В. А. Кочетков1, И. Ю. Лысанов2, И. В. Солдатиков3, Н. В. Шишкин4
1–4 Академия ФСО России (г. Орел, Россия)

Постановка проблемы. Проектирование многолучевых антенных решеток (АР) занимает длительное время, после чего проводится экспериментальная доработка, которая может затянуться на месяцы или годы. Выход из этой ситуации возможен за счет сокращения времени и экспериментальной доработки элементов и подсистем АР радиоэлектронных средств (РЭС) путем их автоматизированного проектирования.

Цель. Исследовать метод трассировки лучей (ray tracing), который способен имитировать полную структуру СВЧ-линзы и концептуально отражать эффект взаимных связей внутри полости линзы как основного элемента диаграммообразующей схемы (ДОС) при оптимизации параметров АР СВЧ/КВЧ-диапазонов длин волн в процессе их автоматизированного проектирования.

Результаты. Предложен метод трассировки лучей СВЧ-линз как элементов ДОС антенных решеток РЭС СВЧ-диапазона. Представлены результаты сравнения оптимизации параметров АР с методами электродинамического моделирования. Показано преимущество рассматриваемого метода в скорости вычислений параметров ДОС АР при их автоматизированном проектировании.

Практическая значимость. Предложенный метод трассировки лучей СВЧ-линз учитывает геометрию и импеданс портов ДОС и портов АР, сокращает временные затраты вычислений параметров ДОС АР при их автоматизированном проектировании.

Кочетков В.А., Лысанов И.Ю., Солдатиков И.В., Шишкин Н.В. Метод трассировки лучей СВЧ-линз как инструмент оптимизации параметров диаграммообразующих схем антенных решеток // Антенны. 2023. № 4. С. 46–58. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j03209601-202304-05

1. Кочетков В.А., Сивов А.Ю., Солдатиков И.В. и др. Современное состояние и возможные направления совершенствования элементов методологии проектирования линзовых антенных решеток РЭС СВЧ-диапазона // Информационные системы и технологии. 2016. № 5 (97). С. 73–82.
2. Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки. Изд. 2-е. М.: Техносфера. 2012.
3. Зелкин Е.Г., Петрова Р.А. Линзовые антенны. М.: Сов. радио. 1974.
4. Алымов Н.Л., Горшков А.А., Кочетков В.А. и др. Асимптотические, электродинамические методы и модели проектирования радиолинз как элементов диаграммообразующих схем антенных решеток РЭС СВЧ- и КВЧ-диапазонов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. № 2. С. 13–29.
5. Tremblay R., Boivin A. Concepts and techniques of microwave optics // Applied Optics. 1966. V. 5. № 2. P. 249–278.
6. Скарлупина А.В. Электродинамический анализ диаграммообразующих устройств на основе СВЧ линз с принудительным преломлением. Дисс. … канд. физ.-мат. наук. Ростов-на-Дону. 1998.
7. Шишкин Н.В., Кочетков В.А., Солдатиков И.В. и др. Структура областей применения численных методов моделирования линзовых антенных решеток СВЧ-диапазона в процессе их проектирования (1-я часть цикла статей) // Техника радиосвязи. 2016. № 3 (30). С. 46–61.
8. Шишкин Н.В., Кочетков В.А., Лысанов И.Ю. и др. Анализ поля преломленной волны в диэлектрических линзах диаграммообразующих схем антенных решеток РЭС СВЧ-, КВЧ-диапазона на основе интегрального уравнения и метода конечных элементов (заключительная часть цикла) // Техника радиосвязи. 2020. № 1 (44). С. 86–103.
9. Gedney S.D. Introduction to the finite-difference time-domain (FDTD) method for electromagnetics. Morgan & Claypool publishers. 2011.
10. Clemens M., Weiland T. Discrete electromagnetism with the finite integration technique // Progress in Electromagnetics Research. 2001. V. 32. P. 65–87.
11. Jin J.M., Riley D.J. Finite element analysis of antennas and arrays. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons. 2008. P. 254–255.
12. Janaswamy R. An accurate moment method model for the tapered slot antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1989. V. 37. № 12. P. 1523–1528.
13. Dong J., Zaghloul A.I., Sun R., Reddy C.J., Weiss S.J. Rotman lens amplitude, phase, and pattern evaluations by measurements and full wave simulations // The Applied Computational Electromagnetics Society Journal (ACES). V. 24. № 6. P. 567–576.
14. Колмаков И.А. Электродинамический анализ многослойных СВЧ-структур. Дисс. … канд. физ.-мат. наук. СПб. 2006.
15. Thornton J., Huang K.-Ch. Modern lens antennas for communications engineering. IEEE Press. Wiley. 2013.
16. Ye Y., Wu W., Yuan W., Wu Sh., Yuan N. A method based on the theory of small reflections to design arbitrary passband microstrip filters // Radioengineering. 2018. V. 27. № 1. Р. 214–220.
17. Doroshenko V.O., Stognii N.P. Integral transforms and the regularisation method in the time-domain excitation of open PEC slotted cone scatterers // IET Microwaves Antennas & Propagation. 2021. V. 15. № 10. Р. 1360–1379.
18. Nguyen-Trong N., Hall L., Fumeaux C. Transmission-line model of non-uniform leaky-wave antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2016. V. 64. № 3. P. 883–893.
19. Dong J. Microwave lens designs: Optimization, fast simulation algorithms, and 360-degree scanning techniques. Ph.D. dissertation. Virginia Tech. 2009.
20. Pozar D.M. Microwave engineering. 2nd Ed. John Wiley & Sons. 1998.
21. Clarke R.H. Diffraction theory and antennas. E. Horwood, Halsted Press. 1980.
22. Cruz J.L., Gimeno B., Navarro E.A., Such V. The phase center position of a microstrip horn radiating in an infinite parallel-plate waveguide // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1994. V. 42. № 8. P. 1185–1188.
23. Simon P.S. Analysis and synthesis of Rotman lenses // 22nd AIAA International Communications Satellite Systems Conference & Exhibit. 2004.
24. Dong J., Zaghloul A.I., Sun R., Reddy C.J. EHF Rotman lens for electronic scanning antennas // Asia Pacific Microwave Conference (APMC). Hong Kong. 2008.
25. Кочетков В.А., Солдатиков И.В. Численные методы и инструменты моделирования антенных решеток РЭС СВЧ диапазона // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. № 9. С. 91–101.