую структуру перемежающихся проводящих углепластиковых тканей и диэлектрика-компаунда. В первую главу включены результаты анализа частотных характеристик КО среды или слоя с произвольными сочетаниями проводимости и диэлектрической проницаемости. Показано, что при значениях КО в интервале от 0.85 до 1.0 решающую роль играет проводимость среды. При типичной для антенных рефлекторов толщине слоя 0.75 мм в КВЧ диапазоне волн конечной толщиной можно пренебречь.

Показано, что в диапазоне углов падения до 25° КО изменяется менее чем на 1% и практически совпадает для параллельной и перпендикулярной поляризаций.

На основании проведенных обзоров и анализа обоснована необходимость разработки способов и средств автоматизированных измерений КО материалов, используемых при изготовлении рефлекторов антенн космических аппаратов.

Во второй главе рассмотрены вопросы измерения КО, осуществляемые в радиочастотных трактах. При измерениях с использованием волноводного тракта плоский образец материала помещается в тракт, образуя некоторую оконечную нагрузку. Измеренные значения КО на его входе служат исходными данными для определения искомого КО исследуемого образца материала в процессе послеизмерительной обработки.

Показано, что при использовании типовых измерительных средств, в том числе современных автоматизированных измерителей комплексных коэффициентов отражения и передачи (векторных анализаторов параметров цепей СВЧ), выпускаемых ведущими мировыми производителями

измерительной техники, требуемая точность измерений КО, близких к единице, не обеспечивается. В главе рассмотрены наиболее существенные из факторов, не позволяющих обеспечить требуемые точностные показатели, и предложены пути для повышения точности измерений, осуществляемых в волноводных трактах.

Показано, что одним из факторов, ограничивающих достижение высоких точностных показателей, является трансформация импеданса нагрузки элементами волноводного измерительного тракта. Для ослабления влияния указанного фактора предложены способы послеизмерительной обработки и реализующие их алгоритмы. Для измерений, осуществляемых с использованием отрезков волноводов стандартного сечения, предложено использовать усреднение измеренных данных в полосе частот и коррекцию расчетных значений, учитывающую отличие характеристических сопротивлений плоской поперечной волны в свободном пространстве и волны Нют в прямоугольном волноводе стандартного сечения. Показано, что использование предложенных приемов позволяет снизить составляющую абсолютной погрешности измерений, обусловленную вышеупомянутыми факторами (до 0.005...0.01).

Для измерений более крупных образцов, проводимых с использованием расширяющихся элементов волноводных трактов (рупоров), а также при использовании различных волноводных переходов предложено использовать процедуру восстановления исследуемого значения коэффициента отражения образца по измеренным значениям КО на входе измерительного участка тракта. При этом длина перехода должна быть более А2а„ерт Л, чтобы обеспечить плавную трансформацию волнового сопротивления в тракте. Существо процедуры восстановления заключается в следующем. На первом шаге проводятся измерения значений входных коэффициентов отражения Гру„, для нескольких «эталонных» нагрузок с известными КО. По измеренным значениям Грг„определяются коэффициенты матрицы рассеяния определяющей результат трансформации КО исследуемой нагрузки. На втором шаге производится измерение входного КО рупора с исследуемым образцом Гп.„. Искомое значение Г„,-1р находится из решения уравнения, связывающего искомое и измеренное значения, относительно неизвестного Гобр . Проведенное моделирование показало действенность предложенной процедуры. Так при исходном КО | Гобр | = 0.96 его измеренное значение (вследствие трансформации) определяется с абсолютной погрешностью ДГ„с,р ~ 0.045. При измерениях согласно описанной методике абсолютная погрешность снижается примерно на порядок. Так при относительной погрешности измерений 8ИШ = ±0.025 абсолютная погрешность восстановленного значения | Г„-!р | не превышает 0.0028.

Для измерений КО, близких к единице, предпочтительнее использовать варианты дифференциальных измерений, в том числе осуществляемых мостовыми способами. В этих случаях производится измерение разности КО контролируемой нагрузки и нагрузки, КО которой известен с высокой точностью и также близок к 1.0. Мостовые измерения требуют высокой

идентичности эталонного и измерительного каналов. Неидентичность плеч мостового устройства приводит к появлению дополнительной погрешности измерения, которая может снизить положительный эффект от применения дифференциальной схемы измерений. Для ослабления влияния неидентичности каналов мостового устройства предложен новый способ измерения (Патент РФ № 2488838). Сущность его состоит в том, что сначала в один из симметричных каналов двойного Т-моста помещают измеряемую нагрузку, в другой -«эталонный» отражатель с КО, близким к 1.0, и измеряют комплексный коэффициент передачи между оставшимися входами АС//*". Затем нагрузки меняют местами и повторяют измерение комплексного коэффициента передачи АС//1". Искомое значение (1 -Гит) находят как (1 -/;„,) = А СУД"' + А С//1" . Абсолютная погрешность измерения величины (1 -Г„1Ц) при этом не превышает значения 4^1-Гнз„), где 6и - относительная погрешность измерения КО.

