radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2022-25-4-41-51radioelectronics-660Research ArticleЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫELECTRODYNAMICS, MICROWAVE ENGINEERING, ANTENNASМатематическая модель антенно-волноводного тракта с разделением сигналов по частоте–поляризацииMathematical Model of an Antenna-Waveguide Path with Separation of Signals by Frequency–Polarizationhttps://orcid.org/0000-0002-9883-8826ГабриэльянД. Д.Gabriel’eanD. D.

Габриэльян Дмитрий Давидович – доктор технических наук (1997), профессор (2000), заместитель начальника научно-технического комплекса

 ул. Нансена, д. 130, Ростов-на-Дону, 344038

Dmitry D. Gabrielyan, Dr Sci. (Eng.) (1997), Professor (2000), Deputy Head of the Scientific and Technical Complex

 130, Nansen St., Rostov-on-Don 344038

rniirs@rniirs.ruКоровкинА. Е.KorovkinA. E.

Коровкин Александр Евгеньевич – кандидат технических наук (2020), старший научный сотрудник

ул. Нансена, д. 130, Ростов-на-Дону, 344038

Alexander E. Korovkin, Cand. Sci. (Eng.) (2020), Senior Researcher

130, Nansen St., Rostov-on-Don 344038

rniirs@rniirs.ruБойчукС. И.BoychukS. I.

Бойчук Сергей Игоревич – руководитель группы

ул. Нансена, д. 130, Ростов-на-Дону, 344038

Sergey I. Boychuk, Head

130, Nansen St., Rostov-on-Don 344038

rniirs@rniirs.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4889-0001ДворниковС. В.DvornikovS. V.

Дворников Сергей Викторович – доктор технических наук (2009), профессор (2014) кафедры радиосвязи

 пр. Тихорецкий, д. 3, Санкт-Петербург, 194064

Sergey V. Dvornikov, Dr Sci. (Eng.) (2009), Professor (2014) of the Radio Communication Department

 3, Tikhoretsky Ave., St Petersburg 194064

practicdsv@yandex.ruБибарсовМ. Р.BibarsovM. R.

Бибарсов Марат Рашидович – кандидат технических наук (1999), доцент (2007), старший преподаватель кафедры радиосвязи

пр. Тихорецкий, д. 3, Санкт-Петербург, 194064

Marat R. Bibarsov, Cand. Sci. (Eng.) (1999), Associate Professor (2007), Senior Lecturer of the Radio Communications Department

3, Tikhoretsky Ave., St Petersburg 194064

Bibarsovmr@rambler.ruБибарсоваГ. Ш.BibarsovaG. Sh.

Бибарсова Гульнара Шихмуратовна – кандидат педагогических наук (2006), доцент кафедры военнополитической работы в войсках (силах)

пр. Тихорецкий, д. 3, Санкт-Петербург, 194064

Gulnara Sh. Bibarsova, Cand. Sci. (Pedagogical) (2006), Associate Professor of the Department of MilitaryPolitical Work in the Troops (forces)

3, Tikhoretsky Ave., St Petersburg 194064

 

bgsh2@rambler.ruФГУП "РНИИРС"РоссияFSUE "Rostov-on-Don Research Institute of Radio Communications"Russian FederationВоенная академия связиРоссияMilitary Telecommunications AcademyRussian Federation2022290920222544151Copyright © Габриэльян Д.Д., Коровкин А.Е., Бойчук С.И., Дворников С.В., Бибарсов М.Р., Бибарсова Г.Ш., 20222022Габриэльян Д.Д., Коровкин А.Е., Бойчук С.И., Дворников С.В., Бибарсов М.Р., Бибарсова Г.Ш.Gabriel’ean D.D., Korovkin A.E., Boychuk S.I., Dvornikov S.V., Bibarsov M.R., Bibarsova G.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/660Введение

Введение. В настоящее время одной из проблем разработки антенных-фидерных устройств для систем спутниковой связи (ССС) является создание антенно-волноводных трактов многодиапазонных зеркальных антенн (АВТ МЗА), предполагающее построение адекватной математической модели АВТ МЗА без реализации и с реализацией функции автосопровождения, построенного на основе способа "разделение по частоте – разделение по поляризации". Однако существующие математические модели разработаны только для конкретных типов АВТ МЗА, что делает невозможным их использование при разработке новых АВТ МЗА. Предлагаемая модель может применяться при произвольном числе совмещаемых диапазонов частот и видах поляризации.

Цель работы

Цель работы. Разработка математической модели АВТ МЗА ССС без реализации и с реализацией функции автосопровождения, построенной на основе способа "разделение по частоте – разделение по поляризации".

