автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Широкополосные антенны на основе конических структур

На правах рукописи

( !

Полищук Андрей Евгеньевич

ШИРОКОПОЛОСНЫЕ АНТЕННЫ НА ОСНОВЕ КОНИЧЕСКИХ

СТРУКТУР

Специальность: 05.12.07 - Антенны, СВЧ устройства и их технологии

)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

\

Москва, 2003 г

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана на кафедре "Радиоэлектронные системы и устройства"

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Митрохин В.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Мещанов В.П.

кандидат технических наук Друкаренко С.П.

Ведущая организация:

Федеральный научно-производственный центр "Воронежский научно-исследовательский институт связи", г. Воронеж

Защита состоится 22 октября 2003 года в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.141.11 в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу:

105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д.5.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана.

Автореферат разослан /3 иЮИЯ 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н., профессор

Власов И.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Диссертация посвящена теоретическому и экспериментальному исследованиям антенных устройств, для работы с широкополосными сигналами.

В настоящее время интенсивно развивается область радиотехники, связанная с использованием широкополосных и сверхширокополосных сигналов. Использование подобных сигналов в радиотехнических системах позволяет повысить информационные возможности систем радиосвязи, радиолокации, радионавигации, радиотелеметрии, так как количество информации, которая передается в единицу времени, прямо пропорционально полосе частот сигнала; позволяет также обеспечить высокую помехозащищенность каналов связи; повысить точность при оценке взаимной ориентации движущихся объектов; обнаруживать объекты, находящиеся под поверхностью Земли или под водой, а также обеспечивать связь с глубоко погруженными объектами; повысить результативность дистанционного зондирования окружающей среды. Антенная система является неотъемлемой частью радиотехнических систем, позволяющих решать подобные задачи, поэтому разработка широкополосных антенн и методик их расчета, является весьма важной и актуальной научной задачей.

Цель работы. Провести теоретические и экспериментальные исследования широкополосных антенн, построенных на основе конических структур. В частности, исследовать собственные волны неоднородных волноводов со сферическими направляемыми волнами с точки зрения концепции критических сечений. Разработать методы анализа основных волновых и энергетических параметров неоднородных базовых структур, в том числе рассмотреть электромагнитное поле таких структур при произвольной временной зависимости. Решить задачу возбуждения биконической структуры и свободного пространства, представленного как сферический волновод, с помощью элементарного электрического диполя, в том числе размещенного в диэлектрическом шаре. Разработать инженерную методику расчета электродинамических характеристик биконической антенны при её возбуждении электрическим диполем и конструктивные решения, способствующие улучшению характеристик указанной широкополосной антенны.

Методы исследования. При исследовании неоднородных базовых электродинамических структур со сферическими направляемыми волнами (рис. 1) использовалась концепция критических сечений, заключающаяся в учете свойств переходного поля [*] в области критических сечений указанных структур, и сочетающаяся со строгим методом собственных функций

* Митрохин В.Н. Исследование переходных полей в неоднородных СВЧ-структурах с критаческимихеншияодИ Радиотехника. -! 999. - № 4. - С. 86-91.

Рис. 1. Геометрия неоднородных волноводов со сферическими направляемыми волнами:

а - конический; б - коаксиальный конический; в - биконический; г -квазипирамидальный; д - сферический; е - слоистый биконический

прикладной электродинамики в сферическом базисе. Теория критических сечений позволяет представить излученное поле в виде ряда, по собственным сферическим волнам свободного пространства, что дает возможность заранее определить переходные области с особенным поведением поля по особым точкам дифференциального уравнения радиальной зависимости.

Методика решения задачи возбуждения биконической электродинамической структуры электрическим диполем сочетает метод собственных функций и функций заданного разрыва с концепцией критических сечений.

Научная новизна.

1. Использована теория критических сечений, для разработки широкополосных антенн, построенных на основе конических структур.

2. Представлен электродинамический анализ, учитывающий поведение переходного электромагнитного поля в окрестности критических сечений

неоднородных электродинамических структур со сферическими направляемыми волнами, отрезки которых могут использоваться в качестве базовых элементов широкополосных антенн.

3. Проведен электродинамический анализ характеристик электромагнитного поля неоднородных структур, с учетом свойств переходных полей в окрестности собственных критических сечений при произвольной временной зависимости.

4 Разработана инженерная методика расчета биконической и дискоко-нусной антенн с диэлектрическим включением при их возбуждении электрическим диполем. Методика учитывает влияние ближайшего высшего типа волны на характеристики антенн.

Практическая ценность.

1. Разработаны методы анализа, применяемые для расчета основных волновых и энергетических параметров волнового процесса в неоднородных электродинамических структурах со сферическими направляемыми волнами.

2. Использование диэлектрического шара в конструкциях широкополосных антенн, на основе конических структур, позволило выбрать геометрические размеры антенны, оптимальные по критерию Чу-Харрингтона, и повысить электрическую прочность возбуждающего устройства антенны.

3. Показано, что диапазонные ограничения характеристик антенн и устройств, на основе конических электродинамических структур, в основном определяются высшими типами волн и особенностями поведения переходного поля в окрестности критических сечений высших типов волн.

4. Разработанная конструкция широкополосного биконического излучателя, позволяет минимизировать габариты и соответственно массу антенны, расширить её рабочий диапазон частот за счет улучшения согласования с питающей линией во всем используемом частотном диапазоне.

Численные результаты и их достоверность. Представленные в диссертации экспериментальные исследования неоднородных электродинамических структур, подтвердили результаты теоретического анализа рассматриваемых устройств и позволили отработать конструкцию широкополосной биконической антенны с диэлектрическим включением. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, следует из сравнения результатов исследований характеристик излучения рассматриваемых неоднородных структур, и полученных ранее известных классических соотношений.

Внедрение результатов диссертационной работы. Результаты работы используются в учебном процессе кафедры "Радиоэлектронные системы и устройства" МГТУ им. Н.Э. Баумана и внедрены в ФГУП НИИ КП, в рамках

НИОКР по использованию технологий спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS для высокоточного определения местоположения мобильных объектов, что подтверждается соответствующими актами.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1 Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов", Красноярск, 1999 г.

2. VI Международной научно-технической конференции "Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ", Самара, 1999 г.

3. X Международной школе-семинаре "Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот", Фрязино, 2002 г.

Материалы диссертации изложены в научно-технических отчетах по НИР:

1. Отчет по проекту И (А0105-1)/2001 о деятельности совместной научно-учебной лаборатории "Широкополосные и сверхширокополосные антенны, генераторы, экранирующие и поглощающие устройства и материалы"/ СУНЛ МГТУ - ИОФ РАН. Руководители работ H.A. Бей, В.И. Пус-товой. Исполнители Митрохин В.Н., Слукин Г.П., Полищук А.Е. и др., Инв. № РЛМ 01-01/03. -М., 2001.-43 с.

2. Отчет о научно-исследовательской работе "Разработка малогабаритных сверхширокополосных антенн" (НИР "Диапазон") / МГТУ - ФГУП "ЦНИРТИ". Руководители работ H.A. Бей, А.Н. Шулунов. Исполнители Митрохин В.Н., Полищук А.Е. и др., - М., 2001. - 65 с

В Федеральном институте промышленной собственности зарегистрирована заявка на выдачу патента на изобретение:

Заявка от 04.12.2002. Биконическая антенна / В.Н. Митрохин, А.Е. Полищук, И.Б. Федоров.

Публикации. По теме диссертации опубликованы работы [1-9].

Структура и объём диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, и списка литературы. Объем работы составляет 173 страницы машинописного текста, иллюстрированного 26 рисунками, список литературы насчитывает 145 наименований.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Результаты исследований собственных сферических волн конического, коаксиального конического, биконического, квазипирамидального и сферического волноводов с учетом поведения переходного поля в окрестности собственных критических сечений. 4

2. Результаты исследований особенностей волнового процесса в частично заполненном диэлектриком биконическом волноводе с учетом поведения поля в переходных областях.

3. Результаты исследований характеристик электромагнитного поля неоднородных волноводов со сферическими направляемыми волнами при произвольной временной зависимости.

4. Инженерная методика расчета электродинамических характеристик биконической антенны при её возбуждении электрическим диполем, размещенным в диэлектрическом шаре.

5. Представление конструкции и характеристик биконической антенны с диэлектрическим включением для работы с широкополосными сигналами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обсуждается актуальность темы исследований, рассмотрены области практического применения антенн, созданных на базе неоднородных электродинамических структур. Сформулирована цель работы, в аннотированном виде изложены основные результаты работы, перечислены основные положения, выносимые на защиту. Указаны акты о внедрении результатов диссертационной работы, конференции, на которых обсуждалась работа, и публикации в печати. Приведен краткий обзор содержания глав диссертационной работы.

