автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Пространственная развязка антенных устройств с помощью импедансных структур

На правах рукописи

Эссибен Дикунду Жан-Франсуа

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ РАЗВЯЗКА АНТЕННЫХ УСТРОЙСТВ С ПОМОЩЬЮ ИМПЕДАНСНЫХ СТРУКТУР

Специальность 05.12.07 — Антенны, СВЧ устройства и их технологии

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Таганрог - 2004

Работа выполнена в Таганрогском государственном радиотехническом университете.

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Юханов Юрий Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, профессор, Синявский Геннадий Петрович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Смирнов Евгений Андреевич

Ведущая организация

ТАНТК им. Г.М. Бериева, г. Таганрог

Защита состоится "О" Л-С 2004 г. в 14.20 на заседании диссертационно-

го совета Д212.259.01 по защите диссертаций при Таганрогском государственном радиотехническом университете по адресу: г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44 ауд. Д406.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Таганрогского государственного радиотехнического университета. Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью организации, просим направлять по адресу: 347928, Ростовская область, г. Таганрог, ГСП-17А, пер. Некрасовский, 44, ТРТУ, ученому секретарю Совета.

Автореферат разослан 05 2004 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д212.259.01 кандидат технических наук, доцент

В.В. Савельев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема обеспечения в радиотехнических комплексах (РТК) электромагнитной совместимости (ЭМС), обусловлена процессом интенсивного развития радиоэлектроники, радиолокации, радионавигации, радиосвязи, стремлением вести передачу и обработку информации в реальном масштабе времени, расширением круга решаемых аппаратурой задач.

Анализ динамики роста числа радиоэлектронных средств показывает, что, в частности, число действующих радиотехнических систем непрерывно растет. Только количество передвижных радиостанций удваивается каждые 4...5 лет. Еще быстрее увеличивается число РЛС. Многие радиотехнические системы (РТС) работают в непосредственной близости друг от друга. Особенно это относится к бортовым системам, установленным на кораблях, самолетах и спутниках. Помимо увеличения числа радиоэлектронных систем (РЭС), наблюдается тенденция к увеличению их мощности излучения.

Все это делает проблему обеспечения электромагнитной совместимости РТС чрезвычайно актуальной.

Особое место в решении проблемы ЭМС РЭС занимают антенные устройства. В связи с этим актуальным и закономерным является повышение эффективности существующих и разработка новых способов обеспечения развязки антенн.

Как показал обзор ряда работ, одним из наиболее распространенных и успешных в решении проблемы ЭМС антенных устройств являются импедансные структуры и, как частный случай их реализация — ребристые структуры. Впервые импедансный подход в решении проблемы ЭМС был предложен О.И. Терешиным и А.Ф. Чаплиным, позднее В.В. Марцафеем, А.Г. Кюркчаном и др..

В настоящее время вопросу проектирование импедансных развязывающих структур посвящено достаточно большое число работ, однако в них, как правило, рассматривается лишь задачи анализа различных параметров структур (глубина и ширина канавок на плоскости и на поверхности цилиндра) на уровень развязки антенн. Для эффективного же решения данной проблемы необходимо постановка и решение обратных задач электродинамики или задач синтеза.

В связи с этим решение задач синтеза развязывающих импедансных структур является актуальной задачей.

Цель диссертационной работы. Целью диссертационной работы является исследование алекгромагнигных полей (ЭМП) апертурных антенн, расположенных на общей импедансной поверхности, разработка методики синтеза импедансных структур и создания на их основе развязывающих устройств, обеспечивающих требуемую ЭМС антенн.

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ( I

Для достижения поставленной цели предполагается:

• решить задачи излучения и приема ЭМП антеннами в виде плоскопараллельных волноводов, расположенных на общей импедансной поверхности и круговом цилиндре;

• исследовать поведение электромагнитного поля на импедансной поверхности и в раскрывах антенн;

• разработать и реализовать методику синтеза импедансных развязывающих структур;

• рассчитать, разработать конструкции и провести экспериментальные исследования макетов развязывающих структур.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• исследовано поведение векторов электромагнитного поля вдоль импедансной развязывающей структуры и в раскрывах апертурных антенн в виде плоскопараллельных волноводов;

• исследована особенность вектора напряженности электрического поля на ребре волновода с импедансным фланцем;

• разработана методика синтеза импедансных развязывающих структур для антенн, расположенных на общей импедансной плоскости и круговом цилиндре. Исследовано влияние активной и реактивной составляющих импедансной структуры на поведение ЭМП и степень развязки антенн;

• проведена оптимизация параметров синтезированных импедансных структур;

• рассчитаны, разработаны и экспериментально исследованы импедансные развязывающие структуры с коэффициентом перекрытия диапазона 5.

Практическая значимость результатов, полученных в диссертационной работе, определяется полученными в работе результатами численных и экспериментальных исследований, разработанными алгоритмами и программами, которые могут быть использованы как для совершенствования существующих, так и для разработки новых импедансных развязывающих структур, созданными развязывающими устройствами. Некоторые результаты работы включены в рабочие программы лекционных курсов и специальных практикумов, входящих в учебный план кафедры антенн и радиопередающих устройств ТРТУ.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ТРТУ (г. Таганрог), что подтверждено соответствующими документами.

Достоверность полученных результатов подтверждается строгой постановкой решаемых задач, применением физических и математических моделей, правильно отражающих реальные технические объекты. Контроль за достоверностью результатов осуществляется теоретическими средствами - выполнением основных законов электродинамики, анализом внутренних сходимостей методов решения,

контролем точности результатов, сравнением с результатами расчетов других авторов и результатами проведенных в работе экспериментальных исследований разработанных макетов развязывающих структур.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались и докладывались на международных, всероссийских конференциях и конференциях с международным участием:

1. Международная научная конференция «Анализ и синтез как методы научного познания» (АС-2004), Таганрог, ТРТУ, 2004.

2. XIII международная конференция «Electromagnetic Disturbances», (EMD'2003), Bialystok, Poland, 2003.

3. IV международная конференция «Antenna Theory and Techniques», (ICATT -2003), Sevastopol, Ukraine, 2003.

4. Международная научно-техническая конференция «Излучение и Рассеяние ЭМВ», (ИРЭМВ - 2003), Таганрог, ТРТУ, 2003.

5. Девятая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2003 г.

6. Международная конференция «Информационные технологии в естественных, технических и гуманитарных науках», Таганрог, ТРТУ, 2002.

7. Международная конференция «Моделирование как инструмент решения технических и гуманитарных проблем», Таганрог, ТРТУ, 2002.

8. Международная конференция «Динамика процессов в природе, обществе и технике: информационные аспекты», Таганрог, ТРТУ, 2003.

9. Десятая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и Информатика - 2003», Москва, 2003.

10.Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные проблемы радиоэлектроники», Красноярск, 2002.

11.VI Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления», Таганрог, ТРТУ, 2002.

12.Международная научная конференция «Системный подход в науках о природе, человеке и технике», г. Таганрог, 2003 г.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 15 работ.

Основные положения ирезультаты, выносимые па защиту. На защиту

выносятся следующие положения:

• результаты исследования поведения векторов ЭМП апертурных антенн, расположенных на общей импедансной плоскости и круговом цилиндре с учетом особенности на ребре;

• методика синтеза импедансных развязывающих структур по заданному поведению ЭМП. Результаты оптимизации параметров синтезированных развязывающих структур;

• результаты численных и экспериментальных исследований разработанных макетов развязывающих структур.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа

состоит из введения, 5 разделов с выводами и заключения, а также списка литературы. Работа изложена на 164 страницах машинописного текста, 135 рисунках, 1 таблица и содержит список литературы на 10 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, определены методы исследования, выделены научная новизна, основные защищаемые положения, приведены другие общие характеристики работы.

В первом разделе проведен обзор и краткий анализ существующих методов

обеспечения электромагнитной совместимости РЭС. Отмечены основные достоинства и недостатки существующих методов увеличения развязки между антеннами. Намечены направления дальнейших исследований в диссертационной работе.

