У дисертаційній роботі вирішена актуальна наукова проблема побудови теорії багатовходових випромінювальних систем довільної геометрії із джоулевими і поляризаційними втратами в їх елементах, яка дозволяє ефективно провадити їх аналіз і синтез, а також застосовувати її для одержання нових знань про дисипативні випромінювальні системи. Розроблена теорія являє собою логічно зв’язану сукупність вихідних припущень, коректних математичних моделей дисипативних ВС і співвідношень для розрахунку їх внутрішніх і вихідних параметрів, методів чисельного аналізу і синтезу ВС із застосуванням розроблених моделей, даних про властивості, що притаманні випромінювальним системам із втратами, а також фізичної інтерпретації одержаних результатів. Основні результати роботи і висновки з них можна сформулювати так. 1. Останнім часом усе частіше в РЕЗ застосовуються випромінювальні системи з помітними джоулевими втратами, які слід враховувати при їх проектуванні. Гостро також постає сьогодні проблема електромагнітної сумісності РЕЗ, вирішенню якої сприяє зниження рівня будь-яких випромінювань антен на хвилях паразитної поляризації. Разом з тим, відомі наближені і строгі електродинамічні методи дослідження антенних систем не повною мірою задовольняють сучасним вимогам теорії і практики, оскільки одні не мають достатньої точності, а інші в багатьох випадках виявляються малоефективними. Тому нагальною стала потреба створення теорії випромінювальних систем із джоулевими і поляризаційними втратами, що містить адекватні моделі ВС та ефективні методи аналізу і синтезу. 2. Розроблені математичні моделі багатовходової дисипативної ВС дозволяють коректно розділяти потужність, що надходить до неї від сторонніх джерел, на три складові, одна з яких є потужністю джоулевих втрат, а дві інші – потужностями випромінювання на хвилях двох ортогональних поляризацій у заданому поляризаційному базисі. Одна з моделей (імпедансна) базується на тому, що випромінювальній системі з N входами ставиться у відповідність навантажувальний 2N-полюсник, входи якого збігаються з її реальними входами. Вихідними її параметрами є набір з N парціальних функцій спрямованості ВС і матриця опорів, а фазовими змінними – нормовані струми і напруги. Дійсна частина матриці опорів подана як сума трьох доданків, один з яких є матрицею опорів джоулевих втрат ВС, а два інші – матрицями поляризаційних опорів випромінювання ВС. Доведено, що у загальному випадку всі три названі доданки є комплексними ермітовими матрицями. 3. Вихідні параметри імпедансної моделі ВС визначаються на основі розв’язання крайових електродинамічних задач методом інтегральних рівнянь. За внутрішні параметри моделі прийнято електродинамічні параметри сегментів випромінювальної структури, на які вона умовно поділяється за дискретизації ІР. При цьому шуканий розподіл струмів у ВС розкладається в ряд у скінченновимірному базисі спробних кусково-синусоїдних функцій підобластей, що дозволяє дискретизовану систему лінійних рівнянь подати у вигляді узагальненого методу наведених ЕРС. Безпосередній зв’язок, установлений між вихідними і внутрішніми параметрами моделі, дає можливість уникнути зайвих проміжних обчислень, характерних для більшості традиційних підходів до дослідження ВС за методом ІР. Порівняльні оцінки ефективності застосування узагальненого методу наведених ЕРС і розробленої моделі для багатоваріантного аналізу і оптимізації антенних решіток показали, що остання дає виграш у витратах комп’ютерного часу від K до разів, де K – середня кількість базисних функцій, що припадає на один вхід ВС. Для решітки півхвильових вібраторів, де K звичайно береться у межах 10...20, цей виграш складає 10...20 при розрахунках ДС решітки і 100...400 – при розрахунках енергетичних параметрів, як ККД, КСД тощо. Якщо мова йде про моделювання решітки складних випромінювачів, наприклад багатоелементних антен типу „хвильовий канал”, де величина K може сягати значень 350...700, виграш у часі у разі розрахунків її ККД може мати порядок . 