WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Во введении обоснована актуальность темы, дан обзор состояния вопроса, сформулированы цель и основные задачи исследования, описаны состав и структура работы, показаны ее научная новизна и практическая ценность, приведены основные положения, выносимые на защиту.

Раздел 1 посвящен разработке эффективной методики электродинамического анализа излучающих структур с разветвлениями проводников на основе скрещенных вибраторов.

Проведены выбор и обоснование электродинамической модели излучающих структур с разветвлениями проводников на основе скрещенных вибраторов и метода решения электродинамической задачи. Выбор был сделан в пользу метода на основе интегрального уравнения (ИУ) Фредгольма 1-го рода (метод уравнения Харрингтона), поскольку он обладает достаточной универсальностью с точки зрения описания сложных пространственных форм, для него созданы эффективные алгоритмы, учитывающие поворотную симметрию КАР, и на основе использования кусочно-синусоидального базиса решена проблема учета гальванических контактов в местах разветвления проводников.

Проведена модификация метода уравнения Харрингтона с использованием комбинированного базиса, состоящего из квазипериодических кусочно-синусоидальных функций (ККФ) и кусочно-синусоидальных функций.

Данный базис имеет хорошее соотношение сходимости и вычислительных затрат в сочетании с возможностью описания гальванических контактов в точках ветвления проводников. На этой основе получены формулы для расчета матричных элементов:

r r r K = wn (l)l0 (l)(Sk(z)(l)+ Sk()(l))dl. (1) nk Ln r r При k N0 (для кусочно-синусоидальных функций) Sk(z)(l), Sk()(l) определяются по формулам:

r t r (-1)t l0(k) Sk(z)(l) = -i30 (2) sin (dk(t))[R(t)- cos(dk(t))R(0)], t=r t r r t ( r (-1) (r(l)- rk(0) - l0(k)zkt)(l)) Sk()(l)= i r r r (t) t ( t=(3) r(l)- rk(0) - l0(k)zkt)(l) sin(d ) k ( t ( ( [(zkt)(l)+ (-1) dk(t))R(t)- zkt)(l)cos(dkt))R(0)], r r r r где R(x) = exp(- i rk(x) - r(l)) rk(x) - r(l) – функция для сокращения записи;

r t r r ( l0(k) =(rk(t) - rk(0)) dkt) – орт t-го «плеча» носителя k-й узловой функции;

r r ( dkt) = rk(t) - rk(0) – длина t-го «плеча»;

r r r ( t zkt)(l) = l0(k)(r(l)- rk(0)) – аппликата точки наблюдения в цилиндрической системе координат, связанной с t-м «плечом».

r r При N0 < k N (для ККФ) формулы для Sk(z)(l), Sk()(l) имеют вид:

r r - i30l0 pk M Sk(z)(l) = (t -1)- 2cos(dk )R1(t)+ R1(t +1)), (4) (Rsin(dk ) t=r r r(l)- rp(1) i30l0 pk r r - l0 pk zpk (l) r k Sk()(l) = r r r sin(dk ) r(l)- rp(1) - l0 pk zpk (l) k (5) M (t -1)- 2cos(dk )R2(t)+ R2(t +1)), (Rt=r r r r где R1(x) = exp(- i r(l)- rp(1) - xdk ) r(l)- rp(1) - xdk, R2(x) = (zp (l)- xdk) k k k r r r r exp(- i r(l)- rp(1) - xdk ) r(l)- rp(1) - xdk – функции для сокращения запиk k си;

r r dk = rp(2) - rp(1) (mk(M +1)) – расстояние между ближайшими узловыk k ми точками ККФ;

r r r r r l0 pk = (rp(2) - rp(1)) rp(2) - rp(1) – орт pk -го проводника;

k k k k r r r ( zkt)(l) = l0 pk (r(l)- rp(1)) – аппликата точки наблюдения в цилиндричеk ской системе координат, связанной с pk -м проводником.

Исследованы вопросы обеспечения линейной независимости граничных условий в точках разветвления проводников. Предложено и программно реализовано два варианта решения проблемы: уменьшение числа дополнительно вводимых сегментов и разнесение в пространстве точек коллокации дополнительно вводимых сегментов. Реализована регуляризация уравнения Фредгольма 1-го рода с помощью метода Тихонова. Разработан алгоритм электродинамического анализа. Проведены программная реализация и апробация разработанного алгоритма. Полученные результаты подтвердили адекватность расчетной модели и работоспособность методики.

В разделе 2 отражены результаты исследований характеристик антенных структур с излучателями, выполненными на основе скрещенных вибраторов.

Исследованы диапазонные свойства скрещенных вибраторов линейной и круговой поляризации с регулируемыми характеристиками направленности. Рассмотрены варианты установки небольшого числа дополнительных пассивных элементов. На рис.1 представлена исследуемая антенная структура со сменными пассивными элементами (показаны штриховой линией). Показана универсальность исследуемой структуры при установке пассивных элементов в достаточно широкой полосе частот.

