WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Аронов Виталий Юрьевич ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА АНТЕННЫХ СИСТЕМ СПЕЦИАЛЬНОЙ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ И ПОЛЯРИЗАЦИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ Специальность 05.12.07 Антенны, СВЧ-устройства и их технологии А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара – 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГАТИ).

Научный консультант:

доктор технических наук Минкин М.А.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, доцент Архипов Н.С., г. Орел.

- кандидат технических наук Туровцев М.А., г. Воронеж.

Ведущая организация – Общество с ограниченной ответственностью «Центральное конструкторское бюро информационных технологий и связи» (ООО «ЦКБ связи»), г. Москва.

Защита диссертации состоится _ 2007 г. в на заседании диссертационного совета Д 219.003.02 при "Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики" по адресу: 443010, г. Самара, ул. Льва Толстого, 23.

С диссертацией соискателя можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО ПГАТИ.

Автореферат разослан "" 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 219.003.02, доктор технических наук, доцент Мишин Д.В.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и состояние вопроса Высокие требования к эффективности и качеству всех составных частей системы специальной связи государственного управления России определяет постоянный рост требований к тактико-техническим характеристикам антенно-фидерных устройств для специальной подвижной радиосвязи (СПР). При этом возникает очевидное противоречие: для получения хороших антенных характеристик необходимо усложнять антенную конструкцию, используя различного рода дополнительные элементы, однако все это происходит в условиях ужесточения требований к массо-габаритным показателям и вообще к конструктивным параметрам.

Отметим также, что появление в составе абонентских радиостанций СПР малогабаритных аппаратов привело к снижению мощности абонентских передатчиков и к увеличению неопределенности пространственной ориентации абонентской антенны. Оба эти фактора также обусловливают необходимость принятия дополнительных мер для сохранения высоких тактико-технических характеристик систем связи.

Таким образом, в настоящее время существует актуальная научнотехническая проблема повышения эффективности антенн СПР, обеспечения тактической гибкости и управляемости пространственных и поляризационных характеристик на основе совершенствования методики их проектирования.

Состояние вопроса в рассматриваемой области характеризуется следующими основными достижениями.

Проблема создания антенн с регулируемыми пространственными характеристиками представляет значительный практический и теоретический интерес, и по ней имеется достаточно большое количество научно-технической литературы.

Формирование характеристик антенн подвижной связи с помощью замедляющих структур из параллельных стержней и структур типа "четвертьволновый стакан" рассматривалось в трудах Г.З. Айзенберга, А.Л. Бузова, В.Д. Двуреченского, Г.А. Ерохина, Л.С. Казанского, М.А. Минкина, О.Н. Терешина, Е.Ю. Шередько, В.В. Юдина. Наиболее часто целью такой регулировки является устранение влияния опор и других металлических конструкций на диаграмму направленности (ДН) антенн, в частности, сохранение близкой к круговой ДН в горизонтальной плоскости. С другой стороны, рассматривались возможности целенаправленного использования влияния несущих металлических конструкций для целенаправленного формирования характеристик антенн. Однако, вопросы применения подобных пассивных структур в антенных системах с оперативной или неоперативной регулировкой пространственных и поляризационных характеристик до настоящего времени в достаточной степени не исследованы.

Наиболее перспективным вариантом технической реализации антенн со смешанной поляризацией представляется использование излучателей на основе скрещенных вибраторов. Поляризационным характеристикам антенн для подвижной связи в настоящее время уделяется повышенное внимание не только в части теоретических исследований, но также и в практическом плане. Так, ведущими мировыми производителями антенн и оборудования для базовых станций систем подвижной связи предлагается обширный ассортимент антенн со скрещенной поляризацией. По вопросу регулирования их поляризационных характеристик имеется много теоретических работ.

Особое место занимают исследования в области антенн с поляризационной маневренностью. В числе авторов работ по этой тематике следует упомянуть С. Гао (S. Gao), Л. Дуссопта (L. Dussopt), Дж.М. Лахеурта (Laheurte J.M.), М. Янга (M. Yang), Ю. Рахмат-Сами (Y. Rahmat-Samii), Н. Джина (N.