Третья глава посвящена разработке способа определения коэффициента отражения металлического сетеполотна на основе измерений коэффициента прохождения (способ измерения КО в поле прошедшей волны). Целесообразность его разработки определяется, главным образом, тем, что использование способов измерений в волноводном тракте связано с необходимостью обеспечения качественного электрического контакта испытуемого образца с металлическими стенками волноводных элементов.

При измерениях образцов ряда материалов обеспечение электрического контакта сопряжено не только с конструктивными трудностями, но и с принципиальными обстоятельствами. Так при измерении КО образцов сетеполотна обеспечение качественного электрического контакта с элементами измерительного тракта сопряжено с риском его повреждения. С другой стороны, для некоторых композитных материалов, выполненных на основе углепластиков с нанесенным слоем металлизации, электрический контакт невыполним ввиду наличия защитного диэлектрического слоя на отражающей поверхности покрытия. Для контроля КО в этих случаях в главе 3 предложена процедура измерения, основанная на измерении амплитуды прошедшей волны.

В ее основу положено следующее. Образец материала помещают в поле падающей плоской волны с последующим измерением амплитуды прошедшей волны. Если толщина слоя материала значительно меньше длины волны, количественную связь между коэффициентами отражения и прохождения можно определить, используя эквивалентную схему в виде четырехполюсника с сосредоточенной нагрузкой. Указанное представление позволяет установить однозначную связь комплексных значений коэффициентов отражения и прохождения: 5ц = 1 -

Установка, реализующая данный подход, состоит из миниатюрной безэховой камеры, передающего и приемного рупоров. В камере в строго фиксируемом положении устанавливается исследуемый образец. Осуществляются три измерения 52|у(2), Ли'3': без образца, с хорошо

проводящим металлическим образцом и исследуемым образцом. При этом оба образца идентичны по форме и размерам. Показано, что искомый КО равен:

^^^„^"-^пх^УС^и^"-^,!^. (1)

Методами численного моделирования проведен анализ влияния погрешностей измерительных средств и параметров измерительной установки на достижимую точность определения КО плоского образца исследуемого материала. Показано, что результирующая погрешность может быть приемлемо малой, что означает принципиальную возможность осуществления рассмотренного способа измерения при типовых показателях точности существующих измерительных приборов. Для этого величина сигнала, проходящего от передающего рупора к приемному мимо исследуемого образца, не должна превышать значения от —42 до —35 дБ. Проведен анализ технических особенностей установки, реализующей описанный способ измерения. Сформулированы количественные требования к степени безэховости. Даны оценки, позволяющие рассчитать основные геометрические размеры установки в зависимости от электрических размеров образца материала. (Минимальные размеры установки могут составлять для размера образца диаметром 10 X. около 20 X. При этом камера должна иметь такую форму, чтобы любые отраженные от стенок камеры волны попадали на передающий или приемный рупор после, как минимум, двукратного отражения.) Предложен вариант послеизмерительной обработки, позволяющий дополнительно повысить точность измерения КО. Его основу составляет использование данных нескольких независимых измерений с последующим усреднением. Проведенное статистическое моделирование показало, что наименьшая погрешность определения | 5ц | достигается при использовании измеренных значений Зги^'С/т) для Ряда част0т с последующим усреднением.

В четвертой главе предложен и исследуется способ определения КО, реализующий в электродинамическом варианте оптическую схему с кратными отражениями (рисунок 1). Соответствующая установка содержит полуоткрытый резонатор, образованный параболоидом вращения, в вершине

которого находится

слабонаправленный облучатель и испытуемый образец, который размещен перпендикулярно оси параболоида посередине между апертурой облучателя и фокусом параболоида. Габариты

параболического зеркала и плоского образца составляют = 10Л., поэтому физику процессов в полуоткрытом Рисунок 1 — Структурная схема резонаторе можно описать в рамках

установки геометрической оптики.

Отраженное от образца поле сферической волны облучателя падает на зеркало, как если бы излучалось из фокуса. Зеркало формирует участок плоской волны, которая в свою очередь отражается от образца и облучает зеркало наподобие волны, приходящей из бесконечности по оси параболоида.