Во втором разделе решены задачи электромагнитного возбуждения одиночной антенны в виде открытого конца плоско-параллельного волновода с бесконечным, плоским, им-педансным фланцем и в присутствии приемной антенны такой же конструкции (рис.1). Задача с помощью леммы Лоренца, благодаря выбору вспомогательного источника в виде синфазной нити магнитного тока над идеально проводящей плоскостью, сведена к решению системы интегральных уравнений (ИУ) Фредгольма 1-го рода относительно касательной составляющей вектора напряженности электрического поля Е(х) в раскрывах антенн (рис.1) и на импедансной части поверхности фланцев. В случае одиночной антенны система ИУ имеет вид:

-¿I

Ех(х)-г(х) ¡еМн&.х'^'^о,

О в

о

'2

^ОФзМ)^'=2Но> х 6

Учтены и исследованы особенности электрического поля на ребре, образованном идеально проводящей стенкой волновода и импедансным фланцем.

ЕЛХ)-«а-х')хГ'

Дана оценка порядка особенности а . Получены расчетные соотношения для основных параметров антенн (ДН, КСВ, мощность в передающей Р„е„ и приемной Р^,

я. 1 а+Л+А

антеннах, коэффициент развязки К = —

* пер

IV аЬ

в+£

Исследовано вза-

' У'

/ у 1 ЗЖ^*'

/ ч^А Ми.__^ I ,,

1 "

Рис. 2. Общая геометрия задачи

имное влияние антенн на эти характеристики. Численные исследования показали, что наибольшим искажениям подвержена ДН слабонаправленных антенн. В качестве теста рассмотрено влияние постоянного чисто реактивного импеданса (как математическая модель ребристых структур) на ДН, КСВ и уровень развязки антенн. Решения всех тестовых задач совпали с известными ранее результатами.

С помощью постоянного импеданса (ребристой структуры с постоянной глубиной канавок) у антенн фиксированной геометрии при длине развязывающей структуры L, равной длине волны, максимально достигну-

тая развязка составила -42дБ. Расчеты показали, что наличие емкостного импеданса на фланце приводит, с одной стороны, к увеличению уровня развязки между антеннами и сужению ДН, а с другой — к росту КСВ в тракте. Причем, чем меньше размер апертуры антенны, тем выше КСВ. Введение потерь в диэлектрик, заполняющий канавки, не привело к существенному росту развязки, вместе с тем произошло сужение рабочей полосы частот развязывающей структуры.

В третьем разделе методом интегральных уравнений получено строгое решение задачи анализа характеристик излучения одиночной антенны в виде открытого конца плоско-параллельного волновода, установленной на поверхности кругового импедансного цилиндра, и в присутствии приемной антенны такой же конструкции (рис.2). Как и во втором разделе, интегральное уравнение получено с помощью леммы Лоренца со вспомогательным источником в виде синфазной нити магнитного тока у поверхности идеально проводящего цилиндра. Учтены особенности электрического поля на ребрах, образованных идеально проводящими стенками волновода и импедансной поверхностью цилиндра. Осуществлено улучшение сходимости рядов в ядрах интегральных уравнений. Получены расчетные соотношения для основных параметров антенн (КСВ, коэффициент развязки К, ДН в режиме излучения). Оценено влияние постоянного чисто реактивного импеданса (как математическая модель ребристых структур) на ДН," КСВ и уровень развязки антенн. Проведена сравнительная оценка уровня развязки на плоскости и на поверхности кругового цилиндра.

В четвертом разделе решена задача синтеза импедансных граничных условий на плоскости и поверхности кругового цилиндра, обеспечивающие заданное распределение полного поля вдоль импедансной структуры. В качестве источника поля взята продольная нить синфазного магнитного тока, создающего магнитное

поле напряженностью = Задача синтеза сводится к решению

интегрального уравнения Фредгольма 1-го рода относительно Ех(х) при заданном . Для плоскости (ниже, ввиду ограниченного объема автореферата, приведены только результаты синтеза импедансной структуры на плоскости) ИУ имеет вид:

Методика решения задачи синтеза состоит в следующем:

• задается закон поведения полного магнитного поля Нг(х) на рассматриваемой поверхности;

• из ИУ (1) определяется Ех(х) на импедансной части развязывающей поверхности;

из граничных условий с учетом условия физической реализуемости (Яе Z > О) находится поверхностный импеданс

ад

(2)

Выполнение этого условия добивались выбором закона распределения полного магнитного поля, т.е. поиском класса реализуемых законов убывания поля с помощью пассивного поверхностного импеданса.

Рассмотрено несколько вариантов представления заданной напряженности полного магнитного поля:

(3)

(4)

коэффициент, определяющий степень подавления уровня полного поля на импедансном участке структуры.

Такая методика дала в результате искомый закон распределения импеданса в виде положительной активной части и отрицательной реактивной. В качестве примера на рис.3 и рис.4 приведены законы распределения синтезированного импеданса Яе(/) (кривые 1) и 1ш(/) (кривые 2) для полей (3) и (4), соответственно, при

на длине импедансной структуры

где а — коэффициент затухания (1ш(ог) = 0, Яе(аг) £ 0); П<1

Проведенные расчеты показали, что большее затухание поля а в формуле (3) и меньшее П в (4) достигается при большей скорости роста импеданса и большем абсолютном значении положительной резистивной и емкостной его частей.

Наличие резистивной составляющей в законе распределения импеданса дополнительно увеличивает степень развязки антенн на 3-5дБ. В то же время, доминирующую роль в снижении уровня полного поля за импедансной структурой играет реактивная часть импеданса (с емкостным характером). Исследована возможность замены монотонно меняющегося импеданса на импеданс, изменяющийся периодически (сжатие его закона распределения в два, три раза). Использование нескольких периодов изменения импеданса дает дополнительное подавление поля на по сравнению с монотонным законом распределения импеданса. Проанализировано влияние структуры с нулевым импедансом на её начальном и конечном участке. Расчеты показывают, что основную роль в распределении поля между антеннами играет начальный участок («взлетная» полоса), непосредственно прилегающий к раскрыву передающей антенны.

Как показали расчеты, наиболее эффективным способом снижения взаимной связи антенн, расположенными на одной плоскости, является размещение между ними структуры с большим значением реактивного (ёмкостного) импеданса возле передающей антенны. Однако, при этом резко возрастает КСВ. Причем, чем меньше размер раскрыва антенны, тем больше КСВ. Следовательно, данный способ развязки пригоден лишь для антенн с большим размером апертуры

Рассмотрен вариант решения задачи синтеза поверхностного импеданса методом линейного программирования (поточечный синтез) в предположении малой зависимости токов от величины поверхностного импеданса. Методика синтеза в этом случае состоит в следующем:

• в формуле (2) полагаем Яе(/) = 0,

• мнимую часть ищем из условия обеспечения наименьшей невязки в ГУ (2), которое в соответствии с методом обмена Штифеля имеет вид

1т(Пг)1т(Ех)-Ке(Н2)Ке(Ех)

2Ке(Нг)ЩНг) ' (5)

Полученный закон импеданса (5) в результате является чисто реактивным. Расчеты показывают, что синтезированный таким образом реактанс (кривые 3 на рис.3 и 4) существенно отличается от первоначального (см. кривые 1 и 2 на рис.3 и 4), так как он помимо емкостного имеет еще и индуктивный характер.

Для сравнения на рис.5 приведены зависимости |#Дх)///20(:с)| (Нг0(х) — напряженность магнитного поля на идеально проводя щей структуре) для структуры длиной

— час с 2

Рис.5

(П=10"3), у которой после решения задачи синтеза активная часть импеданса (см. кривую 1 на рис.4) положена равной нулю (кривые 1 на рис.5), и структуры с реактансом, рассчитанным по формуле (5), (кривые 2). В результате на импедансном участке такой структуры, по сравнению с исходным распределением импеданса, полученным по формуле (2) (кривые 1, 2 на рис.3 и 4), получено большее затухание полного поля на 10-20дБ. За импедансной структуры выигрыш не столь значителен.

Решена задача синтеза неоднородной импедансной плоскости по заданному отраженному полю. Вторичное поле представлено в виде суммы — отраженной в

заданном направлении <р0 плоской волны и зеркально отраженной вол-

ны (е?,н?)-

н5г = н? + я".

Обе волны представлены аналитически. В результате, импеданс удалось определить также аналитически, причем в явном виде:

(6)

где Х = Ь($~хсов<Ро)'у Л; =т]/12+х2 ; ро и А — параметры синтезируемой импедансной структуры, которые в дальнейшем можно оптимизировать. Наибольшее-затухание полного поля (-4СН--5 ОдБ по сравнению с идеально проводящей поверхностью) дают параметры и

Результаты проведенных расчетов показали, что главную роль в увеличении развязки играет не столько сам закон распределения импеданса, сколько его значение вблизи антенны. Большое значение импеданса ведет к возникновению противофазного отраженного поля, то есть к резкому снижению поля излучения антенны. Особенно это сильно сказывается на антеннах с малым размером апертуры, приводя к резкому росту КСВ и, вследствие этого, потере излучающей способности антенной.

Решена задача синтеза импедансной структуры на поверхности кругового цилиндра по заданному закону затухания полного поля. Показано, что на поверхности цилиндра, по сравнению с плоскостью (при использовании постоянного закона распределения импеданса), те же уровни снижения поля можно получить при меньших значениях реактанса. Проблемы синтеза импедансных структур, обеспечивающих развязку антенн на цилиндре, во многом схожи с аналогичными проблемами для плоскости.

Пятый раздел диссертации посвящен анализу развязывающих свойств синтезированных в четвертом разделе импедансных структур, оптимизации из их параметров, разработке плоских импедансных развязывающих структур, экспериментальным исследованиям их макетов. Исследовано поведение ЭМП вдоль импе-

дансных развязывающих структур и в раскрывах антенн. Для однородной развязывающей структуры наличие емкостного импеданса существенно влияет на поле в раскрыве приемной антенны лишь до величины 2 = —10/. КСВ при этом для антенны с размером раскрыва а = 0.34Л уже превышает 2.32. При выполнении условия (-10 2:1т г £-100) степень ослабления возрастает всего лишь на— 1-3 дБ (КСВ же растет до 10 и выше).

Результаты расчетов полного поля вдоль импедансной поверхности и в рас-крывах антенн показал, что апертура приемной антенны существенно повышает уровень поля в её раскрыве. Синтезированный импеданс дал на 5дБ меньшую развязку между антеннами, чем однородная импедансная структура с -10/, в то же время он обеспечивает значительно меньший КСВ. Так, для а = к при а-0.34Л он составляет 1.929, что практически полностью совпадает с КСВ при идеально проводящей плоскости (1.926). Искажения ДН передающей антенны с синтезированным импедансом фланца меньше (максимум излучения совпадает с нормалью), чем со структурой, имеющей постоянный закон распределения импеданса.

Развязка антенн существенно зависит от размеров апертуры приемной антенны. За счет уменьшения раскрыва до 0.02Х удалось увеличить развязку на 10дБ. Однако, это в значительной мере обусловлено ростом КСВ в тракте.

Исследована возможность обеспечения развязки с помощью синтезированного импеданса сжатого в два раза (в два раза увеличена скорость изменения импеданса). Уровень развязки К структуры, длинной Ь — к, для антенн с а = 0.34Л составил -34дБ. При этом КСВ передающей антенны равен 1.9, что совпадает с КСВ для идеально проводящей структуры. Анализ полученных значений К показал, что синтезированный в работе импеданс позволяет реализовать неоднородные развязывающие структуры, обеспечивающие тот же уровень развязки, что и однородные, но со значительно меньшим КСВ, что очень важно для антенн, работающих в режиме излучения.

Импеданс, синтезированный по заданному уровню ослабления П = 10~4 обеспечил уровень развязки КСВ при этом, из-за

большого емкостного реактанса вблизи раскрыва антенны, составил 2.4. Чтобы снизить КСВ, необходимо отодвинуть импедансную структуру от раскрыва антенны, с тем, чтобы возле раскрыва был нулевой или малый индуктивный реактанс. Эта мера позволила уменьшить КСВ до 1.8 во всех рассмотренных случаях. Уровни развязки для структур длиной £, = Л с о смещением о т раскрыва антенны яе= 0.3АЛ а0,1Я.

составили К = -35 дБ (п = 10_\П = 10~2), *=-30 дБ (п = 10_1) и А" = -20 дБ

(/ = 0). Проведенные исследования показали, что при синтезе развязывающих структур по заданному ослаблению П полного поля нет смысла задавать уровень П меньше 0,01. Реактанс, полученный в этом случае имеет гораздо меньшие абсо-

лютные значения и его проще реализовать с помощью ребристой структуры (меньшее значение реактанса требует меньшей точности реализации структуры).

Распределения импеданса, полученные методом поточечного синтеза, не привели к существенному росту развязки. Для антенн с размером раскрывав такая структура, длиной , на расчетной частоте обеспечила развязку /Г = -38дБсКСВ=2,37.

Исследована возможность создания развязывающих структур на основе импеданса, синтезированного в разделе 4 по заданному рассеянному полю (6). Расчеты показали, что наилучшие результаты дают параметры: И = 0.5Л и ро= 60® (К = -40дБ; КСВ = 2.36).

Анализ синтезированных законов распределения импеданса показал, что эти законы имеют вид, близкий по своему характеру к тангенсу или котангенсу

(7)

Оптимизация этих законов (7) показала, что закон распределения импеданса"

2{х) = -/с#(0.4Ьг) (8)

может дать развязку в диа-

пазоне частот с коэффициентом перекрытия 5:1.

По найденному закону распределения реактанса (8) был разработан и изготовлен макет ребристой развязывающей структуры с переменной глубиной канавок (рис.6). Она имеет следующие параметры: длина Ь = 20 см, максимальная глубина канавок */тах = 15 мм , ширина канавок а = 3 мм, толщина ребер 1 мм. Антенны представляли собой открытые концы волноводов сечением 23x10 мм со стандартными фланцами. Результаты численных исследований показали, что такая структура может обеспечить развязку указанных антенн до в

диапазоне частот На

рис.7 приведены результаты численных (кривая 1) и экспериментальных (кривая 2) исследований зависимости уровня развязки разработанной структуры (см. рис.6) от

частоты. Видно, что кривые хорошо согласуются в широком диапазоне частот, подтверждая достоверность полученных в диссертации результатов теоретических и численных исследований.

В заключении изложены основные результаты работы и перспективы дальнейших исследований:

1. Методом интегральных уравнений решены задачи анализа характеристик излучения одиночной антенны в виде открытого конца плоскопараллельного волновода, расположенного на импедансной плоскости и на поверхности кругового цилиндра, и в присутствии приемной антенны такой же конструкции. Получены расчетные соотношения для основных параметров антенн (ДН в режиме приема и излучения, КСВ, мощность в приемной антенне, коэффициент развязки). Учтены особенности электрического поля на ребре, образованном идеально проводящей стенкой волновода и импедансным фланцем;

2. разработана методика синтеза импедансных развязывающих структур для антенн, расположенных на общей импедансной плоскости и круговом цилиндре, по заданным законам распределения полного и рассеянного электромагнитных полей. Требуемые законы распределения импеданса получены аналитически в явном виде;

3. решена задача поточечного синтеза поверхностного импеданса методом линейного программирования, обеспечивающего отражение падающей на него волны в заданном направлении, и требуемый закон ослабления полного поля. Синтезированный закон распределения импеданса на участке Ь=Я обеспечивает подавление полного поля на 5(Н60дБ;

4. исследовано поведение векторов электромагнитного поля вдоль импедансной развязывающей структуры и в раскрывах апертурных антенн в виде плоскопараллельных волноводов. Показано, что приемная антенна, расположенная на синтезированной импедансной поверхности существенно повышает уровень полного поля в её раскрыве;

5. проведена оптимизация параметров синтезированных импедансных структур;

6. на основе синтезированных законов распределения импеданса были разработаны и изготовлены макеты развязывающих структур, реализованные ребристыми структурами с переменной глубиной канавок. Численные и экспериментальные исследования показали, что разработанные устройства способны обеспечить развязку -40+-60дБ в полосе частот 4+ЗОГГц.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Эссибен Дикунду Ж.-Ф. Излучение плоского волновода, Международная научная конференция «Анализ и синтез как методы научного познания» (АС-2004), Таганрог, ТРТУ, 2004 г., с. 92-97.

