автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Многомодовая волноводная решетка Ван-Атта

На правах рукописи

Мсрглодов Илья Владимирович

МНОГОМОДОВАЯ ВОЛНОВОДНАЯ РЕШЕТКА ВАН-АТТА

Специальность 05.12.07-Антенны, СВЧ-устройства и их технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 АПР 2015

005567803

Таганрог 2015

005567803

Место выполнения диссертационной работы:

Кафедра антенн и радиопередающих устройств, Институт Радиотехнических систем и управления, Южный федеральный университет.

Научный руководитель

Юханов Юрий Владимирович,

доктор технических наук, профессор ЮФУ

Официальные оппоненты

Габриэльян Дмитрий Давидович, д.т.н., профессор, зам. Начальника НТК ФГУП «РНИИРС», г.Ростов-на-Дону

Горин Алексей Михайлович, к.т.н., доцент, ТНИИС г.Таганрог

Ведущая организация

ИТПЭ РАН, г.Москва

Защита состоится «18» июня 2015 г. в 16 часов на заседании диссертационого совета Д 212.208.20 в Южном федеральном университете по адресу: 347922, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44, корпус «Д», аудитория Д-406.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональнойбиблиотеке ЮФУ по адресу: г.Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 21 Ж и на сайте: )ntp://hub.sfedu.r»/diss/aпnouncemшlts^вecia^¡7ation/37/

Автореферат разослан » С* уг^мл/ А 2015г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.208.20 кандидат техн.наук, доцент

ВТВгСавельев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одними из основных направлений противодействия радиотехническим средствам обнаружения являются: противорадиоло-кационная маскировка объектов, создание ложных целей, постановки различного рода помех. С целью обеспечения снижения противорадиолокационной за-метности объектов в США была создана комплексная программа "Стеле", продолженная впоследствии практически во всех развитых странах мира на все новые объекты военного назначения. Общепризнано, что снижение радиолокационной заметности объектов необходимо не столько для прямого уменьшения дальности действия современных РЛС, сколько для уменьшения необходимого энергетического потенциала бортовых средств радиоэлектронной борьбы (СРЭБ), затрудняющих обнаружение, идентификацию и успешное наведение высокоточного оружия.

Одним из направлений противорадиолокационной маскировки объектов, создания ложных целей, постановки различного рода пассивных, полуактивных и активных помех могут служить искусственные радиолокационные отражатели, в том числе с управляемыми характеристиками. Искусственные радиолокационные отражатели используются на объектах и на Земле для управляемого отражения или рассеяния электромагнитных волн, применяются в радиолокации, навигации - в качестве навигационных знаков и маркеров, метеорологии и др. В военных целях радиолокационные отражатели могут быть использованы для радиолокационной маскировки объекта, для создания ложных целей, радиолокационных мишеней и помех и т.д.

В настоящее время наибольшее применение находят следующие виды искусственных отражателей: дипольные отражатели, уголковые отражатели, линзовые отражатели, отражатели-антенны, в том числе адаптивные антенные решетки.Дипольные отражатели относятся к так называемым выбрасываемым средствам РЭБ. Недостатком выбрасываемых ловушек является их кратковременное действие.Уголковые отражатели и линзовые относятся к внебортовым системам радиопротиводействия. В силу своей громоздкости их на летательных аппаратах (ЛА) и космических объектах (КО) не используют. В основном они применяются в средствах РЭБ как буксируемые ложные цели для защиты кораблей. К тому же линзовые отражатели весьма сложны в изготовлении и требовательны в процессе эксплуатации, а у уголковых отражателей с ростом относительного размера (для обеспечения больших ЭПР) растет требование к точности установки граней.

Для эффективного решения вопросов РЭБ необходимы совершенные отражатели: широкополосные, широкоугольные с возможность управления РЛХ для создания имитационных и маскирующих помех. При этом немаловажное значение имеют вопросы и технологичности их реализации, азначит, в конечном итоге, вопросы снижения их стоимости.

Более широкой диаграммы рассеяния, чем у уголковых радиолокационных отражателей, можно добиться в отражателях на основе антенных решеток.