Jin) и ряд других ученых. Такие антенны обеспечивают оперативное переключение поляризационных характеристик, в том числе, очень быстрое – с помощью электронных приборов.

Однако, вопросы обеспечения смешанной поляризации до сих пор исследовались применительно, главным образом, к сотовой радиосвязи – для диапазонов 900 МГц и 1800 МГц при формировании секторных ДН с пространственным сложением сигналов нескольких передатчиков. Между тем, специфика СПР во многих случаях требует всенаправленного излучения и приема при одновременной работе нескольких радиостанций на общую антенную систему. Одним из вариантов реализации такой системы являются кольцевые антенные решетки (КАР), работающие по принципу схемнопространственной мультиплексии. Такие КАР также исследовались и реализовывались, создана соответствующая теория, изучены вопросы синтеза КАР и их диаграммообразующих схем, минимизации реактивных потерь, максимизации коэффициента направленного действия (КНД) и т.д. (рассмотрено в работах А.Л. Бузова, В.В. Юдина). Однако, все это делалось исключительно для вертикальной поляризации. Вопросы реализации смешанной поляризации применительно к КАР и схемно-пространственной мультиплексии до настоящего времени практически не изучены. Между тем, имеются основания полагать, что, благодаря специфической ориентации вибраторов в соседних излучателях, взаимодействие между ними по полю будет иным, и это позволит повысить эффективность антенн центровых станций, наряду с "системным" положительным эффектом от собственно смешанной поляризации. Это же относится и к вертикальным эквидистантным решеткам.

Следует также отметить, что до настоящего времени не рассматривались вопросы изменения конструктивных решений скрещенных вибраторов при переходе в более низкочастотные диапазоны, используемые в специальной радиосвязи, а также вопросы реализации в этих диапазонах частотно-избирательных устройств поляризационного разделения, позволяющих сочетать поляризационную избирательность с частотной, и за счет этого дополнительно улучшать характеристики антенн.

Цель работы – разработка, исследование, экспериментальная апробация и практическая реализация эффективной методики проектирования антенн с регулируемыми пространственными и поляризационными характеристиками на основе скрещенных вибраторов.

Для достижения поставленной цели в работе проведена следующая программа исследований:

1 Разработка эффективной методики электродинамического анализа излучающих структур с разветвлениями проводников на основе скрещенных вибраторов.

2 Исследование диапазонных свойств излучателей на основе скрещенных вибраторов линейной и круговой поляризации с регулируемыми характеристиками направленности и частотных свойств импедансных структур первого рода, выполненных в виде полуволновых стержней.

3 Исследования эквидистантных линейных и кольцевых решеток на основе скрещенных вибраторов.

4 Разработка схемотехнических решений частотно-избирательных устройств поляризационного разделения для дуплексных антенн смешанной поляризации.

5 Разработка методики и алгоритма проектирования антенн на основе скрещенных вибраторов.

6 Исследование эффективности применения излучателей на основе скрещенных вибраторов.

7 Экспериментальные исследования и практическая реализация антенн на основе скрещенных вибраторов.

Научная новизна работы 1 Разработана методика электродинамического анализа излучающих структур, содержащих скрещенные вибраторы и разветвления проводников, на основе модификации метода уравнения Харрингтона путем использования комбинированного базиса: квазипериодический кусочно-синусоидальный – на проводниках, кусочно-синусоидальный – в местах ветвления.

2 Получены новые результаты исследований пространственных, поляризационных и импедансных характеристик антенных систем со скрещенными вибраторами и дополнительными пассивными элементами, включая элементы компенсации влияния опоры. На этой основе разработана процедура предварительного выбора типа пространственной структуры проектируемой антенной системы.

3 Получены новые результаты исследований пространственных, поляризационных и импедансных характеристик линейных и кольцевых решеток на основе скрещенных вибраторов. На этой основе получены оценки повышения эффективности использования пространственного развития излучающих структур решеток за счет применения скрещенных вибраторов.

