Методика изготовления линзы Люнеберга для увеличения эффективной площади рассеяния малых беспилотных летательных аппаратов

D. V. Denisov, M. G. Gizatullin, A. V. Chernetsky, I. O. Skumatenko, V. O. Fadeev, R. Y. Grishin

Аннотация


В статье рассмотрены вопросы выбора параметров многослойной сферической линзы Люнеберга (ЛЛ) при ее реализации с помощью аддитивных технологий. Проанализировано влияние электрических размеров и способа аппроксимации ЛЛ на ее электродинамические характеристики. Приведены зависимости затрат вычислительных ресурсов при анализе многослойных сферических структур такого типа. Предложены параметры слоев, обеспечивающие достижение оптимальных характеристик ЛЛ при меньшем числе разбиения тела линзы на слои. Описан порядок действий, необходимый для реализации ЛЛ методом 3D-печати. Предложена конструкция слоев многослойной линзы в виде многогранника Голдберга. Данные экспериментальных исследований подтвердили результаты расчетов и моделирования.

Ключевые слова


беспилотный летательный аппарат; линза; линза Люнеберга; диаграмма рассеяния; электродинамическое моделирование; высокочастотный структурный симулятор; HFSS; эффективная площадь рассеяния

Полный текст:

PDF

Литература


Luneburg R. K. Mathematical Theory of Optics. Providence, Rhode Island, USA: Brown University; 1944. 401 p.

Knott E. F., Shaeffer J. F., Tuley M. T. Radar cross section. 2nd ed. SciTech Publishing, Inc.; 2004. 611 p.

How and why Russia uses Luneburg lenses in drones and whether the armed forces of Ukraine have them. Defense Express. URL: https://en.defence-ua.com/weapon_and_tech/how_and_why_russia_uses_luneburg_lenses_in_drones_and_whether_the_armed_forces_of_ukraine_have_them-12265.html#:~:text=This%20is%20not%20a%20new,training%20air%20defense%20system%20crews (accessed: 13.03.2025).

Денисов Д. В., Носков В. Я., Кусайкин Д. В., Малкин А. И., Скуматенко И. О. Выбор параметров многослойной сферической линзы Люнеберга при ее реализации посредством аддитивных технологий. Ural Radio Engineering Journal. 2023;7(4):343–374. DOI 10.15826/urej.2023.7.4.001.

Fuchs B., Le Coq L., Lafond O., Rondineau S., Himdi M. Design optimization of multishell Luneburg lenses. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2007;55 (2):283–289. DOI 10.1109/TAP.2006.889849.

GreenTensor. GitHub — Build and ship software on a single, collaborative platform. URL: https://github.com/Den1sovDm1triy/GreenTensor (accessed: 20.03.2025).

Wang C., Wu J., Guo Y. -X. A 3-D-printed wideband circularly polarized parallel-plate Luneburg lens antenna. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2020;68(6):4944–4949. DOI 10.1109/TAP.2019.2955222.

Sayanskiy A., Glybovski S., Akimov V. P., Filonov D., Belov P., Meshkovskiy I. Broadband 3-D Luneburg lenses based on metamaterials of radially diverging dielectric rods. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2017;16:1520–1523. DOI 10.1109/LAWP.2016.2647383.

Аки М., Монде Х., Табути А., Тати Й., Каваками С., Курода М., Кисимото Т., Кимура К.; Оцука Кемикал Ко., Лтд. (JP), Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. (JP). Диэлектрическая полимерная пена и линза для радиоволн с ее использованием. Патент РФ № RU2263124С2. Опубл. 27.10.2005, бюл. № 30.

Schell H. W. Luneberg linsen antennen fur nachrichtensatelliten. Raumfahrtforschung. 1970;14(3):96.

Xiong H., He W., Penp Y., Liu Y. Optimal design dielectric layer of Lunberg-lens antenna. 5th Asia-Pacific Conference on Environmental Electromagnetics. 16–20 September 2009. Xi’an, China. IEEE; 2009. P. 172–175. DOI 10.1109/CEEM.2009.5305482.

Chou H.-T., Chang Y.-S., Huang H.-J., Yan Z.-D., Torrungrueng D. Numerical optimization of 2-D Luneburg lens antenna by distorting the permittivity estimation to improve the beam radiation. 13‑th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP). 31 March — 5 April 2019. Krakow, Poland. IEEE; 2019. P. 1–4.

Панченко Б. А. Рассеяние и поглощение электромагнитных волн неоднородными сферическими телами. М.: Радиотехника; 2013. 264 с.

Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайных неоднородных средах. В 2 т. М.: Мир; 1981. Т. 1. 280 с. Т. 2. 317 с.

Murata T., Ishibuchi H. MOGA: multi-objective genetic algorithms. Proceedings of 1995 IEEE International Conference on Evolutionary Computation. 29 November 1995–01 December 1995. Perth, WA, Australia. IEEE Piscataway; 1995. V. 1. P. 289–294. DOI 10.1109/ICEC.1995.489161.

Ratajczak P. Design of a 3D Printed Luneburg Lens Antenna for Multiple Beams Applications at mm-wave Frequencies. 13‑th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP). 31 March — 5 April 2019. Krakow, Poland. IEEE; 2019. P. 1–4.

Liang M., Ng W., Chang K., Gehm M., Xin H. An X-band Luneburg lens antenna fabricated by rapid prototyping technology. 2011 IEEE MTT-S International Microwave Symposium. 05–10 June 2011. Baltimore, MD, USA. IEEE; 2011. P. 1–4. DOI 10.1109/MWSYM.2011.5972738.

Nicolson A. M., Ross G. F. Measurement of the intrinsic properties of materials by time-domain techniques. IEEE Transactions on instrumentation and measurement. 1970;19(4):377–382.

Weir W. B. Automatic measurement of complex dielectric constant and permeability at microwave frequencies. Proceedings of the IEEE. 1974;62(1):33–36. DOI 10.1109/PROC.1974.9382.

Engen G. F., Hoer C. A. Thru-reflect-line: An improved technique for calibrating the dual six-port automatic network analyzer. IEEE transactions on microwave theory and techniques. 1979;27(12):987–993. DOI 10.1109/TMTT.1979.1129778.




DOI: https://doi.org/10.15826/urej.2025.9.2.006