Наиболее распространенным типом отражателей среди отражателей-антенн являются решетки Ван-Атта, обладающие широкими возможностями по управлению отраженными сигналами. Разработка высокоэффективных искусственных отражателей на основе решеток Ван-Атта требует дальнейшего улучшения тактико-технических данных: увеличения сектора углов моностатической диаграммы рассеяния, расширения рабочей полосы частот, что невозможно без углубленного анализа их характеристик излучения и рассеяния. Все это делает такие исследования весьма актуальными.

Объекгг исследования - электромагнитные поля, возбужденные и рассеянные многомодовыми волноводными излучателями.

Предмет исследования - математические и физические модели мно-гомодовых волноводных излучателейрешеток Ван-Атта.

Целью диссертационной работы является исследование возможности достижения максимально широкого углового сектора моностатической диаграммы рассеяния волноводной решетки Ван-Атта; разработка конструкции такой решетки, численные и экспериментальные исследования ее характеристик в безэховой камере; повышение точности экспериментальных исследований характеристик рассеяния отражателей.

Для достижения поставленной цели поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Строгий и приближенный анализ двумерных моделей решетки Ван-Атта на основе многомодовых волноводных излучателей;

2. Исследовать влияние числа передаваемых из раскрыва в раскрыв связанных излучателей распространяющихся и нераспространяющихся волноводных мод на характеристики рассеяния решетки;

3. Определить условия обеспечения максимально широкого углового сектора моностатической диаграммы рассеяния волноводной решетки Ван-Атта;

4. Разработать макет многомодовой волноводной решетки Ван-Атта, провести численные и экспериментальные исследования ее характеристик;

5. Предложить метод увеличения точности измерения характеристик рассеяния малоотражающих объектов в условиях безэховой камеры.

Методы исследования - методы строгого и приближенного решения интегральных уравнений, метод физической оптики, численные методы, САПР СВЧ-устройств, методы измерений характеристик излучения и отражения.

Научная новизна диссертационной работы определяется поставленными задачами, предложенными методами их решения и впервые

полученными результатами:

1. впервые получено приближенное решение задачи рассеяния двумерныхмногомодовых волноводных решеток Ван-Атта;

2. впервые исследовано влияние числа распространяющихся и нераспространяющихся мод на амплитудно-фазовые распределения поля в раскрыве излучателей решетки Ван-Атта и ее характеристики рассеяния;

3. получены условия достижения максимально возможного расширения рабочего сектора углов отражателей на основе решеток Ван-Атта;

4. разработан и исследован численно и экспериментально макет решетки Ван-Атта на основе многомодовых волноводов с максимально широкой моностатической диаграммой рассеяния;

5. предложен метод повышения точности измерения характеристик рассеяния малоотражающих объектов в условиях БЭК.

Обоснованность и достоверность полученных в работе результатов контролировалась совпадением предложенных строгих решений задач рассеяния с полученными асимптотическими оценками, проверкой сходимости решений, их тестированием и физичностыо результатов и подтверждена совпадением численных и экспериментальных данных для разработанных макетов.

Практическая значимость результатов диссертационной работы.

Предложенные в диссертации методы приближенного электродинамического анализа характеристик рассеяния двумерной модели решетки Ван-Атта, построенной на основе многомодовых волноводных излучателей, позволили найти пути практического расширения рабочего сектора углов моностатической диаграммы рассеяния отражателя до максимально возможного и увеличения полосы его рабочих частот. Предложен метод повышения точности измерения характеристик рассеяния слабоотражающих объектов. Результаты диссертационной работы использованы в НИР №8.2461.2014/К в рамках проектной части государственного задания Министерства образования РФ на тему «Разработка сверхширокополосных антенн и управляемых радиолокационных отражателей», а также в НИР: «Экспериментальные исследования рассеивающих свойств малоразмерных воздушных объектов». Шифр «Возмущение-ЭИ» (х/д №11418, заказчик ОАО «КБ Связь», Ростов-на-Дону).

Основные положения к результаты, выносимые на защиту:

1. Приближенное решение задачи рассеяния плоской волны на двумерной модели решетки Ван-Атта, построенной на основе многомодовых волноводных излучателей;

2. Условия получения максимально широкой моностатической диаграммы рассеяния волновлодной решетки Ван-Атта;

3. Конструкция макета решетки Ван-Атта с максимально широкой моностатической диаграммой рассеяния;

4. Результаты численных и экспериментальных исследований

характеристик рассеяния многомодовых волноводных решеток Ван-Атта;

5. Метод увеличения точности измерения в "условиях БЭК характеристик рассеяния малоотражающих объектов.

