Введение к работе
Актуальность тепы , Зеркальные антенны иироко испольвуются а системах связи, широкое распространенна зеркальных антени объясняется простотой кх радиотехнического устройства, возмоя-ностью получения высокой направленности, удобством формирования и управления их диаграммами направленности. Одним из направлений развития веркагьиых антенн является разработка многолучевых антенн, а также антенн с широким сектором сканирования. Известные классические схемы зеркальных антенн допускают сканирование в секторе углов, ооставлкщем липа несколько сирин диаграммы направленности по уровню половинной мощности . В настоящее вр-э-кя для сканирования в шрокоы секторе углов получили распространение зеркальные антенны со специальной формой поверхности. Методы фазового синтева поверхностей рефлекторов, имеющих вкро-кий сектор сканирования "лучом", как правило,- основаны на ио-польвоваиии "фокальных" свойств классических кривых ( параболы, эллипса и др.), Н-33. При отоы ва основу искомой поверхности бывает выбрана некоторая классическая поверхность о известными "фокальными" свойствами. Следующим этапом при получении поверхности рефлектора является этап устранения неизбежно возникающих аберраций. Устранение аберраций связано с использованием ив-вестных методов фазового синтева таких, как метод преобразования волновых фронтов и метод дифференциальных уравнений или других методов, описывающих связь фазовых характеристик источника и отраженной волны 1,4]. Возасгоюсти указанных методов ограничены, поэтому не во всех случаях можно получить репение. Использование указанной схемы синтеза поверхностей рефлекторов приводит к результату, имеющему частный характер. При этой прэ-
дольше характеристики веркавышх антенн таккэ, как аяектричео-кие рааиеры апертуры, ширина сектора сканирования, снижение ко-еффициента ушдения и другие искажения форма диаграиш направ-яенноотв, особенно овявашшэ о двуыериш оканироваакец, исследованы пока еще недостаточно.
В настоящее время основное путь определенна Форш поверхности рефлектора сваеыволсп о численными методами, осковаинши на шюгопараыетричеокои переборе параметров веркадьиой и облу-чаккцей систем.
Данная работа посвящена разработка методов фагового с:што-ва поверхностей рефлекторов веркалышх антенн о широким секто-рои сканирования, в основу которш полоаена волновая теория катастроф 8-73, и исследования "фокальных" свойотв криэыя в поверхностей нолмношшлыюго вида.
Актуальность предлагаемой работы определяется такка енро-кш использованием зеркальных антенн а оистеыая спутниковой овяви, которые интенсивно раввнвеятсн в России и sa Рубеком последние десятилетия.
Целью диссертационной работы являлась разработка кетодоз фазового синтеза поверхностей рефлекторов зеркальных антеин, имеаддх широкий сектор сканирования, а такие исследование фаговых и амплитудных характеристик полей, форыируеьшк в дальней воно рефлектора о вироким оектоош сканирования.
Научная новизна.
1. Даны определения Скальной точки кривой и фокального ыноааства поверхности, которые расширяют рамки определений фо-
- б -
кальних точек классических кривых и поверхностен до множества точек, соответствующих фокусированию отраженной поверхностью (цилиндрической в двумерном случае) рефлектора волны, как о конечно-определенным типом особенности, так и о неконечно-определенным типом особенности { в классическом смысле ).
2. Предложена методика фааового синтева поверхностей реф
лекторов зеркальных антенн полиномиального типа, имеющих широ
кий сектор сканирования, основанная на методах волновой теории
катастроф:
в двумерном случае построен алгоритм определения коэффициентов полинома, имеющего веданные координаты фокальной точки, соответствущей фокусированию отраженной цилиндрическим рефлектором с такой образующей волны в заданном направлении с требуемым типом особенности. Также разработан алгоритм определения координат фокальных точек полинома с веданными коэффициентами;
в трехмерном случае построен алгоритм определения коэффициентов многочлена двух переменных, имеющего заданные координаты фокальной точки, соответствующей фокусированию отраженной рефлектором с такой повехностыо волны в эадаяноы направлении с требуемым типом особенности. Такие разработан алгоритм определения координат фокальных точек многочлена о заданными коэффициентами.
-
Сформулировано и доказано утверядение о верхней границе значения индекса особенности отраженных волн для полиномиальной кривой степени N>2 и критерий неконечио-определенного типа особенности фокусирования отраженной волны.
-
Рассмотрена задача преобразования волнового фронта каустического источника в каустический волновой фронт. На основе
малоуглового приближения показано, что параболическая поверхность осуществляет "перенос" особенности лучевой структуры поля каустического источника в дальнюю зону рефлектора.
Практическая ценность. Методика фазового синтеза поверхностей рефлекторов может быть использована при проектировании зеркальных антенн, сканирующих в широком секторе углов, многолучевых зеркальных антенн, предназначенных для спутниковых систем связи. Полученные результаты расчетов диаграмм направленности рефлекторов о поверхностями псь..1иомиального вида могут Сыть использованы при проведении или проектировании экспериментальных измерений указанных характеристик.
Основные положения, выносимые на защиту;
1. Определение фокальной точки кривой и фокального множества поверхности.
8. Методика фазового синтева полифокальных кривых ( в двумерном случае) и поверхностей ( в трехмерном случае ) полиномиального вида.
-
Определение верхней границы значения индекса особенности отраженных волн для полиномиальной кривой степени N>2 и критерий неконечно-определенного типа особенности отраженной волны.
-
Методика фазового синтеза в малоугловом приближении поверхностей рефлекторов, преобразующих волновые фронты каустических источников в каустические волновые фронты.
-
Преобразование волновых фронтов каустических источников параболической поверхностью.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной ра-
боты докладывались на XXYII Научно-технической конференции "Теория и техника антенн" (Москва. 1994 г.), на 50 - й научной сессии ВНТОРЭС им. А.С. Попова (Москва, 1995 г.). на Мездуна-родной конференции по злектронагнитной теории, прооодивиейся в раыках URSI (Санкт-Петербург. 1995 г.).
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка цитируемой литературы из 50 наименований. Она включает 116 страниц, в том числе 36 рисунков и 2 таблицы.
