ПРОФИЛИРОВАНИЕ РЕФЛЕКТОРА ЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННЫ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАДАННОГО КОНТУРА ГЛАВНОГО ЛЕПЕСТКА ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ
Аннотация
При построении комплексов спутниковой связи требуется обеспечение заданного уровня ко-
эффициента усиления бортовой антенны в строго определенной области покрытия и значитель-
но более низкого уровня вне этой области. Граница области покрытия при этом может иметь
сложную, но неизменную в течение всего периода эксплуатации форму. Для удовлетворения дан-
ных требований применяются, в том числе, зеркальные антенны с профилированным рефлекто-
ром, в которых закон профилирования поверхности описывается гладкими аналитическими функ-
циями. Однако при формировании контурной диаграммы направленности с более сложной формой
сечения главного лепестка требуемое фазовое распределение может иметь разрывы при переходе
через период 2π, которые не могут быть аппроксимированы гладкими функциями без искажений. В данном случае известные подходы к профилированию рефлекторов зеркальных антенн не позво-
ляют синтезировать диаграмму направленности с заданным качеством. Целью работы являлось
построение рефлектора зеркальной антенны с одиночным облучателем, обеспечивающей форми-
рование диаграммы направленности с заданными параметрами. Для достижения поставленной
цели решены следующие задачи: 1. Разработка алгоритма определения профиля рефлектора зер-
кальной антенны с учетом требуемой формы границы обслуживаемой территории и заданного
закона распределения коэффициента усиления; 2. Проведение численных исследований по построе-
нию профиля рефлектора. В ходе проведенных исследований разработан алгоритм определения
профиля рефлектора зеркальной антенны, который позволяет формировать на апертуре антен-
ны распределение поле, соответствующее диаграмме направленности с требуемыми параметра-
ми. Для этого выполнен расчет распределения поля на плоскости, и синтезирована поверхность
рефлектора на основании результатов расчета. Проведенные численные исследования подтверди-
ли возможность построения зеркальной антенны, обеспечивающей формирование диаграммы
направленности с заданными параметрами.
Литература
bifocal two-mirror systems], Zhurnal radio-elektroniki [Journal of Radio Electronics], 2018, No. 9.
DOI: 10.30898/1684 1719.2018.9.13.
2. Kaloshin V.A., Frolova E.V. Sintez trekhzerkal'noy sistemy s zadannoy formoy glavnogo zerkala po
fazovomu frontu i zakonu otobrazheniya [Synthesis of a three-mirror system with a given shape of the
main mirror along the phase front and the law of mapping], Radiotekhnika i elektronika [Journal of
Communications Technology and Electronics], 2019, Vol. 64, No. 9, pp. 887-890. DOI:
10.1134/S0033849419080072.
3. Kaloshin V.A., Popov A.P. Geometroopticheskiy sintez ostronapravlennykh dvukhzerkal'nykh antenn
[Geometrooptic synthesis of highly directional two-reflector antennas], Radiotekhnika i elektronika
[Journal of Communications Technology and Electronics], 1981, No. 9, pp. 1816-1818.
4. JiXiang Wan, Tao Yan, Feng Wang. A Hybrid Reflector Antenna for Two Contoured Beams With Different
Shapes, IEEE Antennas and wireless propagation letters, 2018, Vol. 17, No. 7, pp. 1171-1175.
DOI: 10.1109/LAWP.2018.2836927.
5. Bylov A.A., Salomatov Yu.P. Diagrammoobrazuyushchaya skhema odnozerkal'noy antenny
Kudiapazona na osnove planarnoy fazirovannoy antennoy reshetki otrazhatel'nogo tipa [Diagramming
diagram of a single-mirror Ku-band antenna based on a planar phased antenna array of reflective type],
Doklady TUSURa [Proceedings of TUSUR University], 2016, Vol. 19, No. 3, pp. 11-15. DOI:
10.21293/1818 0442 2016 19 3 11 15.
6. Zhenqin Zheng, Long Zhang, Xianting Xie, Qingwei Ji, Hui Chen, Chunxu Mao. Single-Feed
Reflectarray Antenna with Eight Beams for Satellite Communications, IEEE 4th International Conference
on Electronic Information and Communication Technology, 2021, pp. 658-661. DOI:
10.1109/ICEICT53123.2021.9531087.
7. Bankov S.E, Kaloshin V.A., Frolova E.A. Optimizatsiya planarnykh zerkal'nykh sistem po
sovokupnosti pokazateley kachestva [Optimization of planar reflector systems for a set of quality indices],
Radiotekhnika i elektronika [Journal of Communications Technology and Electronics], 2014,
Vol. 59, No. 11, pp. 1090-1101. DOI: 10.7868/S0033849414100027.
8. Yukhanov Y. and Privalova T. Synthesis of a Twist Structure from a Given Multibeam Scattering Diagram,
2023 International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA), Venice,
Italy, 2023, pp. 135-138. DOI: 10.1109/ICEAA57318.2023.10297754.
9. Florencio R., Encinar J.A., Boix R.R., Losada V., and Toso G. Reflectarray antennas for dual polarization
and broadband telecom satellite applications, IEEE Transactions on antennas and propagation,
2015, Vol. 63, No. 4, pp. 1234-1246. DOI: 10.1109/TAP.2015.2391279.