Первая глава диссертационной работы посвящена обзору методов исследования решений электродинамических задач возбуждения, распространения и рассеяния электромагнитных волн. Проведен анализ методов решения задач возбуждения и рассеяния электромагнитных волн при использовании узкополосных сигналов (монохроматический анализ), методов решения электродинамических задач при использовании широкополосных сигналов, методов решения электродинамических задач в которых учтены свойства переходных полей. Также рассмотрено влияние свойств переходных полей на характеристики широкополосных излучающих устройств, построенных на основе конических структур.

Проведенный анализ методов решения монохроматических и нестационарных электродинамических задач показал, что временная структура излученного электромагнитного поля зависит от положения исследуемого объекта. На объектах конечных размеров возможно выделение локальных центров излучения, положение которых определяется геометрией объекта.

Указанные особенности нестационарного излучения и рассеяния сигналов необходимо учитывать при проектировании антенной системы и функциональных устройств волноводного тракта радиотехнических устройств

Строгие методы прикладной электродинамики оказываются бессильными в представлении решения в переходных областях (в которой осуществляется переход от квазистатического состояния поля к волновому), поскольку здесь ряды расходятся, а интегральные представления оказываются

разрывными из-за особенностей в вырожденных критических точках фазы подынтегрального выражения. Методы низкочастотной (квазистатической) области не позволяют в полной мере описать процессы в переходной области. Метод» высокочастотной (квазиоптической) области охватывают более широкий класс задач, включающих переходные области, и ближе подходят к строгому решению, однако особенности поля на каустиках до сих пор не позволяют адекватно описать поля в переходных областях.

Проведенное исследование показало, что использование традиционных методов анализа нестационарных полей приводит к погрешностям, из-за отсутствия исследования полей в переходных областях пространства, либо некорректного расчета самих переходных полей, или особенностей, связанных с характером переходного поля, скрытых в интегральных представлениях полученных решений практически важных задач.

Вторая глава диссертации посвящена рассмотрению собственных сферических волн указанных выше неоднородных волноводов, в том числе слоистого биконического волновода (см. рис. 1) с учетом свойств переходного электромагнитного поля.

Исследование электромагнитного поля в неоднородных электродинамических структурах со сферическими направляемыми волнами проводим, используя сферическую систему координат г, 0, ср. Решение уравнений Максвелла в этом случае можно получить в виде суперпозиции электрических Етп и магнитных Нтп типов волн, составляющие которых определяются через скалярные потенциальные функции и и V [*].

Потенциальные функции и и V удовлетворяют уравнению:

и] ГА , . „ , чсов

у| = |вКп(кг)Ьр1Г(со50)8.пРтср, (1)

где А, В - постоянные коэффициенты, определяемые из условий возбуждения; к = соЛ/еаца =2 я/А. - волновое число свободного пространства; со -круговая частота; еа,ца - абсолютные значения диэлектрической и магнитной проницаемостей среды; т) = ушп, цтп - собственные значения Етп и Нгап типов волн, определяемые из граничных условий по координате 6; рга = ш -целые числа для конического, коаксиального конического, биконического и сферического волноводов; рт = тя/2<р0 - собственные значения, определяемые из граничных условий для квазипирамидального волновода; 2ср0- угол раствора в плоскости 8 = я/2; Ц"(со50) - линейная комбинация функций Лежандра (совв), (сое 9) - первого и второго рода соответственно; Яп(кг) - радиальная зависимость, удовлетворяющая дифференциальному уравнению второго порядка (сферическое уравнение Бесселя) вида:

6 * Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. - М.: Радио и связь, 1988. - 440 с.

¿ХМ

¿(кг)2

л(л + 0 (кг)2

Зависимость Г(кг) = [1 - Г|(т| + 1)/(кг)2], графически представлена на рис. 2, где отмечены области квазистатического и волнового полей, а точки поворота уравнения (2) (кг)кр = л]г\(г\ + 1) являются критическими сечениями

рассматриваемых неоднородных волноводов. На критическом сечении происходит неравновесный фазовый переход от квазистатического состояния поля к волновому и наоборот.

Обеспечивая непрерывность потенциалов (1) на критических сечениях кг = (кг)1ф радиальную зависимость как результат решения уравнения (2)

представляем в виде:

где .¡п(кг) - сферические функции Бесселя первого рода, Ь^^кг) - сфериче-«х)

(3)

Рис. 2. Разграничение критическим сечением областей пространства внутри неоднородного волновода с различным характером поведения поля собственной волны

ские функции Ханкеля второго рода. Выражения для составляющих электромагнитного поля, после подстановки в них соотношений (1) приобретают конкретный вид.

При известных выражениях для составляющих поля можно найти волновые характеристики каждой собственной сферической волны неоднородных волноводов: волновое сопротивление, постоянную распространения, фазовую скорость и длину волны в системе.

Поперечные векторы напряженности электрического Е^ и магнитного Н^ полей собственного г|-го типа волны удобно выразить с помощью орто-нормированной векторной системы функций ёп(б,ф), Ьп(0,(р) [*] на сфери-

* Фелсен Л., Маркувиц Н. Излучение и рассеяние волн: Пер. с англ. / Под ред.

МЛ. Левина.-М.: Мир, 1978.-Т. 1-2. 7

ческом сечении рассматриваемых неоднородных волноводов:

Ё? = Рч(г)ёч(в,ф) , Н1 = -г-п'рп(г)ьп(0)ф), (4)

где Р (г) - амплитудные функции (функции, зависящие от радиальной координаты), которые определяются соотношениями:

>4» = ^м™(г) = '^о®цтл (5)

Поперечные составляющие напряженностей электрического и магнитного полей представляются в виде разложений в ряды по полной ортонорми-рованной системе векторных функций:

н. = -lz;l (r)fiVmn (е,Ф)- Xz;: f^ (г)ЯМтл (е,Ф).

m,n

(6)

При этом амплитудные функции определяются соотношениями

Fv»= JMvJMda FMm„(r)= ¡E^je^yxi, a n

-Z;lFv_(r)= jHAje.qOdQ, /fi^JM^,

n fi

где сЮ = sin 0dq>d0.

Используя выражения для составляющих электромагнитного поля и выражения (6) учитывая соотношения (1) и (3) нетрудно убедиться, что для каждого собственного Emn типа волны вектор Н" на собственном критическом сечении непрерывен, а вектор Ё^ - претерпевает разрыв, определяющий эквивалентный магнитный поверхностный ток плотностью I" , для каждого собственного Нт„ типа волны разрыв на собственном критическом сечении претерпевает вектор Н^, определяя эквивалентный электрический поверхностный ток плотностью I' •

ikA„ , . _ ikB„ , . = <7)

Следовательно, собственные волны неоднородных волноводов содержат вторичные источники в виде эквивалентных поверхностных токов.

Воспользовавшись теоремой Умова-Пойнтинга в комплексной форме, для каждого собственного типа волны получены выражения мощности, излучаемой с собственных критических сечений:

-íM'l^-HJ' ^ 4|bJVZ^>)J. (8)

Определены выражения проводимости излучения Gдля каждого Hmn типа

волны, сопротивления излучения для каждого Етп типа волны, а также добротности при излучении каждого собственного типа волны.

Полученные выражения для энергетических характеристик электромагнитного поля собственных волн, учитывающие его поведение в переходной области, позволяют уточнить расчетные соотношения при конструировании излучающих систем и функциональных устройств на основе неоднородных волноводов со сферическими направляемыми волнами.

В случае биконического волновода, нагруженного слоями диэлектрика сферической формы (см рис. 1), было показано, что при определенных соотношениях между размерами собственного критического сечения и слоем диэлектрика возможно резонансное увеличение сопротивления излучения собственного типа волны и соответственно, увеличение мощности, излучаемой с собственного критического сечения. Каждому собственному типу волны биконического частично заполненного диэлектриком волновода, соответствуют в общем случае два критических сечения: внутреннее г,^ и внешнее (см.

рис. 1), определяемые соответственно = -^(л + ОА., гкер = ^/г|(г|+ 1)/кг.

В зависимости от соотношения между радиусом диэлектрического заполнения и радиусами внутреннего и внешнего критических сечений возможны либо рефрагирующий, либо туннелирующий режимы волнового процесса. Следовательно, при записи радиальной зависимости (3) могут представиться три случая: г^р < а, где а - радиус диэлектрического шара, внешнее

критическое сечение г°р отсутствует (в этом случае волна распространяется как рефрагирующая); г^ < а < г^, (в этом случае волна распространяется как туннелирующая); 0 < а < гкср, отсутствует внутреннее критическое сечение г^р (влияние диэлектрика на электромагнитное поле собственной волны в этом случае незначительно).

Таким образом, в слоистом биконическом волноводе поведение собственного Етп или Нтп типа волны и величина его излучаемой с критического сечения мощности определяется соотношением между электрическим размером диэлектрического заполнения и значением критического сечения.

Получены выражения для потенциальных функций при произвольной временной зависимости с учетом свойств переходных электромагнитных полей в окрестности собственных критических сечений. Поперечные составляющие напряженностей электрического и магнитного полей можно определить с помощью ортонормированной системы функций на сферическом сечении неоднородных волноводов (см. выражения 6). Здесь необходимо отметить, что в случае произвольной временной зависимости, амплитудные функции будут определяться следующими соотношениями:

Временная зависимость может быть рассмотрена как преобразование Фурье в частотной области.

Третья глава диссертационной работы посвящена решению задач возбуждения неоднородных волноводов со сферическими направляемыми волнами сторонними источниками. Предлагаемое в работе решение отличается от известных, представлением радиальной зависимости собственных волн неоднородных волноводов со сферическими направляемыми волнами. Радиальная зависимость составлена с учетом поведения поля собственной волны в окрестности критического сечения, что позволяет упростить расчеты, а полученным результатам дать наглядную физическую интерпретацию. С учетом вышесказанного, была решена задача возбуждения биконического волновода сторонними источниками. Рассмотрены два режима: источник возбуждения находится за критическим сечением, и источник возбуждения находится до критического сечения. В первом случае поле собственной волны распространяется в обе стороны от источника без затухания, но при переходе через критическое сечение начинается затухание. Если же источник возбуждения находится до критического сечения, то поле собственной волны затухает по обе стороны от источника, а распространение возможно только при переходе за критическое сечение.

Проведено исследование процессов формирования излучаемого электромагнитного поля электрическим диполем, помещенным в диэлектрический шар. Результаты исследований имеют определенное практическое значение, так как малые по сравнению с длиной волны антенны, напоминающие элементарный электрический диполь, широко используются в качестве зондов.

Свойства изолированного элементарного электрического диполя определяются тем, в каком соотношении с внутренним и внешним критическими сечениями находится радиус диэлектрического шара, изолирующего электрический диполь. Представленные на рис. 3 зависимости позволяют сделать заключение, что сопротивление излучения изолированного электрического диполя по сравнению с неизолированным может быть увеличено в несколько раз, причем тем больше, чем больше диэлектрическая проницаемость изолятора. Соответственно увеличивается мощность излучения. Пользуясь приведенными расчетными графиками для некоторых значений е, можно определить радиус диэлектрического шара для эффективного излучения изолированного электрического диполя, а также его эффективного согласования с питающей линией.

Решение задач об излучении простейшего диполя в диэлектрической среде позволило провести исследование биконического волновода, возбуждаемого электрическим диполем, помещенного в центр диэлектрического шара, расположенного в центре биконуса, что было реализовано в методике инженерного расчета слоистой биконической структуры, учитывающей влияние высших типов волн.

Рис. 3. Расчетные зависимости для изолированного диполя:

а - изменение нормированного сопротивления излучения изолированного электрического диполя при различных значениях е; б - изменение модуля коэффициента отражения изолированного диполя при различных значениях е материала диэлектрического шара; в - зависимость коэффициента отражения изолированного диполя от величины ИХ

Базируясь на приведенных во второй главе работы соотношениях, определены такие важные характеристики биконической антенны, как входное сопротивление и коэффициент отражения (рис. 4).

При расчете этих параметров вместе с основным типом волны (волна Т), учитывалось влияние на них высших типов - волн Е^, которые вносят свой вклад в диапазонные ограничения характеристик антенн, построенных на основе биконической электродинамической структуры.

Рис. 4. Расчетные зависимости для биконической структуры с диэлектрическим включением:

а - зависимости нормированного входного сопротивления биконической структуры от электрического размера диэлектрического заполнения;

б - изменение коэффициента отражения биконической структуры

Таким образом, учитывая вместе с основным типом волны, ближайший высший тип волны в биконическом волноводе, определяется связь между размерами антенны и критическим сечением высшего типа волны. Графики

11

зависимостей (см рис. 4) в высокочастотной части рабочего диапазона частот широкополосной антенны можно использовать для эффективного согласования антенны с питающей линией, подбирая радиус диэлектрического шара.

Разработанная методика расчета слоистых биконических структур была также использована при проектировании широкополосной дискоконусной антенны.

В заключение третьей главы было рассмотрено электромагнитное поле биконической структуры, возбуждаемой сторонними источниками, при работе с нестационарными сигналами. В этом случае электромагнитное поле биконической структуры является не только функцией координат, но и времени.

Четвертая глава посвящена обзору существующих широкополосных антенн и построению на их базе широкополосного излучателя, с улучшенными характеристиками, а также сопоставлению полученных экспериментальных данных с теоретическими.

Обзор известных широкополосных антенн позволил выделить несколько типов излучателей, приблизительно удовлетворяющих принципам построения широкополосных антенн и имеющих малые электрические размеры. К числу таких излучателей относятся фрактальные антенны и тороидальные спиральные антенны, различные типы вибраторных излучателей, включая плоские, щелевые и конические вибраторы.

Широкополосные антенны на основе конических вибраторов наиболее близки по основным характеристикам к критерию потенциальной согласуемое™ антенн (пределу Чу-Харрингтона). Согласование конических вибраторов апертурными шунтами сводится к сверхширокополосной компенсации емкостной проводимости вибратора индуктивной проводимостью системы шунтов. Возможно согласование с помощью диэлектрического шара с центром в вершине конуса.

За основу конструкции разрабатываемой антенны был принят биконический вибратор. Усовершенствование рассмотренных конструкций биконических антенн, проведено за счет использования диэлектрического шара, расположенного в центре биконуса, который позволяет добиться высокого уровня согласования антенны с питающей линией, значительно увеличить электрическую прочность устройства возбуждения и в ряде случаев улучшить диапазонные свойства антенны. Варьируя радиусом диэлектрического шара можно добиться резкого уменьшения коэффициента отражения и как следствие эффективного согласования антенны с фидерным трактом в интересующем диапазоне частот.

Конструкция разработанной биконической антенны представлена на рис. 5. Геометрические размеры антенны: угол при вершине конуса 9 = 90 ; высота антенны 2Ь = 0,42Хтах; диаметр основания конуса О = 0,42>.тах; количество шунтов N = 3 шт. Шунты располагаются по окружности, параллельно

оси антенны, с угловым интервалом р 360/Ы При экспериментальном исследовании использовались шары из фторопласта радиусами а = 0,041 Хтах и 0,105А.тах.

Рис. 5. Конструкция биконической антенны с диэлектрическим шаром:

1 - конусы; 2 - шунты; 3 - шар из диэлектрика; 4 - возбуждающий коаксиальный кабель

Основной целью экспериментальных исследований, являлось уточнение варианта конструкции, оценка возможностей приближения к предельным характеристикам согласно критерия Чу-Харрингтона, сопоставление экспериментальных данных с расчетными.

Измерялись основные характеристики (КСВ и диаграмма направленности) биконической антенны с рабочим диапазоном 0,7... 1,25 ГГц. Характеристика согласования в рабочем диапазоне частот: 1,41< КСВ <1,66.

Исследовавшийся излучатель превышает по своим размерам минимальные размеры, определяемые пределом Чу-Харрингтона, в 1,8 раза, его характеристики предсказуемы и с достаточно высокой степенью точности были определены в результате проведенных расчетов.

Исследование влияния диэлектрического шара на уровень согласования выявило положительный эффект, заключающийся в получении высокого уровня согласования во всем рабочем диапазоне антенны, чего нельзя было добиться используя одни шунты, так как их влияние на согласование антенны имело место лишь в низкочастотной части рабочего диапазона.

Исследование влияния количества шунтов на согласование антенны с питающей линией подтвердило, что при увеличении количества шунтов уменьшается КСВ в низкочастотной части рабочего диапазона широкополосного излучателя.

На графиках рис. 6 изображены зависимости коэффициента отражения от кеа для биконической антенны с диэлектрическим шаром (а = 0,105Я.тах, е = 2) и без шунтов, так как теория критических сечений не учитывает их влияния.

Рис. 6. Зависимости модуля коэффициента отражения:

а - расчетная зависимость; б - экспериментальная зависимость

Представленные зависимости иллюстрируют хорошее совпадение теории критических сечений, примененной к расчету биконических структур с диэлектрическим включением, и результатов, полученных при экспериментальном исследовании биконической антенны с диэлектрическим шаром. Наблюдается лишь качественное (по характеру зависимостей) совпадение результатов расчетов и измерений основных параметров антенны. Количественные различия в основном объясняются теми упрощениями, которые были приняты при построении математической модели антенны. Сопоставляя результаты расчетов и экспериментов можно полагать, что расхождения между истинными значениями коэффициента отражения и расчетными не превысят в среднем 25%. С учетом этого антенна может использоваться в системах измерения напряженности поля и потоков мощности.

Проведенные экспериментальные исследования широкополосного бико-нического излучателя, позволили добиться улучшения согласования в низкочастотной области, за счет использования шунтов, а в области высоких частот за счет размещения в центре биконуса шара из диэлектрика.