2. Эссибен Дикунду Ж.-Ф., Юханов Ю.В. Исследование импедансных струк-тур//Всероссийская с международным участием дистанционная научная техническая конференция молодых ученых и студентов «Современные проблемы радиоэлектроники», - Красноярск, 7-8 мая 2002 г. Тезисы докладов.

3. Эссибем Дикунду Ж.-Ф. Развязка антенн с помощью импедансных структур// VI Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов, «Техническая кибернетика, Радиоэлектроника - и системы управления», — Таганрог 10-11, ТРТУ, октябрь 2002 г., с. 43-44.

4. Эссибен Дикунду Ж.-Ф. Исследование импедансных структур в задачах ЭМС ан-тенн//Международная научная конференция «Информационные технологии в естественных, технических и гуманитарных науках», - Таганрог, ТРТУ, март 2002 г., с. 56-59.

5. Essiben Dikoundou J.-F. Decoupling of antennas with the use of impedance.

научная конференция «Моделирование как инструмент решения технических и гуманитарных проблем», - Таганрог, ТРТУ, сентябрь 2002 г., с. 87-90.

6. Essiben Dikoundou J.-F., Yukhanov Y.V. Synthesis of spatial decoupling

научная конференция «Динамика процессов в природе, обществе и технике: информационные аспекты», г. Таганрог, ТРТУ, февраль- март 2003 г., с. 74-77.

7. Эссибен Дикунду Ж.-Ф. Развязка антенн с помощью импедансных струк-тур//Специальный выпуск материалы XLVHI научно-технической конференции, - Таганрог, Известия ТРТУ, №1(30), 2003 г., с. 20-23.

8. Эссибен Дикунду Ж.-Ф., Юханов Ю.В. Связь между антеннами в присутствии импедансной плоскости//Девятая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», - Москва, 4-5 марта 2003 г., с. 86-87. Тезисы докладов.

9. Эссибен Дикунду Ж.-Ф. Развязка антенн на поверхности импедансного цилиндра// Десятая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и Информатика - 2003», - Москва, 23-24 апреля 2003 г., с. 308. Тезисы докладов.

10. Эссибен Дикунду Ж.-Ф. Электромагнитная совместимость антенн бортовых радиосистем (ОБЗОР)//Междуведомственный тематический научный сборник «Рассеяние электромагнитных волн», - Таганрог, ТРТУ, 2003 г., Вып. 12., с. 41-50.

11. Эссибен Дикунду Ж.-Ф. Синтез импедансной плоскости обеспечивающей, ЭМС антенн//Междуведомственный тематический научный сборник «Рассеяние электромагнитных волн», г. Таганрог, ТРТУ, 2003 г., Выпуск 12., с. 71-77.

0 4- 1 3 8 38

12. Эссибен Дикунду Ж.-Ф., Юханов Ю.В. Развязка волноводных антенн на импедансной пл<х;коста//Межпународная научно-техническая конференция «Излучение и Рассеяние ЭМВ», ИРЭМВ - 2003, Таганрог, ТРТУ, Россия, июнь 16-20.2003 г. с. 183-186.

13. Essiben Dikoundou J.-F., Yukhanov Y.V. Decoupling of aperture antennas with impedance structures // IV International Conference «Antenna Theory and Techniques», Sevastopol, Ukraine, September 9-12,2003 г., с. 117-120.

14. Essiben Dikoundou J.-F., Yukhanov Y.V. EMC of waveguide antennas on the basis of impedance structures // XIII International Conference «Electromagnetic Distur-bances», EMD'2003, Bialystok, Poland, September 24-26,2003.

15. Эссибен Дикунду Ж.-Ф., Юханов Ю.В. Синтез импедансного цилиндра //Международная научная конференция «Системный подход в науках о природе, человеке и технике», С - 2003, Таганрог, октябрь 2003 г., с. 25-29.

Заказ Ла^ЛТираж 100 экз.

ГСП 17А, Таганрог, 28, Некрасовский, 44 Типография Таганрогского государственного радиотехнического университета.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Обзор методов обеспечения электромагнитной совместимости бортовых антенн.

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ВОЛНОВОДНЫХ АНТЕНН, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ОБЩЕЙ ИМПЕДАНСНОЙ ПЛОСКОСТИ.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Излучение с открытого конца плоскопараллельного волновода с бесконечным импедансным фланцем.

2.3. Излучение с открытого конца плоскопараллельного волновода в присутствии приемной волноводной антенны.

2.4. Основные параметры антенн.

2.5. Выводы.

3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ВОЛНОВОДНЫХ АНТЕНН, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ИМПЕДАНСНОМ ЦИЛИНДРЕ.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Решение задачи.

3.3. Основные параметры антенн.

3.4. Выводы.

4. СИНТЕЗ ИМПЕДАНСНЫХ РАЗВЯЗЫВАЮЩИХ СТРУКТУР.

4.1. Синтез импедансной плоскости по заданному ослаблению полного поля.

4.2. Поточечный синтез.

4.3. Синтез неоднородной импедансной плоскости по заданному отраженному полю.

4.4. Синтез импедансного цилиндра по заданному ослаблению полного поля.

4.5. Выводы.

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДО

ВАНИЙ.

5.1. Развязка антенн на импедансной плоскости.

5.2. Оптимизация импедансных структур.

5.3. Результаты экспериментальных исследований.

5.4. Выводы.

Анализ динамики роста числа радиоэлектронных средств показывает, что число действующих радиотехнических систем (РТС) непрерывно растет. Так, количество передвижных радиостанций удваивается каждые 4.5 лет. Еще быстрее увеличивается число РЛС. Многие РТС работают в непосредственной близости друг от друга. Особенно это относится к бортовым системам, установленным на кораблях, самолетах и спутниках.

Помимо увеличения числа радиоэлектронных систем (РЭС), наблюдается тенденция к увеличению их мощности излучения. Например, существуют клистроны со средней мощностью 1 МВт, а импульсной — до 100 МВт и магнетроны со средней мощностью 1 кВт, а импульсной — до 10 МВт. В силу своей неидеальности радиопередающие устройства, наряду с генерацией на основной частоте, имеют в спектре генерируемой мощности побочные гармоники и субгармоники, уровень которых составляет 50.90 дБ и может достигать сотен Ватт, чувствительность же современных приемников на несколько порядков выше и составляет -130.-160 дБ/Вт [1]. При этом становится чрезвычайно актуальной проблема электромагнитной совместимости приемного и передающего модулей РТС, связанная с их взаимным влиянием друг на друга.

Под электромагнитной совместимостью (ЭМС) для различных РЭС понимается обеспечение совместной работы этих систем с входящими в них антеннами, при которой не возникают нежелательные электромагнитные связи, нарушающие функционирование с требуемым качеством этих и других электронных систем. Другими словами, проблема ЭМС — это проблема помехоустойчивости и защита от воздействия естественных помех различного происхождения, она имеет много общего с проблемой помехозащищенности от преднамеренных помех [2, 3].

Проблема обеспечения ЭМС включает в себя очень много аспектов, из которых можно выделить в первую очередь следующие:

1) проблема источников непреднамеренных помех, прежде всего радиопередающих устройств. Причины и механизм возникновения помех, способы их учета, контроля и борьбы с ними;

2) проблема рецепторов непреднамеренных помех, прежде всего радиоприемных устройств. Механизм прохождения помех через приемник, способы учета и измерения помех — борьба с помехами;

3) методы расчета и оценки ЭМС.

Среди существующих методов обеспечения ЭМС РЭС можно выделить технические и организационные [4]. Технические в свою очередь можно разделить на внутриаппаратурные и внеаппаратурные. К внеаппаратурным относятся использование частотно-селективных пространственных фильтров, а также методы обеспечения ЭМС, основанные на повышении помехозащищенности за счет улучшения параметров антенных систем.

На начальном этапе развития радиоэлектроники ЭМС обеспечивалась одним из двух путей: распределением частот или схемно-конструктивным усовершенствованием каждым разработчиком РТС отдельных узлов и блоков.

