Файл: Учебнаяпроизводственная Тип практики научноисследовательская работа.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 94
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
выполнены также в виде ультрафиолетовых пленок, полупроводниковых пленок и резистивных неуправляемых пленок. В последнем случае управляемый слой является просто некоторой неуправляемой нагрузкой. Принцип действия управляемых слоистых сред, реализующих данный способ снижения ЭПР антенных систем, состоит в том, что в периоды излучения и приема импульсов слоистая среда находится в режиме пропускания сигнала, которая обеспечивается при одном уровне управляющего воздействия (тока или напряжения) на управляемые элементы. При другом уровне управляющего воздействия управляемая слоистая среда в период времени, не совпадающий с периодами излучения и приема импульса, переключается в состояние отражения сигнала. При этом отраженный сигнал рассеивается и ЭПР антенной системы в полосе рабочих частот и в пределах главного лепестка диаграммы направленности снижается примерно в Q (скважность) раз [11].
Рисунок 1.5 Общий вид управляемой плоскослоистой среды (в разрезе):
1 – диэлектрические слои; 2 – неуправляемые слои; 3 – управляемый слой; 4 – экран
Недостатком этого способа является то, что ЭПР в отдельные промежутки времени снижаются только в пределах главного лепестка диаграммы направленности антенны. Ширина главного лепестка для апертурных антенн составляет доли или несколько градусов. Вне этого лепестка ЭПР антенны не снижается. Кроме того, в рабочие промежутки времени ЭПР не снижается принципиально.
В заключение еще раз можно отметить, что антенные системы вносят значительный вклад в радиолокационную заметность вооружения и военной техники. Антенные системы радиоэлектронного подавления и радиолокационной комплекса могут составлять 90% от общей ЭПР объекта. И в основном используются методы по сокращению количества используемых антенн и разрабатываются средства по уменьшению ЭПР всех типов антенных систем, которые применяются на различных объектах.
1.3 Выводы
При изучении теоретических сведений по данной теме были обнаружены и рассмотрены несколько методов по уменьшению ЭПР антенных систем. Методы первой группы основаны на экранировании антенн частотно-поляризационными селективными структурами с неизменяемыми во времени электродинамическими характеристиками, второй группы – на экранировании антенн структурами с неизменяемыми во времени электродинамическими характеристиками. Методы третьей группы объединены идеей микроминиатюризации антенных систем и совмещения их функций при сохранении требуемых рабочих характеристик.
2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Основой для уменьшения ЭПР в данной работе будет служить метаматериал. Данный подход является наиболее перспективным. Нужно построить модель микрополосковой антенны с тонким слоем метаматериала с уменьшенной радиолокационной заметностью. Заданная область частот находится в пределах от 6 до 12 ГГц. Необходимо выяснить в поставленном диапазоне частот влияние метаматериала на снижение ЭПР. Для построения модели и теоретических расчетов используются программные пакеты: FEKO и MATHCAD.
В данной работе сравниваются характеристики, преимущественно, графики ЭПР микрополосковой антенны, изготовленной по обычной технологии и микрополосковой антенны, в которой используется метаматериал.
В результате работы ожидается, что при использовании метаматериала в микрополосковых антеннах получится снизить эффективную поверхность рассеяния в заданном диапазоне частот.
В ходе работы будет рассматриваться несколько метачастиц для уменьшения ЭПР в широкой полосе частот, работающие в заданном диапазоне от 6 до 12 ГГц. Для установки влияния частиц на ЭПР будет использоваться приемная микрополосковая антенна, облучаемая заданным внешним источником. Предлагаемая антенна выполнена на диэлектрической подложке с диэлектрической проницаемостью
и тангенсом потерь 
. Имеет параметры С1 = 52.5 мм, A1 = 14.6 мм, B1 = 10.6 мм. Высота диэлектрической подложки составляет h = 0.8 мм. Ее структура была смоделирована с использованием программы моделирования FEKO.