В заключении подведены итоги по диссертации в целом и сформулированы основные результаты работы: 14

1. Построена система собственных волн и соответствующих им собственных критических сечений для неоднородных волноводов со сферическими направляемыми волнами. Для каждого собственного типа волны получены выражения основных волновых и энергетических параметров.

2. Рассмотрены собственные волны слоистого биконического волновода, как базовой структуры при построении широкополосной биконической антенны. Определены волновые и энергетические характеристики бикониче-ского волновода с учетом диэлектрического включения.

3. Получены представления поперечных составляющих напряженностей электромагнитного поля неоднородных волноводов в виде разложений по полной векторной ортонормированной системе функций на сферическом сечении неоднородных волноводов, при произвольной временной зависимости.

4. Разработан метод решения задачи возбуждения биконической электродинамической структуры сторонними источниками, сочетающий метод собственных функций в сферическом базисе, функций заданного разрыва и концепцию критических сечений.

5. В результате решения задачи возбуждения сторонними источниками биконического волновода (в том числе с диэлектрическим включением) установлена зависимость спектрального состава возбужденного электромагнитного поля от положения стороннего источника как относительно геометрии неоднородной электродинамической структуры, так и относительно собственных критических сечений в ней. Определена область положений источника возбуждения, при которой возможны: одномодовый режим на основной волне биконического волновода, режимы рефрагирующих и туннелирующих волн в слоистых структурах.

6. Результаты решения задачи возбуждения элементарным электрическим диполем, помещенным в диэлектрический шар, свободного пространства позволили определить режимы рефрагирующих и туннелирующих волн электрического диполя.

7. Результатом решения задачи возбуждения биконической структуры (в том числе с диэлектрическим включением) электрическим диполем стала инженерная методика расчета, учитывающая вместе с основным типом волны, ближайший высший тип волны в биконическом волноводе и определяющая связь между размерами антенны и критическим сечением высшего типа волны.

8. Рассмотрены вопросы решения задачи возбуждения сторонними источниками биконического волновода в режиме нестационарных сигналов. Полученные выражения учитывают временную зависимость возбуждения, представленную различными временными функциями.

9. Разработанная конструкция биконической антенны, позволяет улучшить согласование с питающей линией в 1,3 раза в рабочем диапазоне частот по сравнению с известными конструкциями широкополосных излучателей Экспериментально исследовавшийся излучатель с уровнем согласования по

КСВ не хуже 2, превышает по своим размерам минимальные размеры, определяемые пределом Чу-Харрингтона, в 1,8 раза.

Список публикаций по теме диссертационной работы:

1. Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Собственные критические сечения и волны биконического волновода // Вестник МГТУ. Приборостроение. - 1998. - № 4. - С. 87-94.

2. Полищук А.Е. Распространение симметричных электромагнитных волн в слоистом биконическом волноводе // Достижения науки и техники -развитию сибирских регионов.: Тез. докл. Всерос. науч.-практич. конф. с международным участием. - Красноярск, 1999. - С. 212-213.

3. Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Собственные волны слоистого биконического волновода // Вестник МГТУ. Приборостроение. - 1999. - № 4 (37). -С. 80-89.

4. Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Собственные критические сечения и волны квазипирамидального волновода // Синтез, передача и прием сигналов управления и связи.: Межвуз. сб. науч. тр. (Воронеж). - 1999. - Вып. 6. -С.152-157.

5. Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Собственные критические сечения коаксиального конического волновода // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ.: Тез. докл. VI Международной науч.-технич. конф. - Самара, 1999. -Т.7, № 2. - С. 89.

6. Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Электромагнитное поле неоднородных волноводов при произвольной зависимости от времени // Вестник МГТУ. Приборостроение. - 2000. - № 4 (41). - С. 87-97.

7. Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Электрический диполь в диэлектрическом шаре // Антенны. - 2001. - № 8 (54). - С. 41-47.

8. Бей H.A., Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Малогабаритные сверхширокополосные антенны // Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот. - 2002. - Т. 10, № 2 (34). - С. 148-153.

9. Бей H.A., Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Расчет широкополосной дис-коконусной антенны // Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот. - 2002. - Т. 10, № 2 (34). - С. 154-159.

Подписано к печати 06.06.2003 г. Зак. 220. Объём 1.0 п. л. Тир. 100 экз. Типография ОАО МНПК "Авионика"

!

! I

РНБ Русский фонд

2005-4 17017

г

1«

0 9 ОН? 2203

Введение.

Глава 1. Обзор методов исследования решений электродинамических задач возбуждения, распространения и рассеяния электромагнитных волн.

1.1. Методы решения электродинамических задач при использовании узкополосных сигналов.

1.1.1. Методы низкочастотной области.

1.1.2. Методы высокочастотной области.

1Л .3. Методы резонансной области.

1.2. Методы решения электродинамических задач при использовании широкополосных сигналов.

1.2.1. Методы низкочастотной области.

1.2.2. Методы высокочастотной области.

1.2.3. Методы резонансной области.

1.3. Методы исследования решений электродинамических задач в переходной области.

1.4. Использование свойств переходных полей применительно к антеннам и излучающим устройствам, работающих с широкополосными сигналами.

1.5. Выводы.

Глава 2. Собственные волны неоднородных волноводов со сферическими направляемыми волнами.

2.1. Сферические направляемые электромагнитные волны неоднородных волноводов.

2.2. Энергетические характеристики собственных сферических волн в неоднородных волноводах.

2.3. Собственные критические сечения и собственные значения неоднородных волноводов.

2.4. Собственные волны слоистого биконического волновода.

2.5. Электромагнитное поле неоднородных волноводов при произвольной временной зависимости.

2.6. Выводы.

Глава 3. Электромагнитное поле неоднородных волноводов при возбуждении сторонними источниками.

3.1. Возбуждение биконического волновода сторонними источниками

3.2. Возбуждение элементарным электрическим диполем свободного пространства, представленного в виде сферической области.

3.3. Элементарный электрический диполь в диэлектрическом шаре.

3.4. Возбуждение биконического волновода электрическим диполем.

3.5. Возбуждение биконического волновода с частичным диэлектрическим включением элементарным электрическим диполем.

3.6. Возбуждение биконического волновода сторонними источниками в режиме нестационарных сигналов.

3.7. Выводы.

Глава 4. Разработка конструкций широкополосных антенн на основе конических структур.

4.1. Теория потенциальной согласуемости антенн и ее использование при оценке характеристик широкополосных излучателей.

4.2. Обзор существующих конструкций широкополосных антенн.

4.2.1. Принципы построения широкополосных антенн.

4.2.2. Широкополосные плоские и щелевые вибраторные излучатели

4.2.3. Фрактальные антенны.

4.2.4. Тороидальные спиральные антенны.

4.2.5. Широкополосные антенны на основе конических вибраторов.

4.3. Конструкция широкополосной биконической антенны с диэлектрическим шаром и её характеристики.

4.4. Экспериментальные исследования макета биконической антенны с диэлектрическим шаром.

4.4.1. Измерительная аппаратура и устройства экспериментальной установки.

4.4.2. Методика проведения испытаний.

4.4.3. Результаты испытаний макета биконической антенны с диэлектрическим шаром.

4.5. Выводы.

В настоящее время интенсивно развивается область радиотехники, связанная с использованием широкополосных и сверхширокополосных сигналов [1,2]. Активные исследования нестационарных процессов в электродинамике начались в 60-е годы, так как это время отмечено появлением широкополосных СВЧ компонентов и измерительной техники, которая обеспечивала возможности исследования временных процессов нано- и пикосекундной длительности [3]. У разработчиков появилась возможность создания широкополосных и сверхширокополосных радиотехнических систем с сигналами, имеющими относительную полосу частот (г|), лежащую в пределах: 0,01<г|< 0,25 - широкополосные сигналы, 0,25<Г)<1 — сверхширокополосные сигналы [4].

Использование широкополосных и сверхширокополосных сигналов в радиотехнических системах позволяет повысить информационные возможности систем радиосвязи, радиолокации, радионавигации, радиотелеметрии, так как количество информации, которая передается в единицу времени, прямо пропорционально полосе частот сигнала; позволяет также обеспечить высокую помехозащищенность каналов связи; повысить точность при оценке взаимной ориентации движущихся объектов; обнаруживать объекты, находящиеся под поверхностью Земли или под водой, а также обеспечивать связь с глубоко погруженными объектами; повысить результативность дистанционного зондирования окружающей среды. Антенная система является неотъемлемой частью радиотехнических систем, позволяющих решать подобные задачи, поэтому разработка широкополосных антенн и методик их расчета, является весьма важной и актуальной научной задачей.

Анализ пространственно-временных полей волноводных и излучающих устройств радиотехнических систем, в случае работы с широкополосными сигналами должен проводиться методами, применяемыми при анализе немонохроматических и нестационарных полей. Следует отметить, что в приведенных в литературе исследованиях устройств, работающих с широкополоеными сигналами, теоретические и экспериментальные исследования неоднородных структур, проведены недостаточно полно.

