Разработка, изготовление и исследование характеристик прототипа сканирующейлинзовой антенной системы диапазона 57- 64 ГГЦ

Цели: разработка антенных систем миллиметрового диапазона длин волн компактного размера с возможностью управления лучом в двух плоскостях, изготовление и исследование характеристик экспериментальных экземпляров (прототипов). Разработанные антенные системы предназначены для использования в качестве приемопередающего антенного оборудования радиорелейных станций, осуществляющих передачу информации между узлами опорной сети современных систем сотовой связи в частотном диапазоне 57 - 64 ГГц на расстояния от 100 м до 300 м. Произведен расчет профилей и основных технических характеристик интегрированных линзовых антенн методами геометрической оптики и прямым электромагнитным моделированием в программном пакете CST Microwave Studio. Рассмотрена возможность использования в конструкции антенной системы линз, изготовленных из разных материалов. В ходе проведенного анализа подходящих материалов для изготовления линз было получено, что оптимальным материалом с точки зрения эффективности прохождения электромагнитной энергии, веса и стоимости изготовляемых линз является высокомолекулярный полиэтилен с показателем преломления n=1,53. По результатам электромагнитного моделирования для первого прототипа антенной системы была выбрана модель тороидальной линзовой антенны, имеющая в вертикальной плоскости бифокальный профиль. На основе исследования этой модели был изготовлен первый прототип сканирующей тороидально-бифокальной линзовой антенны с апертурой 130 мм в вертикальной плоскости и с возможностью 2D-сканирования (в вертикальной и горизонтальной плоскостях). Проведено экспериментальное исследование характеристик этого прототипа. Установлено, что измеренные характеристики прототипа сканирующей линзовой антенны в целом соответствуют результатам электромагнитного моделирования в CST Microwave Studio и отвечают требованиям технического задания. Для разработанного прототипа во всем диапазоне рабочих частот 57 - 64 ГГц были достигнуты следующие технические характеристики: углы сканирования по уровню - 3дБ в вертикальной плоскости ±3º и в горизонтальной плоскости ±50º, что полностью соответствует техническому заданию. При этом коэффициент усиления антенной системы для всех углов сканирования менялся в пределах от 20 дБи до 27,5 дБи, что превышало требования технического задания.На основе экспериментальных исследований характеристик первого прототипа сканирующей антенной системы были проведены соответствующие коррекции в дизайне линзовых антенн с целью оптимизации их размеров и уменьшения стоимости изготовления. В результате была разработана линейка сканирующих линзовых тороидально-эллиптических антенных систем трех разных размеров. Изготовлено 6 прототипов сканирующих линзовых антенных систем, выполнены измерения их характеристик в лабораторных условиях и полевые испытания. Проведенные экспериментальные измерения показали, что созданные прототипы удовлетворяют всем требованиям технического задания и позволяют осуществлять передачу информации с максимально возможной пропускной способностью стандарта IEEE802.11.ad (2,3 - 4,6 Гбит/с) на расстояния 100 - 300 м.