Отраженное зеркалом поле представляет собой сферическую волну, сходящуюся в точку фокуса, и после очередного (третьего по счету зеркального отражения от образца) сходится к облучателю. Основная часть энергии этой сходящейся сферической волны поступает в облучатель, а остальная отражается, создавая волну аналогичную первичной волне. Подобный процесс повторяется многократно, всякий раз значительно ослабляясь.

Электромагнитные волны, поступающие после многократных отражений в облучатель, интерферируют с заранее не известными фазовыми набегами. Поэтому измерения на фиксированной частоте не позволяет выявить КО образца. Обработке должна подергаться частотная зависимость 5М(/) амплитуды и фазы отраженной волны на входе облучателя.

В соответствии с физикой процессов, происходящих в рассматриваемой системе, отраженная волна представляется следующим разложением:

где Spv„(f) - первичные отражения облучателя в отсутствии образца; второе слагаемое - это' комплексная амплитуда всех волн, приходящих к апертуре облучателя; сомножитель exp(-jß(f) 2LB) пересчитывает комплексные амплитуды от сечения апертуры облучателя ко входу установки, где измеряется КО; LB - это длина волноводной части от входного фланца облучателя до его апертуры; (V f) = 2п-]\ ~(c/2af ff /с - фазовая постоянная волны Нш

прямоугольного волновода шириной а.

Из уравнения (2) следует найти комплексные амплитуды а„ отраженных волн, несущие информацию о КО. Число членов разложения Nmax, как показывают расчеты, целесообразно выбирать в пределах от шести до девяти. Измерения выполняют для большого числа Ктах частот f диапазона /,'„„, <fk< fmax, и уравнение (2) относительно Ытш неизвестных а„ есть система Ктах линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), которая методом наименьших квадратов сводится к решению СЛАУ порядка А'„мд

<L>a = p, (3)

где <L> - эрмитово сопряженная квадратная матрица коэффициентов

lmn eJ2lfk{" ")L,/""'C, а - вектор-столбец коэффициентов а„; р - вектор-

столбец коэффициентов рт = е™"4"**(5, ,(/*)- Spr„(fk)) с-'1'"',2'».

В среде CST Microwave Studio для диапазона частот 20 - 30 ГГц осуществлялось электродинамическое моделирование полуоткрытого резонатора с фокусным расстоянием ¿фок = 70 мм и раскрывом 0150 мм. Образец - диск 0150 мм медный или из гипотетического материала проводимости g. Решалась СЛАУ (3) при различных значениях Nmax от 3 до 39.

Приведенные в таблице 1 результаты подтверждают существенное превалирование коэффициентов с индексами, кратными трем, что свидетельствует о корректности приближения геометрической оптики (2).

Таблица 1 — Коэффициенты а„ аппроксимации .S',,(/) при Nmm = 9

а, э2 а3 а. а5 а6 а? За а9

медь 0.0560 0.0514 0.3009 0.0445 0.0227 0.1535 0.0285 0.0290 0.0709

д=426 См/м 0.0553 0.0461 0.2774 0.0411 0.0227 0.1230 0.0244 0.0229 0.0485

д=112 См/м 0.0529 0.0391 0.2253 0.0340 0.0139 0.0817 0.0168 0.0133 0.0256

д=44.7 См/к/ 0.0496 0.0324 0.1747 0.0273 0.0071 0.0496 0.0113 0.0065 0.0104

Идея алгоритма обработки данных состоит в следующем. Коэффициенты а„ зависят от КО испытуемого образца, т.е. являются некоторой функцией значения Г модуля КО образца: а„ = \\'„(Г). Если функции н>„(Г) известны, то по измеренной частотной зависимости 5ц (//¡) испытуемого образца можно вычислить значения аппроксимирующих коэффициентов {а„} и затем определить Го6р= \\>„'(а„).

Калибровочные функции И'„(/~) определяются следующим образом. Измеряются зависимости для М эталонов (т = 1...М) с известными

значениями КО = Гт (например, Г\ = 1, Г2 = 0.95, Г3 = 0.9, Г4 = 0.85). Для каждой зависимости {5'ш(^)} решается СЛАУ (3) и вычисляются коэффициенты {а„(Ги)}, являющиеся отсчетами интересующих нас функций и'„{Г) в М точках Гт. После чего и'„(Г) аппроксимируется степенным полиномом (А/-1)-го порядка. Ясно, что коэффициент а3 имеет наибольшую амплитуду, поэтому он менее других «зашумлен» погрешностями измерений, и именно его следует использовать при вычислении Г0бр Точность измерения КО существенным образом зависит от устойчивости решения СЛАУ (3). Погрешности измерений приводят к случайным отклонениям 8р правой части уравнения, порождающим случайные отклонения 5а решения. Их дисперсии связаны коэффициентом который естественно назвать чувствительностью СЛАУ к случайным погрешностям. На основании спектрального разложение матрицы <Ь>

показано, что ||8а||2/||ЗЬ||2 = К? , где Х„ - собственные числа

матрицы <Ь>.