Чтобы в полной мере можно было реализовать потенциальные возможности радиотехнических систем и устройств, качественно улучшить их характеристики за счет использования свойств переходных полей [112], необходимо теоретически и экспериментально исследовать неоднородные электродинамические структуры, являющиеся составной частью широкополосных антенн, включающие переходные области электромагнитного поля. Несмотря на то, что переходные поля формируются в сравнительно ограниченных областях пространства, они представляют большой теоретический и практический интерес во многих областях радиофизики, радиолокации, радионавигации, антенной техники, при конструировании и разработке функциональных устройств СВЧ и КВЧ диапазонов, неотъемлемой частью которых являются отрезки неоднородных волноводов со сферическими направляемыми волнами.

На базе неоднородных электродинамических структур, а именно конического, коаксиального конического, биконического, сферического и квазипирамидального волноводов возможно построение широкополосных антенн. К ним относятся малые рупоры, рупоры с гофрированными внутренними поверхностями, биконические, дискоконусные антенны. Одной из важнейших характеристик неоднородных волноводов является совокупность критических сечений собственных типов волн. Критические сечения определяют структуру электромагнитного поля, диапазонные свойства, чистоту модового состава, добротность, электрическую прочность, условия согласования функциональных устройств, имеющих в своем составе отрезки неоднородных волноводов.

Диссертация базируется на разработанной В.Н. Митрохиным концепции критических сечений [112], заключающейся в учете свойств переходного поля в области критических сечений неоднородных электродинамических структур, и сочетающейся со строгим методом собственных функций прикладной электродинамики в сферическом базисе.

Целью данной работы является проведение теоретических и экспериментальных исследований широкополосных антенн, построенных на основе конических структур. В частности, исследование собственных волн неоднородных волноводов со сферическими направляемыми волнами с точки зрения концепции критических сечений. Разработка методов анализа основных волновых и энергетических параметров неоднородных базовых структур, в том числе рассмотрение электромагнитного поля таких структур при произвольной временной зависимости. Решение задачи возбуждения биконической структуры и свободного пространства, представленного как сферический волновод, с помощью элементарного электрического диполя, в том числе размещенного в диэлектрическом шаре. Разработка инженерной методики расчета электродинамических характеристик широкополосных антенн на основе конических структур в случае их возбуждения электрическим диполем и конструктивных решений, способствующих улучшению характеристик указанных антенн.

В работе поставлен и решен целый ряд задач. К основным задачам можно отнести: анализ методов исследования решений электродинамических задач возбуждения, распространения и рассеяния электромагнитных волн в случае монохроматического и нестационарного полей;

- исследование собственных сферических волн конического, коаксиального конического, биконического, слоистого биконического, квазипирамидального и сферического волноводов с учетом свойств переходного электромагнитного поля в окрестностях собственных критических сечений. Для каждого типа волны получены выражения основных волновых и энергетических параметров в областях до и после критического сечения. Получены выражения для эквивалентных плотностей поверхностных электрических и магнитных токов на критических сечениях и выражения для излучаемых с них мощностей электромагнитного поля;

- анализ характеристик электромагнитного поля неоднородных волноводов при произвольной временной зависимости с учетом свойств переходных электромагнитных полей в окрестности собственных критических сечений;

- решение задачи возбуждения биконической структуры и свободного пространства, представленного как сферический волновод, с помощью элементарного электрического диполя, в том числе размещенного в диэлектрическом шаре;

- разработка методики расчета электродинамических характеристик и конструктивных решений антенн для работы с широкополосными сигналами.

Таким образом, проведен весь комплекс исследований неоднородных структур со сферическими направляемыми волнами, а именно, выявление и анализ их свойств, определение основных характеристик волнового процесса, исследование возможностей возбуждения таких структур, экспериментальные исследования и практическая реализация антенн для работы с широкополосными сигналами. Полученные формулы, соотношения и закономерности, разработанные методики позволяют обоснованно подходить к построению, расчету и проектированию антенн построенных на базе неоднородных электродинамических структур, полнее учитывать процессы, протекающие в их переходных областях.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Результаты исследования собственных сферических волн конического, коаксиального конического, биконического, квазипирамидального и сферического волноводов с учетом поведения переходного поля в окрестности собственных критических сечений, включая представления основных волновых и энергетических характеристик собственных сферических волн.

2. Результаты исследований особенностей волнового процесса в частично заполненном диэлектриком биконическом волноводе с учетом поведения поля в переходных областях.

3. Результаты исследований характеристик электромагнитного поля неоднородных волноводов со сферическими направляемыми волнами при произвольной временной зависимости с учетом свойств переходных электромагнитных полей в окрестности собственных критических сечений.

4. Инженерная методика расчета электродинамических характеристик биконической антенны при её возбуждении электрическим диполем, размещенным в диэлектрическом шаре, сочетающая метод собственных функций, функций заданного разрыва и концепции критических сечений.

5. Представление конструкции и характеристик биконической антенны с диэлектрическим включением для работы с широкополосными сигналами.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1. Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов", Красноярск, 1999 г.

2. VI Международной научно-технической конференции "Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ", Самара, 1999 г.

3. X Международной школе-семинаре "Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот", Фрязино, 2002 г.

Результаты, полученные в процессе работы над диссертацией, использованы в научно-исследовательских работах, проводимых в МГТУ им. Н. Э. Баумана и отражены в научно-технических отчетах по НИР:

1. Отчет по проекту И (АО 105-1 )/2001 о деятельности совместной научно-учебной лаборатории "Широкополосные и сверхширокополосные антенны, генераторы, экранирующие и поглощающие устройства и материалы" / СУНЛ МГТУ - ИОФ РАН. Руководители работ Н.А. Бей, Пустовой. Исполнители Митрохин В.Н., Слукин Г.П., Полищук А.Е. и др., Инв. № PJTM 0101/03. -М., 2001.-43 с.

2. Отчет о научно-исследовательской работе "Разработка малогабаритных сверхширокополосных антенн" (НИР "Диапазон") / МГТУ - ФГУП

ЦНИРТИ". Руководители работ Н.А. Бей, А.Н. Шулунов. Исполнители Митрохин В.Н., Полищук А.Е. и др., - М., 2001. - 65 с.

Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе кафедры "Радиоэлектронные системы и устройства" МГТУ им. Н.Э. Баумана, и внедрены в Федеральном государственном унитарном предприятии "Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения" в рамках НИОКР по использованию технологий спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS для высокоточного определения местоположения мобильных объектов, что подтверждено соответствующими актами.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 173 страницы машинописного текста, иллюстрированного 26 рисунками, список литературы насчитывает 145 наименований.

4.5. Выводы

Исследование разработанной биконической антенны с диэлектрическим шаром позволяет сделать следующие выводы:

1. Размещение в центре биконуса шара из диэлектрика улучшает согласование антенны с питающей линией в рабочем диапазоне частот в 1,3 раза, по сравнению с известными конструкциями широкополосных излучателей.

2. Применение диэлектрического шара позволяет обеспечить высокую электрическую прочность возбуждающего устройства антенны.

3. Исследование влияния шунтов на согласование антенны с питающей линией подтвердило, что при увеличении количества шунтов уменьшается КСВ в низкочастотной части рабочего диапазона широкополосной антенны. В его высокочастотной части шунты не оказывают существенного влияния.

4. Варьируя радиусом диэлектрического шара можно добиться резкого уменьшения коэффициента отражения и как следствие эффективного согласования антенны с фидерным трактом в интересующем диапазоне частот.

5. Использование диэлектрического шара совместно с шунтами позволяет уменьшить их диаметр до значения, не оказывающего существенного влияния на диаграмму направленности антенны, так как диэлектрический шар обеспечивает достаточную механическую прочность конструкции, которую в его отсутствии обеспечивали бы шунты.

6. Достигнутые минимальные размеры антенны с уровнем согласования по КСВ не хуже 2 превышают соответствующие пределу Чу-Харрингтона в 1,8 раза.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что характеристики испытанного широкополосного излучателя, позволяют использовать такую антенну в системах радиосвязи на подвижных объектах, системах измерения напряженности поля и потоков мощности. Результаты контрольных измерений подтвердили эффективность предложенных методик испытаний и пригодность стендов для отработки и исследований широкополосных слабонаправленных антенн.

159

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Построена система собственных волн и соответствующих им собственных критических сечений для неоднородных волноводов со сферическими направляемыми волнами. Для каждого собственного типа волны получены выражения основных волновых и энергетических параметров. Представлены выражения для определения собственных критических сечений на каждом из которых происходит неравновесный фазовый переход от волнового состояния поля к квазистатическому и собственных значений неоднородных волноводов.

2. Рассмотрены собственные волны слоистого биконического волновода, структуры используемой при построении широкополосной биконической антенны. В этом случае определены волновые и энергетические характеристики биконического волновода с учетом диэлектрического включения.

3. Получены представления поперечных составляющих напряженностей электромагнитного поля неоднородных волноводов в виде разложений по полной векторной ортонормированной системе функций на сферическом сечении неоднородных волноводов с амплитудными функциями, при произвольной временной зависимости, которая может быть рассмотрена как преобразование Фурье в частотной области.

4. Разработан метод решения задачи возбуждения биконической электродинамической структуры сторонними источниками, сочетающий метод собственных функций в сферическом базисе, функций заданного разрыва и концепцию критических сечений, основанную на свойствах переходного электромагнитного поля.

5. В результате решения задачи возбуждения сторонними источниками биконического волновода (в том числе биконического волновода с диэлектрическим включением) установлена зависимость спектрального состава возбужденного электромагнитного поля от положения стороннего источника как относительно геометрии неоднородной электродинамической структуры, так и относительно собственных критических сечений в ней. Определена область положений источника возбуждения при которой возможны: одномодо-вый режим на основной волне биконического волновода, режимы рефраги-рующих и туннелирующих волн в слоистых структурах.

6. Результаты решения задачи возбуждения элементарным электрическим диполем свободного пространства в частности показали: верхней границей ближней зоны диполя является электрическое расстояние до собственного критического сечения волны основного типа E0i свободного пространства, рассматриваемого как сферический волновод; мощность, излучаемая с собственного критического сечения идентична излучаемой диполем мощности, рассчитанной классическим способом. Концепция критических сечений при анализе свойств элементарных излучателей позволяет целенаправленно управлять электродинамическими характеристиками антенн малых электрических размеров либо за счет включения сосредоточенных реактивностей, либо за счет принудительного сокращения области ближнего поля путем помещения антенны в материальную среду. Определены режимы рефрагирую-щих и туннелирующих волн элементарного электрического диполя, помещенного в диэлектрический шар.

7. Результатом решения задачи возбуждения биконической структуры (в том числе с диэлектрическим включением) электрическим диполем стала инженерная методика расчета, учитывающая вместе с основным типом волны, ближайший высший тип волны в биконическом волноводе и определяющая связь между размерами антенны и критическим сечением высшего типа волны. Методика позволяет подбором параметров диэлектрического шара улучшить согласование биконической антенны с питающей линией в рабочем диапазоне частот. Предложенная методика расчета слоистых бикониче-ских структур была использована при проектировании широкополосной дис-коконусной антенны.

8. Рассмотрены вопросы решения задачи возбуждения сторонними источниками биконического волновода в режиме нестационарных сигналов.

Полученные выражения учитывают временную зависимость возбуждения, представленную различными временными функциями.

9. Разработанная широкополосная биконическая антенна с диэлектрическим шаром, позволила добиться высокого уровня согласования с питающей линией в рабочем диапазоне частот, обеспечить высокую электрическую прочность возбуждающего устройства антенны, в ряде случаев улучшить диапазонные свойства антенны, обеспечить высокую механическую прочность конструкции и минимизировать габаритные размеры антенны.

162

1. Сверхширокополосные микроволновые устройства / A.M. Богданов, М.В. Давидович, Б.М. Кац и др.: Под ред. А.П. Креницкого и В.П. Мещанова. М.: Радио и связь, 2001. - 560 с.

2. Мещанов В.П., Тупикин В.Д., Чернышев СЛ. Коаксиальные пассивные устройства. Саратов: Саратовский ун-т, 1991. - 476 с.

3. Астанин Л.Ю., Костылев А.А. Методы теоретического и экспериментального исследования нестационарного рассеяния и излучения электромагнитных волн // Зарубежная радиоэлектроника. 1981. -№ 9. - С. 3-27.

4. Иммореев И.Я. Сверхширокополосные радары: новые возможности, необычные проблемы, системные особенности // Вестник МГТУ. Приборостроение. 1998. - №4. - С. 25-56.

5. Kleinman R.E. The Rayleigh field // Proc. of the IEE. 1965. - V. 53, №8.-P. 975.

6. Stevenson A.F. Solution of Electromagnetic scattering problems as Power Series in the ratio (dimension of scatterer/(wave length) // Journ. Appl. Phys. — 1963. —V. 24, № 9. P. 1134.

7. Гринберг Г.А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. — М.: АН СССР, 1948. — 727 с.

8. Левин Л. Теория волноводов. Методы решения волноводных задач: Пер. с англ. / Под ред. В.И. Вольмана. — М.: Радио и связь, 1981. 311 с.

9. Нефедов Е.И., Фиалковский А.Т. Полосковые линии передачи. — М.: Наука, 1974.- 128 с.

10. Нефедов Е.И., Сивов А.Н. Электродинамика периодических структур. М.: Наука, 1977. - 209 с.

11. Каценеленбаум Б.З. Теория нерегулярных волноводов с медленно меняющимися параметрами. М.: АН СССР, 1961. - 248 с.

12. Шевченко В.В. Плавные переходы в открытых волноводах. Введение в теорию. М.: Наука, 1969. - 190 с.

13. Хенл X., Мауэ А., Вестпфаль К. Теория дифракции: Пер. с нем. — М.: Мир, 1964.-428 с.

14. Фелсен JI., Маркувиц Н. Излучение и рассеяние волн: Пер. с англ. / Под ред. МЛ. Левина. М.: Мир, 1978. - Т. 1-2.

15. Лебедев Н.Н., Скальская И.П. Некоторые интегральные преобразования, родственные преобразованию Конторовича-Лебедева // Вопросы математической физики: Сб. статей / Под ред. В.М. Тучкевича. — Л.: Наука, 1976. -С. 68-79.

16. Chy L.J. Physical Limitations of omnidirectional antennas // J. Appl. Phys.- 1948. — V. 19,№ 12. — P. 1163-1175.

17. Фильчаков П.Ф. Приближенные методы конформных отображений. — Киев: Наукова думка, 1964. — 89 с.

18. Канторович Л.В., Крылов В.И. Приближенные методы высшего анализа. М.: Физматгиз, 1962. — 639 с.

19. Митрохин В.Н. Асимптотические и приближенные методы решения задач дифракции электромагнитных волн: Учеб. пособие / Под ред. Н. А. Бея.- М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1998. 19 с.

20. Марков Г.Т., Васильев Е.Н. Математические методы прикладной электродинамики. М.: Сов. радио, 1970. - 120 с.

21. Курушин Е.П., Нефедов Е.И., Фиалковский А.Т. Дифракция электромагнитных волн на анизотропных структурах. М.: Наука, 1975. - 196 с.

22. Нефедов Е.И., Фиалковский А.Т. Асимптотическая теория дифракции на конечных структурах. — М.: Наука, 1972. — 204 с.

23. Машковцев Б.М., Цибизов К.Н., Емелин Б.Ф. Теория волноводов. — М.: Наука, 1966.-351 с.

24. Бабич В.М., Булдырев B.C. Асимптотические методы в задачах дифракции коротких волн; метод эталонных задач. — М.: Наука, 1972. — 456 с.

25. Вайнштейн Л.А. Открытые резонаторы и открытые волноводы. М.: Советское радио, 1966. - 470 с.

26. Авдеев С.М., Бей Н.А., Морозов А.Н. Линзовые антенны с электрически управляемыми диаграммами направленности / Под ред. Н.А. Бея. М.: Радио и связь, 1987. - 128 с.

27. Каценеленбаум Б.З. Высокочастотная электродинамика. Основы математического аппарата. М.: Наука, 1966. - 240 с.

28. Ваганов Р.Б., Каценеленбаум Б.З. Основы теории дифракции. М.: Наука, 1982. - 272 с.

29. Фок В.А. Проблемы дифракции и распространения электромагнитных волн. М.: Советское радио, 1970. - 520 с.

30. Кравцов Ю.А., Орлов Ю.И. Геометрическая оптика неоднородных сред. М.: Наука, 1980. - 304 с.

31. Нефедов Е.И. Дифракция электромагнитных волн на диэлектрических структурах. М.: Наука, 1979. - 272 с.

32. Кравцов Ю.А. Модификация метода геометрической оптики для волны, просачивающейся через каустику // Изв. вузов СССР. Радиофизика. — 1964.-Т. 7, №6.-С. 659.

33. Кравцов Ю.А. Комплексные лучи и комплексные каустики // Изв. вузов СССР. Радиофизика. 1967. - Т. 10, № 9-10. - С. 1283.

34. Боровиков В.А., Кинбер Б.Е. Геометрическая теория дифракции. — М.: Связь, 1978.-247 с.

35. Вайнштейн Л.А., Малюжинец Г.Д. Поперечная диффузия при дифракции на импедансном цилиндре // Радиотехника и электроника. — 1961. -Т. 6,№8.-С. 1247;№9.-С. 1489.

36. Борн М., Вольф Э. Основы оптики: Пер. с англ. М.: Наука, 1970. -855 с.