Рисунок 2.1 Микрополосковая антенна
На рис. 2.1 представлена антенна (вид сверху) без использования метачастиц. Их в последующем предполагается расположить на обратной ее стороне, которая представляет собой идеальный электрический проводник (металл).
Прежде чем применять метачастицы нужно построить график ЭПР антенны без них, а также дополнительно указать угол падающей волны, при котором будут строиться и рассматриваться последующие графики.
Рисунок 2.2 Окно задания параметров падающей волны
Угол места (
) задан от 0 до 180 градусов с шагом 10 для упрощения расчета. Азимут (
) не изменялся и равен 0 градусов.
Расчет ЭПР при отсутствии метачастиц проводился на частоте 12 ГГц.
Рисунок 2.3 ЭПР антенны при отсутствии метачастиц
Из графика видно, что падение ЭПР наблюдается в пределах углов от 30 до 150 градусов, которое составляет около 30 дБ.
Теперь нужно добиться как можно большего уменьшения ЭПР при использовании метачастиц. Структура одной из них [12] представлена на рис.2.4
Рисунок 2.4 Модель метачастицы
Таблица 1 – Основные размеры метачастицы
Сложная фигура представляет собой металл. Остальное – диэлектрик.
Данная метачастица была расположена в трех положениях: вдоль оси OX; вдоль оси OY и в углах микрополосковой антенны. Для каждого случая был построен график ЭПР на фиксированных частотах (6 и 12 ГГц). Для наглядности (рис.2.5) представлена модель метачастицы в программе:
Рисунок 2.5 Модель метачастицы в программе FEKO
Далее рассмотрены 3 предложенных случая ориентации метачастиц:
Рисунок 2.6 Метачастицы ориентированы по углам
Рисунок 2.7 Метачастицы ориентированы вдоль оси OX
Рисунок 2.8 Метачастицы ориентированы вдоль оси ОY
Соответственно для всех трех вариантов были построены графики ЭПР, сведенные в один для наглядности вместе со случаем, когда метачистицы отсутствуют.
Рисунок 2.9 Общий график ЭПР на частоте 6 ГГц
Общий график ЭПР на частоте 12 ГГц
В процессе работы над практической частью выполнения поставленной задачи была смоделирована микрополосковая антенна вида (рис.2.1) и установлена геометрия одной из метачастиц (рис.2.4 и рис.2.5) для уменьшения ЭПР, которая размещалась на антенне в трех вариациях. Установлено, что спад ЭПР при угле
от 0 до 180 градусов наблюдается вплоть до 30 дБ без использования метачастиц. Из трех вариаций расположения наибольший эффект дало расположение по углам антенны, где удалось снизить ЭПР еще на 3 дБ в среднем. В целом можно сказать, что применение данной метачастицы не дало показательных результатов.
В дальнейшем планируется рассмотреть несколько других метачастиц с разной геометрией в применении их в комбинации друг с другом. Провести расчеты в заданном диапазоне частот (не на фиксированных частотах) и установить наилучший результат для применения в антенной решетке (АР), состоящей из микрополосковых излучателей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе были рассмотрены три условные группы по уменьшению ЭПР в антенных системах, которые изложены в изученной литературе. А также определена и поставлена задача по уменьшению ЭПР в микрополосковых антеннах с использованием метаматериала в диапазоне частот 6–12 ГГц. Таким образом, задачи, поставленные на практику, были выполнены в полном объеме.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Рисунок 1.5 Общий вид управляемой плоскослоистой среды (в разрезе):
1 – диэлектрические слои; 2 – неуправляемые слои; 3 – управляемый слой; 4 – экран
Недостатком этого способа является то, что ЭПР в отдельные промежутки времени снижаются только в пределах главного лепестка диаграммы направленности антенны. Ширина главного лепестка для апертурных антенн составляет доли или несколько градусов. Вне этого лепестка ЭПР антенны не снижается. Кроме того, в рабочие промежутки времени ЭПР не снижается принципиально.
