Математическая модель антенно-волноводного тракта с разделением сигналов по частоте–поляризации

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. 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. 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. 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. 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.

1. Сомов А. М., Кабетов Р. В. Многолучевые зеркальные антенны: геометрия и методы анализа. М.: Горячая линия-Телеком, 2021. 256 с.

2. 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.

3. 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.2014.7002726

4. Банков С. Е., Грибанов А. Н., Курушин А. А. Электродинамическое моделирование антенных и СВЧ структур с использованием FEKO. М.: One-Book, 2013. 419 с.

5. Гурский С. М. Математические модели элементов антенно-волноводных трактов радиолокационных систем с повреждениями // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 2. С. 43–46.

6. Демченко В. И., Косогор А. А., Раздоркин Д. Я. Методология разработки многодиапазонных зеркальных антенн // Антенны. 2012. № 9(184). С. 4–13.

7. Radar Handbook. 3rd ed. by M. I. Skolnik. McGraw-Hill, 2008. 1352 p.

8. Balanis C. A. Antenna Theory: Analysis and Design. 3rd ed. N. J.: John Willey & Sons, 2005. 1136 p.

9. Miligan T. A. Modern antenna design. 2nd ed. N. J.: John Wiley & Sons, Inc., 2005. 632 p.

10. Volakis J. L. Antenna Engineering Handbook. 4th ed. McGraw-Hill, 2007. 1755 p.

11. Modern Antennas / S. Drabowitch, A. Papiernik, H. D. Griffiths, J. Encinas, B. L. Smith. Springer, 2005. 703 p. doi: 10.1007/978-0-387-26231-4

12. Самойленко В. И., Шишов Ю. А. Управление фазированными антенными решетками. М.: Радио и связь, 1983. 240 с.

13. 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.

14. Гантмахер Ф. Р. Теория матриц. 4-е изд. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. 552 с.

15. 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.