Личный вклад автора

В данной диссертационной работе все основные результаты и выводы получены автором самостоятельно: проведены аналитические выкладки, разработаны математические и физические модели, получены условия достижения максимально широкой моностатической диаграммы рассеяния решетки, разработан, изготовлени экспериментально исследован макет многомодовой волноводной решетки Ван-Атта.

Апробация диссертационной работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. Юханов Ю.В., Мерглодов И.В. Сверхширокополосная антенна для измерения в безэховой камере.// ТрудыМНК «РТ-2012», Севастополь, 2012, с. 256.

2. Y.Yukhanov, M.Orda-Zhigulina, I.Merglodov, I.Ilyin, G.Kostromitin, V.Demshvskii. Measurements of Monostatic and Bistatic Radar Cross Section in Anechoic Chamber. 14th International Radar Symposium (1RS), 2013, Dresden, Germany, Print ISBN: 978-3-95404-223-4, 19-21 June 2013, Conference Publications, Volume: 2, p. 947 - 952.

3. Пархоменко Н.Г., Перетятько A.A., Виноградов С.Н., Юханов Ю.В., Мерглодов И.В., Шевченко В.Н. Исследование характеристик рассеяния беспилотных летательных аппаратов. Труды международной научной конференции «Излучение и рассеяние электромагнитных волн ИРЭМВ 2013» Таганрог, 2013 с. 366-370.

4. Юханов Ю.В., Мерглодов И.В., Демшевский В.В., Ильин И.В., Орда-Жигулина М.В. Исследование возможности антенных измерений в диапазоне частот 20-300 МГц в условиях безэховой камеры ЦКП «ПЭДиАИ» ЮФУ. Труды международной научной конференции «Излучение и рассеяние электромагнитных волн ИРЭМВ-2013» Таганрог, 2013 с. 54-62.

5. Y. V. Yukhanov, T. Y. Privalova, A. Y. Yukhanov, I. V. Merglodov «Scattering Characteristics of Multimode Waveguide VAN-ATTA Array», IEEE APWC 14, IEEE-APS Topical Conference on Antennas and Propagation in Wireless Communications, August 3-8, 2014, Palm Beach, Aruba.

Публикации. Результаты работы по теме диссертационного исследования достаточно полно отражены в опубликованных 9 работах, написанных самостоятельно и в соавторстве, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования основных результатов диссертационных исследований.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения,

четырех разделов и заключения. Содержит 117 страниц машинописного текста, 51 рисунок и список использованных источников, включающий 106 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, поставлены цели и сформулированы задачи исследований, отражена практическая значимость и научная новизна полученных результатов, сформулированы основные положения и выводы, выносимые на защиту, и изложено краткое содержание работы.

В первом разделе проведен обзор известных методов анализа характеристик рассеяния решеток Ван-Атта, экспериментальных измерений характеристик рассеяния объектов в условиях БЭК и методы повышения точности этих измерений. Определены направления исследований в последующих разделах.

Во втором разделе рассмотрено решение задачи рассеяния электромагнитных волн на двумерной модели решетки Ван-Атта, построенной на основе многомодовых волноводных излучателей (рис.1). Решетка Ван-Атта,

состоит из N - пар идентичных излучателей в виде апертур Ат (т = 1... ТУ) с размерами раскрывов а, соединенных линиями передачи плоскопараллельных волноводов Ут{т = \...Ы) одинаковой длины I. Решетка расположена на идеально проводящем бесконечном фланце. С направления (р{ падает плоская Н -поляризованная волна единичной амплитуды. Решение получено строго методом интегральных уравнений и приближенно.

Рис.1 - Двумерная модель решетки Ван-Атта

Приближенное решение задачи анализа рассеивающих свойств решетки Ван-Атта (см.рис.1) сведено к анализу только одной пары апертур решетки А-ьм , связанных между собой многомодовым плоскопараллельным волноводом (рис.2).

Рис.2 - Пара связанных элементов решетки Ван-Атта Система интегральных уравнений для такой пары примет вид:

хи+а/2

| £<">(*') Н$М\х,х',ум = 0)+Я* (*,*') х.,-0/2

ск' +

-хи+а/2

+ | Е<~м\х')н£и>(х,х',у_и=-1)еЬ' = -2**"»*,

х е А

-Ху-а/2

1М>

-х,,+а/2

| Н<м){х,х\у_м = 0)+НГМ

-хл,-а/2 х,,+а/2

сЫ-

х.,~а/2

(2)

я«=о 1КЛк„1 1

К^-^Ггк2-, кп = к^- Гп = ™- и(х) = 2е1кхсощ ; к а

'«=о

СО5Х„усозх„М ;

1Кп бшА:,,/'

1, /7 = 0 2, и = 1 ...оо

Неизвестные функции Е^м\х')

в апертурах представлены в ви-

» по ^овым волнам (распространяющимся и нераспространяю-

ЕГ\и) = ^,}е„со5Г„и, (3)

/1=0

где и е [0, а].

Уравнения (1) (3) после введения асимптотических оценок переходят в систему двух линейных алгебраических уравнений относительно :

+0(-> = 1 ^ (4) 2 °

где Рп=е' "сощ/ );/ (р,) = — Г е,1а:сощ со5утхсЬс - диаграмма направленного

сти ш-ой моды многомодового волновода,решение которой имеет вид:

( • ^

2

; П.

У

(М> _

2

Г. - Р. е-"'-'

\

(5)

В результате для моностатической диаграммы рассеяния удалось получить следующее выражение:

РШ=Ра(9>,)+РягШ, (6)

где

РА (У,) = 16"' Мка{\ + 5Ш гД)2]Г |/„, (гД )|2 - (7)

т=0

определяют поле, переизлученное апертурой (поле, принятое апертурой Аи, переданное соединяющим волноводным трактом в апертуру А_м , которая излучает его в свободное пространство, и наоборот);

/г r-.wr-.-nrT 5'п(тс0^-) Ааяп^соз^] Гиг \<Р!) г / Г77 "Т гтг: г

2кЬсоъ(р1 8 зт^/гсоэр, ]

Г ] - (8)

[ т=0 т=0 ]

структурная составляющая, описывающее поле, отраженное непосредственно от раскрывовизлучателей решетки Ван-Атта и идеально проводящего фланца.

В выражении (7) каждая из мод за счет сомножителя е-'*"', распространяясь в волноводе от апертуры Ам к апертуре А_м или наоборот с различ-

ными фазовыми скоростями = со/^к2 -у2 , приобретает свой фазовый набег.

В результате фронт падающей волны разрушается. На рис.3 на примере прямоугольного волновода сечения 23x69 мм длиной 100 мм, на который под углом 45° падает плоская Н-поляризованная электромагнитная волна.

' 1 1

i

' !

]

* * * "i . .......ÜJ

»щ

/ jTk

г ж ■ ■ ■ ^шшштж

Рис.3 - Структура волны в волноводе

В результате анализа формул (6) - (8) для инвертирования фронта падающей волны без существенных искажений предложено передавать распределение поля из апертуры в апертуру через связывающие линии передачи с одинаковой фазовой скоростью - скоростью основного типа волны Е0 [уф =с).

Третий раздел посвящен реализации многомодовых волноводных решеток с синфазной передачей распространяющихся и нераспространяющихся волн из одних раскрывов в другие, соединенных многомодовыми линиями передачи. Полагалось, что все типы волн в соединяющих трактах переносятся с одной и той же фазовой скоростью, равной фазовой скорости основного типа волны (в данном случае со скоростью света в свободном пространстве кт = к, кт = 1). В этом случае обеспечивается идеальное инвертирование падающей на апертуру Ам волны в волну, отраженную второй апертурой А_м в обратном направлении:

EfM\u) = e

±ik{X\¡ -aIT)cos (Pi ^ iku cos <p¡

р -ikl ^ + i к (xA/ -all) cos q>, ^ - iku cos q

(9)

где

Для моностатической ДР ср = q>¡ в этом случае получено:

F(<PI) = FA<P,) + FS,Á<PI\

Fa О,.) = 0.25 Жает (l + sin cp, )2;

2 kL eos (p¡

. /,,.. л sinI^Vcos«?, | sinÍAaeos0,1

- kaN cos(khN eos (p¡ J-^-т-Щ---^.