При большом числе Ктах частотных точек (для современных приборов тысячи) элементы матрицы <Ь> асимптотически стремятся к

- . Соответственно

(п-т)2пЬфокА//с

спектр матрицы <Ь> и коэффициент 4сР зависят от «волнового значения фокусного расстояния» А/ Ьфм/с, где Д/ = (/,„„ -/гш„)/2. Путем численного анализа выявлен интересный и важный факт (рисунок 2): существует пороговое значение и соответственно ограничение ¿Фок > (0.43-Ю.5)с/(/"таг - при котором

обеспечивается устойчивость решения (3), что приводит к снижению погрешности вычисления КО. Из этого вытекает требование к конструкции установки в зависимости от ее рабочего

это

= у—А 'утиг 9 ——ч 6 30

0.4 0.6

/ с

08 1

Рисунок 2 — Чувствительность к случайным погрешностям

диапазона частот: чем уже частотный диапазон измерений, тем больше должно быть фокусное расстояние параболоида.

В пятой главе излагаются результаты практической реализации предложенных способов измерения КО материалов рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов. Проведен сравнительный анализ достоинств и недостатков трех вариантов измерений: трактовых способов, измерений в поле прошедшей волны и способа с использованием полуоткрытого резонатора.

На основе анализа выработаны общие рекомендации по использованию способов для измерений КО образцов различных материалов. В этой главе описаны также разработанные опытные образцы измерительных установок.

Установка для измерения КО в поле прошедшей волны состоит из векторного анализатора сигналов, малогабаритной безэховой камеры с устройством для установки образца материала, двух облучателей в виде коаксиально-волноводных переходов (КВП) и кабелей. Геометрические размеры камеры и излучателей выбраны в соответствие с рекомендациями главы 3. Общий вид установки приведен на рисунке За. Разработано программное обеспечение, реализующее алгоритм обработки данных измерений при определении КО. На рисунке 3б представлено диалоговое окно этой программы.

а б

Рисунок 3 - Установка для измерений КО в поле прошедшей волны

На рисунке 4а представлена установка, реализующая патент 2488838 измерения КО образцов 0=1 СЛ. Установка для измерения локальных значений КО мостовым способом состоит из векторного анализатора сигналов, устройства крепления образца, двойного Т-моста, двух КВП и кабелей.

Рисунок 4 - Установка для измерения КО мостовым способом

Разработано программное обеспечение для обеспечения измерений КО образца материала в ряде точек. Число точек и их расположение определяется пользователем. Измерения могут проводиться для заданного значения частоты, либо в заданной полосе частот. По результатам измерений формируется протокол измерений (рисунок 46).

На рисунке 5 представлены фотографии установки с полуоткрытым резонатором для измерений КО в диапазоне 20 - 30 ГГц. Волновод \VR-24 со стандартным фланцем служит входом установки, к которому через КВП подключается векторный анализатор сигналов.

Рисунок 5 - Установка с полуоткрытым резонатором и интерфейс программы

На рисунке 5а показано измерение КО образца. На рисунке 56 приведен интерфейс разработанной программы РМО_КО_ 3 обработки данных. Программа имеет две версиии: расширенную с возможностью адаптировать алгоритм обработки под параметры установки при смене ее элементов или частотного диапазона, и сокращенную, для обработки массива измереных данных ).

В отсутствие реальных эталонов калибровочной зависимостью я3 = и^з(Г) служил квадратичный полином, полученный по результатам моделирования в среде ПО С8Т функций 8ц{/к) для дисков с проводимостями, при которых КО имеет значения 1.0, 0.95 и 0.85.

Результаты обработки измерений 5//(7а) для углепластиковых и дюралевого дисков подтвердили превалирование коэффициентов а3, «6, а9 (аналогично таблице 1). Были выполнены многократные измерения одного и того же образца, всякий раз заново фиксируемого в установке. При этом относительное среднеквадратичное отклонение коэффициентов аъ и «6, несущих информацию о КО образца, составило 1.15%, что косвенно характеризует и точность восстановления КО образца.

Разработанные установки используются в ОАО «ИСС» имени академика М.Ф. Решетнева» (г. Железногорск), о чем имеются соответствующие акты.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы.

