Управление характеристиками и параметрами антенн посредством интеллектуальных покрытий

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (ВУНЦ ВВС ВВА), Воронеж, Россия

Управление характеристиками и параметрами антенн посредством интеллектуальных покрытий

В.В. Харченко, Д.В. Харченко

Аннотация

интеллектуальный излучение антенный радиосвязь

В работе анализируется возможность использования интеллектуальных покрытий для управления характеристиками излучения и энергетическими параметрами антенных систем комплексов радиосвязи и радиолокации.

Ключевые слова: антенная решетка; интеллектуальное покрытие; параметры антенн.

Abstract

Control characteristics and parameters of antennas through smart coatings

V. V. Kharchenko1, D. V. Kharchenko1

1Military educational centre of science the of Air Forces «Air Force Academy named after professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin» (MECS of AF «AFA»), Voronezh, Russia

The paper analyzes the possibility of using intelligent coatings to control the radiation characteristics and energy parameters of antenna systems of radio communication and radar complexes.

Keywords: antenna grille; intelligent coverage; antenna parameters.

Введение

При реализации решений многих практических вопросов теории и практики антенн в настоящее время становится актуальной задача управления характеристиками излучения и рассеяния объектов. В частности, данная задача возникает при необходимости формирования направленного излучения с заданными характеристиками, а также при решении вопросов электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии. Применение радиопоглощающих материалов, защитных покрытий с пониженными или управляемыми в реальном масштабе времени характеристиками рассеяния является одним из возможных направлений решения указанных задач [1, 2].

1. Постановка задачи ее решение

В условиях постоянно меняющейся и все более усложняющейся помеховой обстановки антенные системы комплексов радиолокации и радиосвязи должны обладать высокой помехозащищенностью, что может быть достигнуто за счет снижения уровня бокового и заднего излучения. Для этих целей в настоящее время возможно применение специальных защитных, так называемых «интеллектуальных» покрытий, позволяющих управлять характеристиками антенны за счет изменения электрофизических параметров покрытия. Кроме того, использование покрытий позволит защитить излучающий раскрыв системы от механических повреждений и негативного влияния окружающей среды.

Для эффективной работы покрытия в широком диапазоне частот, последние, как правило, выполняются в виде многослойных структур, каждый слой которых обеспечивает в своем частотном диапазоне требуемый эффект, а верхний (внешний) слой _ согласование со свободным пространством. Помимо того, что структура покрытия должна быть многослойной (слоистой), для мобильных объектов она должна иметь также и металлическую подложку, обеспечивающую дополнительное экранирование бортового электро- и радиооборудования мобильного объекта от внешнего электромагнитного поля и атмосферного электричества. Следует также отметить, что применение специальных покрытий позволяет управлять как характеристиками рассеяния, так и характеристиками излучения и согласования расположенных на объектах антенн [2, 3], т.е. создавать многофункциональные антенны, обеспечивающие решение различных проблем, обусловленных совместной работой различных радиосистем, размещаемых на объектах.

Одним из вариантов антенной системы комплексов радиолокации и связи может являться цилиндрическая антенная решетка с интеллектуальным покрытием [3, 4], представленная на рис. 1.

Решетка представляет собой набор колец, на боковых стенках которых, параллельно образующей цилиндра размещены щелевые излучатели. Покрытие, представляющее собой в общем случае магнитодиэлектрический материал (параметры покрытия в общем случае , ), позволяет управлять параметрами и характеристиками антенной системы за счет изменения электрофизических свойств самого покрытия.

Внутренний радиус защитного покрытия совпадает с радиусом цилиндра r1, а внешний радиус магнитодиэлектрика равен r2. Относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости магнитодиэлектрика имеют соответственно значения и .

Рис. 1 Цилиндрическая антенная решетка щелевых излучателей с интеллектуальным покрытием

На поверхности цилиндра располагается система магнитных излучателей, ориентированных параллельно образующей цилиндра, ко входам которых подключены ЭДС. В качестве излучателей выбраны щели, так как их использование не будет накладывать дополнительные ограничения на толщину покрытия.

Решение задачи о возбуждении идеально проводящего цилиндра с покрытием магнитным излучателем подробно рассмотрено в [3-5]. Воспользуемся результатами указанных работ для анализа влияния параметров покрытия ( и ) на характеристики рассматриваемой антенной системы.

На рис. 2, 3 представлены нормированные диаграммы направленности цилиндрических антенных решеток щелевых излучателей, состоящих из двенадцати колец, по двадцать пять излучателей в каждом, размещенных в кольце с шагом и шагом между кольцами .

Сплошными кривыми изображены диаграммы направленности цилиндрической АР без покрытия со спадающим амплитудно-фазовым распределением в раскрыве антенны, а штриховыми линиями - диаграммы направленности цилиндрических антенных решеток с магнитодиэлектрическим покрытием с различными параметрами при равномерном амплитудно-фазовом распределении.

