Многолучевые линзовые антенны для аппаратуры связи

Целью работы является разработка моделей, методик проектирования и исследование электродинамических характеристик линзовых многолучевых антенн. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач: анализа современного состояния и перспективных тенденций развития теории, техники и технологии производства линзовых многолучевых антенн; исследования влияния дисперсии и анизотропии печатных метаматериалов на направленные и частотные характеристики цилиндрических линзовых антенн (изотропная линза, цилиндрические линзы Люнеберга); разработки методик, позволяющих уменьшить анизотропию в метаматериалах, и создания сферических и полусферических линзовых антенн на их основе; разработки и исследования двухкоординатной многолучевой антенной системы на основе печатной линзы с возможностью развязки по поляризации; исследования возможности построения широкополосной многолучевой антенны на основе трехмерно-трансформированной линзы Люнеберга; разработки методики для уменьшения уровня боковых лепестков в линейных синфазных антенных решетках, состоящих из электрически больших линзовых антенн. В рамках диссертационного исследования разработаны методологии проектирования искусственных диэлектриков и линзовых многолучевых антенн, а также проведены исследования основных электродинамических характеристик линзовых антенн. Основные научно-технические результаты диссертации: 1. Проведен анализ современного состояния и перспективных тенденций развития теории, техники и технологии производства линзовых многолучевых антенн. Проанализированы различные виды линзовых антенн. Проведен анализ различных способов проектирования, изготовления и технической реализации линзовых антенн. Рассмотрены имеющиеся достоинства и недостатки каждого из способов проектирования, изготовления и технической реализации. 2. Разработаны цилиндрические метаматериальные линзовые антенны для систем спутниковой связи на основе параллельных печатных плат с нанесенной периодической структурой метаматериала, обладающего дисперсией и анизотропией. 3. Исследовано влияние дисперсии и анизотропии метаматериалов на электродинамические характеристики цилиндрических метаматериальных линзовых антенн: однородная линза (фиксированный размер метаматериала), линзы Люнеберга с разным фокусным расстоянием. 4. Разработаны методики, позволяющие уменьшить анизотропию в печатных метаматериалах, а также в периодических структурах на основе отверстий в диэлектрике. На основе разработанных методик синтезированы и исследованы полусферическая материальная линза из печатных плат, сферическая линза Люнеберга на основе перфорированных диэлектрических дисков. 5. Разработана и исследована двухкоординатная многолучевая антенна на основе печатной линзы для систем сотовой связи диапазона 5-G, обеспечивающая развязку по поляризации между облучателем и линзой – антенная система имеет круговую поляризацию, а облучатели линзы имеют линейную поляризацию. 6. Исследованы направленные и частотные характеристики в широкой полосе трехмерно-трансформированной линзы Люнеберга, имеющей плоский профиль с вынесенным фокусом. При этом рассматривается общий случай – модель линзы выполнена в виде двадцати вложенных друг в друга тел вращения. При этом учтены те ограничения приближения, которые необходимы при технической реализации. 7. Разработана методика, позволяющая снизить уровень боковых лепестков в антенных решетках из электрически больших линзовых элементов благодаря использованию новой конструкции линзовой антенны – нерегулярной линзе. Разработаны и исследованы антенные системы на основе нерегулярной линзы различных конструкций. Достоверность разработанной методики подтверждена как результатами численного электромагнитного моделирования, так натурными измерениями электродинамических характеристик антенн.