А.Н. Якимов1, А.Р. Бестугин2, И.А. Киршина3

1-3 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения  (Санкт-Петербург, Россия)

Постановка проблемы. При проектировании параболических антенн для радиолокации и связи возникает необходимость оценить влияние конструктивных элементов таких антенн на параметры их излучения. Подобную оценку обычно получают по результатам экспериментальных исследований уже готовых образцов антенн, однако это требует больших временных и материальных затрат.

Цель. Используя математическое моделирование, оценить влияние электромагнитного взаимодействия облучателя и отражателя зеркальной антенны на характеристики этого облучателя.

Результаты. Предложено для оценки влияния зеркала на характеристики облучателя параболической антенны при описании согласования рупора со свободным пространством использовать его «волноводную эквивалентную схему». Получены форма рупорного облучателя и механизм его излучения в виде линии передачи, состоящей из трех эквивалентных линий передач, которые заменяют питающий волновод, рупор между горловиной и апертурой и пространство излучения между апертурой рупора и отражателем, соответственно. Отражение от апертуры рупора в первом приближении рассчитано как отражение от открытого конца прямоугольного волновода с размерами апертуры рупора, при этом распространение электромагнитных волн в рупорном излучателе рассмотрено с учетом влияния реакции отражающего зеркала в соответствии с его «волноводной эквивалентной схемой». С помощью полученных формул рассчитан коэффициент отражения рупорного облучателя с учетом его геометрических размеров, длины используемой электромагнитной волны и пространственного положения рупора относительно поверхности отражающего зеркала. В результате моделирования установлено, что изменение коэффициента отражения рупора в зависимости от расстояния его апертуры до отражающего зеркала носит периодический характер, и это необходимо учитывать при проектировании.

Практическая значимость. Предложенный подход к моделированию влияния зеркала на характеристики облучателя позволяет свести сложную электродинамическую задачу во многом к геометрической и оценить поле, возвращающееся в облучатель и изменяющее условия его согласования. Учет влияния зеркала на характеристики как облучателя, так и всей антенны дает возможность оптимизации ее конструкции с целью минимизации этого влияния. Полученные результаты могут быть рекомендованы для дальнейшего практического использования при проектировании зеркальных параболических антенн.

Якимов А.Н., Бестугин А.Р., Киршина И.А. Моделирование электромагнитного взаимодействия облучателя и отражателя в зеркальной антенне // Электромагнитные волны и электронные системы. 2021. Т. 26. № 5. С. 23−29. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128202105-03

1. Фролов О.П., Вальд В.П. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи. М.: Горячая линия–Телеком. 2008. 496 с.
2. Якимов А.Н., Бестугин А.Р., Киршина И.А. Оценка влияния конструктивных элементов на погрешность производственного контроля антенны по ее излучению // Датчики и системы. 2019. № 11. С. 55−60.
3. Якимов А.Н. Оценка влияния реакции зеркала антенны на согласование облучателя // Кн. трудов Междунар. симпозиума «Надежность и качество». Т. 1. Пенза: Инф.-изд. центр ПГУ. 2009. С. 105−108.
4. Кюн Р. Микроволновые антенны: Пер. с нем. Л.: Судостроение. 1967. 518 с.
5. Воскресенский Д.И., Гостюхин В.Л., Максимов В.М., Пономарев Л.И. Устройства СВЧ и антенны / Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радиотехника. 2006. 376 с.
6. Якимов А.Н. Конечно-элементный подход к моделированию затенения зеркала антенны // Кн. трудов Междунар. симпозиума «Надежность и качество». Т. 1. Пенза: Инф.-изд. центр ПГУ. 2007. С. 63−65.
7. Лихоеденко К.П., Серегин Г.М., Сучков В.Б., Хохлов В.К. Сравнительный анализ методов численного моделирования характеристик PIFA-антенны // Антенны. 2015. № 4. С. 26−31.
8. Якимов А.Н. Дискретное представление микроволновой антенны со сложной пространственной конфигурацией // Радиотехника. 2017. № 5. С. 91−97.
9. Yakimov A.N., Bestugin A.R., Kirshina I.A. Model study of design possibilities for optimizing the microwave antenna // Proceedings of International Conference «2020 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF)». IEEE Xplore Digital Library, IEEE USA. 2020. 9131478. P. 1−4.
10. Bayat N., Mojabi P. The effect of antenna incident field distribution on microwave tomography reconstruction // Progress In Electromagnetics Research. 2014. V. 145. P. 153−161.
11. Conceicao R.C., O'Halloran M., Glavin M., Jones E. Comparison of Planar and Circular Antenna Configurations for Breast Cancer Detection Using Microwave Imaging // Progress In Electromagnetics Research. 2009. V. 99. P. 1−20.
12. O'Halloran M., Glavin M., Jones E. Rotating Antenna Microwave Imaging System for Breast Cancer Detection // Progress In Electromagnetics Research. 2010. V. 107. P. 203−217.