10. Daniel R. Prado, Manuel Arrebola, Marcos R. Pino, George Goussetis. Contoured-Beam Dual-Band
Dual-Linear Polarized Reflectarray Design Using a Multiobjective Multistage Optimization, IEEE
Transactions on antennas and propagation, 2020, Vol. 11, No. 68, P. 7682-7687. DOI:
10.1109/TAP.2020.2993014.
11. Vorontsov M.A., SHmal'gauzen V.I. Printsipy adaptivnoy optiki [Principles of adaptive optics]. Moscow:
Nauka, 1985, 336 p.
12. Uzolin E.Yu., Kryukov I.G. Sintez profilya poverkhnosti reflektorov odnozerkal'nykh konturnykh
antenn s ispol'zovaniem polinomov TSernike [Synthesis of the surface profile of reflectors of singlemirror
contour antennas using Zernike polynomials], Doklady Tomskogo gosudarstvennogo
universiteta sistem upravleniya i radioelektroniki [Reports of Tomsk State University of Control Systems
and Radioelectronics], 2012, No. 3, pp. 92-95.
13. Mishchenko E.N., Mishchenko S.E. Rekurrentnyy algoritm vychisleniya radial'nykh funktsiy polinomov
Tsernike [Recurrent Algorithm for Calculation of the Radial Functions of Zernike Polynomials], Vestnik
RGUPS [Bulletin of the Rostov State University of Railways], 2017, No. 1, pp. 121-127.
14. Bezuglov D.A., Zabrodin R.A. Metodika approksimatsii gibkogo adaptivnogo zerkala ogranichennym
chislom polinomov Tsernike [Metodika approksimacii gibkogo adaptivnogo zerkala ogranichennym
chislom polinomov Cernike], Optika atmosfery i okeana [Optics of the atmosphere and ocean], 2006,
Vol. 19, No. 9, pp. 810-814.
15. Manuilov B.D. Bashly P.N. Bezuglov Yu.D. Algoritm upravleniya mnogofunktsional'nymi antennymi
reshetkami na osnove metoda partsial'nykh diagramm [Algorithm for controlling multifunctional antenna
arrays based on the method of partial diagrams], Antenny [Antennas], 2005, No. 9, pp. 72-81.
16. Zelkin E.G., Sokolov V.G. Metody sinteza antenn [Methods of antenna synthesis]. Moscow: Sovetskoe
radio, 1980, 295 p.
17. Kaloshin V.A., Popov A.P. O sinteze dvukhzerkal'nykh antenn po amplitudnoy diagramme
napravlennosti [On the synthesis of two-reflector antennas by amplitude pattern], Radiotekhnika i
elektronika [Journal of Communications Technology and Electronics], 1982, No. 6, pp. 1110-1119.
18. Zelkin E.G., Kravchenko V.F., Gusevskiy V.I. Konstruktivnye metody approksimatsii v teorii antenn
[Constructive methods of approximation in antenna theory]. Moscow: SAYNS-PRESS, 2005, 512 p.
19. Rafael A. Penchel, José R. Bergmann, Fernando J. S. Moreira. Shaping Single Offset Reflector Antennas
Using Local Axis-Displaced Confocal Quadrics, Hindawi Publishing Corporation International
Journal of Antennas and Propagation, 2016, pp. 1-9. DOI: 10.1155/2016/4715681.
20. Venetskiy A.S., Kaloshin V.A. Fazovoe, luchevoe i amplitudnoe raspredelenie polya v
osesimmetrichnoy dvukhzerkal'noy teleskopicheskoy sisteme pri smeshchenii obluchatelya iz fokusa
[Phase, radial and amplitude distribution of the field in an axisymmetric two-reflector telescopic system
when the irradiator is displaced from focus], Reports of the VI All-Russia conference «Radar and
radio communication». Moscow, 2012, Vol. 2, pp. 250-254.
21. Semenov B.V., Chernykh N.I., Pleshchev V.M. New method of reflector surface shaping to produce a
prescribed contour beam, Ural mathematical journal, 2017, Vol. 3, No. 2, pp. 143-151. DOI:
10.15826/umj.2017.2.015.
22. Zanin K.M. Kriteriy effektivnosti primeneniya antenn s konturnymi diagrammami napravlennosti v
sostave bortovykh kompleksov sistem sputnikovoy svyazi [The Criterion of the Efficiency of Use of
Antennas with Contour Beams in Satellite Communication Systems], Sistemy upravleniya, svyazi i
bezopasnosti [Systems of Control, Communication and Security], 2024, No. 2, pp. 1-13. DOI:
10.24412/2410-9916-2024-2-001-013.
23. Poulton G.T., Hay S.G. Shaped reflector synthesis by successive projections, IEEE Antennas and
propagation Society International Symposium, 1992 Digest, pp. 363-366. DOI:
10.1109/APS.1992.221924.
24. Shishlov A.V. Zerkal'nye antenny s konturnymi diagrammami napravlennosti – effektivnost' i
predel'nye vozmozhnosti [Reflector antennas with contoured beams: efficiency and limiting capability],
Radiotekhnika [Radio engineering], 2006, No. 4, pp. 45-50.