Материалы и методы

Материалы и методы. Рассматриваемая математическая модель предполагает описание АВТ МЗА с использованием блочных матриц. Каждая из этих матриц описывает комплексные амплитуды сигналов, возникающих в каждом из устройств АВТ МЗА. Это, в свою очередь, позволяет проанализировать влияние параметров каждого из устройств на характеристики АВТ МЗА ССС в целом при произвольном числе совмещаемых диапазонов частот и видах поляризации.

Результаты

Результаты. Предложены два варианта построения АВТ МЗА ССС. Первый вариант может быть использован в ССС с программным сопровождением, второй вариант – с реализацией моноимпульсного метода сопровождения. Для построения модели АВТ МЗА предложено использовать матричное описание его характеристик, что позволяет в широких пределах варьировать структуру рассматриваемого АВТ МЗА.

Заключение

Заключение. Разработанная математическая модель позволяет описать характеристики каждого из устройств в составе АВТ МЗА с использованием некоторого многополюсника. Использование предложенной модели открывает широкие возможности на каждом этапе разработки, производства и отладки контролировать как характеристики каждого из устройств в составе АВТ МЗА, так и коэффициент передачи и поляризационную развязку в каждом частотном диапазоне всего АВТ МЗА в целом. Представленные зависимости дают возможность оценить взаимосвязь между допусками на параметры устройств и пределами изменения характеристик АВТ МЗА.

Introduction

Introduction. The creation of antenna-waveguide paths of multi-band mirror antennas (AWP MMA) is a significant task in the development of antenna-feeder devices for satellite communication systems (SSS). This task involves the construction of an adequate mathematical model of AWP MMA both without and with the implementation of an auto-tracking function built using the "frequency separation – polarization separation" method. However, the existing mathematical models have been developed only for specific AWP MMA types, thus making them unsuitable for the development of new AWP MMA. The model proposed in this paper can be used for an arbitrary number of combined frequency ranges and types of polarization.

Aim

Aim. Development of a mathematical model of the AWP MMA of SSS both without and with the implementation of an auto-tracking function built using the "frequency separation – polarization separation" method.

Materials and methods

Materials and methods. The mathematical model under consideration assumes a description of the AWP MMA using block matrices. Each of these matrices describes the complex amplitudes of signals arising in each of the AWP MMA devices. This, in turn, makes it possible to analyze the influence of the parameters of each device on the characteristics of the AWP MMA of SSS as a whole with an arbitrary number of combined frequency ranges and types of polarization.

Results

Results. Two options for the construction of AWP MMA of SSS are proposed. The first option can be used in communication system antennas with software support, while the second option is applicable when a monopulse tracking method is implemented. To construct an AWP MMA model, it is proposed to use a matrix description of the characteristics of AWP MMA devices. This allows the structure of the considered AWP MMA to be varied within a wide range.

Conclusion

Conclusion. The developed mathematical model makes it possible to describe the characteristics of each of the devices in the AWP MMA system using a certain multipole. The proposed model provides ample opportunities for controlling, at the stages of development, production and debugging, not only the characteristics of each device in the AWP MMA, but also the transmission coefficient and polarization isolation in each frequency range of the entire AWP MMA. The presented dependencies can be used to assess the relationship between parameter tolerances and the limits of changes in the characteristics of the motor vehicle.