N sin [kh eos cp, \ ka eos (p¡

(10)

(И)

Таким образом, решетка Ван-Атта, построенная на многомодовых волноводах, обеспечивающих синфазное распространение всех возбуждаемых

типов волн, имеет максимально широкую моностатическую диаграмму отражения (l + sin cp¡ )2.

Однако на практике невозможно все возбужденные волны синфазно передать из апертуры в апертуру, тем более, что часть из них янвляется нерас-пространяющимися.

Численные исследования показали, что моностатическую диаграмму рассеяние с максимально широким угловым сектором ± 45° (отсчитываемым от нормали) можно получить в многомодовой волноводной решетке Ван-Атта, передавая синфазно только распространяющиеся в волноводе типы волн.

Предложено амплитудно-фазовое распределение поля в апертуре одного из связанных излучателей с заданной точностью снимать с помощью системы зондов, и передавать его в апертуру другого излучателя с помощью одно-модовых линий передачи. В случае двумерной модели это можно сделать с помощью системы одномодовых плоских волноводов.

На рис. 4 показана картина поля, передаваемая по волноводу 23><69 мм длиной 100 мм, в котором на частоте 10 ГГц распространяющимися являются волны:Н10,Ни, Нп иНи.

Многомодовый волновод на расстоянии 5 мм от апертур (здесь фаза принятого сигнала ещё остается линейной) переходит в систему из 12-ти одномодовых волноводов, которые передают сигнал в переизлучающую апертуру (в данном случае нижнюю). В такой конструкции фаза принятого поля практически без искажения передается к нижней апертуре. Следовательно, ее можно использовать при создании решеток Ван-Атта с максимально широкой диаграммой отражения.

Рис. 4 - Структура волны в волноводе

На примере одной пары волноводных излучателей с размером апертуры 50x10 мм (рис. 5) рассмотрена возможность практической реализации многомодовой волноводной решетки Ван-Атта. Исследования проводились в пакете АшоА: НЕББ для трехмерных моделей решеток Ван-Атта с одномодовыми и многомодовыми волноводными излучателями. Волноводы вплотную прилегают

друг к другу, их разделяет стенка толщиной 1мм. Для передачи поля из одного раскрыва в другой использованы три коаксиальные линии. Длина внутренней жилы коаксиала, возбуждающего волновод, выбрана равной 7мм из соображения минимального КСВ в тракте. Чтобы исключить паразитные отражения от соединяющих коаксиалов, конструкция заключена в прямоугольный бокс, на гранях которого заданы импедансные граничные условия Z=l. В таких волноводах может распространяться три типа волн Н10, Н2о и Н3о.

Рис. 5 - Волноводная решетка Ван-Атта

Для сравнения рассмотрена пара многомодовых волноводов в одномо-довом режиме, соединенных одной коаксиальной линией. И две пары одномодо-вых волноводов 25x1 Омм, каждая из которых соединена своей коаксиальной линией.

На рис. 6 приведены моностатические диаграммы рассеяния для решетки Ван-Атта на частоте 10,8 ГГц в плоскости Н. Кривая 1 соответствует мно-гомодовой решетке с волноводами 50x10мм (см. рис. 5), кривая 2 -одномодовому режиму работы этих же волноводов и кривая 3- решетке, состо-

Рис. 6 - Моностатические диаграммы рассеяния

В результате численных исследований показано, что предложенная многомодовая конструкция является наиболее предпочтительной, как с точки зрения направленных свойств, так и по своей широкополосности.

В четвертом разделе разработана конструкция макета многомодовой волноводной решетки Ван-Атта с максимально широкой моностатической диаграммой рассеяния.

Рассмотрена реализация многомодовой волноводной решетки Ван-Атта, состоящей из одной пары волноводных излучателей с размером апертуры 50x10 мм. Волноводы изготавливались из стеклотекстолита толщиной 1 мм. Макет показан на рис. 7 а, б.