Рис. 2 Диаграммы направленности антенн с параметрами покрытия ,

Рис. 3 Диаграммы направленности антенн с параметрами покрытия ,

Из рисунков видно, что использование магнитодиэлектрического покрытия с определенными параметрами позволяет значительно изменять характеристики излучения ЦАР. При этом указанные изменения характеристик излучения возможны как в лучшую, так и в худшую стороны [3, 6].

Проведенный анализ показывает, что при использовании магнитодиэлектрических покрытий в ЦАР щелевых излучателей при определенных параметрах данных покрытий, можно добиться снижения уровня бокового и заднего излучения таких антенн в диапазоне углов 30…180 градусов в азимутальной плоскости, и в диапазоне углов 0…90 градусов в угломестной плоскости по отношению к аналогичным цилиндрическим антенным решеткам без покрытия.

Анализ влияния параметров интеллектуального покрытия на энергетические характеристики антенн проведем через КПД данной антенны, который определяется следующим выражением:

, (1)где

- коэффициент отражения, - сопротивление - го излучателя в составе ЦАР, - волновое сопротивление фидера. Алгоритм вычисления приведен в [3].

На рис. 4 - 6 приведены зависимости значений КПД цилиндрической антенной решетки без покрытия (сплошные линии) и КПД аналогичной антенны с покрытиями (штриховые линии) от угла .

Рис. 4 Зависимости КПД антенн при параметрах: , ,

Рис. 5 Зависимости КПД антенн при параметрах: , ,

Рис. 6 Зависимости КПД антенн при параметрах: , ,

Зависимости приведены для различных параметров магнитодиэлектрических покрытий и различных значений волнового сопротивления фидера .

Из приведенных результатов следует, что подбор параметров магнитодиэлектрического покрытия позволяет добиться улучшения согласования излучающего раскрыва с фидерным трактом, что в свою очередь, приводит к повышению значений КПД антенной системы.

Заключение

Проведенный анализ показал, что применение интеллектуальных покрытий с различными параметрами позволяют управлять характеристиками излучения, согласования и параметрами антенных систем. Необходимо отметить, что использования покрытий не всегда улучшает указанные параметры и характеристики. Однако, при правильном, научно-обоснованном выборе значений параметров покрытия, удается значительно улучшить как направленные свойства антенны, так и ее энергетические характеристики.

Литература

1. Габриэльян Д.Д., Звездина М.Ю., Синявский Г.П. Задачи дифракции для поверхностей с радиопоглощающими покрытиями. // Успехи современной радиоэлектроники, 2005, вып. 12. - С. 16-24.

2. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Интеллектуальные радиоэлектронные покрытия. Современное состояние и проблемы. // Антенны, 2001, вып. 4(50). - С. 4-11.

3. Габриэльян Д.Д., Звездина М.Ю., Лабунько О.С., Харченко В.В. Метод расчета проводимости щелей на круговом цилиндре под слоем магнитодиэлектрика. // Электромагнитные волны и электронные системы, 2005, вып. 5. - С. 24-29.

4. Харченко В.В., Герасимов Н.И., Сухопаров П.Е. Анализ эффективности использования интеллектуальных покрытий в антеннах радиолокационных комплексов [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. Электронный научный журнал. ISSN 1817-6321. №6. 2012.

5. Габриэльян Д.Д., Звездина М.Ю., Харченко В.В. Влияние параметров магнитодиэлектрического покрытия на излучение продольной щели на цилиндре // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2004, Т.7, №4. - С. 34-39.

6. Харченко В.В., Бурдюг В.В. Антенная система с интеллектуальным покрытием // XXIII Международная конференция «РАДИОЛОКАЦИЯ, НАВИГАЦИЯ И СВЯЗЬ», том 3. - С. 1113-1117.

References

1. Gabrielyan D. D., M. Yu Zvezdina, Sinyavskiy G. P. the Problem of diffraction for surfaces with radio absorbing coatings. // Advances in modern electronics, 2005, Vol. 12. - Pp. 16-24.

2. Kasyanov A. O., Obukhovets V. A. Intellectual radio-electronic coverings. Current state and problems. // Antennas, 2001, Vol. 4(50). - Pp. 4-11.

3. Gabrielyan D. D., Zvezdina M. Yu., Labunko O. S., Kharchenko V. V. method of calculating the conductivity of slots on a circular cylinder under a layer of a magnetodielectric. // Electromagnetic waves and electronic systems, 2005, Vol. 5. - Pp. 24-29.

4. Kharchenko V. V., Gerasimov N. And ... Sukhoparov P. E. the analysis of efficiency of use of intellectual coverings in antennas of radar complexes [Electronic resource] // Modern problems of science and education. Electronic scientific journal. ISSN 1817-6321. No. 6. 2012.

5. Gabrielyan D. D., Zvezdina M. Yu., Kharchenko V. V. Influence of parameters of magneto-dielectric coating on radiation of longitudinal slit on cylinder // Physics of wave processes and radio engineering systems. - 2004, Vol. 7, №4. - Pp. 34-39.

6. V. V. Kharchenko, V. V. Burdyuh Antenna system with intelligent coating // XXIII international conference "RADIOLOCATION, NAVIGATION AND COMMUNICATION", Vol. 3. - Pp. 1113-1117.

Размещено на Allbest.ru