Однако на сегодняшний день технические возможности двух этих направлений практически исчерпаны и поэтому возникло новое направление в радиоэлектронике (РЭ), направленное на проектирование, разработку и эксплуатацию РЭС в условиях существующих ограничений.

Работы по решению задач ЭМС, проводимые в настоящее время во многих странах мира, включают в себя как разработку более помехозащи-щенных РЭС, так и вопросы оптимального проектирования с точки зрения уменьшения создаваемых помех. Большое внимание в этих работах уделяется антеннам, так как из почти 30 основных параметров радиоэлектронного оборудования, оказывающих влияние на ЭМС, 12 определяется именно антенной системой [5, 6]. Частотная и пространственная селекция помех, осуществляемая антенными системами, позволяет существенно улучшить ЭМС. При разработке и конструировании новых антенн основное внимание уделяют не только их внутренним параметрам, таким как усиление, согласование, диапазонность и т.п., но и вопросам ЭМС между ними [7-10].

В настоящее время известен ряд способов, направленных на уменьшение взаимодействия антенн, среди которых можно выделить следующие:

1) две передающие антенны питаются с некоторым сдвигом фаз, и в узле тока между ними располагается приемная антенна. К недостаткам подобной системы можно отнести сложность в реализации, значительные габариты и малую диапазонность [11];

2) приемная антенна располагается в области, где токи от передающей антенны минимальны или их направление таково, что они не возбуждают приемную антенну. Однако такой способ тоже не лишен недостатков. В частности, в этом случае требуется определенная взаимная ориентация антенн, что накладывает ограничения на положение в пространстве диаграмм направленности этих антенн и их поляризационные характеристики [11];

3) между передающей и приемной антеннами располагается металлические продольные и поперечные дифракционные экраны [24-35], которые выступает над плоскостью антенн и имеет значительные размеры. По данным, приведенным в работе [12], при использовании экрана высотой Л,можно достичь ослабления примерно 20 дБ в полосе частот с перекрытием 1,5;

4) на металлической плоскости между антеннами располагается радио-поглощающий слой (РПС) (например, графит) постоянной толщины, либо ребристая структура [13]. При использовании поглощающего слоя ослабление поля можно рассчитывать по формуле Шулейкина-Ван-дер-Поля, согласно которой при малых расстояниях ослабление пропорционально расстоянию, а при больших - квадрату расстояния [11]. При использовании для развязки ребристой структуры с индуктивным импедансом постоянным по длине, большой развязки получить не удается, поскольку по импедансной поверхности распространяются поверхностные волны. Если же использовать ребристую структуру с емкостным импедансом, то поле на достаточном удалении спадает обратно пропорционально расстоянию в степени 3/2 [11].

Недостатком радиопоглощающих покрытий [15-20] является громоздкость, снижающая аэродинамические качества объекта, так как необходимо укрывать весь объект или значительную его часть. Также к недостаткам покрытий относится зависимость коэффициента отражения от частоты и от угла падения электромагнитных волн (ЭМВ). В отличие от интерференционных покрытий импедансная нагрузка подключается к локальной области, размеры которой значительно меньше размеров всего отражающего объекта [20]. В настоящее время разработаны более эффективные радиопоглощающие материалы и покрытия, так называемые — бестоковые (спиновые) радиопоглощающие материалы и покрытия. Отличительными особенностями этих материалов и покрытий является то, что импеданс их поверхности полубесконечного объема обеспечивает всенаправленное согласование с импедансом свободного пространства [20].

В связи с этим актуальным и закономерным является повышение эффективности существующих и разработка новых способов обеспечения развязки антенн.

Как показал обзор работ [11-13], [21-23], [38-42, 47, 48] одним из наиболее распространенных и успешных в решении проблемы ЭМС антенных устройств являются импедансные структуры и, как частный случай их реализация — ребристые структуры. Впервые импедансный подход в решении проблемы ЭМС был предложен О.И. Терешиным и А.Ф. Чаплиным [11,13].

В настоящее время вопросу проектирование импедансных развязывающих структур посвящено достаточно большое число работ [IIIS], [21-23], [38-42, 47, 48], однако в них, как правило, рассматривается лишь задачи анализа различных параметров структур (глубина и ширина канавок на плоскости и на поверхности цилиндра) на уровень развязки антенн. Для эффективного же решения данной проблемы необходимо постановка и решение обратных задач электродинамики или решение задач синтеза.

В связи с этим решение задач синтеза развязывающих импедансных структур является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является: исследование электромагнитных полей (ЭМП) апертурных антенн, расположенных на общей импе-дансной поверхности; разработка методики синтеза импедансных структур и создания на их основе развязывающих устройств, обеспечивающих требуемую ЭМС антенн.

Для достижения поставленной цели предполагается:

• решить задачи излучения и приема ЭМП антеннами в виде плоскопараллельных волноводов, расположенных на общей импедансной поверхности и круговом цилиндре;

• исследовать поведение электромагнитного поля на импедансной поверхности и в раскрывах антенн;

• разработать и реализовать методику синтеза импедансных развязывающих структур;

• рассчитать, разработать конструкции и провести экспериментальные исследования макетов развязывающих структур.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

• исследовано поведение векторов электромагнитного поля вдоль импедансной развязывающей структуры и в раскрывах апертурных антенн в виде плоскопараллельных волноводов;

• исследована особенность вектора напряженности электрического поля на ребре волновода с импедансным фланцем;

• разработана методика синтеза импедансных развязывающих структур для антенн, расположенных на общей импедансной плоскости и круговом цилиндре. Исследовано влияние активной и реактивной составляющих импедансной структуры на поведение ЭМП и степень развязки антенн;

• проведена оптимизация параметров синтезированных импедансных структур;

• рассчитаны, разработаны и экспериментально исследованы импедансные развязывающие структуры с коэффициентом перекрытия диапазона 5.

Таким образом, в диссертационной работе на основании выполненных автором исследований и разработок осуществлено решение научной проблемы имеющей важное теоретическое и практическое значение в области систем связи СВЧ диапазона.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

• результаты исследования поведения векторов ЭМП апертурных антенн, расположенных на общей импедансной плоскости и круговом цилиндре с учетом особенности на ребре;

• методика синтеза импедансных развязывающих структур по заданному поведению ЭМП. Результаты оптимизации параметров синтезированных развязывающих структур;

• результаты численных и экспериментальных исследований разработанных макетов развязывающих структур.

Обоснованность и достоверность полученных в диссертации результатов определяется строгой постановкой решаемых задач, применением физических и математических моделей, правильно отражающих реальные технические объекты, использованием эффективных вычислительных методов. Контроль за достоверностью результатов осуществляется теоретическими средствами — выполнением основных законов электродинамики, анализом внутренних сходимостей методов решения, контролем точности результатов, сравнением с результатами расчетов других авторов и результатами проведенных в работе экспериментальных исследований разработанных макетов развязывающих структур.

Практическая значимость результатов, полученных в диссертационной работе, определяется полученными в работе результатами численных и экспериментальных исследований, разработанными алгоритмами и программами, которые могут быть использованы для как совершенствования существующих, так и для разработки новых импедансных развязывающих структур, созданными развязывающими устройствами. Некоторые результаты работы включены в рабочие программы лекционных курсов и специальных практикумов, входящих в учебный план кафедры антенн и радиопередающих устройств ТРТУ.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях:

1. Научные конференции студентов и аспирантов ТРТУ в 2001-2003 годах.

2. VI Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления», г. Таганрог, ТРТУ, 2002 г.

3. Всероссийская, с международным участием, дистанционной научной технической конференции молодых ученых и студентов «Современные проблемы радиоэлектроники», г. Красноярск, 2002 г.

4. Международная научная конференция «Информационные технологии в естественных, технических и гуманитарных науках», г. Таганрог, ТРТУ, 2002 г.

5. Международная научная конференция «Динамика процессов в природе, обществе и технике: информационные аспекты», г. Таганрог, ТРТУ, 2003 г.

6. Девятая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г. Москва, 2003 г.

7. Десятая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и Информатика - 2003», г. Москва, 2003 г.