а) б)

Рис. 7 - Макет многомодовой решетки Ван-Атта: фотографии макета без экрана

а) и с экраном б)

Кромки волноводов закрыты медной фольгой, пропаянной по периметру. Для подключения коаксиальных кабелей использовались разъемы СК9-РБФП-Х-1-177-1 .М фирмы Амитрон Электронике, хвостовые центральные проводники разъемов служили возбуждающими штырями. В качестве линий передач были взяты коаксиальные кабели Flexiform 405 NM FJ фирмы Habia Cable длиной 310 мм каждый.

ЭПР такого отражателя на частоте 10 ГГц без учета влияния линий передач (и потерь в них) и влияния экрана равна 0,014 м2 (-18,5дБ на м2). Уровень КСВ в трактах с учетом всей сборки равен 1,35.

Расчетные моностатические диаграммы ЭПР разработанного макета (см. рис. 7) показаны на рис. 8 на трех частотах 10,5 ГГц - кривая 1,10 8 ГГц -кривая 2 и 11 ГГц - кривая 3.

10,5 ГГц, 10,8 ГГц и 11 ГГц

Экспериментальные исследования проводились в безэховой камере (БЭК) Центра коллективного пользования «Прикладная электродинамика и антенные измерения» Южного федерального университета (ЦКП «ПЭДиАИ»).

Коэффициент безэховости в рабочей зоне безэховой камеры в диапазоне частот 5-40 ГГц не хуже -30 дБ, а в диапазоне частот 10-^37,5 ГГц - не хуже -40 дБ. Этот коэффициент безэховости приемлем для измерения параметров антенн. Однако при радиолокационных измерениях вообще, а при измерении малозаметных объектов - особенно, коэффициент безэховости велик, и затрудняет выделение полезного сигнала на фоне паразитных отражений. Следовательно, перед тем как приступить к измерениям макета решетки, необходимо провести исследование безэховой камеры с целью выявления и устранения мешающих отражений (и переотражений) - фона.

Фоновые отражения в БЭК искажают результаты радиолокационных измерений. Особенно это заметно при исследовании малозаметных объектов. Придетальном анализе компенсации фона выясняется, что фоновые отражения в БЭК с объектом и без - различны. Сравним составляющие фона БЭК без объекта и с объектом, которые приведены на рис.9 и рис.10 соответственно.

Рис. 9 показывает, что составляющие фона 4 и 5 не попадают приемную антенну. При измерении фона мы получаем только аф.

9ЙОД )2-»50

Рис .9 - Фоновые отражения в БЭК без исследуемого объекта

Из рис. 10 видно, что только составляющие 2 и 3 не претерпели изменений. Составляющая 1 отражается от объекта, а не от задней стенки БЭК, что существенно меняет его амплитуду и фазу. Более того, объект отбрасывает тень на заднюю стенку БЭК, тем самым заметно изменяя фоновый сигнал. Составляющие 4 и 5 в присутствии объекта также изменили свои траектории. Теперь после нескольких переотражений они попадают в приемную антенну. При этом результирующая ЭПР будет приблизительно равна:

о" = сг0+сгф-ау, (12)

где а0 - истинная ЭПР цели, аф - ЭПР фона, ат - ЭПР тени.

Рис.10 - Перераспределение фоновых отражений в БЭК в присутствии исследуемого объекта

Измеряемая ЭПР цели сг,( с учетом компенсации фона будет равна:

=С7-с7ф=а0-ат (13)

Как видим, измеренное значение ЭПР отличается от истинного на величину ЭПР затенненного участка задней стенки БЭК. Даже при весьма совершенных РПМ, применяемых в БЭК, возникающая погрешность измерения, равная оу (собственной ЭПР камеры), может оказаться соизмеримой или даже превышать значение измеряемой величины. Из вышесказанного ясно, что достоверность такого метода компенсации весьма сомнительна, особенно при исследовании достаточно крупных, но малозаметных объектов (например, конуса, клина и т.д.) даже в условиях незначительных фоновых отражений.

При исследовании многомодовых решеток Ван-Атта (см.рис.7) был предложен следующий способ компенсации фона.

Так как у исследуемой решетки основным диаграммообразующим элементом является раскрыв, то сначала снималась ДОР решетки в штатном положении, затем раскрыв, закрывался РПМ (рис.11) и измерения проводились еще раз, после чего из данных полученных для штатного положения вычитались данные решетки с закрытым РПМ раскрывом. Таким образом, были получены ДОР, сформированные исключительно раскрывом решетки Ван-Атта без мешающих фоновых отражений.