В приложении представлено описание интерфейса основных программных модулей разработанного программного обеспечения для обработки и визуализации результатов измерений трактовым способом, в поле прошедшей волны и с использованием полуоткрытого резонатора.

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Совокупность результатов выполненной работы можно квалифицировать как решение актуальной задачи создания методик и реализующих их технических средств контроля КО материалов рефлекторов зеркальных антенн КА.

Основные результаты работы:

1. Разработаны и проанализированы усовершенствованные способы измерения КО материалов с электропроводящей поверхностью, осуществляемые в волноводных трактах, позволяющие снизить методическую и инструментальную погрешности (на дифференциальный способ измерения КО с использованием двойного Т-моста получен патент RU 2488838).

2. Предложен и обоснован способ определения КО металлического сетеполотна, основанный на измерении коэффициента прохождения.

3. Предложен и исследован способ бесконтактного определения КО образцов из углепластика или сетеполотна по результатам измерения частотной характеристики полуоткрытого резонатора с испытуемым образцом (получен патент RU 2503021).

4. Посредством аналитических исследований и компьютерного моделирования исследованы потенциальные точности предложенных способов измерения КО.

5. Получены зависимости, характеризующие влияние основных конструктивных параметров установок на точность измерения КО, выработаны рекомендации к конструктивным параметрам измерительных установок.

6. Созданы алгоритмические и программно-технические средства, автоматизированные стенды для измерения КО, реализующие предложенные способы измерения с визуализацией экспериментальных данных в реальном масштабе времени.

IV. СПИСОК РАБОТ, ОТРАЖАЮЩИХ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых научных изданиях из перечня ВАК РФ

1. Романов А.Г., Чонн Ю.И. Измерение коэффициента отражения плоских рефлекторов на основе полуоткрытого резонатора // Радиотехника.- 2013. -№6,- С. 114-117.

2. Романов А.Г., Седельников Ю.Е. Измерение коэффициента отражения сетчатых материалов // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2013.-№1.-С. 81-85.

Патенты

3. Пат. 2488838 Российская Федерация: МПК G01R27/06. Способ измерения коэффициента отражения СВЧ нагрузки / Седельников Ю.Е., Романов А.Г., Лавров В.И., Данилов И.Ю., Гордеев A.B.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева» (RU). - № 2011144691/28; заявл. 03.11.11. Опубл. 27.07.13 Бюл. №21.

4. Пат. 2503021 Российская Федерация: МПК G01R27/06. Способ измерения коэффициента отражения и устройство для его осуществления / Чони Ю.И., Романов А.Г., Аюпов Т.А., Данилов И.Ю., Гордеев A.B., Выгонский Ю.Г.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева» (RU). - № 2011144691/28; заявл. 30.12.11. Опубл. 27.12.2013 Бюл. № 36.

Работы, опубликованные в других изданиях

5. Choni Y., Lavrushev V., Romanov A. Accurate measuring the reflection coefficient of microwave reflectors // Proceedings 2012 IET International Conference on Information Science and Control Engineering (ICISCE 2012). Vol.3. - Shenzhen: ITE Press, 2012. - p. 1635-1638.

6. Романов А.Г., Чони Ю.И. Использование кратных отражений для повышения точности измерения качества плоских рефлекторов // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр. / науч. ред. Шайдуров Г.Я.; отв. за вып. Ливицкий A.A. - Красноярск: Сиб. Федер. ун-т, 2012.-С. 282-287.

7. Romanov A. Methods and Equipment for Accurate Measurement of Reflection Coefficient in Ka-band // Proceedings of the 2013 IX International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT). - Odessa, 2013. - P. 393-395.

8. Романов А.Г., Седельников Ю.Е. Повышение точности измерения коэффициентов отражения материалов рефлекторов зеркальных антенн реконструктивными методами // Итоги диссертационных исследований. Том 1. - Материалы III Всероссийского конкурса молодых ученых. - М.: РАН, 2011.-С. 64-73.

9. Романов А.Г. Измерение коэффициентов отражения материалов методом восстановления // Актуальные проблемы науки: сб. науч. тр. по материалам междунар. науч.-практ. конф. 30 мая 2011 г.: в 4 частях. Часть 4; М-во обр. и

науки РФ. - Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2011. -С. 110-111.

Ю.Романов А.Г., Чони Ю.И. Измерение коэффициента отражения углепластовых рефлекторов // Проблемы техники и технологий телекоммуникаций. - Материалы XII Международной научно-технической конференции. - Казань: 2011. - С. 387-388.

П.Романов А.Г., Седельников Ю.Е. Измерение коэффициента отражения сетчатых материалов // Радиолокация, навигация, связь. - Материалы 19 научно-технической конференции. - Воронеж: 2013. - С. 1632-1642.