В заключение еще раз можно отметить, что антенные системы вносят значительный вклад в радиолокационную заметность вооружения и военной техники. Антенные системы радиоэлектронного подавления и радиолокационной комплекса могут составлять 90% от общей ЭПР объекта. И в основном используются методы по сокращению количества используемых антенн и разрабатываются средства по уменьшению ЭПР всех типов антенных систем, которые применяются на различных объектах.
1.3 Выводы
При изучении теоретических сведений по данной теме были обнаружены и рассмотрены несколько методов по уменьшению ЭПР антенных систем. Методы первой группы основаны на экранировании антенн частотно-поляризационными селективными структурами с неизменяемыми во времени электродинамическими характеристиками, второй группы – на экранировании антенн структурами с неизменяемыми во времени электродинамическими характеристиками. Методы третьей группы объединены идеей микроминиатюризации антенных систем и совмещения их функций при сохранении требуемых рабочих характеристик.
2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Основой для уменьшения ЭПР в данной работе будет служить метаматериал. Данный подход является наиболее перспективным. Нужно построить модель микрополосковой антенны с тонким слоем метаматериала с уменьшенной радиолокационной заметностью. Заданная область частот находится в пределах от 6 до 12 ГГц. Необходимо выяснить в поставленном диапазоне частот влияние метаматериала на снижение ЭПР. Для построения модели и теоретических расчетов используются программные пакеты: FEKO и MATHCAD.
В данной работе сравниваются характеристики, преимущественно, графики ЭПР микрополосковой антенны, изготовленной по обычной технологии и микрополосковой антенны, в которой используется метаматериал.
В результате работы ожидается, что при использовании метаматериала в микрополосковых антеннах получится снизить эффективную поверхность рассеяния в заданном диапазоне частот.
2.1 Процесс решения задачи
В ходе работы будет рассматриваться несколько метачастиц для уменьшения ЭПР в широкой полосе частот, работающие в заданном диапазоне от 6 до 12 ГГц. Для установки влияния частиц на ЭПР будет использоваться приемная микрополосковая антенна, облучаемая заданным внешним источником. Предлагаемая антенна выполнена на диэлектрической подложке с диэлектрической проницаемостью
и тангенсом потерь . Имеет параметры С1 = 52.5 мм, A1 = 14.6 мм, B1 = 10.6 мм. Высота диэлектрической подложки составляет h = 0.8 мм. Ее структура была смоделирована с использованием программы моделирования FEKO. Рисунок 2.1 Микрополосковая антенна
На рис. 2.1 представлена антенна (вид сверху) без использования метачастиц. Их в последующем предполагается расположить на обратной ее стороне, которая представляет собой идеальный электрический проводник (металл).
Прежде чем применять метачастицы нужно построить график ЭПР антенны без них, а также дополнительно указать угол падающей волны, при котором будут строиться и рассматриваться последующие графики.
Рисунок 2.2 Окно задания параметров падающей волны
Угол места (
) задан от 0 до 180 градусов с шагом 10 для упрощения расчета. Азимут (
) не изменялся и равен 0 градусов. Расчет ЭПР при отсутствии метачастиц проводился на частоте 12 ГГц.
Рисунок 2.3 ЭПР антенны при отсутствии метачастиц
Из графика видно, что падение ЭПР наблюдается в пределах углов от 30 до 150 градусов, которое составляет около 30 дБ.
Теперь нужно добиться как можно большего уменьшения ЭПР при использовании метачастиц. Структура одной из них [12] представлена на рис.2.4
Рисунок 2.4 Модель метачастицы
Таблица 1 – Основные размеры метачастицы
| Параметры, мм |  |  |  |  |
| | 8.4 | 6.65 | 5.95 | 7 |
Сложная фигура представляет собой металл. Остальное – диэлектрик.