Рис. 11 Распределение фоновых отражений в БЭК в присутствии исследуемого объекта с раскрывом закрытым РПМ

Из сравнения рис. 10 и 11 видно, что в принимаемых сигналах отличаются только составляющие 1, т.е. сигналы, отраженные раскрывом решетки. На рис.10 отраженный сигнал 1 есть, а на рис.11 его нет, точнее, он в значительной степени ослаблен РПМ (в нашем случае ослабление составляло -35-^-40 дБ).

Далее представлены результаты, полученные при вычитании из ДОР решетки с открытым раскрывом результатов с ДОР решетки с раскрывом, закрытым РПМ. Сопоставление полученных данных в результате эксперимента с рассчитанными в №88 представлены на рис. 12. Кривой 1 обозначены результаты эксперимента, а кривой 2 - результаты расчетов.

Ст(ф), -15 <ЗВ _20 -25 -30 -35 -40 -45 -50 -55

-90 -72 -54 -36 -18 0 18 36 54 72 90 ф, град

Рис. 12 -ДОР решетки Ван-Атга на частоте 10,2 ГГц

Хорошее совпадение теоретической ДОР с измеренной и обработанной по вышеизложенной методике (см. рис. 12) подтверждает достоверность результатов измерений, проведенных данным методом.

Для иллюстрации диапазонных свойств исследуемого макета много-модовой решетки Ван-Атта (см.рис.7) на рис.13 приведены ее моностатические диаграммы ЭПР на частотах 6,55 ГГц (кривая 1), 7,9 ГГц (кривая 2) и 9,5 ГГц (кривая 3).

сг(ф), -15 с1В _20

-25 -30 -35 -40 -45 -50 -55

-90 -72 -54 -36 -18 0 18 36 54 72 90 ф, град Рис. 13 -ДОР решетки Ван-Атта на частоте 6,55 ГГц,7,9 ГГци 9,5 ГГц

Расширение частотного диапазона многомодовой решетки в сторону низких частот объясняется тем фактором, что для волновода с размером раскры-ва 50x10 мм критическая частота в два раза ниже, чем у волновода сечением 25x10 мм. Таким образом, разработанная решетка Ван-Атта с многомодовыми волноводами имеет не только более (максимально) широкую диаграмму ЭПР, но и большую полосу рабочих частот.

Проведены ее эксперимантальные исследования в условиях БЭК ЦКП

-> А /V а»

V / ■/ ■ ....................

-------1- —_— —.— V \

/.......

ПЭДиАИ на автоматизированном измерительно-вычислительном комплексе (АИВК) ТМСА/1-40/ДБЗЛТ)-РО. Получено хорошее совпадение численных и экспериментальных результатов. Исследованы источники погрешности измерения РЛХ в условиях БЭК, и предложен метод повышения точности измерения характеристик рассеяния объектов с ЭПР, близкой к кажущейся ЭПР БЭК.

В заключении диссертации сформулированы основные результаты

работы:

• впервые поставлена и решена двумерная задачи рассеяния на решетке Ван-Атта с учетом всех возбуждаемых в раскрывах волн в приближении, что излучатели взаимодействуют между собой только через соединяющие рас-крывы линии передачи (через верхнее полупространство взаимодействия нет);

• получено асимптотическое соотношение, позволившее получить выражения для комплексных амплитуд возбуждаемых в раскрывах волн в явном виде;

• в явном виде получены законы распределения касательных составляющих полного электрического поля в раскрывах многомодовых волноводов;

• рассеянное поле решетки Ван-Атта представлено в виде двух составляющих Р(<р,) = гА (<р,)+ /^„(р,) - поля, отраженного идеально проводящим фланцем, которое определяет так называемую структурную составляющую рассеянного решеткой Ван-Атта {<р) , и поле, переизлученное апертурой - антенной составляющей диаграммы рассеяния (поле, принятое апертурой Ам , переданное соединяющим волноводным трактом в апертуру А_и, которая излучает его в свободное пространство, и наоборот) РА(ср);

• исследовано влияние распространяющихся и нераспространяющихся волн, возбуждаемых падающей волной в апертурах излучателей, на направленные свойства решетки Ван-Атта;

• указана причина разрушения амплитудно-фазаваго распределения поля в многомодовом волноводе при передаче его из апертуры в апертуры связанных между собой излучателей, обусловленной различными фазовыми скоростями. Предложено для безискаженной передачи полей использовать недисперсные линии передачи.