8. Международная научно-техническая конференция «Излучение и Рассеяние ЭМВ», ИРЭМВ - 2003, Таганрог, ТРТУ, Россия, 2003 г.

9. IV международная конференция «Antenna Theory and Techniques»,

ICATT - 2003, г. Sevastopol, Украина, 2003 г.

10. XIII международная конференция "Electromagnetic Disturbances", EMD"2003, г. Bialystok, Poland, 2003 г.

11. Международная научная конференция «Системный подход в науках о природе, человеке и технике», г. Таганрог, ТРТУ, 2003 г.

12. Международная научная конференция «Анализ и синтез как методы научного познания» (АС-2004), г. Таганрог, ТРТУ, 2004 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ в том числе 12 статей и 3 тезиса докладов в сборниках научных трудов и трудах всероссийских и международных научных конференций [49-63].

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и заключения.

5.4. Выводы.

На основании проведенных в данном разделе теоретических, численных и экспериментальных исследований получены следующие результаты:

• наличие емкостного импеданса в однородной импедансной развязывающей структуры существенно влияет на поле в раскрыве приемной антенны лишь до величины Z = -10/. КСВ при этом уже превышает 2.32. При -10>ImZ>-100 выигрыш в развязке составляет всего лишь — 1-3 дБ;

• апертура приемной антенны (с использованием синтезированного импеданса) существенно (на 10+30 дБ) повышает уровень полного поля в её раскрыве, который остается практически неизменным для всех а > 0.75&. Не смотря на то, что синтезированный импеданс дает на 5 дБ меньшую развязку между антеннами, чем однородная импедансная структура с Z— -10/, он обеспечивает значительно меньший КСВ. Так, для а = к (см.ф.(4.4)) он составляет 1.929, что практически полностью совпадает с КСВ при идеально проводящей плоскости (1.926). Анализ поведения ДН показал, что искажения ДН передающей антенны (переменного импеданса) меньше (максимум излучения совпадает с нормалью), чем для структуры с постоянным законом распределения импеданса;

• развязка антенн существенно зависит от размеров апертуры приемной антенны. За счет уменьшения раскрыва до 0.02А, удалось увеличить развязку на 10 дБ. Однако, это в значительной мере обусловлено ростом КСВ в тракте;

• рост размера апертуры передающей антенны (увеличение направленных свойств) не привел к уменьшению мощности ЭМП (при неизменной амплитуде поля в раскрыве), принятого приемной антенной. Рост развязки в этом случае обусловлен лишь увеличением мощности излучения передающей антенны;

• исследовано влияние закона аппроксимаций импеданса на уровень развязки. Показано, что шаг аппроксимаций непрерывного закона распределения от ступенчатой функции не должен превышать 0.2Я.

• исследована возможность обеспечения развязки с помощью синтезированного импеданса сжатого в два раза (в два раза увеличена скорость изменения импеданса на структуре той же длины). В местах, где значение импеданса приближается к нулю или принимает положительное значение наблюдается резкий рост магнитного поля. Уровень развязки составил -34 дБ. При этом КСВ передающей антенны равен 1.9, и совпадает с КСВ для идеально проводящей структуры. Синтезированный закона распределения импеданса позволяет реализовать структуры, обеспечивающие тот же уровень развязки К, но со значительно меньшим КСВ, что очень важно для антенн работающих в режиме излучения. Уровень развязки, для импеданса (см. ф.(4.7)) синтезированного по заданному уровню ослабления Q поля Н2, составил К = -38дБ. КСВ, из-за большого емкостного реактанса вблизи раскрыва антенны составил 2.36. Такая структура для слабонаправленных передающих антенн малопригодна. Чтобы снизить КСВ, необходимо отодвинуть импедансную структуру от раскрыва антенны, с тем, чтобы возле раскрыва был нулевой или малый индуктивный реактанс. Эта мера позволила уменьшить КСВ до 1,8 во всех рассмотренных случаях. Уровни развязки для структур длиной L = Я со смещением от раскрыва антенны с а = 0.34Л на 0,1 А, составили К = -35 дБ (q = 10~3, Q = 10~2),

К = -30 дБ (р = Ю-1) и К = -20 дБ (Z = 0). При синтезе развязывающих структур по заданному ослаблению Q полного поля нет смысла задавать уровень Q меньше 0,01. Реактанс, полученный в этом случае, гораздо проще реализовать с помощью ребристой структуры (меньшее значение реактанса требует меньшей точности реализации структуры).

• исследована возможность создания развязывающих структур на основе импеданса, синтезированного по заданному рассеянному полю (см. ф.(4.21)). Наилучшая развязка К «-40дБ в результате оптимизации импеданса Z(x) по минимальному коэффициенту связи (максимуму развязки) между антеннами для закона распределения синтезированного в подразделе 4.3 и 5.1.10. получается для параметров (р0 =54°и /г = 0,5 + 0,6 А;

• в результате оптимизации в явном виде получен закон распределения импеданса 2{х) - Акх). По результатам расчетов разработан и изготовлен макет ребристой развязывающей структуры с переменной глубиной канавок. Результаты численных и экспериментальных исследований показали, что такая структура может обеспечить развязку указанных антенн до -40+-80 дБ в диапазоне частот 6+30 ГТц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенных в диссертационной работе теоретических, численных и экспериментальных исследований получены следующие основные результаты:

• Методом интегральных уравнений решены задачи анализа характеристик излучения одиночной антенны в виде открытого конца плоскопараллельного волновода, расположенного на импедансной плоскости и на поверхности кругового цилиндра, и в присутствии приемной антенны такой же конструкции. Получены расчетные соотношения для основных параметров антенн (ДН в режиме приема и излучения, КСВ, мощность в приемной антенне, коэффициент развязки). Учтены и исследованы особенности электрического поля на ребре, образованном идеально проводящей стенкой волновода и импедансным фланцем;

• разработана методика синтеза импедансных развязывающих структур для антенн, расположенных на общей импедансной плоскости и круговом цилиндре, по заданным законам распределения полного и рассеянного электромагнитных полей. Требуемые законы распределения импеданса получены аналитически в явном виде

• решена задача поточечного синтеза поверхностного импеданса методом линейного программирования, обеспечивающего отражение падающей на него волны в заданном направлении, и требуемый закон ослабления полного поля;

• исследовано влияние активной и реактивной составляющих импедансной структуры на поведение ЭМП и степень развязки антенн. Наличие резистивной составляющей в законе распределения импеданса дополнительно увеличивает степень развязки антенн на 5 дБ. В то же время, доминирующую роль в снижении уровня полного поля за импедансной структурой играет реактивная часть импеданса. Синтезированный закон распределения импеданса на участке L = Я обеспечивает подавление полного поля на 50-КЮ дБ;

• исследовано поведение векторов электромагнитного поля вдоль импедансной развязывающей структуры и в раскрывах апертурных антенн в виде плоскопараллельных волноводов. Показано, что приемная антенна, расположенная на синтезированной импедансной поверхности существенно (на 10-К30 дБ) повышает уровень полного поля в её раскрыве;

• проведена оптимизация параметров синтезированных импедансных структур;

• на основе синтезированных законов распределения импеданса были разработаны и изготовлены макеты развязывающих структур, реализованные ребристыми структурами с переменной глубиной канавок. Численные и экспериментальные исследования показали, что разработанные устройства способны обеспечить развязку -4СН--80 дБ в полосе частот 6+30 ГГц.

Перспективы дальнейших исследований выражаются в следующих этапах:

• разработка электродинамических и математических моделей, описывающих процесс распространения электромагнитных волн в излучающих и распределительных устройствах (встречающихся на практике или перспективных), и оценка возможности их экспериментальной реализации;

• разработка и исследование анизотропных импедансных структур. Проведенные предварительные экспериментальные исследования показали, что ребристые структуры с взаимно ортогональной ориентацией канавок различной глубины (5мм и 10мм) (анизотропная структура), составляющих угол 45° с линией визирования антенн, создают лучшую развязку, но в более узкой полосе частот, чем синтезированные структуры. Что говорит об актуальности исследований в данном направлении.

1. Климачев К.Г. и др. Основы прогнозирования и обеспечения ЭМС радиотехнических систем и устройств. - М.: МАИ, 1994.

