WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Ружников Вадим Александрович РАЗРАБОТКА МЕТОДА АНАЛИЗА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, СОЗДАВАЕМЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМИ СЕТЯМИ КАБЕЛЬНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ, В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ С БОРТОВЫМИ РАДИОТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ 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 – 2008

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

Научный консультант:

– доктор технических наук, профессор Сподобаев Ю. М.

Официальные оппоненты:

– доктор физико-математических наук, профессор Надеев А. Ф.

– кандидат технических наук, доцент Соболев В. А.

Ведущая организация:

Федеральное государственное унитарное предприятие Самарский отраслевой научно-исследовательский институт радио (ФГУП СОНИИР).

Защита диссертации состоится 29 февраля 2008 г. в 14-00 на заседании диссер­ тационного совета Д 219.003.02 при Поволжской государственной академии теле­ коммуникаций и информатики по адресу: 443010, г. Самара, ул. Л. Толстого, 23.

С диссертацией соискателя можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУВПО ПГАТИ.

Автореферат разослан 28 января 2008 г.

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

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и состояние вопроса. В последнем десятилетии прошлого века сети кабельного телевидения вошли и прочно укрепились в арсенале техниче­ ских средств инфокоммуникаций, и в настоящее время они переживают весьма интенсивное развитие. Свобода систем кабельного телевидения от многих недо­ статков эфирных систем обуславливает тенденцию к практически полному вытес­ нению последних в ряде районов современных мегаполисов. Транспортный и частично или полностью магистральный участки сетей кабельного телевидения выполняются на основе оптического волокна, а распределительный участок — на основе коаксиального кабеля.

Несмотря на то, что коаксиальные кабели представляют собой закрытую струк­ туру, в силу ряда причин, часть энергии излучается в свободное пространство.

Основной причиной такого излучения является антенный эффект коаксиального кабеля, вызванный следующими явлениями:

– несовершенство электрогерметичности внешнего проводника кабеля;

– присутствие неоднородностей в виде муфт, разъемов, переходов;

– наличие дефектов кабелей: изломов, проколов и т. п.;

– неисправности в соединителях;

– затекание тока на наружную поверхность внешнего проводника коаксиаль­ ного кабеля за счет асимметрии нагрузок.

Таким образом, коаксиальные участки сетей кабельного телевидения представ­ ляют собой распределенные на значительной площади излучающие системы, непреднамеренное излучение которых создает специфическую проблему электро­ магнитной совместимости (ЭМС) с другими техническими средствами, использую­ щими совмещенный частотный ресурс (47– 862 МГц), в частности, с системами аэронавигации. Данная проблема, по свидетельству многих специалистов, является весьма актуальной как для нашей страны, так и для ряда европейских стран.

Традиционно подобные проблемы, возникающие в иных областях антенной техники, решаются с привлечением аппарата электромагнитного мониторинга (ЭММ). В данных условиях ЭММ целесообразно понимать как систему регулярных длительных непрерывных наблюдений, оценки и прогноза состояния техносферы, а так же своевре­ менного выявления тенденций возникновения ситуаций, связанных с деструктивными последствиями, для обеспечения возможности принятия технико-управленческих решений, способствующих устранению фатальных и субфатальных рисков.

Анализ электромагнитного поля (ЭМП) при проведении комплекса мероприятий, связанных с ЭММ, очевидно, играет решающую роль, ввиду того, что его и только его результаты непосредственно обеспечивают возможность оценки величины риска.

Таким образом, имеет место весьма актуальная научно-техническая проблема разработки метода анализа ЭМП, создаваемых распределительными сетями кабель­ ного телевидения, которые обеспечат возможность анализа реальной структуры поля для целей обеспечения ЭМС с бортовыми радиотехническими системами (БРС).

Среди методов решения задач ЭММ традиционно выделяют два направления:

– экспериментальные методы;

– расчетные методы, расчетное прогнозирование.

Каждое из упомянутых направлений имеет свою сферу применения и обладает специфическими достоинствами и недостатками.

Следует отметить, что технические средства, входящие в систему кабельного телевидения, имеют довольно сложную, в смысле распределения первичных токов, конфигурацию, а создаваемые ими ЭМП локализованы на значительных по площади территориях. Кроме того, исходные параметры анализируемых технических средств (токи и напряжения) подвержены регулярным и стохастическим изменениям, что приводит к необходимости моделирования адекватных условий при проведении измерений, что достаточно сложно, а в ряде случаев невозможно. Указанные обстоя­ тельства накладывают известные трудности на корректное проведение эксперимента и воспроизводимость результатов, получаемых эмпирическим путем, а это, в свою очередь, обуславливает целесообразность предпочтения, отдаваемого методикам расчетного прогнозирования электромагнитной обстановки (ЭМО) по отношению к экспериментальным методам.

