ФИЗИКА ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ И РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Обоснование. Необходимость разработки и постоянного совершенствования терминалов высокоскоростной спутниковой связи мобильного и бортового базирования, а также аппаратуры спутниковой связи с высокой скрытностью функционирования, излучающей сверхширокополосные сигналы, спектральная плотность мощности которых, измеряемая на входе приемных устройств комплексов радиоконтроля, должна быть существенно ниже спектральной плотности мощности шумов, обусловлены следующими обстоятельствами: обеспечением надежной и высококачественной связи военных и гражданских пользователей; развитием отечественной элементной и технологической базы, импортозамещением; потребностью служб спасения в малогабаритных системах передачи и приема информации; необходимостью развития спутниковых систем управления аппаратурой военного и гражданского назначения; развитием программы точного земледелия. В качестве одного из таких примеров может служить антенная решетка из волноводных элементов с диэлектрическими фазирующими секциями.

Цель. Рассмотрена модель антенного элемента, также приведены его основные характеристики. Разработана модель линейной антенной решетки, состоящей из 32 волноводных элементов с фазирующими секциями. Рассмотрена линейная и плоская антенные решетки, построенные на основе синфазного и равноамплитудного делителя мощности 1:32 и антенных элементов. Также построена модель плоской антенной решетки, составленной из 16 линейных антенных решеток, и приведены ее основные характеристики.

Методы. Модель антенного элемента построена на основе круглого волновода с внутренним диаметром 18 мм и диэлектрической пластиной, плоскость которой ориентирована под углом 45° к силовым линиям вектора напряженности электрического поля. Линейная антенная решетка запитана с помощью равноамплитудного и синфазного делителя мощности, а линейная и плоская антенные решетки построены на основе квадратных волноводов с внутренними размерами 14 × 14 мм2 со скошенными внутренними углами.

Результаты. Показано, что коэффициент усиления на частоте 10,95 ГГц - 32,5 дБ (по нормали) и 31,2 дБ - при отклонении луча на ±37,5° в угло-местной плоскости; коэффициент усиления на частоте 11,7 ГГц - 33,8 дБ (по нормали) и 32,5 дБ - при отклонении луча на ±37,5° в угло-местной плоскости. При максимальном отклонении главного лепестка от нормали уровень боковых лепестков в вертикальной повышается до уровня -11,4 дБ, что незначительно превышает УБЛ при синфазном и равноамплитудном распределении поля в апертуре ФАР (-13,2 дБ).

Заключение. В рассмотренной конструкции ФАР позиционирование главного лепестка диаграммы направленности в азимутальной плоскости осуществляется путем механического вращения антенной системы. Отказ от двухкоординатного электронного сканирования выбран, исходя из соображений снижения фазовращателей (или высокочастотных коммутаторов) и уменьшения себестоимости ФАР.

Обоснование. В настоящее время в связи с проведением специальной военной операции очень актуальным является вопрос наличия недорогих мобильных терминалов высокоскоростной спутниковой связи отечественного производства, а также в связи с большой протяженностью территорий нашей страны существует ряд областей, где сотовая связь отсутствует, например тайга, Арктика, территория Северного Ледовитого океана и т. д. Поэтому единственная возможная связь на этих территориях - это спутниковая связь.

Цель. Разработка линейной эквидистантной антенной решетки с равноамплитудным и синфазным возбуждением для мобильного терминала спутниковой связи.

Методы. Антенная решетка проектировалась из открытых концов волноводов сечением 19 × 11 мм с воздушным заполнением. Соседние пары излучающих волноводов запитывались с помощью Е-плоскостного делителя: волновод разделен пополам по высоте тонкой металлической диафрагмой, отражения волн от которой незначительны; далее, в каждой половине делителя мощности реализованы разнесенные по высоте повороты направо и налево и плавные переходы в Е-плоскости - расширение от 5,25 мм до 11 мм.

Результаты. Разработана антенная решетка с периодом 19,5 мм. Габаритные размеры: ширина раскрыва - 624 мм, высота - 12 мм, глубина - 118 мм. Особенностью конструкции антенной решетки является использование плавных несимметричных переходов в Е-плоскости по экспоненциальному закону; в раскрыве ФАР чередуются с периодом, равным 4 значениям ширины волноводов с учетом ширины их узких стенок, волноводные несимметричные рупоры, расширяющиеся в верхнем (2 соседних излучателя) и нижнем (следующие 2 излучателя) направлениях.

Заключение. Достоинством использования подхода к построению линейных антенных решеток, питаемых с помощью многоканальных делителей мощности, является возможность минимизации глубины антенной системы. Основными недостатками - конструктивная и технологическая сложность делителей мощности и существенные потери мощности при большом числе каналов. Возможные технологии изготовления разработанной ФАР: 1. Штамповка из полистирола внутренней части делителя мощности и излучателей. Далее - полировка, напыление меди и гальваническое покрытие слоем меди. 2. Печать на 3D-принтере из полистирола, полировка, напыление меди и гальваническое покрытие меди. 3. Изготовление делителя мощности с использованием SIW-технологии на базе стандартных СВЧ-ламинатов. Использование металлизированных сквозных отверстий для согласования делителей мощности. Антенные элементы и коаксиально-волноводные переходы изготавливаются путем штамповки из полистирола, или печати на 3D-принтере из полистирола, далее - полировка, напыление слоя меди и гальваническое покрытие слоем меди. 4. Штамповка из металла делителя мощности, излучателей и коаксиально-волноводных переходов (2 детали). Диэлектрический вкладыш может печататься на 3D-принтере из полистирола.