Рис.В качестве примера на рис.2 представлены ДН в горизонтальной плоскости на средней частоте рабочего диапазона, которые может формировать антенная структура, представленная на рис.1, при круговой поляризации.

Исследованы частотные свойства пространственных и кроссполяризационных характеристик антенн на основе скрещенных вибраторов, размещенной на электрически тонкой опоре, при различных способах повышения радиопрозрачности опоры. Подробно проведено Рис.сравнение импедансных структур двух видов (полуволновых стержней и четвертьволновых стаканов), позволяющих повысить радиопрозрачность опоры без внесения изменений в конструкцию последней. Приводятся выводы по целесообразности использования различных способов повышения радиопрозрачности опоры. Так, эти способы эквивалентны для формирования круговой ДН, а для развзки излучателей более эффективны четвертьволновые стаканы (в этом случае развязка может достигать 37,5 дБ, а при полуволновых КНД стержнях 27,5 дБ) Исследованы импедансные и пространственно-энергетические свойства эквидистантных линейных решеток на основе скрещенных вибраторов.

Методами электродинамического моделирования проведено сравнение линейных эквидистантных решеток на основе скрещенных и линейных вибраторов. В 0,6 0,8 1 1,2 h1/ качестве примера на рис.3 представлены 5 эт. ЛВ 5 эт. СВ графики зависимости КНД от межэтаж 8 эт. ЛВ 8 эт. СВ ного расстояния для решеток с линейными и скрещенными вибраторами без Рис.рефлекторов и опоры. Показана возможность сокращения межэтажного расстояния (см. рис.3), количества этажей при построении линейной решетки на основе скрещенных вибраторов с заданным значением КНД (например, для 16 этажной решетки на два этажа). Установлено, что решетки данного класса являются достаточно сложными объектами анализа (поскольку входные импедансы вибраторов различны), требующими более высокой точности расчетов по сравнению обычными решетками линейных вибраторов.

Исследовано взаимное влияние излучателей в виде скрещенных вибраторов в составе КАР. Расчет кольцевых решеток проводился с использованием метода анализа на основе собственных режимов возбуждения.

Отмечен недостаток такой КАР – высокие реактивные потери, а также R, X, Ом неравенство входных импедансов R вибраторов в составе одного скрещенного вибратора. На рис.4 изображены графики зависимости входных X импедансов вибраторов от радиуса решетки, состоящей из трех излучателей при первом модовом возбужде0,42 0,56 0,7 R0/ нии. Показано преимущество по 1-й виб.

строения КАР на основе скрещенных 2-й виб.

вибраторов на существующих опорах Рис.большого диаметра.

На основе результатов проведенных исследований характеристик антенных структур с излучателями на основе скрещенных вибраторов обоснованы процедуры выбора типа пространственной структуры проектируемой антенной системы, наиболее перспективного с точки зрения реализации определенных групп тактико-технических требований.

Раздел 3 посвящен разработке методики проектирования антенн на основе скрещенных вибраторов и исследованиям эффективности применения скрещенных вибраторов.

Выполнена классификация антенн на основе скрещенных вибраторов.

Обоснованы принципы реализации рефлекторов, директоров и элементов импедансной структуры в составе антенной системы на основе скрещенных вибраторов. Определены основные принципы формирования различных видов поляризации и выбран наиболее простой в реализации и эффективный вариант в зависимости от пространственной ориентации излучателя.

Указаны специфические особенности построения вертикальных линейных и кольцевых антенных решеток на основе скрещенных вибраторов – различная связь между этажами, разные входные импедансы вибраторов в составе одного излучателя.

Разработаны схемотехнические решения частотно-избираCCL2 Выход 1 тельных устройств поляризаLВход ционного разделения на сосредоточенных параметрах для дупL3 C3 C4 LL4 C5 лексных антенн смешанной поляризации. Схема данного устройства показана на рис.5.

Выход L6 Вход Разработаны методика и Cалгоритм проектирования антенных систем на основе скрещенРис.ных вибраторов. Проведено сравнение одно- и двухэтапного алгоритмов параметрического синтеза, обоснован выбор использования последнего. В рамках первого этапа решается задача электродинамического моделирования антенной системы методом интегрального уравнения в тонкопроволочном приближении и синтезируется оптимальная антенная структура. Первый этап основан на минимизации целевой функции, определяемой по формуле:

Ф(p1,..., pN )= M (6) 0 0, = (Фm (p1,..., pN )- Фm) 1- sign[ (Фm (p1,..., pN )-Фm)] tm m m=где Фm ( p1, p2,..., pN ) – m-я характеристика антенной системы;

Фm – желаемое значение m-й характеристики.

p1, p2,..., pN – варьируемые параметры;

tm – весовые коэффициенты, определяемые на основе эвристических соображений;

m – параметр, равный 1, если m-е требование задано в форме «не менее», и –1, если в форме «не более». В рамках второго этапа алгоритма проводится синтез антенной структуры с использованием регуляризованного решения.

Исследована эффективность излучения эллиптической поляризации и сдвоенного приема на центровой станции при использовании антенн с поляризационным разнесением на основе скрещенных вибраторов.