2. Воскресенский Д.И. Проблемы теории и техники антенн. // Антенны. -1998, Вып. 1(40).

3. Сапгира А.И. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. В 3-х вып. Вып. 1. Общие вопросы ЭМС. Межсистемные помехи: Сокр. Пер. с англ. / Пер. с англ. М.: Сов. радио, 1977, - 352 с.

4. Ширман Я.Д. и другие Радиоэлектронные системы: основы построения и теория. Справочник, -М.: ЗАО "МАКВИС", 1998, 828 е.: ил., библ. 539 назв.

5. Ямпольский. В.Г., Фролов О.П. Антенны и ЭМС. М.: Радио и связь, 1983,-272 с.

6. Глазман Я.Д., Ерухимович Ю.А., Ямпольский В.Г. Экран для увеличения защитного действия антенны // Антенны. 1982, Вып. 30.

7. Ямпольский. В.Г., Фролов О.П. Оптимизация антенных систем линий связи, М.: Радио и связь, 1999.

8. Нгуен Зи Линь Поляризационная селекция РЛ сигналов на фоне активных помех // Изв. вуз. РЭ., 1980, №4, 98 с.

9. Виноградов Е.М., Винокуров В.И., Харченко И.П. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. Л.: Судостроение, 1986, -264 с.

10. Современные проблемы антенной техники / Под ред. Бахраха Л.Д. -1989.11 .Терешин О.Н., Седов В.М., Чаплин А.Ф. Синтез антенн на замедляющих структурах. М.: Связь, 1980.

11. Кюркчан А.Г. Связь между антеннами в присутствии ребристых структур // Радиотехника и электроника. 1977, № 22, т.7, - 1362 с.

12. Терешин О.Н. Развязка двух антенн щелевого типа при помощи ребристой структуры, расположенной в плоскости щелей. // Радиотехника и электроника. 1960, т.5 , № 12, - 1944 с.

13. Морозов В.П., Ступницкий М.М. Логико-лингвистический подход к моделированию радиоэлектронной обстановки // ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ, №1, 1997.

14. Марцафей В.В., Швайко И.Г. Синтез антенных решеток по критерию условного максимума коэффициента усиления. // Известия вузов. Сер. Радиофизика, 1983, т.26, с. 9.

15. Марцафей В.В. О применении математического программирования к задачам дифракционного синтеза антенн. // Радиотехника и электроника, 1983, т.2.

16. Дагуров П.Н., Ломухин Ю.Л., Чимитдоржиев Н.Б. Ослабление бокового излучения антенн с помощью проводящих пластин // Радиотехника, 1988, № 6.

17. Севостьянов C.B. Расчет развязки антенн на основе их электродинамического анализа в рамках решения проблем внутриобъектовой ЭМС // Антенны. 2002, Вып. 1(56).

18. Ломухин Ю.Л., Чиминдоржиев Н.Б. Увеличение развязки антенн, расположенных на выпуклом объекте // Радиотехника и электроника, 1979, т. 10.

19. Михайловский Л.К. Радиопоглощающие бестоковые среды, материалы и покрытия (электромагнитные свойства и практические применения) // Успехи современной радиоэлектроники, №9,2000.

20. Кюркчан А.Г., Зимнов М.Х. Связь между антеннами на цилиндре в присутствии ребристых структур // Радиотехника и электроника, 1985, т. 12.

21. Бененсон С., Кюркчан А.И., Суков А.И. Развязка антенн при помощи периодических структур // Радиотехника и электроника. 1992.

22. Белостоцкая К.К., Василиьев М.А., Легков В.М. Пространственные развязки между антеннами на телах больших размеров // Радиотехника. 1986, №10.

23. Воронцов A.A., Ильинский A.C. // Численные методы электродинамики. М.: Изд-во МГУ, 1979, с. 53 - 70.

24. Воронцов A.A. // Численные методы электродинамики. М.: Изд-во МГУ, 1979, с. 27-52.

25. Габриэльян Д.Д., Шацкий В.В. Излучение электрических и магнитных волн плоскими волноводами, размещенными на теле сложной формы // Радиотехника и электроника, 1992, т. 10.

26. Волошин В.А., Габриэльян Д.Д., Шацкий В.В. Расчет антенной решетки плоских волноводов, размещенной на проводящем теле сложной формы // Вопросы радиоэлектроники, 1991, т. 17.

27. Волошин В.А., Габриэльян Д.Д., Шацкий В.В., Звеадина М.Ю Математическая модель решетки плоских волноводов, размещенной на фюзеляже самолета // Вопросы радиоэлектроники, 1992, Вып. 16.

28. ЗО.Чиминдоржиев Н.Б., Ломухин Ю.Л. Дополнительное ослабление дифракционных полей // ЭС, 1979, № 1.31 .Гоцуляк А.Ф. Беляев Ю.М. Направления разработок антенн ЛА // Зар. РЭ, 1984, №5, с. 97.

29. Дагуров П.Н., Ломухин Ю.Л., Чимитдоржиев Н.Б. Ослабление бокового излучения антенн с помощью проводящих пластин // Радиотехника, 1988, № 6.

30. Юмашев М.М. Развязка приемной и передающей волноводно-щелевых антенных решеток /Сб. Научн. Трудов №159, М.: МЭИ., 1988, с. 8186.

31. Ломухин Ю.Л., Чиминдоржиев Н. Б. Увеличение развязки антенн, расположенных на выпуклом объекте // Радиотехника и электроника, 1979, т. 10.

32. Дымский В.Н., Морозов Г.А., Чони Ю.И. Выбор координат излучателей при синтезе антенн // Ломухин Ю.Л., Чиминдоржиев Н. Б. Увеличение развязки антенн, расположенных на выпуклом объекте // РТиЭ, 1976, №5, с. 1020-1027.

33. Кюркчан А.Г., Свистунов Г.А. В кн.: Антенны. М.: Радио и связь, 1982, вып. 30, с. 114.

34. Юханов Ю.В. Анализ и синтез импедансной плоскости // Радиотехника и электроника, М.: 2000. т.45, №4, с. 404-409.

35. Лаврушев В.Н., Седельников Ю.Е. Построение антенн с учетом требований развязки / Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника, 1980, т.23, № 2, с. 31.

36. Лаврушев В.Н., Морозов Г.А., Седельников Ю.Е., Чони Ю.И. Построение антенных с учетом требований развязки / Антенные системы и устройства, № 1, 1995 г.

37. Марцафей В.В., Швайко И.Г. Влияние ребристых структур на взаимодействие слабонаправленных антенн // Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника. 1981, т. 24, № 5.

38. Кашин A.B., Соловьев В.И. Влияние ребристых структур на взаимодействие слабонаправленных антенн, расположенных на круговой поверхности // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1982. Вып.2. С. 78.

39. Шарварко В.Г. Поточечный синтез в обратной задаче рассеяния для импедансного цилиндра. В кн.: "Рассеяние электромагнитных волн", Таганрог, ТРТИ, 1975, вып. 44, с. 71-296.

40. Петров Б.М., Шарварко В.Г Обратная задача дифракции для импеданс-ного цилиндра. "Изв. вузов-Радиоэлектроника", 1975, 18, №12.

41. Петров Б.М., Шарварко В.Г. Результаты численного решения обратной задачи дифракции для импедансного цилиндра. "Изв. вузов-Радиоэлектроника", 1979, 22, №1.

42. Шарварко В.Г. О реализуемых диаграммах в обратной задаче рассеяния для импедансного цилиндра. В кн.: "Рассеяние электромагнитных волн", Таганрог, ТРТИ, 1975, вып. 44, с. 87-96.

43. Петров Б.М., Шарварко В.Г. Приближенные решение обратной задачи рассеяния для кругового импедансного цилиндра. В кн.: "Рассеяние электромагнитных волн", Таганрог, ТРТИ, 1976, вып. 41, с. 11-24.

44. Габриэльян Д.Д., Звездина М.Ю., Костенко П.И. Уменьшение уровня бокового и заднего излучения антенны на основе использования импе-дансных структур //Радиоэлектроника. 2003. Т. 46. № 2. С. 38-43.

45. Kazantsev Y.N., Apletalin V.N., Kozyrkov A.N., Solosin V.S., Zubov A.S. Control of backscattering by corrugated structures and small-period gratings // Radioelectronics, 2000, № 6.

46. Эссибен Дикунду Ж.-Ф. Развязка антенн с помощью импедансных структур // VI Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов, «Техническая кибернетика, Радиоэлектроника и системы управления», Таганрог 10-11, октябрь 2002 года, с. 43-44.

47. Эссибен Дикунду Ж.-Ф. Исследование импедансных структур в задачах ЭМС антенн // Международная научная конференция «Информационные технологии в естественных, технических и гуманитарных науках», Таганрог, март 2002 года, с. 56-59.

48. Essiben Dikoundou J.-F. Decoupling of antennas with the use of impedance structures // Международная научная конференция «Моделирование как инструмент решения технических и гуманитарных проблем», Таганрог, сентябрь 2002 года, с.87-90.

49. Essiben Dikoundou J.-F., Yukhanov Y.V. Synthesis of spatial decoupling structures // Международная научная конференция «Динамика процессов в природе, обществе и технике: информационные аспекты», г. Таганрог февраль-март 2003 года, с.74-77.

50. Эссибен Дикунду Ж.-Ф. Развязка антенн с помощью импедансных структур // Специальный выпуск материалы XL VIII научно-технической конференции, Таганрог, Известия ТРТУ, №1(30), 2003 года, с.20-23.

51. Эссибен Дикунду Ж.-Ф. Электромагнитная совместимость антенн бортовых радиосистем (ОБЗОР) // Междуведомственный тематический научный сборник «Рассеяние электромагнитных волн», Таганрог, 2003, Выпуск 12.

52. Эссибен Дикунду Ж.-Ф. Синтез импедансной плоскости обеспечивающей, ЭМС антенн // Междуведомственный тематический научный сборник «Рассеяние электромагнитных волн», г. Таганрог, 2003, Выпуск 12.

53. Эссибен Дикунду Ж.-Ф., Юханов Ю. В. Развязка волноводных антенн на импедансной плоскости // Международная научно-техническая конференция «Излучение и Рассеяние ЭМВ», ИРЭМВ 2003, Таганрог, Россия, июнь 16-20. 2003 г.

54. Essiben Dikoundou J.-F., Yukhanov Y.V. Decoupling of aperture antennas with impedance structures // IV International Conference «Antenna Theory and Techniques», Sevastopol, Ukraine, September 9-12,2003.

55. Essiben Dikoundou J.-F., Yukhanov Y.V. EMC of waveguide antennas on the basis of impedance structures // XIII International Conference «Electromagnetic Disturbances», EMD'2003, Bialystok, Poland, September 24-26, 2003.

56. Силин Р.А., Сазонов В.П. Замедляющие системы М.: Сов. радио, 1966,-632 с.

57. Бахрах Л.Д., Зелкин Е.Г. Справочник по антенной технике, т.1, М.:, 1997.

58. Князев А.Д., Пчелкин В.Ф. Проблемы обеспечения совместной работы радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1971, - 200 с.

59. Буренин Н.И., Поповский В.В. Проблемы и методы обеспечения ЭМС с помощью антенной техники. Обзор // Антенны. 1990, №37.

60. Бакшт Х.С., Замотринский В.А., Коваленко Е.С., Кретов Г.Г., Соколова Ж.М. Исследование широкополосных импедансных развязывающих структур // Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника, 1969, Вып. 12, № 6, с. 571.

61. Терешин О.Н., Белов, Изв. вузов МВО СССР (Радиотехника), 1960, 3, 359.

62. Дмитриенко А.Г. Изв. вузов МВССО СССР (Радиоэлектроника), 1976, 19, №2, с. 123.

63. Hoffman J.G., Antenna decoupling by means of a lossy dielectric slab, Патент США, кл. 343-771, № 3, 277488, 1966.

64. Ломухин Ю.Л., Бадмаев С.Д., Чиминдоржиев Н.Б. Развязка антенн по краю проводящей полуплоскости // РТ., 1985., №8.

65. Галишникова Т.Н., Ильинский А.С. Численные методы теории дифракции. -М.: МГУ, 1987.

66. Конторович М.И., Жуков А.Д. Об усредненных ГУ для плоской ортогональной сетки из тонких проводников // Радиотехника и электроника. 1973. Т. 18. №12. С. 2457-2465.

67. Конторович М.И., Жуков А.Д. Об усредненных ГУ для плоской ортогональной сетки из тонких проводников // РТиЭ, 1973, т. 18, №12, с. 2457-2465.

68. Шестопалов В.П., Сиренко Ю.К. Динамическая теория решеток. Киев.: Наук. Думка. 1989.

69. Андриевская Е.М., Климачев К.Т. Исследование волноводной ФАР методом математического моделирования в целях ЭМС // Изв. вузов РЭ, 1993,-Вып. 5, с. 35.

70. Кременецкий С.Д. Интегральные ЭМС параметры антенн на гармониках основной частоты // Радиотехника. 1993, № 8-9.

71. Марцафей В.В., Солодовников М.А. Синтез слабонаправленной антенны с повышенной электромагнитной совместимостью Известия высших учебных заведений Радиофизика Том XXIII, № 10, 1980.

72. Yair Shifman, Zachi Baharav, Yehuda Leviatan Analysis of Truncated Periodic Array Using Two-Stage Wavelet-Packet Transformations for Impedance Matrix Compression // IEEE Transactions On Antennas And Propagation, 1999,vol. 47, No. 4.

73. Бахрах JI.Д., Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем. М.: Сов. Радио, 1974.

74. Ваганов Р.Б., Каценеленбаум Б.З. Основы теории дифракции. М.: Наука. Современные физико-технические проблемы, 1982. - 272 с.

75. Гальченко H.A., Михалевский B.C., Синявский Г.П. Волноводы сложных сечений и полосковые линий: издательство ростовского университета, 1978. с. 176.

76. Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика, Учеб. пособие для вузов. -М.: Радио и связь, 2002, -536 е.: ил.

77. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М.: Изд. ЭНЕРГИЯ, 1975, с. 529

78. Грудинская Г.П. Распространение радиоволн. М.: Высшая школа, 1975. с. 280.

79. Stiefel E.I. Über diskrete und lineare Tscheby-Scheff Appproximation. -Numer, Math, 1(1959), 1-28.

80. Юханов А.Ю. Двумерная задача синтеза импедансной плоскости // Радиотехнические цепи, сигналы и устройства. Таганрог, 1998. Вып. 45. С. 92.

81. Кошкидько В.Г., Петров Б.М., Юханов Ю.В. // Радиотехника и электроника. 1997. Т. 42. №6. С. 652-661.

82. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. М.: Радио и связь, 1983. - 296 с.

83. Петров Б.М. Электродинамика и распространение радиоволн // М.: Горячая линия - Телеком, 2003. 558с.; ил.

84. Грудинская Г.П. Распространение радиоволн. М.: Высш. школа, 1967. 244с.

85. Вайнштейн JI.А. Электромагнитные волны. -М.: Радио и связь, 1988.

86. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ. М: Связь, 1977, Т. 2, с. 288.

87. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн. -М.: Наука, 1978. 544 е.; ил.

88. Кинбер Б.Е., Арсаев И.Е. Взаимное влияние антенн в зоне Френеля / Радиотехника и электроника, №11, 1971.

89. Елумеев В.А., Маторин A.B., Поповкин В.И. О некоторых аналитических и численных методах в теории синтеза антенн. Рязань: Радиотехнический институт, 1975.

90. ЮО.Кошкидько В.Г., Петров Б.М., Юханов Ю.В. Эквивалентный поверхностный импеданс пассивных импедансных нагрузок на основе отверстия в экране, нагруженного двумерной полостью // Радиотехника и электроника. 1997. Т. 42. №6. С. 652-661.

91. Васильев E.H., Ильинский A.C., Свешников А.Г. Численные методы решения задач дифракции на локальных неоднородностях. В кн.: "Вычисл. методы и программирование" М., МГУ, 1975, вып. XXIV, с. 3-23.