антенно-волноводный трактмногодиапазонная зеркальная антеннаответвитель моды Н21поляризациячастотно-поляризационное разделениеantenna-waveguide pathmulti-band mirror antennasmode coupler Н21polarizationfrequencypolarization separationReferencesСомов А. М., Кабетов Р. В. Многолучевые зеркальные антенны: геометрия и методы анализа. М.: Горячая линия-Телеком, 2021. 256 с.Somov A. M., Kabetov R. V. Mnogoluchevye zerkal'nye antenny: geometriya i metody analiza [Multipath Mirror Antennas: Geometry and Methods of Analysis]. Moscow, Goryachaya liniya-Telekom, 2021, 256 p. (In Russ.)Коровкин А. Е., Раздоркин Д. Я., Шипулин А. В. Моноимпульсный облучатель зеркальных антенн на высших типах волн // Антенны. 2012. Вып. 9 (184). С. 14–18.Korovkin A. E., Razdorkin D. Yu., Shipulin A.V. Monopulse Mirror Feed System Antennas at the Higher Types of Waves. J. Antennas. 2012, vol. 9 (184), pp. 14–18. (In Russ.)Simultaneous X/Ka-Band Feed System for Large Earth Station SATCOM Antennas / C. Granet, I. M. Davis, J. S. Kot, G. S. Pope, K. Verran // Military Communications and Information Systems Conf. (MilCIS). Canberra, ACT, Australia, 11–13 Nov. 2014. doi: 10.1109/MilCIS.2014.7002726Granet C., Davis I. M., Kot J. S., Pope G. S., Verran K. Simultaneous X/Ka-Band Feed System for Large Earth Station SATCOM Antennas. Military Communications and Information Systems Conf. (MilCIS), 11–13 Nov. 2014 Canberra, ACT, Australia. doi: 10.1109/MilCIS.2014.7002726Банков С. Е., Грибанов А. Н., Курушин А. А. Электродинамическое моделирование антенных и СВЧ структур с использованием FEKO. М.: One-Book, 2013. 419 с.Bankov S. E., Gribanov A. N., Kurushin A. A. Electromagnetic Design Antennas and Microwave Structures with FEKO. Mow, OneBook, 2013, 419 p.Гурский С. М. Математические модели элементов антенно-волноводных трактов радиолокационных систем с повреждениями // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 2. С. 43–46.Gursky S. M. Mathematical Models of Elements of the Antenna/Waveguide Paths of Radar Systems with Damage. Modern High-Tech Technologies. 2019, no. 2, pp. 43–46. (In Russ.)Демченко В. И., Косогор А. А., Раздоркин Д. Я. Методология разработки многодиапазонных зеркальных антенн // Антенны. 2012. № 9(184). С. 4–13.Demchenko V. I., Kosogor A. A., Razdorkin D. Ya. Methodology for Developing Multi-Band Reflector Antennas. J. Antennas. 2012, vol. 9 (184), pp. 4–13. (In Russ.)Radar Handbook. 3rd ed. by M. I. Skolnik. McGraw-Hill, 2008. 1352 p.Radar Handbook. 3rd ed. by M. I. Skolnik. McGraw-Hill, 2008, 1352 p.Balanis C. A. Antenna Theory: Analysis and Design. 3rd ed. N. J.: John Willey & Sons, 2005. 1136 p.Balanis C. A. Antenna Theory: Analysis and Design. 3rd ed. New Jersey, John Willey & Sons, 2005, 1136 p.Miligan T. A. Modern antenna design. 2nd ed. N. J.: John Wiley & Sons, Inc., 2005. 632 p.Miligan T. A. Modern Antenna Design. 2nd ed. New Jersey, John Wiley & Sons, 2005, 632 p.Volakis J. L. Antenna Engineering Handbook. 4th ed. McGraw-Hill, 2007. 1755 p.Volakis J. L. Antenna Engineering Handbook. 4th ed. McGraw-Hill, 2007, 1755 p.Modern Antennas / S. Drabowitch, A. Papiernik, H. D. Griffiths, J. Encinas, B. L. Smith. Springer, 2005. 703 p. doi: 10.1007/978-0-387-26231-4Drabowitch S., Papiernik A., Griffiths H. D., Encinas J., Smith B. L. Modern Antennas. Springer, 2005, 703 p. doi: 10.1007/978-0-387-26231-4Самойленко В. И., Шишов Ю. А. Управление фазированными антенными решетками. М.: Радио и связь, 1983. 240 с.Samoylenko V. I., Shishov Yu. A. Upravlenie fazirovannymi antennymi reshetkami [Control of Phased Antenna Arrays]. Moscow, Radio and svyaz, 1983, 240 p. (In Russ.)Бойчук С. И., Коровкин А. Е, Раздоркин Д. Я. Антенно-волноводные устройства с единым рупором для многодиапазонных антенных систем // Радиотехника. 2019. Т. 83, № 7 (9). С. 202–208.Boychuk S. I., Korovkin A. E., Razdorkin D. Ya. Antenna – Waveguide Devices with a Single Horn for the Multi-Band Antenna Systems. Radio Engineering. 2019, vol. 83, no. 7(9), pp. 202–208. (In Russ.)Гантмахер Ф. Р. Теория матриц. 4-е изд. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. 552 с.Gantmacher F. R. Teoriya matrits [Matrix theory]. 4th ed. Moscow, Nauka, 1988, 552 p. (In Russ.)Реализация суммарно-разностного метода автосопровождения на основе многомодового облучателя / А. Е. Коровкин, Д. Я. Раздоркин, Н. В. Токарева, А. В. Шипулин // Общие вопр. радиоэлектроники. Ростов н/Д.: ФНПЦ "РНИИРС", 2010. Вып. 1. С. 6–11.Korovkin A. E., Razdorkin D. Ya., Tokareva N. V., Shipulin A. V. Implementation of the Sum-Difference Autotracking Method Based on a Multimode Feed. General Problems of Radio Electronics. Rostov-onDon, Federal Scientific and Practical Center "RNIIRS", 2010, vol. 1, pp. 6–11. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.