Однако, существующая в мировой инженерной практике тенденция такова, что большинство авторов, занятых данной проблемой, публикуют в основном результаты, полученные экспериментальным путем, на которые, безусловно, распространяются указанные выше ограничения. Так, например, в отчете Европей­ ского комитета по электронным средствам связи (EСС) за 2003 год содержится большой объем обобщенных данных, полученных в ходе работ по проведению ЭММ распределительных сетей кабельного телевидения над рядом европейских городов Франции, Германии, Дании и др.

Задаче расчетного прогнозирования ЭМП распределительных сетей кабельного телевидения в настоящее время уделено недостаточно внимания. В вышеупомянутом отчете, разрабатывались модели для расчета ЭМП, создаваемых распределитель­ ными сетями, основанные на вероятностном подходе, что, очевидно, обусловлено теми обстоятельствами, что методы математической статистики позволяют, с одной стороны, осуществлять систематический анализ большого объема эксперимен­ тальных данных, а с другой стороны, использованные в названных работах стати­ стико-вероятностные модели по своей «природе» менее требовательны в вычисли­ тельном смысле. Однако, автору диссертационной работы, в связи с широким распространением высокопроизводительных вычислительных платформ, представ­ ляется целесообразным использование детерминированных моделей, что позволит рассматривать инженерную задачу с учетом нюансов, имеющих деструктивное свойство по отношению к объекту обеспечения ЭМС.

Следует отметить, что проблемы, методы, средства численного анализа ЭМП, источниками которых являются разнообразные технические средства, в том числе и те, для которых данное свойство неспецифично или не продиктовано функцио­ нальным назначением, достаточно полно освещены в литературе. При этом большинство авторов используют методы математического моделирования, хорошо зарекомендовавшие себя при решении задач вычислительной электродинамики и теории антенн.

Фундаментальными в области расчета ЭМП технических средств традиционно признаются работы Бузова А. Л., Кубанова В. П., Маслова О. Н., Романова В. А., Сподобаева Ю. М., Шередько Е. Ю. и др. В работах этих авторов развиты методо­ логия и принципиальные подходы к решению задач ЭММ технических средств, являющихся источниками ЭМП, систематизированы данные о технических сред­ ствах, с точки зрения характеристик излучаемого поля, сформулированы основные требования к методикам расчетного прогнозирования. Эти методологические подходы, примененные названными авторами для ЭММ как отдельных антенных систем, так и комплексов излучающих технических средств, вполне применимы и для решения задач, поставленных в диссертационной работе.

Методам расчета ЭМП и внешних характеристик антенно-фидерных систем, анало­ гичных рассматриваемым в настоящем диссертационном исследовании, посвящены работы таких известных ученых как Айзенберга Г. З., Белоусова С. П., Брауде Л. Г., Князева А. С., Лаврова Г. А., Юдина В. В., Burke G. J., Poggio A. J., King R. W. и др.

Подходы к анализу полей излучения фидерных линий различного конструктив­ ного исполнения развиты в работах Гринберга Г. А., Клигера Г. А., Комисса­ рова В. И. и др. Учет подстилающей поверхности в задачах антенной электродина­ мики разработан в публикациях Крылова Г. Н., Лаврова Г. А., Содина Л. Г., Тарта­ ковского Л. С., Черномордика Д. А., Sommerfeld A. Применительно к линиям пере­ дачи стоит отметить монографию Sunde E. D.

Вопросам защиты экранированных кабелей от влияния ЭМП посвящены моно­ графии Андреева В. А., Венса Э. Ф., Гроднева И. И., Михайлова М. И., Разумова Л. Д., Tsaliovich А., Reinhold V. N., Smith A. A. и др.

Из ряда публикаций в последние годы можно выделить работы Мущенко В. И., в которых решена задача расчета ЭМП коаксиальных структур с периодической системой дефектов, и Севостьянова С. В., посвященные вопросам обеспечения внутриобъектовой ЭМС телекоммуникационных систем, а также множество публи­ каций, посвященных подземной радиосвязи и периметровым средствам охранной сигнализации с использованием излучающих кабелей или «линий вытекающей волны».

Целью настоящей работы является разработка метода анализа и алгоритмов расчета ЭМП, создаваемых распределительными сетями кабельного телевидения, с учетом топологических особенностей; создание на основе этих алгоритмов программных модулей, которые составят основу автоматизированной системы расчетного прогнозирования ЭМО над территорией мегаполиса, а также исследо­ вание ЭМП реальных распределительных сетей.

Необходимость проведения таких исследований диктуется актуальными вопро­ сами ЭМС распределительных сетей с БРС.

В работе решаются следующие задачи:

1. Систематизация сведений о проектировании и построении распредели­ тельных сетей, существенных для диссертационной работы.

2. Разработка моделей излучения, возникающего за счет антенного эффекта, фрагментов распределительной сети: сетевой магистрали, домовой распредели­ тельной сети, коаксиального сегмента микрорайона.

3. Исследование и анализ ЭМП, создаваемых фрагментами распределительных сетей различной конфигурации, выделение особенностей фрагментов, существенно влияющих на структуру и уровни ЭМП.

4. Разработка методики анализа ЭМО над территорией мегаполиса, создаваемой распределительными сетями кабельного телевидения.

5. Исследование ЭМП, создаваемых реальными распределительными сетями кабельного телевидения мегаполиса, в целях обеспечения ЭМС с БРС.

Методы исследования В работе использованы методы математического моделирования излучающих систем, численные методы. Все результаты получены с использованием вычисли­ тельных алгоритмов, реализованных на ЭВМ с помощью языка программирования Си.

Результаты расчетов программ представляются в виде диаграмм, графиков, построенных с использованием свободного графического пакета Gnuplot.

На защиту выносятся:

1. Метод анализа ЭМП, создаваемых распределительными сетями кабельного телевидения, с учетом топологических особенностей их построения.

2. Алгоритм анализа ЭМО над территорией с распределительными сетями кабельного телевидения и электродинамические модели фрагментов распредели­ тельных сетей кабельного телевидения.

3. Результаты расчета ЭМП реального распределительного кластера кабельного телевидения (на примере города Тольятти).

Научная новизна исследований заключается в том, что:

1. Разработаны электродинамические модели фрагментов распределительных сетей кабельного телевидения с учетом их топологии.

2. Разработан метод анализа и алгоритм расчетного прогнозирования ЭМО над территорией с распределительными сетями кабельного телевидения.

3. Впервые с использованием методов расчетного прогнозирования в целях обеспечения ЭМС с БРС исследованы ЭМП, создаваемые распределительным сегментом кабельного телевидения, с учетом его топологических особенностей, и получены соответствующие численные результаты.

Достоверность и обоснованность научных результатов подтверждается использованием классических методов анализа ЭМП, корректным использованием аппарата аналитической геометрии, а также сравнением полученных численных результатов с опубликованными экспериментальными данными.

Практическая ценность результатов работы заключается в следующем:

1. Разработанные в рамках диссертационной работы электродинамические модели фрагментов распределительных сетей и алгоритм анализа ЭМО над террито­ рией мегаполиса являются базой для создания перспективной автоматизированной системы.

2. Полученные в диссертации результаты анализа ЭМО и разработанный метод расчета ЭМП распределительных сетей обеспечивают основу для создания комплекса мер и рекомендаций по нормализации ЭМО над территорией с развитой инфраструктурой кабельного телевидения.

3. Обобщенные результаты диссертационного исследования, в целом, могут оказать существенное влияние на принятие ответственных административных, орга­ низационно-управленческих решений по обеспечению безопасности полетов над современными мегаполисами.

Реализация результатов работы Результаты диссертационной работы использованы при проведении научнопрактических работ по исследованию ЭМП распределительного сегмента системы кабельного телевидения города Тольятти.

Разработанная автором методика расчетного прогнозирования использована в работах по инвентаризации и паспортизации источников электромагнитного излу­ чения города Самары, проводимых по договору с департаментом городского хозяй­ ства и экологии г. Самары, совместно с муниципальным предприятием Самараин­ формресурс (тема 24/04/38-III-Э/2004, договор от 21 декабря 2004 г.).

Разработанный автором метод моделирования, а так же результаты исследования ЭМП реальных объектов внедрены в учебный процесс ПГАТИ и практику диплом­ ного проектирования на кафедре «Электродинамики и антенн».

Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответ­ ствующими актами.

Pages:     || 2 | 3 |






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