Е. В. Захаров1, А. И. Скородумов2, Ю. Я. Харланов3
1 МГУ имени М.В. Ломоносова (Москва, Россия)
2, 3 16 ЦНИИИ МО РФ (г. Мытищи, Россия)

Постановка проблемы. В настоящее время активно исследуются и разрабатываются линзовые антенны для перспективных систем радиосвязи сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн. Наибольший практический интерес представляют полифокальные диэлектрические линзовые антенны, среди которых наиболее высокой эффективностью обладают сферические линзы Люнеберга.

Цель. Исследовать зависимости характеристик антенн на основе многослойного диэлектрического шара (линзы Люнеберга) от способа разбиения линзы на слои, числа слоев, геометрических размеров линзы, потерь в диэлектрике и диаграммы направленности облучателя, а также определить их оптимальные соотношения, обеспечивающие максимальное значение коэффициента усиления антенн.

Результаты. Проведены исследования и оптимизация характеристик линзовых антенн на основе многослойной сферической линзы Люнеберга. В качестве критерия оптимизации принято максимальное значение коэффициента усиления антенны. Получены зависимости характеристик антенн от способов разделения линзы на слои, числа слоев, геометрических размеров линзы, потерь в диэлектрике и диаграмм направленности облучателя. Для проведения исследований использована математическая модель линзовой антенны, построенная на строгом решении задачи дифракции электромагнитных волн на многослойном диэлектрическом шаре с потерями при произвольном амплитудно-фазовом распределении возбуждающего поля.

Практическая значимость. По результатам исследований сформулированы рекомендации по оптимальному проектированию антенн с многослойными сферическими линзами Люнеберга.

Захаров Е.В., Скородумов А.И., Харланов Ю.Я. Антенны на основе многослойной сферической линзы Люнеберга: исследование и оптимизация характеристик // Антенны. 2022. № 4. С. 46–58. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202204-05

1. Скородумов А.И., Трошин Г.И., Харланов Ю.Я. Диэлектрические линзовые антенны КВЧ и СВЧ диапазонов. Часть 1 // Зарубежная радиоэлектроника. 1990. № 4. С. 90–105.
2. Скородумов А.И., Трошин Г.И., Харланов Ю.Я. Диэлектрические линзовые антенны КВЧ и СВЧ диапазонов. Часть 2 // Зарубежная радиоэлектроника. 1990. № 5. С. 56–66.
3. Sanford J.R., Mitchell M.A. Luneberg lens revival // Electronics & Wireless World. 1989. V. 95. № 5. P. 456–460.
4. Введенский А.В., Захаров Е.В., Скородумов А.И., Харланов Ю.Я. Исследование и оптимизация характеристик излучения сферических диэлектрических линз // Научно-технический сборник. М.: 16 ЦНИИИ МО. 1989. Вып. 5. С. 29–32.
5. Введенский А.В., Захаров Е.В., Скородумов А.И., Харланов Ю.Я. Характеристики антенн со сферическими диэлектрическими линзами // Радиотехника и электроника. 1991. Т. 36. № 4. С. 680–688.
6. Sanford J.R. Spherically stratified microwave lenses. Ph.D. thesis. École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). 1992.
7. Захаров Е.В., Харланов Ю.Я. Полифокальные диэлектрические линзовые антенны: результаты исследований и перспективы применения // Радиотехника и электроника. 2005. Т. 50. № 5. С. 571–584.
8. Thornton J., Huang K.-Ch. Modern lens antennas for communications engineering. IEEE. 2013.
9. Aperture antennas for millimeter and sub-millimeter wave applications / Ed. A. Boriskin, R. Sauleau. Springer. 2018.
10. Prache P.M. Lentilles et reflecteurs dielectriques a couches spheriques homogeneous // Annales des Telecommunications. 1961. V. 16. № 3–4. P. 85–95.
11. Cornbleet S. A simple spherical lens with external foci // The microwave journal. 1965. V. 8. № 5. P. 65–68.
12. Ap Rhys T.L. The design of radially symmetric lenses // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1970. V. 18. № 4. P. 497–506.
13. Зелкин Е.Г., Петрова Р.А. Линзовые антенны. М.: Сов. радио. 1974.
14. Введенский А.В., Захаров Е.В., Скородумов А.И., Харланов Ю.Я. Исследование и оптимизация параметров линзовой антенны в виде однородного диэлектрического шара // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1991. Т. 34. № 2. С. 104–107.
15. Харланов Ю.Я. Линзовые антенны на основе однородного диэлектрического шара: характеристики и потенциальные возможности // Антенны. 2004. № 2. С. 31–46.
16. Захаров Е.В., Скородумов А.И., Харланов Ю.Я. Исследование и оптимизация характеристик линзовых антенн на основе двухслойного диэлектрического шара // Радиотехника и электроника. 2002. Т. 47. № 2. С. 196–203.
17. Mosallaei H., Rahmat-Samii Ya. Nonuniform Luneburg and two-shell lens antennas: Radiation characteristics and design optimization // IEEE Transaction on Antennas and Propagation. 2001. V. 49. № 1. P. 60–69.
18. Введенский А.В., Захаров Е.В., Скородумов А.И., Харланов Ю.Я. Моделирование сферических линзовых антенн с учетом характеристик облучателя // Радиотехника и электроника. 1992. Т. 37. № 5. С. 857–862.
19. Фролов Н.Я. О выборе закона разбиения на слои в слоистых линзах Люнеберга // Труды Моск. энерг. ин-та. 1974. Вып. 194. С. 123–126.
20. Johnson R.C., Jasik H. Antenna engineering handbook. New York: McGraw-Hill Book Co. 1984.
21. Обуховец В.А., Фролов Н.Я. Расчет полей и оптимизация параметров многослойных тел вращения // Рассеяние электромагнитных волн. Таганрог: ТРТИ. 1976. Вып. 41. С. 109–120.
22. Шарварко В.Г., Усманов Ю.Р. Исследование многослойного сферического отражателя Люнеберга // Рассеяние электромагнитных волн. Таганрог: ТРТИ. 1985. С. 94–98.