Разработка волноводно-щелевых антенных решеток через взаимодополнение программ CST Microwave Studio и КОМПАС-3D
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-2-69-80Ключевые слова:
коэффициент стоячей волны, согласование, электромагнитное моделирование, многоканальный делитель мощности, волноводно-щелевые антенные решетки, устройства СВЧАннотация
Рассмотрены основные шаги методики разработки сложных волноводно-щелевых антенных решеток с помощью взамодополняющего применения программы проектирования КОМПАС-3D и электромагнитного моделирования CST Microwave Studio. Изложение шагов методики проводится на примере конструктивно-сложной волноводно-щелевой антенной решетки Kа - диапазона с размерами (117 ´ 30 мм) и двумерным массивом из 64 (2 ´ 8 ´ 4) щелевых излучателей. Для облегчения процесса синтеза конструктивных параметров таких решеток предложено применять трехэтапный процесс: 1) проектирование щелевых антенных излучающих модулей с настройкой на заданный частотный диапазон работы; 2) разработка для них согласованного многоканального делителя мощности; 3) объединение антенных модулей и разветвленного делителя мощности в эффективную антенную решетку с дополнительной подстройкой параметров их согласования. В соответствии с этой последовательностью в рассмотренном примере на первом этапе модуль антенного излучателя с четырьмя щелями спроектирован в программе CST Microwave Studio. После этого на втором этапе спроектирован сложный многоканальный волноводный делитель мощности. Он сначала прорисован в программе КОМПАС-3D с последующим импортированием и расчетом в программе CST Microwave Studio. На заключительном, третьем этапе выполнена сборка и моделирование всей волноводно-щелевой антенной решетки в CST Microwave Studio. При этом полученная диаграмма направленности излучения антенной решетки, функции распределения электромагнитного поля в волноводном тракте и другие электромагнитные характеристики соответствовали требуемым. В то же время наблюдалось малое смещение по коэффициенту стоячей волны (КСВ) рабочей частоты согласования, а также некоторое ухудшение КСВ. Это объясняется тем, что увязка моделей антенных излучателей и волноводного распределителя мощности выполнялась «по идеальным портам». В то же время реальные значения входных сопротивлений в указанных плоскостях собранной конструкции несколько отличаются от идеальных значений. Поэтому для завершения процесса конструктивного синтеза антенно-щелевой решетки следует использовать два подхода: 1) при необходимости сдвига рабочей частоты лучше провести дооптимизацию конструктивных параметров по критерию улучшения согласования; 2) для уменьшения значения КСВ лучше улучшить согласование антенной решетки на ее входе путем настройки согласующего устройства.Библиографические ссылки
Liang Liu, Yu Yang, Shifeng Li, Xianghe Fang, Fanbao Meng, and Chuan Yu. A 3D Printed Ka-Band High-Efficiency Wide-Slit Antenna Array for High-Power Microwave Applications // Hindawi, International Journal of Antennas and Propagation, 2022, Article ID 2653410, 8 p. https://doi.org/10.1155/2022/2653410.
Курушин А. А. Проектирование СВЧ-устройств в CST studio suite. М.: Солон-Пресс, 2018. 428 с.
Фатеев А. В. Применение ПО CST Microwave Studio для расчёта микроволновых антенн и устройств СВЧ. Томск: ТУСУР, 2017. 121 с. URL: https://edu.tusur.ru/publications/4877.
Чагина А. В., Большаков В. П. 3D-моделирование в КОМПАС-3D версий v17 и выше. Санкт-Петербург: Питер, 2021. 256 с.
Кочетков В. А., Солдатиков И. В. Численные методы и инструменты моделирования антенных решеток РЭС СВЧ-диапазона // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 9. С. 91-100.
Shahrubudin N., Lee T. C., and Ramlan R. An overview on 3D printing technology: technological, materials, and applications, Procedia Manufacturing, 2019, vol. 35, pp. 1286-1296.
Jiang X., Jia F., and Huang Y. P. J. X. Ka-band 8 × 8 lowsidelobe slot antenna array using a 1-to-64 high-efficiency network designed by new printed RGW technology, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2019, vol. 18, no. 6, pp. 1248-1252.
Разработка антенной решетки в терагерцовом диапазоне / М. С. Мякишева, К. И. Кисиленко, Е. П. Тимофеев // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2018. № 1 (45). С. 111-122.
Земляков В. В., Заргано Г. Ф. Волноводные селективные устройства. Ростов на Дону; Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2019. 310 с.
Методы анализа волноводных линий передачи / Н. С. Архипов, С. Н. Архипов, И. С. Полянский, А. М. Сомов. М.: Горячая линия - Телеком, 2017. 114 с.
Yunqing Cao, Menglong Wang, Daoyuan Sun, and Dan Shan. A Novel Miniaturized Four-Ridged Horn Antenna with Enhanced Gain // Hindawi, International Journal of Antennas and Propagation, 2021, Article ID 8143395, 7 p. URL: https://doi.org/10.1155/2021/8143395.
Zhao X., Yuan C., and Zhang J., Zhang Q. Design of a beam scanning metamaterial antenna with polarization transform for high-power microwave application," Microwave and Optical Technology Letters, vol. 62, October 2020.
Sun Y., He J., Yuan C., and Zhang Q. X. L. Ku-band radialline continuous transverse stub antenna with transmit-array lens for high-power microwave application, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2020, vol. 68, no. 3, pp. 2050-2059.
Balzovsky E. V., Buyanov Y. I., Koshelev V. I., and Nekrasov E. S. Ultrawideband combined antenna with improved matching, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, vol. 363, Article ID 012002.
Шаров Г. А. Волноводные устройства сантиметровых и миллиметровых волн. М.: Горячая линия - Телеком, 2022. 638 с.
Мануилов М. Б. Волноводные антенные решетки и устройства СВЧ. Ростов на Дону; Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2021. 316 с.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2023 Н М Татаркин, Е М Зайцева, К В Шишаков
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.