АННОТАЦИЯ
Грецких Д.В. Энергетические характеристики крупноапертурных антенн-выпрямителей при несоосном расположении передающей и приемной апертур в зоне Френеля. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.07 – антенны и устройства микроволновой техники. – Харьковский национальный университет радиоэлектроники, г. Харьков, 2003.
В диссертации представлено решение научной задачи усовершенствования моделей крупноапертурных ректенн в зоне Френеля, позволяющих, по сравнению с ранее известными, провести достоверные расчеты их энергетических характеристик в СВЧ – КВЧ диапазонах частот при несоосном размещении относительно передающей апертуры.
В работе показано, что разработка ректенн, как ключевых элементов систем БПЭ, перспективна в миллиметровом диапазоне волн. Однако теория и техника ректенн в этом диапазоне волн слабо развита даже для случая соосных апертур системы БПЭ. Поэтому в работе проведен ряд исследований, направленных на развитие методов анализа энергетических характеристик крупноапертурных ректенн в случае соосных апертур, как необходимой основы для перехода к решению задачи об определении характеристик ректенн с несимметрично возбуждаемой несоосной апертурой.
Предложена приближенная модель ПВЭ, как ячейки периодичности ректенн микроволнового диапазона, основанная на методе гармонического баланса и учитывающая влияние паразитных элементов корпуса диодов Шоттки и их сопротивление потерь. Это позволяет на предварительных этапах проектирования ректенн существенно упростить решение неоднозначной задачи настройки входной цепи ПВЭ в резонанс и обоснованно принимать решение по выбору конфигурации излучающей системы КРС.
Конкретизированы пути построения ПВЭ ректенн миллиметрового диапазона волн. Показано, что в качестве излучающей структуры антенн-выпрямителей предпочтительней применять структуры типа “сетка” по таким причинам: квадратичное фазовое распределение поля падающей волны слабо влияет на входной импеданс ячеек Флоке сеточной структуры, расположенных на различных участках (в различных квадрантах) апертуры ректенной решетки; это существенно упрощает конструкцию ректенн, т.к. отпадает необходимость настройки в резонанс для каждой подрешетки; площадь настроенной в резонанс ячейки Флоке сеточной структуры много меньше квадрата длины волны, что позволяет достичь больших значений мощности постоянного тока, “снимаемой” с 1 м2 апертуры (6,926 кВт/м2) за счет плотного размещения диодов Шоттки; при использовании в сеточных КРС корпусных диодов Шоттки за счет их паразитных элементов входное сопротивление ячеек периодичности на частотах высших гармоник существенно снижается, что позволяет достичь хорошего уровня подавления побочного излучения порядка -50 дБ.
Предложен новый подход к построению систем БПЭ, позволяющий повысить их результирующий ККД за счет возбуждения приемно-выпрямительной апертуры полем с амплитудным распределением, максимально близким к равномерному. Апертурным методом решена задача синтеза такого амплитудного распределения при заданной геометрии системы БПЭ. Получены ранее не известные формулы для расчета КПД выпрямления, сбора и мощности побочного излучения, учитывающие влияние квадратичности фазового распределения по апертуре ректенны и позволяющие быстро оценить предельные возможности КРС по энергетическим характеристикам.
Проведены численные исследования систем БПЭ при возбуждении апертуры ректени гауссовским и синтезированным (максимально близким к равномерному) полем. Показано, что система БПЭ второго варианта эффективней с точки зрения результирующего КПД.
Впервые решена задача определения энергетических характеристик КРС как на основной частоте, так и на частотах гармоник в зависимости от степени несоосности апертур системы БПЕ при неизменном АФР передающей антенны. Изучено влияние степени несоосности приемной и передающей антенны на эффективность систем БПЭ. Численные исследования показали, что несоосное размещение апертур передающей антенны и ректенны существенно ухудшает результирующий КПД системы БПЭ. При этом каждая из составляющих фактически равноправно влияет на общий негативный результат. Впервые показано, что при реализации систем БПЭ не следует допускать несоосность апертур более 40 %, т.к. при больших значениях несоосности КПД системы БПЕ резко уменьшается. При росте величины несоосности апертур до 40 % результирующий КПД плавно уменьшается и суммарные потери не превышают 25 %.
Достоверность численных исследований подтверждена экспериментальными данными.
Ключевые слова: крупноапертурная ректенна, КПД перехвата, выпрямления и сбора, побочное излучение, приемно-выпрямительный элемент, диод Шоттки, несоосность апертур, моделирование, численный и натурный эксперимент.
ANNOTATION
Gretskih D.V. Energy performances large aperture antennas-rectifiers at a not coaxial arrangement of transmiting and receiving apertures in a Fresnel zone. - the Manuscript.
The dissertation on competition of a scientific degree of cand. tech. sci. on a speciality 05.12.07 - antennas and devices of microwave technique. - the Kharkov national university of a radioelectronics, Kharkov, 2003.
In the dissertation the solution of a scientific problem of betterment of models к large aperture rectenas in a Fresnel zone, allowing is submitted, in comparison with earlier known to lead reliable calculations of their energy performances in the microwave frequency bands at not coaxial arrangement concerning transmiting aperture. In operation it is shown, that development rectenas as key devices of systemsWPT, it is perspective in a millimeter wave band. The approximate model of a RRE, as meshes of periodicity rectenas a microwave region, taking into account influence of parasitic devices of a housing of diodes Schottky and their resistance of losses is offered. The new approach to build-up of systems WPT is offered, allowing to raise(increase) their resulting efficiency due to excitation of the RRE aperture by a field with peak allocation, is maximum the close to the uniform. The problem of definition of energy performances large aperture rectenas systems both on the basic frequency, and on frequencies of harmonics for the first time is solved depending on a degree no axial apertures of system WPT at constant peak - phase allocation of a transmitting antenna.
Key words: large aperture rectena, efficiency of interception, a rectification and gathering, the secondary radiation, the diode Schottky, non axial apertures, model operation, numerical and natural experiment.
| 