• предложен метод компенсации фона, состоящий в том, что из суммарного сигнала объекта с фоном вычитается суммарный сигнал где, основные диа-граммообразующим элементы объекта закрыты РПМ;

• проведенные экспериментальные исследования макета решетки Ван-Атта показывают хорошее совпадение диаграмм обратного рассеяния с теоретическими расчетами, что подтверждает достоверность созданной математической модели и проведенных теоретических исследований;

• показано, что многоходовая волноводная решетка Ван-Атта имеет максимально широкий сектор углов и большую рабочую полосу частот, чем эквивалентные по размеру апертуры одномодовые решетки.

Список основных опубликованных работ по теме диссертации

В изданиях из перечня ВАК

1. Y Yukhanov, M Orda-Zhigulina, I Merglodov, I Ilyin, G Kostromitin, V Demshvskii. Measurements of Monostatic and Bistatic Radar Cross Section in Anechoic Chamber. 14th International Radar Symposium (1RS), 2013, Dresden, Germany, Print ISBN: 978-3-95404-223-4, 19-21 June 2013, Conférence Publications, Volume: 2, p. 947 - 952.

2. Y. V. Yukhanov, T. Y. Privalova, A. Y. Yukhanov, I. V. Merglodov «Scattering Characteristics of Multimode Waveguide VAN-ATTA Array». IEEE APWC 14, IEEE-APS Topical Conférence on Antennas and Propagation in Wireless Communications, August 3-8, 2014, Palm Beach, Aruba.

3. Мерглодов И.В. Исследование влияния конструкционных параметров элемента Вивальди на электродинамические характеристики антенной решетки//Известия ЮФУ.Технические науки. 2013, №11(148). С.116-122.

4. Ю.В. Юханов, Т.Ю. Привалова, И.В. Мерглодов Характеристики рассеяния многомодовой волноводной решетки Ван-Атта. Известия ЮФУ .Технические науки. 2014, №11, 75-85 сс.

5. Ю.В. Юханов, И.В. Ильин, И.В. Мерглодов И.В., Е.В. Крюк, Ф.С. Топалов Экспериментальные исследования характеристик рассеяния многомодовой волноводной решетки Van-Atta в безэховой камере. Инженерный вестник дона, №1. 2015.-14 с. ivdon.ru''ru.'magazine/archi\-e/nly2015/2823

Публикации в других изданиях

1. Юханов Ю.В., Мерглодов И.В. Сверхширокополосная антенна для измерения в безэховой камере.// Труды международной научно-технической конференции «РТ-2012», Севастополь, 2012, с. 256.

2. Мерглодов И.В. Широкополосная антенна для измерения в безэховой камере ЦКП «Прикладная электродинамика и антенные измерения» ЮФУ. КРЭС-2012.

3. Пархоменко Н.Г., Перетятько А.А., Виноградов С.Н., Юханов Ю.В., Мерглодов И.В., Шевченко В.Н. Исследование характеристик рассеяния беспилотных летательных аппаратов. Труды международной научной конференции «Излучение и рассеяние электромагнитных волн ИРЭМВ-2013» Таганрог, 2013 с. 366-370.

4. Юханов Ю.В., Мерглодов И.В., Демшевский В.В., Ильин И.В., Орда-Жигулина М.В., Щюнеманн К. Исследование возможности антенных измерений в диапазоне частот 20-300 МГц в условиях безэховой камеры ЦКП «ПЭДиАИ» ЮФУ. Труды международной научной конференции «Излучение и рассеяние электромагнитных волн ИРЭМВ 2013» Таганрог, 2013 с. 54-62.

Формат 60 х 841Лб. Бумага офсетная Печать ризография. Заказ № 45 Тираж 100 экз.

Типография Южного федерального университета 347922 ГСП 17А, Таганрог, 28. Энгельса, 1