Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2018, № 9 · ELECTRODYNAMICS

Синтез и анализ бифокальных двухзеркальных систем

V.A. Kaloshin1, D.T. Le2

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 Московский физико-технический институт (ГУ), 141700, Московская обл., г. Долгопрудный, Институтский пер. 9
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2018.9.13 UDC 621.396.67 EDN YASPNB

Abstract

A technique is developed for the synthesis of bifocal two-mirror systems that convert two divergent cylindrical waves into convergent or flat ones. The technique is based on the well-known approach with setting the initial portion of the mirrors surface and sequentially finding other areas. The technique ensures the smoothness of the obtained solution. As an example, we synthesized two variants of bifocal two-mirror systems with different sets of parameters and an analysis of their aberrations. Analysis of aberrations showed that the lens, which forms flat fronts at the output, has a mean-square aberration 5.10-4, and for a lens with symmetrical focal curves it is 3.5.10-3.Using the finite element method, a numerical study of the scanning characteristics of a planar bifocal two-mirror antenna was carried out. A numerical experiment was performed to confirm the scanning properties of the synthesized two-mirror systems. A cylindrical two-mirror antenna with a width of 160 mm and a height of 1.7 mm was located inside a planar metal waveguide of the same height and was excited by an H- sectorial horn with an input section of 7.2 × 1.7 mm and an output cross-section of 14 × 1.7 mm at a frequency of 37.5 GHz. The geometry of the focal curve was obtained by optimization by the criterion of maximum gain. In this case, the direction of the axis of the horn radiator was also optimized. Losses in metal were not taken into account in the calculation. The antenna efficiency is more than 0.8 in the sector of angles ± 25 degrees.

  • двухзеркальные системы
  • бифокальные системы
  • планарные антенны
  • аберрации
  • сканирование
  • two-mirror systems
  • bifocal systems
  • planar antennas
  • aberrations
  • scanning
Аннотация (на русском)

Синтез и анализ бифокальных двухзеркальных систем

Развита методика синтеза бифокальных двухзеркальных систем, преобразующих две расходящиеся цилиндрические волны в сходящиеся или плоские. Методика основана на известном подходе с заданием начального участка зеркала и последовательного нахождения других участков. Методика обеспечивает гладкость полученного решения. В качестве примера проведен синтез двух вариантов бифокальных двухзеркальных систем с разными наборами параметров и анализ их аберраций. С использованием метода конечных элементов проведено численное исследование характеристик сканирования планарной бифокальной двухзеркальных антенны.

For citation

Kaloshin V.A., Le D.T. Синтез и анализ бифокальных двухзеркальных систем // Journal of Radio Electronics. – 2018. – No. 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.9.13

References

  1. Rao B.L.J., Wolf E.A., Schmidt R.F. Bifocal dual reflector antenna // Proc. of IEEE AP-S Int. Simp. - 1972. - V.10.- P.225.
  2. Kujiazawa H., Karikomi M. Multiple-beam antenna for domestic communication satellites // IEEE Trans. on AP. - 1973. - vol. 21. - C. 876-878.
  3. Rao B.L.J. Bifocal dual reflector antenna // IEEE Trans. on AP. - 1974. - vol.22. - P. 711-714.
  4. Галимов Г.К., Кузнецов Л.Н. К расчету профилей бифокальных двухзеркальных апланатических антенн // Радиотехника. - 1975. - № 5, т. 10. - C. 43-48.
  5. Кинбер Б.Е., Классен В.И., Стеблин В.И. К теории бифокальных систем //В кн.: Волны и диффракция. М.: ИРЭ АН СССР. - 1981. - C. 101-104.
  6. Rappaport C.M. The Offset Bifocal Reflector Antenna // in Proc. Int. IEEE APS Symp. - 1982. - P. 265-268.
  7. Кинбер Б.Е., Классен В.И., Стеблин В.И. Теория трехмерных бифокальных антенн // Радиотехника и электроника. - 1983. - вып. 8. - C. 1509-1517.
  8. Rappaport C.M. An Offset Bifocal Reflector Antenna Design for Wide-Angle Beam Scanning // IEEE Trans. on AP. - 1984. - vol. 32. - C. 1196-1204.
  9. Вааз И.Л., Кинбер Б.Е. Полифокальные системы - метод согласованных отображений // Радиотехника и электроника. - 1986. - вып. 8. - C. 1507-1515
  10. Бодулинский В.К. Трехмерные симметричные бифокальные системы // Компьютерная оптика. - 1987. - № 1. - C. 79-84.
  11. Классен В.И., Кинбер Б.Е., Шишлов А.В., Тоболев А.К. Гибридные и полифокальные антенны. Обзор // Антенны. - 1987. - № 34. - C. 3- 24.
  12. Shishlov A.V., Shitikov A.M. Multibeam offset reflector antenna with wide field of view in one plane // in Proc. of 27 Sci. Conf. on Antenna Theory and Technology. - Moscow, 1994. - P. 227-230.
  13. Lorenzo M.E., Rappaport C.M., Pino A.G. A bifocal reflector antenna with Gregorian configuration // in Proc. Int. IEEE APS Symp. - 1996. - vol. 1. - P. 234-237.
  14. Rappaport C.M., Craig W.P. High aperture efficiency symmetric reflector antennas with up to 60° field of view // IEEE Trans. on Antennas and Propag. 1991. V. AP-39. No. 3. P. 336-344.
  15. Craig W.P., Rappaport C.M., Jeffrey S.M. A high aperture efficiency, wide angle scanning offset reflector antenna // IEEE Trans. on Antennas and Propag. - 1993. - vol. 41, no. 11. - C. 1481-1490.
  16. Pino A.G., et al. A Shaped Dual-Reflector Antenna with a Tilting Flat Subreflector for Scanning Applications // IEEE Trans. on AP. - 1995. - vol. 43, no. 10. - P. 1022-1028.
  17. Lorenzo M.E., Rappaport C.M., Pino A.G. An offset bifocal reflector antenna with Gregorian configuration // in Proc. Int. IEEE APS Symp. - 1997. - vol. 3.- P. 1655-1658.
  18. Pino A.G., et al. Reflector antenna solutions for multisatellite DBS reception // in Proc. of IEEE AP-S Intern. Symp. - 2001. - vol. 2. - C. 284-287.
  19. Garcia-Pino A., Llombart N., Gonzalez-Valdes B., Rubinos-Lopez O. A bifocal ellipsoidal Gregorian reflector system for THz imaging applications // IEEE Trans. on AP. - 2012. - vol. 60, no. 9. - P. 4119-4129.
  20. Antonio García-Pino, Borja Gonzalez-Valdes Beatriz, Mencia-Oliva Jesús Graj al. de la Fuente and others. Bifocal Reflector Antenna System for Radar Imaging at 300 GHz // 2013 7th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP), pp. 3814 - 3818, April 2013.
  21. Plastikov A.N. A High-Gain Multi-beam Bifocal Reflector Antenna with 40° Field of View for Satellite Ground Station Applications // IEEE Trans. on Antennas and Propag. 2016. V. 64. N.7. P. 3251 - 3254.
  22. Deliang Zhou, Liwei Hou, Yi Yuan, Yuanzhang Zang, Xuecou Tu, Jian Chen, and Peiheng Wu, "Bifocal dual reflector system for active terahertz imaging", Appl. Opt. 2018. - V. 57. - P. 3224-3230.
  23. Л.Э.Эльсгольц, С.Б.Норкин. Введение в теорию дифференциальных уравнений с отклоняющимся аргументом. М.: Наука. 1971.