Введение к работе
Актуальность работы.
Быстро и постоянно растущие потребности общества в больших об_емах передачи информации привели к исполь8ованию в радиотехнических системах миллиметрового и оптического И8лучения.
Существенное влияние на распространение электромагнитных волн миллиметрового и оптического диапазонов в атмосфере оказывают снег, дождь, град, туман, изморось, а также пыль, дым и т. д. Все названные факторы приводят к ослаблению и деполяризации электромагнитных волн. Сравнение зависимости ослабления оптических и миллиметровых волн в дождях показывает, что оно может быть в 1.5-2 раза меньше, чем при связи на миллиметровых волнах короче 5 мм. Ослабление же в аэрозольных образованиях атмосферы в оптическом диапазоне волн на несколько порядков превышает ослабление волн миллиметрового диапазона. Последнее обстоятельство в значительной степени определяет превосходство миллиметровых и сантиметровых волн перед оптическими в смысле надежности и устойчивости связи в системах передачи информации.
Одной из важных проблем в современных радиотехнических системах связи и радиолокации является подавление помех, вызванных деполяризацией излучения в атмосфере или вследствие многолучевого распространения волн на трассе. Поэтому создание входных устройств СВЧ и КВЧ диапазонов с быстрым (неыеханическим) управлением поляризации излучения является актуальной задачей. Такие устройства совмещают функции антенны и управляемого фильтра поляризации радиоволн.
Одним из интенсивно развивающихся направлений в теории и технике плоских входных устройств (ГОУ) радиотехнических систем является разработка и соэдание плоских устройств дифракционного типа (ПУДТ). ПУДТ являются конструктивно простыми, технологичными системами, обладают высокими техническими характеристиками и широким спектром эксплуатационных возможностей.
В данной области сохраняется ряд актуальных проблем: математическое моделирование процесса преобразования поверхностных волн в об_емные двумернопериодичными структурами вытекающей волны-, теоретическое и экспериментальное исследование дифракции плоских волн на двумернопериодичных структурах в резонансной области; создание ПУДТ с управлением поляризацией излучаемых (принимаемых) сигналов; разработка инженерных рекомендаций по проектированию и оптимизации
параметров ПУДТ с электронным управлением поляризацией излучения.
Цель диссертационной работы: разработка дифракционных устройств электронного управления поляризацией излучения в информац» онных радиосистемах.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
-
Оценки влияния поляризационных эффектов в атмосфере и вдоль открытых трасс на потенциал радиотехнических систем СВЧ и КВЧ диапазонов.
-
Разработки варианта приближенной математической модели взаимодействия плоских однородных волн с двумернопериодичной отражательной металлической дифракционной структурой (ДС) типа "гребенки" с диэлектрическим слоем для расчетов плоских входных устройств "антенна - управляемый поляризационный фильтр" совремеї ных информационных радиотехнических систем.
-
Проведения комплекса расчетных и экспериментальных исследований преобразования поверхностных волн в об_емные вышеназваннс структурой в резонансном и нерезонансном режимах, а также сравнительного анализа свойств структур с одномерной и двойной периодичностью, чувствительных к изменению поляризации радиоволн.
-
Обоснования принципа построения, технической разработки і исследования приємно-передающих плоских входных дифракционных структур для радиотехнических систем СВЧ и КВЧ диапазонов с элек' ронным управлением поляризацией излучения, а также устройств их возбуждения.
-
Разработки инженерных рекомендаций по проектированию и оі тимизации управляемых плоских входных дифракционных устройств сої ременных радиотехнических систем с учетом поляризационных эффекте в открытых каналах распространения радиоволн.
Методы исследования. При выполнении работы были использовані известные методы анализа радиотехнических систем СВЧ и КВЧ диапа зонов: классическая электродинамика изотропных сред, теория дифракции электромагнитных волн линейной поляризации на периодически структурах, методы интегрирования волновых уравнений и их числен ного анализа, а также стандартные методики измерений характерист: антенно-волноводных устройств СВЧ и КВЧ диапазонов. Основные тео
ретические положения проверены путем моделирования, макетирования, и натурного экспериментирования а также сравнения с результатами, полученными другими авторами.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Проведен теоретический и экспериментальный анаого входных устройств радиотехнических систем с поляризационной чувствительностью, сочетающих свойства антенн и управляемых поляризационных фильтров. Разработана приближенная математическая модель дифракции однородных плоских волн на двумернопериодичной гребенке с диэлектрическим слоем. Модель характеризуется хорошей сходимостью вычислительных процедур и достаточной для практики точностью описания моделируемого оо_екта. Разработаны алгоритмы и программы для численных расчетов плоских структур дифракционного типа с электронным управлением поляризацией излучения, работающих в условиях деполяризационных помех в составе радиотехнических систем передачи информации и радиолокации. Новым способом, не использующим априорную информацию о поведении поля вблизи сингулярных точек структурі; выведены известные условия редуцирования парных бесконечных систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) для случая падения плоской однородной волны с произвольными параметрами (поляризацией, частотой и углом падения) на координатную структуру произвольной формы.
