А.О. Касьянов

Институт радиотехнических систем и управления инженерно-технологической академии, Южный федеральный университет (г. Таганрог, Россия)

Постановка проблемы. Для защиты антенны различных радиоэлектронных средств (РЭС), которые в процессе эксплуатации подвергаются самым разнообразным воздействиям окружающей среды, значительно ухудшающих их характеристики, используются радиопрозрачные антенные обтекатели [1]. Основным требованием, предъявляемым к антенным обтекателям, традиционно является требование, состоящее в том, что они должны вносить минимальные искажения в излучаемое поле. Таким образом, задача создания перспективных РЭС требует постоянного совершенствования техники радиопрозрачных обтекателей их антенных систем (АС). Перспективное направление разработки радиопрозрачных антенных обтекателей − широкополосные обтекатели на основе многослойных структур. Введение дифракционных решеток в их состав позволяет, наряду с обеспечением герметичности, решать с их помощью также и задачи пространственной, частотной и поляризационной селекции [2]. Вопросы разработки поляризационно-селективных обтекателей ранее были рассмотрены автором на примере антенн судовых радионавигационных станций [3−9]. Для целого ряда практических приложений, например, в разреженных антенных решетках (АР), значительный интерес представляет возможность применения металлодиэлектрических антенных обтекателей, выполняющих функции угловых фильтров [10−11].

Цель. На основе численного исследования характеристик рассеяния частотно-избирательных поверхностей с диэлектрическими укрытиями выработать рекомендации по созданию печатного пространственно-избирательного антенного обтекателя, позволяющего подавлять побочные главные максимумы в диаграмме направленности разреженной АР. 

Результаты. Проведено численное исследование микроволновых устройств пространственной, частотной и поляризационной трансформации и селекции, выполненных в виде многоэлементных мультипланарных печатных отражательных АР, и определены конструктивные решения для частотно-селективных структур в интегральном исполнении, реализующих функции пространственных (угловых) фильтров. Рассмотрены вопросы конструктивного синтеза многослойных планарных частотноизбирательных поверхностей для создания угловых фильтров, интегрируемых в излучающие системы современных многоэлементных фазированных АР в печатном исполнении. Получены численные результаты электродинамического моделирования частотно-избирательных поверхностей, которые могут быть использованы для выбора наиболее рациональных вариантов топологий угловых фильтров при разработке многофункциональных обтекателей антенн с диэлектрическими укрытиями. На основе полученных численных данных исследованы возможности применения плоских дифракционных решеток в качестве угловых фильтров в составе обтекателей антенных систем микроволнового диапазона.

Практическая значимость. Предложенные пространственные частотные фильтры в виде мультипланарных печатных АР, входящих в состав антенных обтекателей, предназначены для обеспечения электромагнитной совместимости близкорасположенных радиоэлектронных средств, функционирующих в смежных частотных диапазонах, и содержащих сканирующие АР, устанавливаемые под антенными обтекателями. В то же время установка в антенных обтекателях рассмотренных угловых фильтров, выполненных в виде многослойных печатных дифракционных решеток проходного типа, позволяет устранить появление нежелательных побочных главных максимумов в диаграммах направленности разреженных АР перспективных радиотехнических комплексов микроволнового диапазона длин волн.

Касьянов А.О. Антенный обтекатель с угловой фильтрацией на основе металлодиэлектрических дифракционных решеток // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 7. С. 70−79. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202107-11

1. Каплун В.А. Обтекатели антенн СВЧ (Радиотехнический расчет и проектирование). М.: Советское радио. 1974. 240 с.
2. Касьянов А.О. Частотно-избирательные поверхности. Методы проектирования и области применения: монография. Таганрог: Издательство Южного федерального университета. 2019. 150 с.
3. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Отражательные антенные решетки как микроволновые компоненты интеллектуальных покрытий // Антенны. 2001. Вып. 4(50). С. 12–16.
4. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Численное исследование многофункциональных обтекателей антенн судовых РЛС // Материалы 3-й МНТК «Перспективные технологии в средствах передачи информации» (ПТСПИ’99). Владимир. 1999. С. 160−166.
5. Касьянов А.О., Кошкидько В.Г. Применение электродинамических методов анализа при разработке антенных систем судовых РЛС // «Известия ТРТУ» 2000. № 1. Спец. выпуск. Материалы 45-й НТК ППС ТРТУ. Таганрог: Изд-во ТРТУ. С. 19.
6. Касьянов А.О. Обтекатель антенны судовой радиолокационной станции // Труды Междунар. науч. конф. «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» (ИРЭМВ-2003). 16−20 июня 2003 г. Таганрог: ТРТУ. С. 96−99.
7. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Дифракционные решетки как устройства пространственно-частотной и поляризационной селекции» // Сб. трудов III Междунар. симпозиума «Конверсия науки – международному сотрудничеству» (Сибконверс’99). Томск. 1999. С. 406−408.
8. Kasyanov A.O., Obukhovets V.A. Polarizing filters, converters and modulators based on controllable microstrip diffraction arrays // Proceedings of III International Seminar/Workshop on DIPED’98. 2−5 November 1998. Tbilisi. P. 46−49.
9. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Поляризационные фильтры, преобразователи и модуляторы на основе управляемых микрополосковых дифракционных решеток // Всеросс. конф. «Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности». Сб. тр. Ч. 2. Таганрог. 1999. С. 121−126.
10. Rope E.L., Tricoles G., Yue O-C. Metallic, Angular Filters For Arrays Economy // AP-S Session 5. 1610. Tuesday, October 12. Room 163−173. P. 155−157.
11. Kinowski D., Guglielmi M., Roederer A.G. Angular Bandpass Filters: An Alternative Viewpoint Gives Improved Design Flexibility // IEEE Trans. Antennas and Propag. 1995. V. AP43. № 4. P. 390−395.
12. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Частотно-избирательные поверхности. Основные области применения // Антенны. 2005.  Вып. 9(100). С. 4−12.
13. Касьянов А.О. Математическое моделирование и расчет характеристик рассеяния печатного частотно-избирательного антенного обтекателя // Известия ЮФУ. Технические науки. 2020. № 6. С. 129−139.
14. Касьянов А.О. Результаты численного исследования характеристик рассеяния печатного частотно-избирательного антенного обтекателя // Материалы 30-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». 7−12 сентября 2020 г. Севастополь. Крым. Изд-во СевГУ. 2020. С. 165−166.
15. Хансен Р. Сканирующие антенные системы СВЧ. Т. 1−2. М.: Советское радио. 1966. Т. 1. 536 с.; 1969. Т. 2. 496 с.
16. Патент № 2365000C1. МПК H01Q 21/00 (РФ). 25.01.2008. Фазированная антенна с круговой пространственной поляризацией / Ковалев К.К., Яковлев А.С.
17. Касьянов А.О., Обуховец В.А.Металлодиэлектрические частотно-избирательные поверхности // Электромагнитные волны и электронные системы. 2009. Т. 14. № 11. С. 29−38.
18. Касьянов А.О., Касьянова А.Н. Электродинамический анализ и разработка САПР-ориентированных математических моделей печатных антенных решеток: монография. Таганрог – ЮФУ: Изд-во Южного федерального ун-та. 2017. 300 с.
19. Непочатов Ю., Бандин А., Манина И. Разработка широкополосного радиопоглощающего материала на основе карбида кремния и нитрида алюминия // Современная электроника. Выпуск «Электромагнитная совместимость в электронике». 2019. № 2. С. 75−79.
20. Красюк В.Н. Антенны СВЧ с диэлектрическими покрытиями. Л.: Судостроение. 1986.