37. Захарьев Л.Н., Леманский А.А. Рассеяние волн "черными" телами. -М.: Советское радио, 1972. — 288 с.

38. Уфимцев П.Я. Метод краевых волн в физической теории дифракции. М.: Советское радио, 1962. - 243 с.

39. Гийемин В., Стернберг С. Геометрические асимптотики / Пер. с англ. С.Г. Гиндикина. М.: Мир, 1981. - 504 с.

40. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. -М.: Энергия, 1983.-375 с.

41. Уэйт Д.Р. Электромагнитное излучение из цилиндрических систем: Пер. с англ. / Под ред. Г.В. Кисунько. М.: Советское радио, 1963. - 236 с.

42. Войтович Н.Н., Каценеленбаум Б.З., Сивов А.Н. Обобщенный метод собственных колебаний в теории дифракции. М.: Наука, 1977. - 416 с.

43. Фельд Я.Н. Основы теории щелевых антенн. — М.: Советское радио, 1948.-158 с.

44. Васильев Е.Н. Возбуждение тел вращения. М.: Радио и связь, 1987. -271 с.

45. Вайнштейн JI.A. Теория дифракции и метод факторизации. — М.: Советское радио, 1966. 431 с.

46. Веселое Г.И., Темнов В.М. Метод частичных областей для дифракционных задач с некоординатными границами // Изв. вузов СССР. Радиофизика. 1984. - Т. 27, № 7. - С. 919-924.

47. Веселое Г.И., Раевский С.Б. Слоистые металлодиэлектрические волноводы. М.: Радио и связь, 1988. — 248 с.

48. Шестопалов В.П. Метод задачи Римана-Гильберта в теории дифракции и распространения электромагнитных волн. Харьков: ХГУ, 1971. -400с.

49. Никольский В.В. Вариационные методы для внутренних задач электродинамики. — М.: Наука, 1967. 460 с.

50. Никольский В.В. Вариационные методы для задач дифракции // Изв. вузов СССР. Радиофизика. 1977. - Т. 20, № 1. - С. 5-44.

51. Никольский В.В. Проекционные методы в электродинамике (экранированные и открытые системы) // Прикладная электродинамика (М.). — 1977. -Вып. 1.-С. 4-50.

52. Никольский В.В., Никольская Т.Н. Применение метода МАБ для анализа полосковых и щелевых структур // Машинное проектирование устройств и систем СВЧ / Под ред. В.В. Никольского. М.: МИРЭА, 1980. -С.50-55.

53. Кенно Е.М., Моффатт Д.Л. Аппроксимации переходных и импульсных переходных характеристик // ТИИЭР. 1965. - Т. 53, № 8. - С. 10251034.

54. Баум К.Э. Новые методы нестационарного (широкополосного) анализа и синтеза антенн и рассеивателей // ТИИЭР. — 1976. — Т. 64, № 11. — С.53-74.

55. Вычислительные методы в электродинамике: Пер. с англ. / Под ред. Р. Миттры. М.: Мир, 1978.-235 с.

56. Stevenson A.F. Solution of Electromagnetic Scattering Problems as Power Series in the Ratio (dimension of scatterer)/wavelength // J. Appl. Phys. — Sept. 1953.-V. 24.-P. 1134-1142.

57. Kleinman R.E. and Senior T.B.A. Low-frequency Scattering by Space Object // IEEE Trans. Aerospace Elec. Sys. 1975. - V. AES-11. - P. 672-675.

58. Summary of Technical Session XVII General Assembly, International Union of Radio Science // Radio Sci. 1973. - V. 8, № 6. - P. 563-621.

59. Harrington R.F. Field Computation by Moment Methods. New York: Macmillan, 1968.-63 c.

60. Bevensee R.M., Brittingham J.N., Deadrick F,J. Computer Codes for EMP Interaction and Coupling // IEEE Trans. Antennas and Propag. — 1978 . — V. AP-26,№ l.-P. 156-165.

61. Broome N.L. Improvements to Nonnumerical Methods for Calculating the Transient Behavior of Linear and Aperture Antennas // IEEE Trans. Antennas and Propag. 1979. - V. AP-27, № 1. - P. 51-62.

62. Lee S.W., Jamnejad V., Mittra R. An Asymptotic Series for Early Time Response in Transient Problems // IEEE Trans. Antennas and Propag. 1973. -V.AP-21, № 2. - P. 895-899.

63. Mayo B.R., Howells P.W., Adams W.B. Generalized Linear Radar Analysis // Microwave J. 1961. - V. 4, № 8. - P. 79-84.

64. Polk C. Transient Behavior of Aperture Antennas // Proc. IRE. 1960. -V. 48, № 7. — P. 1281-1285.

65. Tseng F.I., Cheng D.K. Antenna Pattern Response to Arbitrary Time Signals // Can. J. Phys. 1964. - V. 42, №7. - P. 1358-1368.

66. Ценг Ф., Ченг Д. Метод синтеза линейных решеток из широкополосных элементов // ТИИЭР. 1963. - Т. 51, № 11. - С. 1659-1660.

67. Sharpe С.В., Crane R.B. Optimization of Linear Arrays for Broadband Signals // IEEE Trans. Antennas and Propag. 1966. - V. AP-14, № 4. - P. 422427.

68. Ishimaru A., Chen Y.S. Thinning and Broadbanding Antenna Arrays by Unequal Spacings // IEEE Trans. Antennas and Propag. 1965. - V. AP-13, № 1. -P. 34-42.

69. Ruck G.T., Barrich D.E., Stuart W.D. Radar Cross Section Handbook. -N. Y. - London, 1970. - V. 1. - 1023 p.; V.2. -1065 p.

70. Tesche F.M. Far-field Response of a Step-excited Linear Antenna Using SEM // IEEE Trans. Antennas and Propag. 1975. - V. AP-23, № 6. - P. 834838.

71. Marin L. Natural Mode Representation of Transient Scattered Field // IEEE Trans. Antennas and Propag. - 1973. -V. AP-21, № 6. - P. 809-817.

72. Мэйрин JI, Лэтам H. Представление переходных рассеянных полей через свободные колебания тел // ТИИЭР. — 1972. Т. 60, № 5. — С. 213—214.

73. Blackburn R.F., Wilton D.R. Analysis and Synthesis of an Impedance Loaded Loop Antenna Using the Singularity Expansion Method // IEEE Trans. Antennas and Propag. 1978. - V. AP-26, № 1. - P. 136-140.

74. Shumpert Т.Н., Galloway D.J. Finite Length Cylindrical Scatterer Near Perfectly Conducting Ground a Transmission Line Mode Approximation // IEEE Trans. Antennas and Propag. - 1978. - V. AP-26, № 1. - P. 145-151.

75. Crow T.T., Taylor C.D., Kumbale M. The Singularity Expansion Method Applied to Perpendicular Crossed Wires over a Perfectly Conducting Ground Plane // IEEE Trans. Antennas and Propag. 1979. - V. AP-27, № 2. - P. 248252.

76. Wheeler H.A. The Radiansphere Around a Small Antenna // Proceedings of the IRE. 1959.-August.-P. 1325-1331.

77. Wheeler H.A. Small Antennas // IEEE Trans. Antennas and Propag. -1975. V. AP-23, № 4. - P. 462-469.

78. Balzano Q., Garay O., Siwia K. The Near Field of Dipole Antennas. Theory and Experimental Results // IEEE Trans. Antennas and Propag. — 1981. — V.AP-30, № 4. P. 161-181.

79. Вайнштейн JI.А. Электромагнитные волны. -M.: Радио и связь, 1988. -440 с.

80. Potter P.D., Ludwig А.С. Applications of spherial wave expansions to near-field problems // Экспресс информация ВИНИТИ. Радиотехника сверхвысоких частот. 1975. - № 24. - С. 9-11.

81. Ludwig А.С. Near-field Far-field Transformations Using Spherical Wave Expansions // IEEE Trans. Antennas and Propag. 1971. - V. AP-19, № 2. — P.214-220.

82. Garbacz R.J., Pozar D.M. Antenna shape synthesis using characteristic models // IEEE Trans. Anennas and Propag. 1982. - V. 30, № 3. - P. 340-350.

83. Арнольд В.И., Варченко A.H., Гуссейн-Заде C.M. Особенности дифференцируемых отображений. Монодромия и асимптотики интегралов. — М.: Наука, 1984.-336 с.

84. Гилмор Р. Прикладная теория катастроф: Пер. с англ. М.: Мир, 1984.-Т. 1-2.-185 с.

85. Брус Дж., Джиблин П. Кривые и особенности: Геометрическое введение в теорию особенностей / Под ред. В.И. Арнольда. М.: Мир, 1988. — 262 с.

86. Арнольд В.И. Теория катастроф. М.: Изд-во Знание, 1981. — 64 с.

87. Нефедов Е.И. Открытые коаксиальные резонансные структуры. М.: Наука, 1982. - 220 с.

88. Никольский В.В., Никольская Т.Н. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1989. - 544 с.