Формат 60x84/16 Гарнитура «Times» Бумага офсетная. Печать цифровая. Печ. л. 1,0. Усл. печ. л. 0,93.

_Тираж 100. Заказ № Г22_

Копи-центр КНИТУ-КАИ. 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени А. Н. Туполева - КАИ

На правах рукописи

04201 456148 РОМАНОВ АНАТОЛИЙ ГЕННАДЬЕВИЧ

УДК 621.396.67

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ОТРАЖАЮЩИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В КОНСТРУКЦИЯХ РЕФЛЕКТОРОВ АНТЕНН КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Специальность 05.11.13-«Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Чони Ю.И.

к.т.н., профессор

Казань 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение...........................................................................................................................5

Глава 1 Проблемы измерения электродинамических характеристик материалов

рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов..........................11

1.1 Технологические особенности изготовления рефлекторов зеркальных антенн КА...................................................................................11

1.2 Обзор публикаций и патентной информации по вопросам измерения коэффициента отражения...............................................................................17

1.3 Существующие способы измерения коэффициента отражения................27

1.4 Требования к процедуре измерения коэффициента отражения материалов рефлекторов антенн космических аппаратов.........................28

1.5 Приборы, используемые при измерении коэффициентов отражения.......29

1.6 Амплитудно-фазо-частотные характеристики коэффициента отражения для хорошо отражающих материалов......................................32

1.6.1 Коэффициент отражения от границы раздела сред..........................32

1.6.2 Коэффициент отражения от слоя.......................................................35

1.7 Классификация способов измерения и алгоритмов обработки данных.... 41

1.8 Выводы по Главе 1..........................................................................................46

Глава 2 Измерение коэффициента отражения в волноводном тракте....................48

2.1 Существо и основные особенности трактовых способов...........................48

2.2 Восстановление значения коэффициента отражения при измерениях

в волноводе......................................................................................................51

2.3 Восстановление значения коэффициента отражения при измерениях

в рупоре............................................................................................................55

2.4 Дифференциальные способы измерения коэффициента отражения.........58

2.5 Выводы по главе 2...........................................................................................65

Глава 3 Измерение коэффициента отражения сетеполотна в поле

прошедшей волны...........................................................................................66

3.1 Физические основы.........................................................................................66

3.2 Реализация способа измерения......................................................................67

3.2.1 Способ измерения................................................................................67

3.2.2 Оценка погрешности измерения........................................................68

3.2.3 Требования к составным частям установки......................................70

3.3 Выводы по главе 3...........................................................................................74

Глава 4 Измерение коэффициента отражения с использованием

многократных отражений в полуоткрытом резонаторе.............................75

4.1 Электродинамика полуоткрытого резонатора.............................................75

4.2 Частотная характеристика отражений на входе облучателя......................77

4.3 Предварительная оценка точности измерения КО......................................80

4.4 Методика вычисления КО по результатам измерений...............................84

4.5 Имитационное моделирование измерительного стенда.............................89

4.6 Устойчивость задачи восстановления КО образца по частотной характеристике Биф.......................................................................................94

4.6.1 Постановка задачи...............................................................................94

4.6.2 Критерии устойчивости решения.......................................................96

4.6.3 Диапазон частот М, фокусное расстояние Ьфок и точность восстановления КО.........................................................................................99

4.7 Оценка методической погрешности, связанной с аппроксимацией зависимости а3(Г)..........................................................................................102

4.8 Выводы к главе 4...........................................................................................108

Глава 5 Реализация предложенных способов измерений. Практические

рекомендации................................................................................................110

5.1 Особенности организации и осуществления трактовых измерений......110

5.2 Установка изменения КО мостовым способом..........................................113

5.2.1 Конструкция установки.....................................................................113

5.2.2 Принцип действия установки...........................................................114

5.2.3 Алгоритм обработки результатов измерений.................................117

5.2.4 Измерение КО образца......................................................................118

5.2.5 Обработка и протоколирование результатов измерения...............120

5.3 Установка измерения КО в поле прошедшей волны................................121

5.3.1 Конструкция установки.....................................................................121

5.3.2 Порядок измерения КО образца.......................................................122

5.3.3 Результаты тестовых измерений......................................................123

5.3.4 Программно-методическое обеспечение.........................................123

5.4 Установка с полуоткрытым резонатором...................................................124

5.4.1 Состав оборудования. Требования к точности изготовления резонатора......................................................................................................124

5.4.2 Проблема калибровочных образцов................................................129

5.5 Выводы по Главе 5........................................................................................130