-
Получены новые теоретические и экспериментальные данные по дифракции плоских однородных радиоволн на вышеуказанной структуре в окрестности частоты брэгговского резонанса второго порядка. Выполнен сравнительный анализ свойств одномерно- и двумернопериодич-ных структур.
-
Обоснованы принципы действия и разработаны плоские входные дифракционные устройства с электронным управлением поляризацией иб лучения для современных информационных радиосистем. Исследованы ре зонансный и нерезонансный режимы работы входных устройств, предложены варианты узлов их возбуждения.
-
На основе математического моделирования и экспериментальных исследований подготовлены инженерные методики и практические рекомендации по проектированию и оптимизации параметров плоских :Поляризационно-чувствигельных входных дифракционных устройств с электронным изменением состояний поляризации радиоволн СВЧ и КВЧ
диапазонов, разработано плоское входное дифракционное устройство с электронным управлением поляризацией излучения для радиотехничес- . ких систем индивидуального приема непосредственного спутникового телевизионного вещания, проведено экспериментальное исследование основных характеристик устройства.
фактическая ценность работы состоит в следующем:
развито техническое направление, позволяющее для телевизионных, связных v локационных радиотехнических систем СВЧ и КВЧ диапазонов проектировать плоские входные устройства с регулируемой чувствительностью к изменению поляризации радиоволн;
разработаны и реализованы способы электронного управления поляризацией излучения плоских дифракционных входных устройств современных радиотехнических систем;
получена совокупность расчетных и экспериментальных данных для проектирования плоских дифракционных входных устройств с управлением поляризацией;
рекомендованы пути оптимизации параметров плоских входных устройств "антенна - управляемый поляризационный фильтр" информационных радиосистем;
созданы и испытаны варианты экономичных компактных плоских входных дифракционных устройств для спутниковых телевизионных систем.
Реализация и внедрение результатов исследований.
Результаты исследований использованы в двух научно-исследовательских работах, выполненных на кафедре радиотехнических систем Воронежского государственного технического университета по ваказу Воронежского научно-исследовательского института связи в соответствии с постановлениями директивных органов, в госбюджетных НИР Воронежского государственного технического университета, в работах по плану общесоюзной программы "Излучение".
Внедрение отражено в актах внедрения соответствующих НИР, а также в актах внедрения диссертационной работы. Результаты работы использованы в курсовом и дипломном проектировании на кафедре радиотехнических систем Воронежского государственного технического университета, включены в лекционные курсы, а также в курсы практических и лабораторных занятий.
Основные положения, выносимые на ващиту.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований плоских входных устройств дифракционного типа с электронным управлением поляризацией для информационных радиотехнических систем. Вариант приближенной математической модели дифракции плоских радиоволн различных (ортогональных) поляризаций на двумернопериодич-ной структуре в виде гребенки с диэлектрическим слоем.
-
Новый аналитический способ вывода известного условия усечения парных граничных СЛАУ для произвольных параметров плоской однородной падающей радиоволны и координатных структур любой формы, не использующий априорной информации о поведении поля вблизи сингулярных областей структуры.
-
Новые типы плоских входных дифракционных устройств с электронным изменением состояния поляризации радиоволн и узлов их возбуждения для радиотехнических систем передачи информации по открытым каналам связи, результаты их экспериментальных исследований.
-
Инженерные рекомендации по проектированию и оптимизации параметров плоских входных устройств дифракционного типа с электронным управлением поляризацией излучения и их узлов возбуждения в составе радиотехнических систем связи и радиолокации.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих научно-технических конференциях и научных семинарах: 27-й Международной научно-технической конференции "Теория и техника антенн" (Москва, 1994), 2-й Международной научно-технической конференции "Направления развития систем и средств радиосвязи" (Воронеж, 1995), ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, проводимых в Воронежском государственном техническом университете в 1990-1995 гг., научном семинаре кафедры РТС Воронежского государственного технического университета (Воронеж, 1995).
Публикации. Основные результаты настоящей работы опубликованы в 8 печатных работах: в 6 статьях и тезисах 2 докладов. Проверенные исследования также отражены в 2 отчетах по НИР.
Структура и об_ем работы. Диссертационная работа состоит из
. -- . . _ - б -
введения, четырех глав, заключения и включает 165 страниц машинописного текста, 51 рисунок на 49 страницах, 7 таблиц, список литературы в 125 наименований. Работа содержит 2 приложения и 2 акта о внедрении.
