А.О. Касьянов¹

¹ФГАОУ ВПУ Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия)

Постановка проблемы. Микрополосковые печатные дифракционные решетки (МПДР) широко используются в устройствах поляризационной селекции и трансформации. Одним из наиболее перспективных применений МПДР являются так называемые интеллектуальные покрытия. Перечень задач, подлежащих решению интеллектуальными покрытиями, весьма широк и охватывает различные области науки и техники. В качестве СВЧ- и КВЧ-компонентов таких покрытий могут выступать многоэлементные дифракционные решетки, в том числе и так называемые реконфигурируемые электродинамические структуры (ЭДС). Разработка и проектирование микроволновых компонентов интеллектуальных покрытий в виде поляризационно-чувствительных многоэлементных МПДР требуют создания высококачественных математических моделей решеток, базирующихся на электродинамических методах.

Цель. С помощью электродинамических моделей провести численное исследование эффективности преобразования поляризации электромагнитных волн (ЭМВ) печатными дифракционными решетками проходного и отражательного типа для создания на их основе пространственных поляризационных фильтров, трансформаторов и манипуляторов поляризации ЭМВ в микроволновом диапазоне.

Результаты. Разработана САПР-ориентированная математическая модель электродинамического уровня для класса поверхностно-распределенных пространственных поляризаторов на основе многоэлементных плоских МПДР. Проведено численное исследование процесса рассеяния ЭМВ пространственными поляризаторами на базе МПДР. Определены параметры плоских МПДР, перспективных для применения в качестве СВЧ-компонентов современных радиотехнических комплексов (РТК) различного назначения. Выработаны рекомендации по применению микроволновых компонентов РТК, выполненных на основе МПДР, в антенных обтекателях, вспомогательных и фазокорректирующих рефлекторах зеркальных антенн, свернутых линзовых антеннах и при создании радиолокационных покрытий.

Практическая значимость. На основе проведенного численного анализа и результатов экспериментальных исследований показано, что по целому ряду функциональных назначений МПДР могут составить набор базовых элементов для создания компонентов интеллектуальных покрытий, в том числе и цифровых, предназначенных для работы в микроволновом диапазоне.

Касьянов А.О. Преобразование поляризации электромагнитных волн с помощью печатных дифракционных решеток в микроволновом диапазоне // Электромагнитные волны и электронные системы. 2022. Т. 27. № 1. С. 11−31.

DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202201-02

1. Лобов Г.Д. Устройства первичной обработки микроволновых сигналов: Физические принципы. Анализ и синтез. Применения // М.: Издательство МЭИ. 1990. 255 с.
2. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Расчет и экспериментальное исследование многофункционального обтекателя судовой антенны // Радиотехника. 2004. № 4. С. 3−8.
3. Касьянов А.О. Частотно-избирательный антенный обтекатель на основе металлодиэлектрических дифракционных решеток и перфорированных экранов // Антенны. 2021. № 3. С. 39−49.
4. Касьянов А.О. Антенный обтекатель с угловой фильтрацией на основе металлодиэлектрических дифракционных решеток // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 7. С. 70−79.
5. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Пространственные поляризационные фильтры, преобразователи и манипуляторы на основе микрополосковых дифракционных решеток // Антенны. 2011. № 7. С. 43−51.
6. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Интеллектуальные радиоэлектронные покрытия. Современное состояние и проблемы. Обзор // Антенны. 2001. № 4(50). С. 4−11.
7. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Отражательные антенные решетки как микроволновые компоненты интеллектуальных покрытий // Антенны. 2001. № 4(50). С. 12−16.
8. Братчиков А.Н. СВЧ-устройства, излучатели и ФАР на основе новых метаматериалов и структур // Антенны. 2009. № 1(140). С. 1−71.
9. Zouhdi S., Couenon G.E., Fourrier-Lamer A. Scattering from a periodic array of thin planar chiral structures – calculation and measurements // IEEE Transactions on antennas and propagation. June 1999. V. 47. № 6. P. 1061−1065.
10. Амитей Н., Галиндо В., By Ч. Теория и анализ фазированных антенных решеток. М.: Мир. 1974. 456 с.
11. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: Сов. радио. 1975.
12. Шестопалов В.П., Кириленко А.А., Масалов С.А., Сиренко Ю.К. Резонансное рассеяние волн. Т. 1. Дифракционные решетки. Киев: Наукова думка. 1986.
13. Bailey M.C., Deshpande M.D., Integral equation formulation of microstrip antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1982. V. AP-30. № 4. P. 651−656.
14. Касьянов А.О., Касьянова А.Н. Электродинамический анализ и разработка САПР-ориентированных математических моделей печатных антенных решеток. Таганрог: Издательство Южного федерального университета. 2017. 300 с.
15. Касьянов А.О. Частотно-избирательные поверхности. Методы проектирования и области применения. Южный федеральный университет. Таганрог: Издательство Южного федерального университета. 2019. 150 с.
16. Moore J., Pizer R. Moment Methods in Electromagnetics. Techniques and Applications. N.Y.: John Wiley & Sons Inc. 1981.
17. Rubin B.J., Bertoni H.L. Reflection from a periodically perforated plane using a subsectional current approximation // IEEE Trans. 1983. V. AP-31. № 6. P. 829−836.
18. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Металлодиэлектрические частотно-избирательные поверхности // Электромагнитные волны и электронные системы. 2009. Т. 14. № 11. С. 29−38.
19. Обуховец В.А., Касьянов А.О. Микрополосковые отражательные антенные решетки. Методы проектирования и численное моделирование. М.: Радиотехника. 2006. 240 с.
20. Касьянов А.О. Твист-поляризаторы на основе микрополосковых дифракционных решеток // Антенны. 2002. № 5(60). С. 34−39.
21. Касьянов А.О., Саплин П.П. Свернутая линзовая антенна ММВ-диапазона на основе широкополосных микрополосковых ОАР // Научно-технич. сборник «Общие вопросы радиоэлектроники». Ростов-на-Дону: Изд‑во ФГУП «РНИИРС». 2012. С. 13−18.
22. Касьянов А.О., Касьянова А.Н. Применение печатных отражательных решеток для создания микроволновых линз с улучшенными характеристиками // Антенны. 2018. № 8. С. 17−23.
23. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Управление токами в микрополосковой антенной решетке с нагруженными элементами // Радиотехника. 1995. № 12. С. 32−36.
24. Касьянов А.О., Обуховец В.А., Заковоротный С.И. Расширение функций плоского фазокорректирующего рефлектора при включении импедансных нагрузок // Радиотехника. 2006. № 2. С. 60−64.
25. Касьянов А.О. Двухзеркальная антенна Кассегрена на основе решеток печатных элементов // Антенны. 2003. № 6(73) С. 17−22.
26. Касьянов А.О. Конструктивный синтез печатного фазокорректирующего твист-рефлектора с улучшенными характеристиками // Радиотехника. 2011. № 9. С. 30−38.
27. Касьянов А.О., Саплин П.П., Суматохин К.В. Разработка высокотехнологичной свернутой зеркальной антенны на основе дифракционных решеток печатных элементов // Антенны. 2012. № 9(184). С. 90−96.
28. Kasyanov A.O. Modeling of the Microstrip-Stubs Reflectarrays with the Digital Control of Scattering Characteristics at Microwaves // Proc. of the 28th ESA Antenna Workshop on Space Antenna Systems and Technologies. 31 May – 3 June 2005. ESTEC. Noordwijk. The Netherlands. P. 467−474.
29. Касьянов А.О., Обуховец В.А., Китайский М.С. Математическая модель микрополосковой отражательной антенной решетки комбинированных излучателей // Электромагнитные волны и электронные системы. 2009. Т. 14. № 5. С. 56−65.
30. Касьянов А.О. и др. Разработка и применение композитных материалов с требуемыми свойствами. Под ред. М.Ю. Звездиной. Новосибирск: Изд-во АНС «СибАК». 2016. 198 с.
31. Касьянов А.О. Апертурные антенны в печатном исполнении. Методы проектирования и области применения. Ростов-на-Дону, Таганрог: Изд-во Южного федерального университета. 2021. 203 с.
32. Касьянов А.О., Суматохин К.В., Ильин И.В. Реконфигурируемый микроволновый модуль цифрового управляемого радиоэлектронного покрытия с пространственно-временной адресацией на основе микрополосковой отражательной антенной решетки // Успехи современной радиоэлектроники. 2013. № 8. С. 101−109.
33. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Суматохин К.В. Управляемые твист-рефлекторы на основе реконфигурируемых микрополосковых решеток // Антенны. 2013. № 10(197). С. 29−36.
34. Антенны (Современное состояние и проблемы) / Под ред. Л.Д. Бахраха и Д.И. Воскресенского. М.: Сов. Радио. 1970. 208 с.
35. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Методика определения углов «ослепления» микрополосковой ФАР на основе решения дифракционных задач // Радиотехника. 2001. № 7. С. 114−118.
36. Касьянов А.О. Численное исследование металлодиэлектрических частотно-избирательных решеток с печатными и апертурными элементами // Электромагнитные волны и электронные системы». 2010. Т. 15. № 5. С. 47−55.
37. Обуховец В.А., Касьянов А.О. Потенциальные возможности и области применения полосковых решеток // Антенны. 2011. № 6 (169). С. 3−15.
38. Чулков В.И. Математическое моделирование многослойных поляризаторов на меандровых линиях // Радиотехника. 1994. № 9. С. 71−75.
39. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Расчет и экспериментальное исследование многофункционального обтекателя судовой антенны // Радиотехника. 2004. № 4. С. 51−56.
40. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Разработка микрополосковых отражательных антенных решеток для фокусировки и поляризационной фильтрации на СВЧ // Успехи современной радиоэлектроники. 2006. № 4. С. 27−33.
41. Обуховец В.А., Касьянов А.О., Загоровский В.И. Электродинамический анализ многослойных микрополосковых отражательных антенных решеток // Антенны. 2002. № 4(59). С. 4−11.
42. Kasyanov A.O. The polarizing properties of periodic printed reflectarrays from the elements of the complicated shape // Proceedings ESA WPP-185 24-th ESTEC Antenna Workshop on Innovative Periodic Antennas: Photonic Bandgap, Fractal and Frequency Selective Structures. 30 May − 1 June 2001. ESTEC. Noordwijk. (Netherlands).