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................................131

Список сокращений и условных обозначений.........................................................132

Список литературы.....................................................................................................134

Список иллюстративного материала.........................................................................141

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Программное обеспечение к установке изменения КО

мостовым способом......................................................................................146

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Программное обеспечение к установке измерения КО

в поле прошедшей волны............................................................................152

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Программное обеспечение к установке с полуоткрытым

резонатором...................................................................................................155

Введение

Сегодня перед отечественной отраслью спутниковой связи стоит задача определить облик новых российских спутников различного назначения с перспективой на 15-20 лет вперед. Для этого необходимо объективно осмыслить технические решения, которые в настоящее время уже проверены на практике или находятся на стадии отработки, и выбрать среди них наиболее приемлемые с точки зрения не только техники и технологии, но и экономических и даже геополитических факторов.

Облик спутников во многом определяется уровнем развития бортовой антенной техники. Анализ современных и перспективных бортовых антенных систем показывает, что и в зарубежных, и в отечественных разработках имеется стремление получить лучшее качество сигнала за счет достижения предельных, практически соответствующих теоретически возможным, характеристик антенн для заданных зон обслуживания, сохраняя и улучшая традиционные для космической техники высокие удельные характеристики по массе конструкции.

Это, в частности, достигается высокой, прецизионной геометрической точностью конструкции антенны. Одной из наиболее технически сложных проблем является при этом обеспечение прецизионной точности отражающей поверхности рефлекторов зеркальных антенн, как на этапе изготовления, так и в условиях эксплуатации.

Кроме геометрической точности, при проектировании и изготовлении зеркальных антенн большое значение уделяется способности минимизировать потери энергии излучения, что достигается обеспечением отражения не менее 98-4)9% электромагнитной энергии излучения рабочей поверхностью рефлектора в заданном частотном диапазоне.

Технические характеристики современных зарубежных высокоточных рефлекторов лежат в следующих диапазонах:

- Погрешность изготовления: СКО < 0,01 0,03 мм;

Температурные деформации: СКО < (0,005-Ю, 100) мм;

- Коэффициент отражения: >0,98-Ю,99;

Удельная масса рефлектора: < (1 3) кг/м2;

- Жесткость: >(40-80) Гц.

Из анализа вышеперечисленных характеристик следует, что подобные антенны относятся к классу сверхточных (прецизионных) конструкций, требующих применения новых материалов и специальных мер при проектировании, технологической подготовке производства и изготовлении.

Цель работы является усовершенствование существующих и создание новых методов и средств контроля отражающих свойств материалов, используемых при изготовлении рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов.

Задача исследования: разработка способов и автоматизированных стендов измерения коэффициента отражения (КО) материалов, используемых при изготовлении рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов.

Для достижения поставленной цели необходимо:

1. Усовершенствовать существующие волноводные способы измерения для хорошо отражающих образцов значительных волновых размеров.

2. Разработать способ измерения коэффициента отражения образцов из металлического сетеполотна.

3. Разработать способ бесконтактных измерений коэффициента отражения образцов из углепластика.

4. Создать алгоритмические и программно-технические средства (стенды) для реализации разработанных способов контроля отражающих свойств материалов рефлекторов антенн космических аппаратов.

Объект исследования: материалы рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов.

Предмет исследования: методы и средства автоматизированного контроля КО материалов рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использован математический аппарат прикладной электродинамики и теории вероятностей, объектно-ориентированный язык программирования Delphi 7.0, пакет CST Microwave Studio моделирования трехмерных СВЧ структур, статистические методы обработки данных.

Научная новизна результатов работы состоит в следующем:

1. Предложены усовершенствованные способы измерения КО материалов с электропроводящей поверхностью, осуществляемые в волноводных трактах: реконструктивный способ, позволяющий повысить точность измерения КО испытуемых образцов за счет использования данных о результатах измерения эталонных нагрузок, и дифференциальный способ, позволяющий повысить точность измерения КО, за счет уменьшения инструментальной погрешности, вносимой асимметрией плеч двойного Т-моста.

2. Предложен способ определения КО металлического сетеполотна на основе измерения коэффициента прохождения. Исследованы зависимости погрешностей измерения от конструктивных параметров стендов. Разработаны рекомендации по обеспечению точности измерения КО.

3. Предложен бесконтактный способ определения КО углепластика или сетеполотна по результатам измерения частотной характеристики полуоткрытого резонатора с испытуемым образцом. Разработан алгоритм обработки результатов измерений, основанный на описании процесса интерференции волн в рамках геометрической оптики. Задача расчета КО исследована на устойчивость, выявлен пороговый эффект, получена оценка методической погрешности измерений.

