Частотно-избирательные поверхности. Методы проектирования и области применения (215,00 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Инженерно-технологическая академия А. О. КАСЬЯНОВ ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ. МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ Монография Ростов-на-Дону – Таганрог Издательство Южного федерального университета 2019

Стр.2

УДК 621.396.677.49 ББК 32.845 К289 Печатается по решению экспертной группы комитета по инженерному направлению науки и образования при ученом совете Южного федерального университета (протокол № 7 от 17 апреля 2019 г.) Рецензенты: зав. кафедрой радиоэлектроники ДГТУ, доктор физико-математических наук, доцент М. Ю. Звездина зав. кафедрой радиофизики ЮФУ, доктор физико-математических наук, профессор Г. Ф. Заргано Касьянов, А. О. К289 Частотно-избирательные поверхности. Методы проектирования и области применения : монография / А. О. Касьянов ; Южный федеральный университет. – Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2019. – 165 с. ISBN 978-5-9275-3206-3 Рассмотрены вопросы разработки частотно-избирательных поверхностей, а также вопросы их электродинамического моделирования, системы автоматизированного проектирования и области применения таких электродинамических структур. Особое внимание уделено вопросам разработки адекватных математических моделей для них с учетом возможности их комплексного использования в современных радиоэлектронных системах, например, для создания интеллектуальных покрытий, метаматериалов и т.д. Описан комплекс вычислительных программ автоматизированного проектирования частотно-избирательных поверхностей в печатном исполнении. Исследованы электродинамические характеристики этих решеток и даны рекомендации для их автоматизированного проектирования. Теоретические материалы подкреплены результатами экспериментальных исследований и примерами расчетов. Работа представляет интерес для инженеров, научных работников, аспирантов и магистрантов. УДК 621.396.677.49 ББК 32.845 ISBN 978-5-9275-3206-3 © Южный федеральный университет, 2019 © Касьянов А. О., 2019 © Оформление. Макет. Издательство Южного федерального университета, 2019

Стр.3

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………... ГЛАВА 1. ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ…………...... 1.1. Частотно-избирательные поверхности. Основные отличительные черты………………………………………………...…………………..... 1.2. Особенности проектирования ЧИП………………………………. 1.3. Основные области применения ЧИП в антенной технике……… 1.4. Конструирование СВЧ-экранов на основе ЧИП…………………. 1.5. Применение ЧИП для снижения РЛЗ объектов…………………. 1.6. Перспективные модификации частотно-избирательных поверхностей………………………………………………….…............. Выводы…………………………………………………………………... ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПЛАНАРНОЙ ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ОСНОВЕ ТРЕХ ПЕЧАТНЫХ РЕШЕТОК, РАЗДЕЛЕННЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СЛОЯМИ………............................................ 2.1. Постановка задачи…………………………………………….……. 2.2. Система интегральных уравнений задачи возбуждения планарной частотно-избирательной поверхности на основе трех печатных решеток, разделенных диэлектрическими слоями…........... 2.3. Решение вспомогательных задач …………………………………. 2.4. Применение условия периодичности печатных элементов в решетках, расположенных на магнитодиэлектрических подложках многослойной частотно-избирательной поверхности………………... 2.5. Численная реализация решения системы интегральных уравнений……………………………………………..………..……...... ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ТОКОВ НА ЭЛЕМЕНТАХ ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ТЕСТИРОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММ ……………………………………….…….... 3.1. Тестирование алгоритма расчета ЧИП на основе многоэлементных печатных решеток ……………………………………….…………. 8 17 17 19 20 26 27 29 30 32 32 34 40 43 48 53 53 3

Стр.4

Оглавление 3.2. Распределения токов, рассчитанные в апертурах монопланарных частотно-избирательных поверхностей ……………………………….. Выводы ………………………………………………………………….. ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ПЕЧАТНЫХ РЕШЕТОК, РАЗДЕЛЕННЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СЛОЯМ…………………………………………………………………….. 4.1. Результаты электродинамического моделирования монопланарных решеток печатных элементов и перфорированных экранов ………………………………………………………………...... 4.2. Результаты моделирования бипланарных решеток печатных элементов и перфорированных экранов ………………………………. 4.3. Результаты численного моделирования планарных частотноизбирательных электродинамических структур на основе трех печатных решеток или перфорированных экранов, разделенных диэлектрическимислоями ………………………………………….….. 5. ДИФРАКЦИЯ ПЛОСКОЙ ВОЛНЫ НА ЧАСТОТНОИЗБИРАТЕЛЬНЫХ ПЕЧАТНЫХ РЕШЕТКАХ И ПЕРФОРИРОВАННЫХ ЭКРАНАХ, ПОМЕЩЕННЫХ В СЛОЙ ДИЭЛЕКТРИКА …………………………………..………………........ 5.1. Подходы, используемые для решения задачи, и ее значимость для практики ………………………………………………………....... 5.2. Численные результаты, полученные методом обобщенной матрицы рассеяния ………………………………………….……….. 5.3. Численные результаты, полученные методом функции Грина слоистой среды …………….................................................................... ГЛАВА 6. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНОИЗБИРАТЕЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОСНОВЕ ОДНОСЛОЙНЫХ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ПЕЧАТНЫХ РЕШЕТОК СО СЛОЖНОЙ ТОПОЛОГИЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ФИЛЬТРОВ И МУЛЬТИПЛЕКСОРОВ….. 6.1. Постановка задачи …………………………….…………………… 4 63 67 68 68 74 81 89 89 90 95 113 113

Стр.5

Оглавление 6.2. Применение частотно-избирательных поверхностей при построении многочастотных зеркальныхантенн с пространственно разнесенными облучателями ………………………………..………….. 6.3. Частотно-избирательные поверхности с элементами, имеющими топологии в виде геометрическогофрактала …………………………. 6.4. Комплекс вычислительных программ для проетирования печатных решеток отражательного типа …………………………………….. ГЛАВА 7. КОНСТРУКТИВНЫЙ СИНТЕЗ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЛАНАРНЫХ ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫХ РЕШЕТОК ПЕЧАТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ………………………………………........ 7.1. Разработка частотных фильтров на основе частотноизбирательных решеток …………………………………….………….. 7.2. Разработка угловых фильтров на основе печатных решеток ..…. ГЛАВА 8. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНОИЗБИРАТЕЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ С ФРАКТАЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ……………………………………………………….... 8.1. Постановка задачи исследования фрактальных отражательных решеток ………………………………………………………………...... 8.2. Результаты численного исследования частотно-избирательных поверхностей фрактальными элементами ............................................... 8.3. Частотно-избирательная поверхность на 30/90/150 ГГц многолучевого солнечного радиотелескопа ……..............................…. ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………... СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………... 113 119 121 128 128 134 138 138 140 147 155 158 5

Стр.6