4. Друга модель ВС (хвильова) подана як прохідний багатополюсник із трьома групами входів по N у кожній. Входи однієї з них, як і в попередній моделі, відповідають реальним входам ВС, входи другої групи з’єднують ВС з ортогональними каналами вільного простору, у яких поширюються хвилі основної поляризації, а входи третьої групи – з такими самими каналами, де поширюються хвилі паразитної поляризації. Вихідними параметрами даної моделі служать два набори ортонормованих парціальних функцій спрямованості ВС на хвилях ортогональних поляризацій і матриця розсіяння багатополюсника, а фазовими змінними – падаючі й відбиті хвилі в лініях та каналах вільного простору. Вихідні параметри хвильової моделі однозначно виражаються через параметри імпедансної. Хвильова модель легко інтегрується в моделі вищої ієрархічної структури, що дає можливість врахувати взаємодію ВС із схемою її збудження, а також іншими пристроями, сполученими з її входами. 5. Внутрішні параметри моделей ВС – взаємні опори між лінійними випромінювачами невеликих електричних розмірів – визначаються за методом наведених ЕРС і за методом вектора Пойнтінга на основі розв’язання крайових задач. Співвідношення, одержані в роботі, дозволяють знаходити взаємні опори втрат і взаємні поляризаційні опори випромінювання між лінійними випромінювачами із заданим розподілом струму, розташованими у вільному просторі, над ідеально провідним екраном, а також над пласкою поверхнею поділу двох середовищ. 6. Виявлено ряд нових ефектів, що спостерігаються в багатовходових дисипативних ВС із змінюванням струмів збудження їх входів. Серед них можна виділити явище різкого падіння ККД антенних решіток вертикальних вібраторів, розташованих над межею поділу двох середовищ, що спостерігається під час варіювання зсувом фаз між струмами на їх входах. При досягненні певного фазового розподілу струмів і цій решітці її ККД зменшується майже на порядок, що пов’язано з інтенсивним поглинанням випромінюваної енергії іншим середовищем. Цей і інші виявлені ефекти мають чітке фізичне пояснення і мають бути враховані при проектуванні випромінювальних систем, оскільки можуть істотно впливати на їх параметри. 7. Задачі синтезу випромінювальних систем, сформульовані і розв’язані в роботі з використанням розроблених моделей, дають можливість забезпечити максимальний рівень інтегральних параметрів антенних решіток, зокрема коефіцієнта підсилення і КСД, за наявності заданих обмежень на коефіцієнт їх поляризаційних втрат. Це дозволяє без помітного погіршення коефіцієнта підсилення або КСД суттєво знизити рівень потужності, випромінюваної антенною решіткою на хвилях паразитної поляризації, чим поліпшити параметри її електромагнітної сумісності. У наведеному прикладі синтезу пласкої антенної решітки гексагональної структури, що складалася з семи турнікетних вібраторів і була призначена для випромінювання хвиль колової поляризації, вдалося зменшити КПВ решітки на 5,4 дБ, що супроводжувалося зниженням її КСД порівняно з максимально можливим лише на 0,8 дБ. 8. Виявлено, що діапазон можливої зміни КВП у кожній ВС є обмеженим. Випадкові похибки у струмах збудження та у розташуванні елементів ВС скорочують діапазон середніх значень КВП, і головну роль в цьому відіграють похибки розташування і фазові похибки струмів. Оцінки граничних КВП, зроблені в роботі для антенних решіток декількох конфігурацій із різною кількістю елементів, треба враховувати на етапі формулювання задачі на проектування антенних систем із зменшеним рівнем кросполяризаційного випромінювання. 9. Запропоновано новий спосіб побудови пласкої відбивної антенної решітки подвійної поляризації. Виконано її теоретичні дослідження з використанням розроблених математичних моделей, спеціалізованих для даного випадку з урахуванням особливостей конструкції досліджуваної ВС. Це дало можливість з’ясувати фізичний механізм керування променем рефлектора у вигляді спірафазної антенної решітки за допомогою зміни орієнтацій її випромінювачів. Експериментальні дослідження розробленого макета пласкої спірафазної ВАР подвійної поляризації показали задовільний збіг її виміряних параметрів з очікуваними. 10. Достовірність одержаних результатів зумовлена коректною постановкою задач на дослідження; використанням відомих і неодноразово перевірених методів, методик і алгоритмів; застосуванням різних методів для досягнення одного й того ж результату; збігом результатів з результатами інших авторів, що одержані іншими методами; прозорою інтерпретацією одержаних результатів з використанням відомих фізичних законів, зокрема законів електродинаміки, оптики і статистичної радіофізики, а також підтвердженням результатів розрахунків експериментальними дослідженнями. |