4. Разработаны алгоритмические и программно-технические средства, реализующие предложенные способы. Созданы автоматизированные стенды для измерения КО образцов в диапазоне от 18 ГГц до 36 ГГц на базе современных векторных анализаторов цепей фирмы Rohde&Schwarz. Разработанное программное обеспечение позволяет проводить измерения и отображать

результаты в реальном масштабе времени с автоматическим формированием протоколов испытаний.

Научная новизна результатов подтверждается получением двух патентов РФ на изобретения (на способы и устройства измерения коэффициентов отражения) [80, 81].

Практическая ценность результатов работы. Полученные результаты позволяют повысить достоверность проектных оценок радиотехнических характеристик зеркальных антенн, а так же качество и оперативность контроля отражающих свойств материалов рефлекторов в процессе отработки технологических процессов и изготовления летного оборудования.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены на предприятии ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева» при выполнении работ по ОКР «Экспресс 4000», ОКР «Олимп», а также в учебном процессе в Казанском национальном исследовательском техническом университете (КНИТУ-КАИ), о чем имеются соответствующие акты.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Усовершенствованные способы трактовых измерений КО материалов с электропроводящей поверхностью, отличающиеся от известных способов устранением методической погрешности, возникающей из-за отличия характеристического сопротивления волновода от волнового сопротивления свободного пространства, и компенсацией инструментальной погрешности, вызванной асимметрией плеч двойного Т-моста.

2. Способ определения коэффициента отражения металлического сетеполотна на основе измерений коэффициента прохождения.

3. Способ бесконтактного определения КО углепластика или сетеполотна по результатам измерения частотной характеристики полуоткрытого резонатора с испытуемым образцом.

4. Алгоритмические и программно-технические средства измерения КО образцов, реализующие предложенные способы.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается корректным применением методов анализа антенн и СВЧ устройств, обоснованностью упрощающих допущений, результатами имитационного моделирования, а так же соответствием расчетных и экспериментальных данных

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на Международных научно-технических конференциях по теории и технике антенн, в том числе: «III Всероссийский конкурс молодых ученых» (Москва, 2011), «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций, ПТиТТ-XII» (Казань,

2011), «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2012), «Information Science and Control Engineering - ICISCE 2012» (Шэньчжэнь, Китай,

2012), «Радиолокация, навигация, связь RLNC-2013» (Воронеж, 2013), «IX International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT-2013)» (Одесса, Украина, 2013), а также на научно-технических семинарах и совещаниях в КНИТУ-КАИ и ОАО «ИСС» имени академика М.Ф. Решетнева».

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 11 научных публикациях, включая 2 статьи в ведущих научных изданиях, входящих в перечень ВАК (Радиотехника, Вестник КГТУ), 2 патента РФ на изобретение, 2 работы в рецензируемых зарубежных изданиях трудов международных НТК (Китай, Украина), 7 докладов на международных научно-технических конференциях.

Соответствие диссертации научной специальности.

Диссертация соответствует специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий. Представленные в ней результаты соответствуют следующим пунктам паспорта специальности:

Усовершенствование трактовых способов измерения КО, разработка способа определения КО по результатам измерения коэффициента прохождения и способа определения КО по результатам измерения характеристик полуоткрытого резонатора с испытуемым образцом соответствует п. 1 «Научное обоснование

новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий».

Изготовление и внедрение на предприятии ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева» измерительных стендов соответствует п. 3 «Разработка, внедрение и испытание приборов, средств и систем контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, имеющих лучшие характеристики по сравнению с прототипами».

Разработка алгоритмических и программно-технических средств измерения КО на основе предложенных способов, обработки данных и визуализации результатов измерений соответствует п. 6. «Разработка алгоритмического и программно-технического обеспечения процессов обработки информативных сигналов и представление результатов в приборах и средствах контроля, автоматизация приборов контроля».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 160 страниц машинописного текста, 93 рисунка, 8 таблиц, 77 наименований использованной литературы и 11 наименований работ автора, опубликованных по теме диссертации.

Благодарности. Автор искренне признателен В. Н. Лаврушеву за помощь в организации и проведении проверочного эксперимента и всему коллективу кафедры РТС за проявленный интерес и поддержку работы.

Особую благодарность выражаю профессору Ю.Е. Седельникову за ценные идеи и полезные советы, а также научному руководителю Ю.И. Чони за вклад в работу и мою подготовку.

Глава 1 Проблемы измерения электродинамических характеристик материалов рефлекторов зеркальных антенн космических аппаратов

1.1 Технологические особенности изготовления рефлекторов

зе