УДК
621.396
Расчет поля излучения цилиндрической линзы Люнебурга
на основе функций Грина радиально-неоднородных сред
А.
Н. Коротков, Ю. Е. Мительман, В. А. Чечеткин, С. Н. Шабунин
Уральский
федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина,
620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19
Статья
поступила в редакцию 7 декабря 2016 г., после доработки – 10 февраля 2017 г.
Аннотация.
Предложена методика расчета поля излучения цилиндрической линзы Люнебурга,
основанная на аппарате тензорных функций Грина цилиндрических радиально
слоистых магнито-диэлектрических структур. В качестве источников поля
рассмотрены электрический и магнитный диполи, а также их комбинации. Для
описания радиально неоднородной структуры линзы использована модель отрезков
радиальных линий электрического и магнитного типа, матрицы передачи отрезков
линий и границ между слоями. Для расчета поля антенны в дальней зоне
использован метод перевала. Предложенный подход позволил реализовать компактные
алгоритмы и быстро работающие программы на их основе. Проведено сравнение
разных видов дискретизации структуры линзы по толщине и диэлектрической
проницаемости слоев и предложены конструкции, обеспечивающие максимальное
значение коэффициента усиления при минимуме числа слоев. Приведены графики зависимости
коэффициента усиления от способа разбиения структуры линзы и числа слоев и
диаграммы направленности линзы Люнебурга, облучаемой элементом Гюйгенса.
Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации структуры линзы
по требуемым полевым характеристикам, а также могут рассматриваться как первое
приближение структуры линзы для создания модели антенной системы с учетом
конструкций конкретных облучателей в пакетах электромагнитного моделирования.
Ключевые
слова: Линза Люнебурга, функции Грина, электромагнитное поле,
цилиндрическая линза, слоистые структуры, способы разбиения на слои,
коэффициент усиления, диаграммы направленности.
Abstract.
The method of calculation of radiation characteristics of cylindrical Luneburg
lens, based on the Green's functions for cylindrical radially layered
magneto-dielectric structures is proposed in this paper. Electric, magnetic
dipoles and their combinations as field sources are discussed. Segments of
radial lines of electric and magnetic type, the matrix of transmission line
segments and boundaries between layers are used as a model of radially
inhomogeneous structure of the lens. For the calculation of the far field
characteristics of the antenna the method of steepest descent is used. The
proposed approach allowed creating compact and fast algorithms and programs
based on them. Comparison of different types of partitioning of the lens
structure based on the thickness and dielectric permittivity of the layers is
presented and designs, providing maximum gain with the minimum number of
layers, are proposed. Luneburg lens gain and radiation pattern for a Huygens
element as a radiator are shown. The results can be used to optimize the
structure of the lens according to the desired field and polarization
characteristics, and can be considered as a first, but sufficiently accurate,
approximation for electromagnetic simulators which takes into account the
specific design of the radiators.
This paper is dedicated to the proposed
method of calculation of the antenna parameters for Luneburg lens with
radiators of different types. The algorithm is based on Green’s function method
for radially layered structures. Fig. 2 presents different types of
partitioning of the lens. The comparison of gain of the system for different
types of partitioning and size of the lens are shown in Fig. 3. The calculated
radiation patterns are presented in Fig. 6 and 7.
Key
words: Luneburg lens, Green's function,
radiation field, cylindrical lens, layered structure, antenna gain, radiation
pattern.
Ссылка
на статью:
А.Н.Коротков,
Ю.Е Мительман, В.А.Чечеткин, С.Н.Шабунин. Расчет поля излучения цилиндрической
линзы Люнебурга на основе функций Грина радиально-неоднородных сред. Журнал
радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. №2. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/feb17/8/text.pdf