4 Разработана методика проектирования антенных систем на основе скрещенных вибраторов, включающая предварительный выбор типа пространственной структуры, двухэтапный алгоритм ее параметрической оптимизации (с регуляризацией электродинамической задачи на втором этапе) и синтез цепей поляризационного разделения.

Практическая ценность результатов работы 1 Разработанная методика электродинамического анализа излучающих структур обеспечивает повышение скорости и точности решения электродинамической задачи для антенн, содержащих скрещенные вибраторы и разветвления проводников при существенном снижении ограничений на количество проводников в разветвлении.

2 Результаты проведенных исследований и проектирования антенных систем на основе скрещенных вибраторов с регулируемыми пространственными и поляризационными характеристиками обеспечивают повышение качественных показателей и улучшение эксплуатационных характеристик оборудования стационарных быстроразворачиваемых объектов специальной подвижной радиосвязи.

3 Результаты исследований эквидистантных линейных и кольцевых решеток со скрещенными вибраторами обеспечивают более эффективное использование опор различного сечения для их размещения.

4 Разработанные подходы к синтезу схем поляризационного разделения и созданное на этой основе частотноизбирательное устройство поляризационного разделения могут применяться в двухчастотных (дуплексных) двухполяризационных антенных системах различного назначения.

Достоверность результатов работы Достоверность результатов работы обеспечивается адекватностью использованных методов электродинамики, теории антенн и теории СВЧ цепей, аналитического аппарата математического анализа и теории интегральных уравнений. Достоверность положений и выводов работы подтверждается результатами экспериментальных исследований.

Реализация результатов работы Разработанная в рамках диссертационного исследования методика проектирования антенных систем на основе скрещенных вибраторов при активном непосредственном участии автора внедрены при разработке ФГУП СОНИИР изделия «Искра» для оборудования специальной подвижной радиосвязи в интересах Спецсвязи ФСО России и изделий «АФУМПП» и «АФУ-МВП» для оборудования СПР в интересах Министерства обороны России.

Методика электродинамического анализа излучающих структур, содержащих скрещенные вибраторы и разветвления проводников, результаты проведенных исследований антенных систем со скрещенными вибраторами с регулируемыми пространственными и поляризационными характеристиками и разработанные в диссертации подходы к синтезу схем поляризационного разделения внедрены при проведении ФГУП СОНИИР соответствующих расчетов в рамках выполнения этапа разработки технического проекта ОКР «Октава-С» в интересах Спецсвязи ФСО России.

Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.

Апробация результатов работы и публикации Основные результаты по теме диссертационного исследования докладывались на XI, XII XIII, и XIV Российских научно-технических конференциях ПГАТИ (Самара, 2004, 2005, 2006, 2007), X, XI, XII, и XIII Международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2004, 2005, 2006, 2007), IV и V Международных научнотехнических конференциях «Физика волновых процессов и радиотехнические системы» (Нижний Новгород, 2005; Самара, 2006), VII Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Самара, 2006), V Всероссийской научной конференции «Проблемы развития системы специальной связи и специального информационного обеспечения государственного управления России» (Орел, 2007).

По тематике диссертационных исследований автором (лично и в соавторстве) опубликовано 26 печатных трудов. Основные научные и прикладные результаты диссертационной работы опубликованы в 14 статьях в периодических научных изданиях, в том числе 5 статей – в ведущих рецензируемых научных журналах, и в 12 публикациях в форме текстов и тезисов докладов на международных и российских конференциях.

Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть работы содержит 147 страниц машинописного текста, 65 страниц рисунков и таблиц.

Список литературы содержит 191 наименование.

Положения, выносимые на защиту 1 Методика электродинамического анализа излучающих структур, содержащих скрещенные вибраторы и разветвления проводников.

2 Результаты исследований антенных систем на основе скрещенных вибраторов с регулируемыми пространственными и поляризационными характеристиками и эквидистантных линейных и кольцевых решеток со скрещенными вибраторами излучателей.

3 Методика проектирования антенных систем с регулируемыми пространственными и поляризационными характеристиками на основе скрещенных вибраторов.

4 Результаты проектирования и практической реализации антенных систем для специальной подвижной радиосвязи.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»