89. Джексон Дж. Классическая электродинамика-М.: Мир, 1965.- 702 с.

90. Митрохин В.Н. Собственные критические сечения и волны конического волновода // Радиотехника. 1986. - № 3. - С. 73-75.

91. Митрохин В.Н. Распространение сферических направляемых волн в неоднородных волноводах // Рассеяние и дифракция радиолокационных сигналов и их информативность: Межвуз. сб. JL: СЗПИ, 1987. - С. 30-36.

92. Митрохин В.Н. Свойства переходных полей в неоднородных волноводах И Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. 1997. - № 2 (18). - С. 200.

93. Митрохин В.Н. О поведении электромагнитного поля направляемых волн неоднородных волноводов в окрестности критического сечения // Труды МВТУ. -1983. № 397. - С. 20-28.

94. Неймарк Ю.И., Ланда П.С. Стохастические и хаотические колебания. -М.: Наука, 1987.-424 с.

95. Бакай А.С., Степановский Ю.П. Адиабатические инварианты. — Киев: Наукова думка, 1981. 281 с.

96. Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Собственные критические сечения и волны биконического волновода // Вестник МГТУ. Приборостроение. — 1998. № 4. - С. 87-94.

97. Справочник по специальным функциям / Под ред. М. Абрамовича и И. Стигана. М.: Наука, 1979. - 831 с.

98. Вуд П. Дж. Анализ и проектирование зеркальных антенн / Пер. с англ. Г.Б. Звороно; Под ред. О.П. Фролова. М.: Радио и связь, 1984. — 208 с.

99. Митрохин В.Н. Энергетические характеристики собственных волн конического волновода // Радиотехника. — 1987. — № 8. — С. 67-69.

100. Bhartia P., Hamid М.А.К. Eigenvalues for higher order conical - horn modes // Electron. Letters. - 1969. - V. 5, № 26. - P. 684-685.

101. Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Собственные критические сечения коаксиального конического волновода // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ.: Тез. докл. VI Международной науч.-технич. конф. Самара, 1999. -Т.7, № 2. - С. 89.

102. Фрадин А.З. Антенны сверхвысоких частот. М.: Сов. радио, 1957.- 647 с.

103. Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Собственные критические сечения и волны квазипирамидального волновода // Синтез, передача и прием сигналов управления и связи: Межвуз. сб. науч. тр. (Воронеж). — 1999. Вып. 6. — С.152-157.

104. Towaij S.I., Hamid М., Mohsen A. Diffraction by on infinit corner reflector transversaly loaded by consentrie dielectric slabs // Jnt. J. Electron. —1972.- V. 32, № 3. — P. 241-253.

105. Hamid M., Al-Sulaiman A. New types of dielectric — loaded horn antenna // Jnt. J. Electron. 1983. - V. 55, №5. - P. 729-750.

106. Митрохин B.H., Полищук А.Е. Собственные волны слоистого биконического волновода // Вестник МГТУ. Приборостроение. 1999. — № 4 (37). -С. 80-89.

107. Аркфен Г. Математические методы в физике / Пер. с англ. В.В. Чеп-кунова. — М.: Атомиздат, 1970. — С. 712.

108. Адаме М. Введение в теорию оптических волноводов: Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.-512 с.

109. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов: Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1987. — 656 с.

110. Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Электромагнитное поле неоднородных волноводов при произвольной зависимости от времени // Вестник

111. МГТУ. Приборостроение. 2000. - № 4 (41). - С. 87-97.

112. Митрохин В.Н. Исследование переходных полей в неоднородных СВЧ-структурах с критическими сечениями // Радиотехника. 1999. - № 4. -С. 86-91.

113. Кугушев A.M., Голубева Н.С., Митрохин В.Н. Основы радиоэлектроники. Электродинамика и распространение радиоволн. — М.: МГТУ им Н.Э. Баумана, 2001. 368 с.

114. Арсенин В.Я. Методы математической физики и специальные функции. — М.: Наука, 1974. — 432 с.

115. Митрохин В.Н., Сафронов В.Е. Возбуждение конического волновода // Вестник МГТУ. Приборостроение 1992.- № 1.- С. 56-62.

116. Нефедов Е.И. Радиоэлектроника наших дней. — М.: Наука, 1986. — 192 с.

117. Гинзбург B.JI., Цытович В.Н. Переходное излучение и переходное рассеяние. М.: Наука, 1984. - 360 с.

118. Кинг Р., Смит Г. Антенны в материальных средах. — М.: Мир, 1984. 824 с.

119. Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Электрический диполь в диэлектрическом шаре // Антенны. 2001. -№ 8 (54). - С. 41-47.

120. Бей Н.А., Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Расчет широкополосной дискоконусной антенны// Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот. 2002. - Т. 10, № 2 (34). - С. 154-159.

121. Митрохин В.Н. Изменение адиабатического инварианта на критических сечениях неоднородных волноводов // Вестник МГТУ. Приборостроение. 1990. - № 1. - С. 53-60.

122. Хансен Р.Ч. Фундаментальные пределы в области антенн // ТИИЭР. 1961. - Т. 69, № 2. - С. 3 5—49.

123. L.I. Chu. Physical limitations of omni-directional antennas // Journ. of appl. Phys.- 1948. -V. 19,№12.-P. 1163-1175.

124. R.F. Harrington. Effect of antenna size on gain, bandwidth and efficiency //Journ. Res. N.B.S. 1960.— V. 64D, № l.-P. 1-12.

125. P. Фано. Теоретические ограничения полосы согласования произвольных импедансов. М.: Советское радио, 1965. — 69 с.

126. Омаров Г.С., Гофмар В.Г. Конические вибраторы среднего питания // Депонированные рукописи ВНИТИ. — 1989. — № 1. — 56 с.

127. Сазонов Д.М. Инженерный расчет широкополосного согласования резонансных антенн // НДВШ. Радиотехника. 1958. — № 2. — 145 с.

128. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. — М.: Высшая школа, 1988, 432 с.

129. Айзенберг Г.З., Белоусов С.П., Журбенко Э.М. Коротковолновые антенны. — М.: Радио и связь, 1985. — 536 с.

130. Бей Н.А., Митрохин В.Н., Полищук А.Е. Малогабаритные сверхширокополосные антенны // Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот. 2002. - Т. 10, № 2 (34). - С. 154-159.

131. G. Arlt. Untersuchungen an ebenen Flachendipolen und dipolgruppen. // Z. angew. Phys. - 1957. - № 9. - S. 379.

132. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин O.H. Антенны УКВ. -М.: Радио и связь, 1977. — 325 с.

133. G.H. Brown, О.М. Woodward. Experimentally determinated radiation characteristics of conical and triangular antennas. // RCA Review. 1952. -P. 425.

134. Patent № 1343474 A1 (SU). Discoconical antenna, Oct 07, 1987.

135. Отчет о научно-исследовательской работе "Разработка малогабаритных сверхширокополосных антенн" (НИР "Диапазон") / МГТУ — ФГУП "ЦНИРТИ". Руководители работ Н.А. Бей, А.Н. Шулунов. Исполнители Мит

136. Митрохин В.Н., Полищук А.Е. и др., М., 2001. - 65 с.

137. Patent № 2,175,252 (USA). Short wave antenna, Oct. 10, 1939.

138. Patent № 2022428 CI (RUS). Biconical antenna, Oct. 30, 1994.

139. Patent № 1215154 A (SU). Dipole antenna, Feb. 28, 1986.

140. Patent № 1607032 A1 (SU). Dipole antenna, Feb. 04, 1991.

141. Sierpinski F. Multiband Fractal Antenna // IEEE Trans. Antennas and Propag. 1998. - V. AP-46, № 4. - P. 517-524.

142. Koch B. Monopol // IEEE Trans. Antennas and Propag. 2000. - V. AP-48, № 11.-P. 1773-1778.

143. Patent № 6,02855 (USA). Toroidal antenna, Feb. 22, 2000.

144. Гаврилин А.Г., Гречихин А.И. Исследование характеристик тороидальной антенны со встречными спиральными обмотками. // Радиотехника. — 2001.-№ 9.-С. 31-36.

145. Заявка от 04.12.2002. Биконическая антенна / В.Н. Митрохин, А.Е. Полищук, И.Б. Федоров.

146. Заместитель руководителя НУК РЛМ по учебной работе, к.т.н., доцент

147. Председатель методической комиссии факультета РЛ, к.т.н., доцентдлись завердавление кадров У им. Н.Э. Баумана1. Б.В. Стрелков А.И. Сенинекции №2 кафедры РЛ1,1. Н.А. Бейкова Б.В., Сенина А.И., Бея Н.А. заверяю:1. УТВЕРЖДАЮ

148. Председатель комиссии: Зам. главного конструкто1. Члены комиссии:1. Начальник отделения, к.1. Начальник отделен., профессор К.В. Черевков1. A.Н. Козлов1. B.П. Моисеенко