Данная метачастица была расположена в трех положениях: вдоль оси OX; вдоль оси OY и в углах микрополосковой антенны. Для каждого случая был построен график ЭПР на фиксированных частотах (6 и 12 ГГц). Для наглядности (рис.2.5) представлена модель метачастицы в программе:
Рисунок 2.5 Модель метачастицы в программе FEKO
Далее рассмотрены 3 предложенных случая ориентации метачастиц:
Рисунок 2.6 Метачастицы ориентированы по углам
Рисунок 2.7 Метачастицы ориентированы вдоль оси OX
Рисунок 2.8 Метачастицы ориентированы вдоль оси ОY
Соответственно для всех трех вариантов были построены графики ЭПР, сведенные в один для наглядности вместе со случаем, когда метачистицы отсутствуют.
Рисунок 2.9 Общий график ЭПР на частоте 6 ГГц
Общий график ЭПР на частоте 12 ГГц
2.2 Выводы
В процессе работы над практической частью выполнения поставленной задачи была смоделирована микрополосковая антенна вида (рис.2.1) и установлена геометрия одной из метачастиц (рис.2.4 и рис.2.5) для уменьшения ЭПР, которая размещалась на антенне в трех вариациях. Установлено, что спад ЭПР при угле
от 0 до 180 градусов наблюдается вплоть до 30 дБ без использования метачастиц. Из трех вариаций расположения наибольший эффект дало расположение по углам антенны, где удалось снизить ЭПР еще на 3 дБ в среднем. В целом можно сказать, что применение данной метачастицы не дало показательных результатов. В дальнейшем планируется рассмотреть несколько других метачастиц с разной геометрией в применении их в комбинации друг с другом. Провести расчеты в заданном диапазоне частот (не на фиксированных частотах) и установить наилучший результат для применения в антенной решетке (АР), состоящей из микрополосковых излучателей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе были рассмотрены три условные группы по уменьшению ЭПР в антенных системах, которые изложены в изученной литературе. А также определена и поставлена задача по уменьшению ЭПР в микрополосковых антеннах с использованием метаматериала в диапазоне частот 6–12 ГГц. Таким образом, задачи, поставленные на практику, были выполнены в полном объеме.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
-
Михайлов Г.Д., Сергеев В.И., Соломин Э.А., Воронов В.А. Методы и средства уменьшения радиолокационной заметности антенных систем. Зарубежная радиоэлектроника, 1994, № 4–5, с. 54–59. -
Сосновский А.А., Хаймович И.А. Радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов. – М.: Транспорт, 1987. -
Студопедия [Электронный ресурс] // ЭПР поверхностно распределенных целей [сайт]. URL: https://studopedia.ru/14_128813_epr-poverhnostno-raspredelennih-tseley.html (дата обращения 20.12.2021). -
Сколник М. И. Справочник по радиолокации. / Пер. с. англ. Под общей ред. Трофимова К. Н. В четырех томах. М.: Сов. Радио. – 1976–1978 гг. -
Antenna Scattering Radar Cross Section Handbook, vol. 2, N.Y., by ed. G.T. Ruck, 1970. -
Бененсон Л.С., Фельд Я.Н. – Радиотехника и электроника, 1988, т. 33, № 2. -
Радиоэлектроника за рубежом, 1985, № 26 (1050), с. 5–7. -
Карпов В.Н. Современные проблемы радиоэлектроники. Тезисы докладов – М.: МЭИ, 1988. -
James J.R., Amin M.B. – Radio and Electron. Eng., 1981, vol. 51, N. 5, pp. 219-225. -
Flick E.A., Kozakoff D.J. – Pros. SOUTHEASTCON-74, Rea.3 Conf.: Invent. Model Future, Orlando, Fla. – N.Y., 1974, pp. 46-49. -
Сергеев В.И. Антенная система для приема и обработки ШПС Авт. свид. № 265443, 1987. -
Priyanka R. Ravi, Libimol V.A., Sreelatha K.K., Nisamol T.A., Dr. C.K. Aanandan, - Low RCS Microstrip Patch Antenna Using Complementary Split-Ring Resonators, 2017, Department of Electrical & Electronics Engineering, College of Engineering Perumon, Kollam, India.