Рассчитаны значения величины сигнала при произвольной ориентации абонентской радиостанции при помощи метода Монте-Карло. Анализ полученных зависимостей показал, что при излучении антенной центральной станции поля эллиптической поляризации (по сравнению с излучением вертикальной поляризации) уровень принимаемого сигнала увеличивается на несколько дБ. Прием сигнала центральной станцией с автовыбором, по сравнению с вариантом, когда прием ведется на антенну линейной поляризации, обладает большей эффективностью и дает выигрыш по уровню сигнала порядка 6 дБ. P (на рис.6 представлены графики U=6 дБ плотности вероятности уровня 0,принимаемого сигнала при автовыборе и при линейной поляри0,зации).

0,Исследована эффективность применения скрещенных вибраторов в составе кольцевых реше-30 -25 -20 -15 -10 -5 U, дБ ток, реализующих схемно-про автовыбор лин./п странственную мультиплексию.

Рис.Моделирование проводились с U, дБ применением метода Монте-Карло. Результаты вычислений показали, что использование линей- ных антенных решеток на основе скрещенных вибраторов дает выигрыш в уровне принимаемого сигнала порядка 3 дБ, по сравне- нию с антенными решетками на основе вертикальных вибраторов.

0,42 0,56 0,0,84 0,98 1,12 R0/ КАР на основе скрещенных виб N = 3 N = 6 N = раторов дают приблизительно таРис. кой же выигрыш в уровне сигнала (см. рис.7), по сравнению с антенными решетками на основе вертикальных вибраторов, а также позволяют формировать круговые ДН при меньшем диаметре антенной решетки, либо с меньшим числом излучателей при одном радиусе решетки.

Раздел 4 посвящен экспериментальным исследованиям и практической реализации методики проектирования антенн на основе скрещенных вибраторов.

Выполнены расчетно-экспериментальные исследования макета АФУ для подсистемы профессиональной подвижной радиосвязи, выполненного в виде двухвходового двухполяризационного излучателя, который формирует различные виды ДН. Формирование различных ДН выполняется за счет использования комплектов сменных пассивных элементов. Приведено краткое описание конструкции структуры, и представлены ее теоретические и экспериментальные характеристики. В качестве примера на рис.8 показаны расчетные и экспериментальные графики входного импеданса макета излучателя в завсисмотси от частоты в присутствии 1-го рефлектора круговой поляризации.

R, X, Ом КСВН 2,R 1,X 1,-f, МГц 360 380 400 420 f, МГц 136 148 160 172 эксп. расчет эксп. расчет Рис.Рис.8 Рис.Выполнены экспериментальные исследования и практическая реализация двухполяризационных антенных систем с регулируемой ДН для систем специальной подвижной радиосвязи. Рассмотрены два варианта реализации таких АФУ – линейные эквидистантные трехэтажные или шестиэтажные решетки. Данные АФУ формируют три типа ДН, а также могут излучать три вида поляризации: горизонтальную, вертикальную, эллиптическую. Представлены теоретические и экспериментальные характеристики данных АФУ.

Выполнены экспериментальные исследования и практическая реализация антенной системы типа Уда-Яги на основе скрещенных вибраторов для систем специальной подвижной радиосвязи (рис.9). Хорошее совпадение расчетных и экспериментальных характеристик (рис.10) подтвердило состоятельность и достаточную точность разработанной методики.

В заключении сформулированы основные научные и практические результаты диссертационной работы.

Разработана эффективная методика электродинамического анализа излучающих структур с разветвлениями проводников на основе скрещенных вибраторов.

Проведены исследования характеристик антенных структур с излучателями, выполненными на основе скрещенных вибраторов. На основе данных исследований разработана процедура предварительного выбора типа пространственной структуры проектируемой антенной системы.

Разработана методика проектирования антенн на основе скрещенных вибраторов. Проведены исследования эффективности применения скрещенных вибраторов.

Проведены экспериментальные исследования и выполнена практическая реализация методики проектирования антенн на основе скрещенных вибраторов.

В Приложении приведены акты внедрения результатов диссертации.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 1. Аронов В.Ю., Минкин М.А. Принципы построения дуплексных антенн смешанной поляризации для транкинговых систем подвижной радиосвязи // Антенны. – 2003. - №9 (76). – С.4-7.

2. Аронов В.Ю. Исследование диапазонных свойств двухполяризационных излучателей на скрещенных вибраторах с регулируемой характеристикой направленности // Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот. – 2003. - №(37). – С.5-3. Аронов В.Ю. Исследование диапазонных свойств импедансных структур, выполненных в виде полуволновых стержней // Тезисы докл. XI Российской научной конференции ПГАТИ. – Самара, 2004. – С.131-132.

4. Аронов В.Ю. Бузова М.А., Петров М.А. Проблема выбора вида интегрального уравнения при решении задач антенной электродинамики // Радиотехника (журнал в журнале). – 2004. - №1. – С.57-63.

Pages:     | 1 || 3 |






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