Аналіз і оптимізація перспективних випромінюючих систем з імпедансними елементами - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ «КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ» АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук 05.12.07 - Антени та пристрої мікрохвильової техніки АНАЛІЗ І ОПТИМІЗАЦІЯ ПЕРСПЕКТИВНИХ ВИПРОМІНЮЮЧИХ СИСТЕМ З ІМПЕДАНСНИМИ ЕЛЕМЕНТАМИ Виконав Овсяніков Віктор Володимирович Київ - 2003 АНОТАЦІЯ Овсяніков В.В. Аналіз і оптимізація перспективних випромінюючих систем з імпедансними елементами.-Рукопис. Дисертацію присвячено дослідженню і розвитку методів аналізу, синтезу й оптимізації перспективних одиночних і багатоелементних вібраторних, петльових, рамкових і спіральних антенних систем із провідних стрижнів із увімкнутими у випромінюючі гілки імпедансними елементами, а також випромінювачів із плазми газового розряду. При дослідженні застосовуються методи інтегрального рівняння і визначення екстремумів цільових функцій за заданими критеріями оптимізації й еквівалентної довгої лінії, обєднані у єдину послідовність операцій аналізу, синтезу й оптимізації. Установлена загальна фізична закономірність для координат увімкнення у вібраторні випромінювачі зосереджених імпедансних елементів будь-якого типу з метою розширення частотного діапазону чи забезпечення багатодіапазонністі характеристик випромінювання й імпедансу. Виявлений і досліджений ряд нових фізичних закономірностей і на цій основі запропоновані нові типи антен з імпедансними елементами. антенний випромінювач імпедансний плазмовий 1. При увімкненнях імпедансних елементів у провідники розімкнутих чи замкнутих лінійних антен виникає ряд не вирішених дотепер питань, зокрема, проблеми відшукання оптимальних значень увімкнених імпедансних елементів і координат їх розташування на антенах, вибору їх характеру (ємнісний, індуктивний, активний або комплексний); залежність значень імпедансних елементів та координат їх увімкнення від вихідних розмірів, конфігурації і типу антен; вплив імпедансних елементів на коефіцієнт корисної дії, вхідний імпеданс, частотну смугу, ДС і інші характеристики антен; вплив випадкових флуктуацій параметрів імпедансних елементів на флуктуації характеристик антен. Робота відповідає також тематиці держзамовлень України державному Конструкторському бюро «Південне» (м. Дніпропетровськ) по темах «Січ» (№ держ. реєстрації 0195U023148) і «Океан-О» (№ держ. реєстрації 0198U006038). Метою дисертаційної роботи є розвиток методів аналізу, синтезу й оптимізації перспективних антенних систем мікрохвильового діапазону з включеними в них імпедансними елементами; проведення теоретичних і експериментальних досліджень різних типів антен зазначеного класу і використання отриманих результатів для створення нових більш ефективних антенних систем. Для досягнення цієї мети необхідно вирішити наступні основні задачі: - на основі методів прикладної електродинаміки і теорії оптимізації, орієнтованих на застосування сучасних компютерних засобів, розробити ефективні методи розрахунку антенних систем з імпедансними елементами; - удосконалити методи розрахунку малогабаритних і широкосмугових вібраторних і петльових випромінювачів з імпедансними елементами; - розробити методи розрахунку малогабаритних конічних спіральних рівнокутних випромінювачів з імпедансними навантаженнями в основі, розрахунку двочастотних двоштирьових вібраторних випромінювачів з реактивними елементами у виді додаткових штирів чи шунтів, методи розрахунку турнікетних двочастотних випромінювачів з імпедансними елементами і розробити метод досліджень плазмових випромінювачів; удосконалити методи розрахунку вісесиметричних малогабаритних і широкосмугових антенних решіток з індуктивними і ємнісними елементами; - здійснити статистичний аналіз вхідних характеристик антенних систем при наявності флуктуацій параметрів включених у них імпедансних елементів; - на основі детального компютерного аналізу та експериментальних досліджень вивчити закономірності і властивості антенних систем з імпедансними елементами і використувати їх для поліпшення характеристик таких антен; - запропонувати ряд нових типів антен з імпедансними елементами. При рішенні задач оптимізації АС з імпедансними елементами (ІЕ) застосовуються методи математичного програмування при визначенні екстремумів цільових функцій шляхом найшвидшого спуску, покоординатного спуску та інших способів. На першому етапі формулюються технічні вимоги до електродинамічних і радіотехнічних параметрів АС, до яких відносяться коефіцієнт спрямованої дії, розподіл струму на АС, повний вхідний опір (імпеданс), коефіцієнт стоячої хвилі по напрузі, опір випромінювання, коефіцієнт корисної дії (ККД). Вивчено характеристики широкосмугових вібраторних випромінювачів з послідовно включеними ємнісними елементами, що у заданому частотному діапазоні повинні забезпечувати сталість вхідного опору чи коефіцієнта стоячої хвилі по напрузі (КСХН), а також необхідну діаграму спрямованості.