МЕТОДИКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗЛУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ПЛОСКИХ АНТЕННЫХ РЕШЁТОК

April 7, 2012 by admin Комментировать »

Котов Ю. В. Московский авиационный институт (государственный технический университет) МАИ Волоколамское шоссе, д. 4, Москва – 125871, Россия Тел.: +7(095)1584740

Аннотация – Рассмотрена методика автоматизированного проектирования многоэлементных плоских фазированных антенных решёток (ФАР). Методика основана на оптимизационных методах поиска экстремумов целевой функции (минимума коэффициента отражения падающей электромагнитной волны на раскрыв антенной решётки). Приведён пример реализации методики для широкополосных сканирующих ФАР из волноводов произвольного поперечного сечения.

I.  Введение

Под методикой автоматизированного проектирования понимается совокупность алгоритмических операций и критериев оценки, выстроенных в строго определённой последовательности [1, 2]. Разработка и программная реализация методики – ключевой момент при автоматизированном проектировании антенных решёток (АР) существенно влияющий на качество и стоимость проектирования.

II.  Основная часть

На этапах автоматизированного проектирования определяется структура и параметры составных частей (систем) АР (излучающей, согласующей, фазирующей, распределяющей и др.), реализующих заданные технологические требования на форму диаграммы направленности (ДН), поляризационные, энергетические, диапазонные, массо-габаритные и другие характеристики. Возможны по крайней мере два подхода к проектированию АР с использованием ЭВМ [2].

Первый требует вначале определения структуры всех систем АР – перечня типов базовых элементов, составляющих АР, и способа соединения элементов между собой, исходя из технического задания на АР. Далее осуществляется параметрический синтез, заключающийся в определении числовых значений внутренних варьируемых параметров

X = (Xi,X2’-Xn) АР– Например, при проектировании излучающей системы АР внутренними параметрами X являются: геометрия решётки, число и

размеры излучателей, параметры диэлектрических согласующих элементов (покрытий, вставок), а именно их толщина и величина диэлектрической проницаемости. Выходными же параметрами %

будут элементы матрицы рассеяния (т.е. коэффициенты отражения и прохождения) излучателей в секторе сканирования (QCK) и полосе частот (AF), вид парциальных ДН, уровень боковых лепестков (УБЛ), коэффициент усиления (КУ) всей АР и т.п.

Второй подход предполагает, что структура АР уже определена, а вариации параметров X проводятся целенаправленно и подчинены стратегии поиска наилучшего значения некоторой целевой функции (показатель качества), т.е. процедура параметрического синтеза является оптимизационной.

При этом задача оптимизации применительно, например, к излучающей части АР из взаимодействующих элементов содержит два взаимосвязанных этапа: во-первых, определение парциальных ДН излучателей в АР /^(‘FX,’F ) (или связанных с                                             )

коэффициентов отражения R                    )), являющихся

функциями частоты f, и, во-вторых, синтеза амплитуд- но-фазового распределения (АФР) возбуждения излучателей по заданным требованиям к ДН всей АР. При строгом подходе значения , найденные на первом

этапе, используются далее на втором. Заметим, что при решении задачи оптимизации определяющую роль играют три фактора: выбор критерия оптимальности, задание ограничений на внутренние X , выходные X и внешние Q(flns,AF) параметры АР и,

наконец, выбор алгоритма оптимизации. Пусть излучающая система характеризуется набором параметров       ,<э)} и требуется найти наилучшее в некотором смысле сочетание этих параметров в виде обобщённого критерия:

Оптимальные параметры X0 в соответствии с (1)

оптимизируют характеристики излучателя в АР при усреднении по области изменения внешних факторов Q , а решение той же задачи с целевой функцией (1) гарантирует достижение требуемых характеристик излучателя при любом значении вектора внешних факторов.

В докладе основное внимание уделяется методике автоматизированного проектирования излучающей части волноводной АР с учётом взаимного влияния волноводных элементов сложной формы поперечного сечения. В техническом задании (ТЗ) на её проектирование (или совместно с согласующей подсистемой), как правило, задаётся: пространственный сектор однолучевого сканирования QCK; рабочая полоса частот AF, допустимый коэффициент отражения в излучателях Rdon(Q.cK,AF), коэффициент усиления Gap (или ширина ДН); форма ДН вид реализации излучаемого поля. Рассматриваются этапы проектирования, позволяющие выполнить критерий (2) для параметров волноводных АР в полосе частот AF > 20% и секторе сканирования АР QCKS ±60°.

III.  Заключение

Таким образом, разработанная методика автоматизированного проектирования позволяет представить процесс разработки многоэлементных ФАР в замкнутом цикле – от конкретных данных в ТЗ до конкретных параметров конструкции разрабатываемого изделия, обеспечивающих заданные технические характеристики.

IV.  Литература

[1]  Норенков И. П. Принципы построения и структура. М.: Высшая школа, 1986.-Кн. 1 .-127с.-(Системы автоматизированного проектирования).

[2]  Воскресенский Д. И., Кременецкий С. Д., Гоинёв А. Ю. Автоматизированное проектирование антенн и устройств СВЧ. Уч. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1988. -240 с.

METHOD FOR AUTOMATION OF PLANNAR MULTIUNIT ANTENNA ARRAYS DESIGN

Kotov Y. V.

Moscow State Aviation Institute (technical university) MAI, 4, Volokolamskoe shosse,

Moscow – 125871, Russia phone: (095) 1584740

Abstract – Presented in this paper is the method for automation of planar multiunit phase antenna array (PAA) systems. The method is based on the optimized search method to find the extreme of the criterion function, i.e., to find the minimum reffection coefficient of the electromagnetic wave fed into the aperture of the PAA. Application example of the method for broad-band scanning PAA’s with wave-guide of arbitrary cross section is shown.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты