автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Исследование пространственных и энергетических характеристик антенн подвижной радиосвязи за пределами рабочих полос частот в целях обеспечения электромагнитной совместимости

На правах РУКОПИСИ

Тимашков Владимир Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕНН ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ ЗА

ПРЕДЕЛАМИ РАБОЧИХ ПОЛОС ЧАСТОТ В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ

Специальность05.12.07 . Антенны, СВЧ-устройства и их технологии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара-2004

Работа выполнена на Федеральном Государственном унитарном предприятии Самарский отраслевой научно-исследовательский институт радио (ФГУП СОНИИР) Министерства Российской Федерации по связи и информатизации.

Научный руководитель:

- доктор технических наук, профессор Бузов АЛ.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор. Кубанов В.П.

- кандидат технических наук Королепков А.В.

Ведущая организация - Федеральное государственное унитарное предприятие Ленинградский отраслевой' научно-исследовательский институт радио (ФГУП ЛОНИИР), г. Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится 11 июня 2004 г. в 13:00 на заседании диссертационного совета Д 219.003.02 в Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики по адресу: г. Самара, ул. Льва Толстого, 23.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим выслать по адресу: 443010, г. Самара, ул. Л. Толстого, 23, ПГАТИ.

С диссертацией соискателя можно ознакомиться в библиотеке Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики.

Автореферат разослан " А " /VОД_2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 219.003.02 доктор технических наук, профессор Николаев Б.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и состояние вопроса.

Характеристики приемных антенн и антенно-фидерных устройств, входящих в состав технических средств радиосвязи и телерадиовещания являются, как известно, существенным фактором обеспечения межсистемной электромагнитной совместимости (ЭМС). Проблемы.ЭМС радиосредств в последнее время существенно обострились. Продолжает расширяться сеть радиоцентров, радиостанций и ретрансляторов телерадиовещания, причем плотность, излучающих технических средств растет гораздо быстрее, чем число объектов. Возникли и быстро внедряются новые радиокоммуникационные технологии.

Отмеченные тенденции приводят к существенному изменению типичной электромагнитной обстановки в местах размещения приемных и передающих средств радиосвязи и, как следствие, усложнению задачи обеспечения ЭМС. При проектировании, базовой станции подвижной радиосвязи или при проведении экспертиз (например, в связи с развертыванием новых радиосредств) должны быть учтены все основные варианты процессов, приводящих к возникновению излучаемых (или связанных с излучением мешающих сигналов) высокочастотных помех, а следовательно мешающие сигналы на различных (в том числе весьма далеких от рабочих) частотах, индуцированные посторонними радиопередатчиками в антеннах приемных и передающих трактов базовой станции.

В связи с отмеченными выше особенностями формирования электромагнитной обстановки, в качестве упомянутых потенциальных источников излучаемых помех могут выступать антенны радиопередающих средств различного назначения и самой различной дислокации. Соответственно, должна быть обеспечена возможность учета вероятного приема помехи в максимально широком (с учетом конкретных обстоятельств) диапазоне азимутальных углов и углов места.

Таким образом, существует актуальная научная проблема развития расчетных и экспериментальных методов исследования характеристик антенн подвижной радиосвязи в диапазонах частот, существенно отличающихся от рабочих, в интересах обеспечения электромагнитной совместимости.

Состояние вопроса в рассматриваемой области характеризуется следующими основными достижениями.

Вопросы учета характеристик антенн в контексте электромагнитной совместимости отражены в трудах В.Г. Ямпольского, О.П. Фролова, О. Ал-лена, Л. Бекера, Г. Керри С. Георгакопулоса, и ряда других отечественных и иностранных ученых. Однако до сих пор практически не исследованы эффекты, связанные с возникновением паразитного внеполосного приема на резонансных частотах антенн и антенных систем, существенно отличающихся от рабочих. Между тем, и с и: ^ё^Я^Яв^ШУЩ^Р^ У е т

БИБЛИОТЕКА [

предположить, что усиление на этих частотах может оказаться относительно высоким, в том числе и в направлениях, сильно отличающихся от направления главного излучения на рабочей частоте.

Номенклатура антенн базовых станций подвижной радиосвязи включает, помимо одновходовых антенн, сложные многовходовые системы на основе антенных решеток, реализующие принцип схемно-пространственного сложения сигналов. Создание последних связано с трудами В.Д. Кузнецова, А.Л. Бузова, В.Д. Корнеева, Д.М. Трусканова, однако и в этом случае исследовались характеристики только в рабочей полосе частот. Между тем, в данном случае можно ожидать заметных эффектов вне-полосного приема вследствие относительно больших размеров антенной решетки.

Во всех случаях анализ внеполосных характеристик должен осуществляться для антенной системы в целом, с учетом симметрирующих, согласующих, развязывающих, диаграммообразующих и других фидерных устройств. В литературе имеется много работ по анализу фидерных устройств соответствующих классов, однако методики, обеспечивающие анализ вне-полосных частотных свойств для системы, включающей антенну и совокупность фидерных устройств, до настоящего времени не разработаны.

Анализ антенн подвижной радиосвязи в настоящее время производится численными электродинамическими методами, отраженными в трудах многочисленных отечественных и зарубежных ученых (Г.З. Айзенберг, Л.С. Казанский, А.В. Рунов, СИ. Эминов, В.В. Юдин, В.А. Яцкевич, К Мей, Р. Митра, В Попович, Р. Харрингтон и др.). В то же время, существенная ресурсоемкость этих методов, с учетом специфики проблемы, требует проведения исследований с целью их адаптации к решению задач анализа антенн в широкой полосе частот.

Для экспериментального исследования характеристик направленности антенн в последнее время широко применяются эффективные расчетно-экспериментальные методы (Л.Д. Бахрах, А.В. Калинин, Д.М. Сазонов, В.А. Усин, Р.Джонс, Д. Холлис и др.). Однако, для целей измерения внеполосных характеристик антенн указанные методы должны быть соответствующим образом адаптированы и усовершенствованы.

Цель работы - решение имеющей существенное значение для теории и техники антенн задачи разработки эффективных методик и алгоритмов анализа характеристик антенн в широкой полосе частот и исследования на этой основе пространственных и энергетических характеристик антенн подвижной радиосвязи за пределами рабочих полос частот в целях обеспечения электромагнитной совместимости.

Для достижения поставленной цели в настоящей диссертационной работе выполнена следующая программа исследований.

1. Разработка общей методики аналюа характеристик антенн подвижной радиосвязи за пределами рабочих полос частот, общего алгоритма анали-

за характеристик внеполосного усиления антенн; обоснование выбора метода анализа, его адаптация применительно к задачам анализа в широкой полосе частот; разработка. эффективной методики анализа антенн с учетом цепей питания.

2. Разработка частной методики анализа характеристик внеполосного усиления одновходовых антенн подвижной радиосвязи; конкретизация общей методики применительно к основным типам одновходовых антенн; разработка частных алгоритмов построения обобщенной эквивалентной цепи для элементов системы питания и антенны в целом.

3. Разработка частной методики анализа характеристик внеполосного усиления многовходовых антенн подвижной радиосвязи на основе кольцевых антенных решеток; конкретизация общей методики анализа характеристик внеполосного усиления применительно к решеткам с круговыми и секторными диаграммами направленности; разработка модели и методики анализа диаграммообразующих устройств; разработка частных алгоритмов анализа.

4. Апробация и практическая реализация разработанных методик и алгоритмов при решении задач обеспечения электромагнитной совместимости на объектах подвижной радиосвязи, включая исследования характеристик внеполосного усиления одновходовых антенн, кольцевых антенных решеток с круговой и секторными диаграммами направленности, и опытно -расчетную оценку характеристик антенн на основе результатов измерения поля вблизи антенны по усовершенствованной методике.

Методы исследования. В работе использованы аналитический аппарат и методы электродинамики, теории антенн, теории цепей, теории многополюсников, метод обобщенной эквивалентной цепи (ОЭЦ), численные методы анализа.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан общий алгоритм анализа характеристик внеполосного усиления антенн подвижной радиосвязи с учетом частотных свойств элементов системы питания, включающий расчет характеристики входного импеданса антенны в широкой полосе частот, определение контролируемых частот и направлений, расчет коэффициента усиления антенны для контролируемых частот и направлений.

2. На основе адаптации метода обобщенной эквивалентной цепи разработана методика анализа характеристик антенн в широкой полосе частот, включающая аппроксимацию частотных свойств элементов обобщенной эквивалентной цепи с целью исключения многократного выполнения ресурсоемких вычислений.

3. Разработаны модели и эквивалентные схемы элементов систем питания антенн, включая излучающие отрезки линий и симметрирующие устройства, для целей анализа внеполосных характеристик методом обобщенной эквивалентной цепи.

4. В рамках декомпозиционного подхода выведены соотношения для расчета характеристик матриц Батлера в широкой полосе частот при анализе внеполосных характеристик кольцевых антенных решеток.

5. Разработана методика опытно-расчетной оценки характеристик внеполосного усиления антенн подвижной радиосвязи на основе измерения входных параметров и относительных уровней магнитного поля вблизи антенны; выведены необходимые расчетные соотношения.

Достоверность основных результатов работы обеспечивается адекватностью использованных методов электродинамики и теории антенн, аппарата метода ОЭЦ, теории цепей, теории многополюсников, численных методов расчета и анализа. Достоверность положений и выводов работы подтверждается результатами экспериментальных исследований.

Практическая ценность результатов работы заключается в следующем:

1. Разработанные в диссертации методики и алгоритмы, полученные результаты исследований создают теоретическую и научно-прикладную основу для решения задач совершенствования технических требований к антеннам подвижной радиосвязи, а также организационных и технических мер обеспечения электромагнитной совместимости.

2. Разработанная общая методика и алгоритм анализа характеристик антенн за пределами рабочих полос частот, а также частные методики и алгоритмы анализа одно- и многовходовых антенн различных типов позволяют решать задачи анализа внеполосных характеристик в целях обеспечения электромагнитной совместимости для проволочных антенн различных диапазонов, структуры и назначения.

3. Выполненная адаптация метода обобщенной эквивалентной цепи, включающая аппроксимацию частотных свойств элементов, обеспечивает существенное повышение эффективности и снижение ресурсоемкости расчетных алгоритмов при решении разнообразных прикладных задач антенной электродинамики в широкой полосе частот.

4. Разработанные модели и эквивалентные схемы элементов питания антенн позволяют повысить эффективность применения метода обобщенной эквивалентной цепи для электродинамических систем, содержащих многопроводные излучающие и неизлучающие линии.

5. Разработанная методика опытно-расчетной оценки внеполосных характеристик антенн по результатам измерения относительных уровней магнитного поля вблизи антенны, включая вновь выведенные расчетные соотношения, позволяет обеспечить экспериментальную проверку характеристик антенн на частотах, существенно отличающихся от рабочих, при ограниченных возможностях проведения измерений, включая испытания действующих антенн на объектах установки.

6. Результаты исследования характеристик рассмотренных в диссертации типов антенн подвижной радиосвязи за пределами рабочих полос

частот могут быть непосредственно использованы при решении задач обеспечения ЭМС на конкретных объектах.

Реализация результатов работы.

1. Общая методика и алгоритм анализа характеристик антенн подвижной радиосвязи за пределами рабочих полос частот, частные методики и алгоритмы анализа характеристик внеполосного усиления конкретных типов антенн и методика опытно-расчетной оценки характеристик внеполос-ного усиления использовались в интересах Минобороны России:

- при решении вопросов обеспечения ЭМС на радиоцентре специальной подвижной радиосвязи, для уточнения номенклатуры существенных источников внеполосных помех и обоснования требований к применению дополнительной фильтрации;

- для расчета внеполосных характеристик антенн средств специальной подвижной радиосвязи в целях уточнения требований исходных данных для проектирования в части, касающейся обеспечения ЭМС, в связи с проведением работ в местах постоянного и временного пребывания абонентов.

- при решении вопросов обеспечения ЭМС на радиоцентре специальной подвижной радиосвязи для уточнения оценки параметров сторонних радиосредств, размещенных вблизи радиоцентра, как потенциальных источников внеполосных помех.

2. Методики и алгоритмы анализа характеристик внеполосного усиления антенн подвижной радиосвязи использовались, при непосредственном участии автора, в интересах Государственной радиочастотной службы Российской Федерации для уточнения данных по характеристикам антенн на частотах близко расположенных радиоэлектронных средств при проведении в установленном порядке расчетов электромагнитной совместимости в рамках экспертизы радиочастотных заявок.

3. Отдельные научные результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики (ПГАТИ).

Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.

Апробация результатов работы и публикации

Основные результаты по теме диссертационного исследования докладывались на IX Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2003), 5-й Международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации» (Владимир, 2003), II Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара, 2003), XI Российской научной конференции ПГАТИ (Самара, 2004).

Основные научные и прикладные результаты диссертационной работы опубликованы в 11 научных статьях в периодической научной печати и

материалах международных конференций, а также в 3 публикациях в форме тезисов докладов.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть работы содержит 155 страниц текста, 74 страницы рисунков и таблиц. Список литературы содержит 156 наименований.

На защиту выносятся:

1. Общий алгоритм анализа характеристик внеполосного усиления антенн подвижной радиосвязи.

2. Методика анализа характеристик антенн в широкой полосе частот на основе адаптации метода обобщенной эквивалентной цепи.

3. Модели и эквивалентные схемы элементов систем питания антенн, включая излучающие отрезки линий и симметрирующие устройства.

4. Соотношения для расчета частотных характеристик матрицы Бат-лера в широкой полосе частот для целей анализа внеполосных характеристик антенн на основе кольцевых антенных решеток.

• 5. Методика опытно-расчетной оценки характеристик внеполосного усиления антенн подвижной радиосвязи.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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 общей методики и алгоритма анализа характеристик антенн подвижной радиосвязи за пределами рабочих полос частот.

Проведенная классификация антенн подвижной радиосвязи по критериям, существенным с точки зрения решаемых задач, позволила обосновать перечень основных типов исследуемых антенн подвижной радиосвязи: вибраторные антенны и линейные решетки на их основе; панельные антенны и линейные решетки на их основе; коллинеарные антенны; антенны Уда-Яги; кольцевые антенные решетки (КАР) с круговыми диаграммами направленности (ДН); КАР с секторными ДН.

Схема общего алгоритма анализа характеристик внеполосного усиления антенн, предполагающего определение контролируемых частот и исследование внеполосных характеристик на контролируемых частотах, приведена на рис.1.

Рис.1

Для описания внеполосных свойств антенны введена характеристика внеполосного усиления - коэффициент усиления антенны, на;соответст-вующих контролируемых частотах, как функция координатных углов.

Проведенный сравнительный анализ электродинамических методов, с учетом необходимости их адаптации к задачам анализа антенн в широкой полосе частот, показал преимущества метода обобщенной эквивалентной цепи (ОЭЦ), допускающего простую и достаточно точную аппроксимацию частотных зависимостей параметров элементов модели.

На основе соответствующей адаптации метода ОЭЦ разработана эффективная методика электродинамического анализа характеристик антенн в широкой полосе частот. Получены необходимые соотношения, описывающие частотные зависимости обобщенных импедансов и адмитансов в достаточно широкой полосе частот. В частности, взаимный обобщенный импеданс для х-го и А;-го сегментов определяется выражением:

Видим, что численное интегрирование достаточно выполнить один раз, независимо от количества частот анализа.

Проведенное исследование вопросов формализация элементов цепей питания антенн показало, что ветви эквивалентных схем неизлучающих элементов могут быть непосредственно включены в ОЭЦ. При этом отрезки линий (рис.2) моделируются цепями на сосредоточенных элементах, частотные зависимости импедансов и адми-тансов которых описываются тригонометрическими функциями:

^экв 2

в

(2)

Рис.2

Как показал проведенный анализ, высокая чувствительность адмитансов в поперечных ветвях к погрешности определения длины линии вблизи частот, соответствующих точкам разрыва, как фактор общей погрешности, не является существенной.

В разделе 2 отражены результаты диссертационного исследования применительно к разработке частной методики и алгоритмов анализа характеристик внеполосного усиления одновходовых антенн подвижной радиосвязи. Схема алгоритма аналгаа, конкретизированного применительно к основным типам одновходовых антенн приведена на рис.3. Для вибраторных

и панельных реше-

ток на этапе определения контролируемых частот целесообразен анализа уединенного излучателя. При построении алгоритма максимально использованы возможности сокращения вычислительных затрат за счет геометрической и электрической симметрии антенн. Разработан алгоритм построения ОЭЦ для излучающих коаксиальных линий в составе коллинеарных антенн. Показано, что в данном случае должны использоваться 8-полюсные эквивалентные схемы (рис.4). Получе-

Рис.З

ны соотношения для расчета импедансов и адмитансов элементов моделирующих цепей:

У = Ч<* у' = Л<г22 -<ти)(с$св-(Л%в);

2 2

(3)

где (Гл - соответствующие парциальные волновые проводимости структуры.

. Аналогичным образом разработан алгоритм построения ОЭЦ для симметрирующих устройств вибраторных излучателей, в том числе, на основе трехпроводных линий, и получены необходимые расчетные соотношения.

Разработанные алгоритмы анализа одновходовых антенн, в целях снижения ресур-соемкости, максимально учитывают специфические особенности антенн различных типов. В частности, для спирального участка антенны Маркони-

Франклина с катушкой реализована возможность описания витка всего одной ветвью. При этом, в частности, обобщенный взаимный импеданс определяется выражением::

Рис.4

Раздел 3 посвящен разработке частной методики и алгоритмов анализа характеристик внеполосного усиления многовходовых антенн подвижной связи на основе КАР. Рассмотрены вопросы конкретизации общей модели и методики анализа применительно к КАР с круговыми и секторными ДН. Установлено, что для КАР наиболее эффективно использование разложений по базису модовых возбуждений на этапе определения контролируемых частот и по базису парциальных диаграмм направленности - при исследовании характеристик на контролируемых частотах.

В рамках декомпозиционного подхода разработана математическая модель и методика учета частотных свойств диаграммообразующих схем (ДОС) КАР типа матриц Батлера (МБ), построенных на основе направленных ответвителей с электромагнитной связью. При этом использован уни-

версальный подход к построению МБ для ДОС всенаправленных, направленных и адаптивных КАР. Получены необходимые соотношения для расчета частотных зависимостей параметров ДОС. В частности, для МБ2х2 элементы блока передачи матрицы рассеяния определяются выражениями:

" созв + зЛътв 12 сов^ + у-у/гвт^

у'Бтб

/и =

, ------------/ =(С059-Уяп£)_,

21 соьв + ^ьтв 22 С05в+у'л/2$т0

а для МБЗхЗ - выражениями:

г,, =(АС1 + £>-гФ1)Ф1Ф2; /12 = сх>(Ф,^>ФХФ3; /13=ЯСФ?;

где:

А =

г21 = ВСФ\Ф2;

/31 = со(Ф, + л)Ф2; /втб

{а = АФ*1 /32=(с2Ф] + ао2)Ф3; г33 = &ОФ,2

/22 = вЕ>Ф\Фг; Ф! 4

л/2

(5)

(6)

с=-

-Дсо$в + ./л/Зет 0 л/2соз0 + _/л/35т6> соб^Ч- ]42%тв

£> = -

1

Ф,

-А

Ф,=е 3 ;

-Л

Ф3 = е 3

СО80+

Рекомпозицию МБ(рд)х(рд) иллюстрирует рис.5, а соответствующие оекомпозинионные соотношения имеют вид: '„='2'!?^' иг, и =1,2,..., до»

|яя — 1аЬ Ы '

где: а = еп1 49

(7)

/и-1

И-1 ;

т-1

+ 1' 6 = /!-дет-—1' с-т-регЛ Р ЯР

«-1

+ 1'

Р<7

г(1 + ети-—- -р)- 9(1 + ет—)2

I =Ь+(с-%

Разработан алгоритм анализа кольцевых антенных решеток с круговой и секторными диаграммами направленности, включающий частные алгоритмы анализа на этапе определения контролируемых частот и на этапе исследования внеполосных характеристик. Подробно рассмотрен порядок выполнения вычислительных процедур с учетом специфических особенностей этапов анализа.

1-

р* 1-

{

ОН )/*■!-

2-р+2-

(?-1)/>+2-

Р-

2р-

1 1 ?[<">]2 г : ч ч в, 1 1 р р

1 1 ч ч 1 1 Р Р

«г* V -«А >

!

\ 1 5 : ч ч 1 1 1 Р Р

-1

-9+1 -<р-1)?+1

-2 -?+2

-9

-2,

-Р?

Рис.5

Раздел 4 отражает результаты диссертационного исследования в части апробации и практической реализации разработанных методик и алгоритмов при решении задач обеспечения электромагнитной совместимости на объектах подвижней радиосвязи.

Проведены исследования характеристик внеполосного усиления линейных решеток вибраторных и панельных излучателей, коллинеарных антенн и антенн Уда-Яги. В качестве примера, на рис.6 приведены характеристики входного КБВ вибратора и излучателя линейной решетки, а на рис.7 -характеристики нормированного коэффициента усиления 4-этажной линейной решетки из таких излучателей на рабочей и контролируемых частотах.

Рис.6

Рис.7

Проведены исследования характеристик внеполосного усиления кольцевых антенных решеток с круговой и секторными ДН. В качестве примера, на рис.8 приведены характеристики нормированного коэффициента усиления КАР с круговой ДН при возбуждении 1-го (квадратурная мода) входа КАР на рабочей и контролируемых частотах, а на рис.9 - секторная ДН в горизонтальной плоскости на рабочей частоте КАР (жирная линия) и ДН на контролируемой частоте

Проведена опытно-расчетная оценка характеристик антенн по результатам измерения относительных уровней магнитного поля вблизи антенны. Обосновано проведение измерений относительных уровней и фаз магнитного поля на двух поверхностях, охватывающих исследуемую антенну. Получены расчетные соотношения для эквивалентных поверхностных электрического и магнитного токов. Получена формула для диаграммы направленности. Разработанная методика реализована в рамках опытно-расчетной оценки характеристик вибраторной решетки. В качестве примера, на рис.10 приведены результаты опытно-расчетной оценки характеристики коэффициента усиления линейной решетки вибраторных излучателей на контролируемой частоте

В заключении сформулированы основные научные и практические результаты диссертационной работы.

1. Разработаны общая методика и алгоритм анализа характеристик антенн подвижной радиосвязи за пределами рабочих полос частот. Выполнена классификация антенн подвижной радиосвязи как объекта анализа. Разработан общий алгоритм анализа характеристик внеполосного усиления антенн. Обоснован выбор метода электродинамического анализа и принципов его адаптации применительно к задачам анализа в широкой полосе частот. Разработана эффективная методика электродинамического анализа антенн в широкой полосе частот на основе адаптации метода ОЭЦ. Решены вопросы формализации элементов цепей питания антенн в ОЭЦ.

2. Разработаны частная методика и алгоритмы анализа характеристик внеполосного усиления одновходовых антенн подвижной радиосвязи. Выполнена конкретизация общей модели и методики анализа применительно к основным типам одновходовых антенн. Разработаны алгоритмы построения ОЭЦ для излучающих коаксиальных линий в составе коллинеарных антенн и симметрирующих устройств вибраторных излучателей. Разработаны частные алгоритмы анализа одновходовых антенн.

3. Разработаны частная методика и алгоритмы анализа характеристик внеполосного усиления многовходовых антенн подвижной связи на основе КАР. Выполнена конкретизация общей модели и методики анализа характеристик внеполосного усиления применительно к КАР с круговыми и секторными диаграммами направленности. Разработаны математическая модель и методика учета частотных свойств ДОС и частные алгоритмы анализа КАР с круговой и секторными ДН.

4. Выполнены апробация и практическая реализация разработанных методик и алгоритмов при решении задач обеспечения электромагнитной совместимости на объектах подвижной радиосвязи. Исследованы характеристики внеполосного усиления линейных решеток вибраторных и панельных излучателей, коллинеарных антенн, антенн Уда-Яги, а также кольцевых антенных решеток с круговой и секторными диаграммами направленности. Разработана методика и выполнена опытно-расчетная оценка характеристик антенн по результатам гомерения относительных уровней магнитного поля вблизи антенны.

5. Основные результаты диссертации работы внедрены при выполнении работ в интересах Минобороны России и Государственной радиочастотной службы России, а также в учебный процесс Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики. Внедрение результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.

В Приложении приводятся акты об использовании результатов диссертационной работы.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1.Бузов АЛ., Тимашков ВА Методика оценки характеристик внеполосного усиления антенн в рамках проблемы обеспечения межсистемной ЭМС // IX Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 22-24 апреля 2003 г.). - Воронеж, 2003. - Т.2 - С.1143-1149.

2.Тимашков ВА. Алгоритм и результаты оценки характеристик внеполосного усиления антенны Уда-Яги как фактора электромагнитной совместимости // IX Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 22-24 апреля 2003 г.). - Воронеж, 2003. - Т.2 - С.1136-1142.

3.Тимашков В.А. Учет характеристик антенн за пределами рабочих полос частот как фактора межсистемной ЭМС при создании сетей подвижной связи нового поколения. // Перспективные технологии в средствах передачи информации: Материалы 5-й международной научно-технической конференции (1-4 июля 2003 г., г. Владимир). - Владимир: Связьоценка, 2003. -С.51-53.

4.Тимашков В.А, Юдин В В. Характеристики многовходовых КАР СПМ на частотах, существенно отличающихся от рабочих // Сборник тезисов докладов и сообщений II Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (г. Самара, 7-13 сентября 2003 г.). - Самара, 2003. - С.286.

.Бузов А.Л., Тимашков ВА Оценка Странственно-энергетических ха-

рактеристик вибраторных антенн на частотах, существенно отличающихся от рабочих // Антенны. - 2003. - №9 (76). - С. 14-17.

6.Тимашков ВА Внеполосные характеристики усиления антенн подвижной радиосвязи // - Антенны. - 2003. - №9 (76). - С.62-67.

7.Тимашков ВА. Характеристики внеполосного усиления антенн подвижной радиосвязи на основе кольцевых антенных решеток // Вестник СОНИИР. — 2003. -№2(4).-С.72-77.

8.Тимашков ВА Математическая модель матрицы Батлера для целей исследования характеристик внеполосного усиления кольцевых антенных решеток // Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот. - 2003. - №1 (37). -С. 129-134.

9.Бузов А.Л., Тимашков ВА Опытно-расчетная методика определения пространственных характеристик антенн по результатам измерений амплитудно-фазового распределения ближнего поля // Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот. - 2003. - №1 (37). - С.3442.

10. Тимашков ВА. Пути повышения эффективности расчетно-экспериментального метода определения диаграмм направленности антенн по характеристикам ближнего поля // Тезисы докл. XI Российской научной конференции ПГАТИ. - Самара, 2004. - С. 155-156.

11. Тимашков В А Учет диапазонных свойств матрицы Батлера при исследовании внеполосных характеристик кольцевых антенных решеток // Тезисы докл. XI Российской научной конференции ПГАТИ. - Самара, 2004. - С. 156-157.

12. Вишняков М.Г., Тимашков ВА Об учете вида спектра сигнала при исследовании внеполосных характеристик антенн // Антенны. - 2004. - №3 (82). -С.43-45.

13. Тимашков В.А. Исследование характеристик внеполосного усиления кольцевых антенных решеток с секторными и адаптивными диаграммами направленности // Антенны. - 2004. • №3 (92). - С.76-80.

14. Тимашков ВА Формализация элементов цепей питания антенн при их

Подписано в печать 27.04.2004 г. Формат 60x84/16. Печать оперативная. Бумага офсетная. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 382

Типография ООО "ИНСОМА-ПРЕСС, 443011, г. Самара, ул. Советской Армии, 217

ВВЕДЕНИЕ

1 РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ МЕТОДИКИ И АЛГОРИТМА АНАЛИЗА ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕНН ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ

ЗА ПРЕДЕЛАМИ РАБОЧИХ ПОЛОС ЧАСТОТ

1.1 Классификация антенн подвижной радиосвязи как объекта анализа. Общий алгоритм анализа характеристик внеполосного усиления антенн

1.2 Обоснование выбора метода электродинамического анализа и принципов его адаптации применительно к задачам анализа в широкой полосе частот

1.3 Разработка эффективной методики электродинамического анализа антенн в широкой полосе частот на основе адаптации метода обобщенной эквивалентной цепи

1.4 Формализация элементов цепей питания антенн в обобщенной эквивалентной цепи

1.5 Выводы по разделу

2 РАЗРАБОТКА ЧАСТНОЙ МЕТОДИКИ И АЛГОРИТМОВ АНАЛИЗА ХАРАКТЕРИСТИК ВНЕПОЛОСНОГО УСИЛЕНИЯ ОД-НОВХОДОВЫХ АНТЕНН ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ

2.1 Конкретизация общей модели и методики анализа применительно к основным типам одновходовых антенн

2.2 Алгоритм построения обобщенной эквивалентной цепи для излучающих коаксиальных линий в составе коллинеарных антенн

2.3 Алгоритм построения обобщенной эквивалентной цепи для симметрирующих устройств вибраторных излучателей

2.4 Алгоритмы анализа одновходовых антенн

2.5 Выводы по разделу

3 РАЗРАБОТКА ЧАСТНОЙ МЕТОДИКИ И АЛГОРИТМОВ АНАЛИЗА ХАРАКТЕРИСТИК ВНЕПОЛОСНОГО УСИЛЕНИЯ МНОГОВХОДОВЫХ АНТЕНН ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ НА ОСНОВЕ КОЛЬЦЕВЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК

3.1 Конкретизация общей модели и методики анализа характеристик внеполосного усиления применительно к кольцевым антенным решеткам с круговыми и секторными диаграммами направленности

3.2 Разработка математической модели и методики учета частотных свойств диаграммообразующих устройств кольцевых антенных решеток

3.3 Алгоритм анализа кольцевых антенных решеток с круговой и секторными диаграммами направленности

3.4 Выводы по разделу

4 АПРОБАЦИЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДИК И АЛГОРИТМОВ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ НА ОБЪЕКТАХ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ

4.1 Результаты исследования характеристик внеполосного усиления линейных решеток вибраторных и панельных излучателей, колли-неарных антенн и антенн Уда-Яги

4.2 Результаты исследования характеристик внеполосного усиления кольцевых антенных решеток с круговой и секторными диаграммами направленности

4.3 Опытно-расчетная оценка характеристик антенн по результатам измерения относительных уровней магнитного поля вблизи антенны

4.4 Выводы по разделу

Характеристики приемных антенн и антенно-фидерных устройств, входящих в состав технических средств радиосвязи и телерадиовещания являются, как известно, существенным фактором обеспечения межсистемной электромагнитной совместимости (ЭМС).

В то же время, проблемы ЭМС радиосредств в последнее время существенно обострились. Продолжает быстро возрастать плотность излучающих технических средств радиосвязи и радиовещания, размещенных в пределах и вблизи населенных и промышленных зон, причем это относится не только к мегаполисам, но и к относительно небольшим «провинциальным» городам и населенным пунктам.

Постоянно расширяется сеть радиоцентров, радиостанций и ретрансляторов телерадиовещания, причем гораздо быстрее, чем число объектов, растет число размещенных на них радиопередатчиков. Достаточно сравнить нынешний состав оборудования любого областного радиотелевизионного передающего центра с тем, что имелось на нем же 15 лет назад, чтобы убедиться в качественном изменении ситуации.

В дополнение к сказанному, возникли и быстро внедряются новые радиокоммуникационные технологии. Стремительно увеличивается количество базовых станций сотовых, транкинговых и пейджинговых сетей подвижной радиосвязи общего пользования, выделенных, внутрипроизводственных (технологических), и ведомственных транкинговых сетей, базовых и абонентских станций систем MMDS, LMDS, MVDS, абонентского радиодоступа. В самой ближайшей перспективе предполагается быстрое развитие и массовое использование вещательного цифрового телевидения, спутниковой подвижной радиосвязи и Т.д.

Отмеченные тенденции приводят к существенному изменению типичной электромагнитной обстановки в местах размещения приемных и передающих средств радиосвязи и, как следствие, усложнению задачи обеспечения их электромагнитной совместимости (ЭМС).

Действительно, при проектировании, базовой станции подвижной радиосвязи (равно как и при проведении экспертиз в связи, например, с развертыванием новых радиосредств) должны быть учтены, как минимум, следующие основные варианты процессов, приводящих к возникновению излучаемых (или связанных с излучением мешающих сигналов) высокочастотных помех:

- прием мешающего сигнала (рабочего сигнала постороннего радиосредства) в основном канале приема рецептора;

- блокирование приемника-рецептора интенсивным мешающим сигналом, частота которого находится вне основного канала приема;

- перекрестная модуляция за счет присутствия на входе приемника, наряду с полезным, интенсивного мешающего сигнала, частота которого находится вблизи основного канала приема;

- возникновение помех интермодуляции в передающих (с последующим излучением помехи) или в приемных трактах радиосредств, вследствие нелинейного комбинирования двух или более интенсивных сигналов посторонних радиостанций.

Другими словами, должны быть учтены мешающие сигналы различных (в том числе весьма далеких от рабочих) частот, индуцированные посторонними радиопередатчиками в антеннах приемных и передающих трактов базовой станции.

С другой стороны, в связи с отмеченными выше особенностями формирования электромагнитной обстановки, в качестве упомянутых потенциальных источников излучаемых помех могут выступать антенны радиопередающих средств различного назначения и самой различной дислокации, от наземных мобильных до воздущных и орбитальных. Соответственно, должна быть обеспечена возможность учета вероятного приема помехи в максимально широком с учетом конкретных обстоятельств) диапазоне азимутальных углов и углов места.

Таким образом, существует актуальная научная проблема развития расчетных и экспериментальных методов исследования характеристик антенн подвижной радиосвязи в диапазонах частот, существенно отличающихся от рабочих, в интересах обеспечения электромагнитной совместимости.

Состояние вопроса в рассматриваемой области характеризуется следующими основными достижениями.

Вследствие важности вопроса электромагнитной совместимости ему уделено весьма значительное количество литературы, например, [1, 8, 23, 29-33, 37, 43, 45, 55, 80-83, 87, 89-96, 98, 100, 111-113, 121, 123-135, 137,139-142]. Вопросы взаимной связи между антеннами в контексте электромагнитной совместимости отражены в трудах В.Г. Ямпольского, О.П. Фролова, С.В. Севостьяно-ва и ряда других ученых, как отечественных, так и иностранных [1, 5, 6, 12-14, 34, 35, 87-93, 121, 123, 125, 126, 132, 133].

Однако, как представляется автору, незаслуженно обойден вниманием один весьма существенный аспект. Дело в том, что многие антенны, в том числе почти все антенны для сухопутной подвижной связи [5, 12-14, 34, 35, 38, 59, 72, 77], составлены из удлиненных проводников (проводов, стержней). Как хорошо известно [1,5, 12, 62], электродинамические свойства таких проводников обладают некоей периодичностью, имеют много резонансов. В связи с этим резонно предположить, что антенна, составленная из таких проводов, может интенсивно излучать не только в рабочей полосе частот (обычно эта полоса бывает возле первого - последовательного или второго - параллельного резонанса; для симметричного вибратора это соответствует длине вибратора около половины или около одной длины волны), но также и во многих других участках диапазона, где длина активного излучателя или какого-либо другого проводника антенны, может быть даже части металлоконструкции опоры или монтажного комплекта, соответствует какой-либо из многих резонансных частот. При этом направление максимума излучения для высших резонансов может быть самым разнообразным и, как правило, будет отличаться от направления максимума главного лепестка на рабочей частоте.

Между тем, справочные данные из каталогов и проспектов фирм, изготавливающих антенны, содержат сведения по диаграммам направленности, усилению и входному сопротивлению только для рабочей области частот.

В связи со сказанным становится очевидной для осуществления контроля ЭМС в области систем сухопутной подвижной связи необходимость разработки методики для исследования внеполосных излучений антенн и проведение таких исследований для наиболее распространенных типов антенн.

Антенно-фидерный тракт базовых станций систем сухопутной подвижной связи часто включает в себя фидерные устройства, служащие для согласования антенны с фидером, трансформации сопротивлений, и, в особенности для корпоративных систем связи, для обеспечения развязки между передатчиками, работающими на общую антенну [5, 12-14, 36]. Среди последних наиболее эффективны устройства схемно-пространственной мультиплексии, получившие систематизацию, развитие и теоретическое обоснование в трудах A.JI. Бузова [5,12-14,38,60,72,77, 102,117,118].

В научно-технической литературе имеется много работ по анализу и синтезу фидерных устройств соответствующих классов, в частности, в трудах A.JI. Фельдштейна, J1.P. Явича, С.В. Томашевича, М.А. Минкина как, например, [6, 12, 15, 16, 41, 46, 57, 63, 71, 103, 104]. Однако, с точки зрения внеполосных излучений антенн существенно взаимодействие фидерного устройства и собственно антенны, поскольку в такой системе возможно возникновение резонансных явлений, приводящих к интенсивному излучению на определенных частотах в каких-либо направлениях. В известной научно-технической литературе не обнаружено сведений о соответствующих исследованиях или разработке методик таких исследований.

Анализ излучающих структур (собственно антенн) упомянутого выше типа, т.е. состоящих из удлиненных проводников, в настоящее время производится численными электродинамическими методами [16, 18-21, 26, 50-52, 61, 62, 69-71, 73-75, 79, 84, 95, 105, 110, 114, 115, 117, 119, 120, 122]. В результате решения электродинамической задачи получают амплитудно-фазовое распределение токов по проводникам антенны. Это наиболее сложная задача, требующая, как правило, больших вычислительных ресурсов (машинного времени, оперативной памяти).

По найденному амплитудно-фазовому распределению токов без особых вычислительных проблем находятся антенные характеристики — диаграммы направленности, коэффициент направленного действия, входное сопротивление антенны, излучаемая мощность. Используя вышеупомянутое свойство, обычно полагают, что присутствуют только токи, текущие параллельно оси провода, т.е. поперечными токами пренебрегают. Часто полагают также, что весь протекающий по проводнику ток сосредоточен на оси проводника [21, 26, 61, 62, 73, 84,114,117,119,120, 122].

Это не соответствует действительности, т.к. на самом деле высокочастотный ток течет в узком слое возле самой поверхности проводника [76]. Соответствующая математическая задача является некорректно поставленной [101]. Однако при этом получаются относительно простые математические выражения, и осуществляется высокая скорость счета. Эта группа методов наиболее подходит для антенных систем, состоящих из относительно тонких проводников неизменного поперечного сечения, а также для случаев, когда не требуется высокая точность определения входного сопротивления.

Если поперечное сечение проводников не очень мало, наличествуют резкие перепады в величине поперечного сечения и если требуется точное определение входного сопротивления, то используются методы второй группы, предполагающие поверхностное распределение плотности тока [16, 18, 19, 51, 50, 69-71, 74, 75, 79, 105]. Соответствующая математическая задача является корректно поставленной, точность определения токов получается выше, но машинных ресурсов требуется больше, чем для осевых токов. В нашем случае для определения мощности внеполосных излучений требуется точный расчет входных сопротивлений в широком диапазоне частот, что вынуждает ориентироваться на выбор второй группы методов.

Вследствие универсальности и удобства алгоритмизации для произвольной конфигурации проводников предпочтительным для использования в нашем случае является метод обобщенной эквивалентной цепи (ОЭЦ) JI.C. Казанского [16, 51, 50, 69-71]. Однако, существенная ресурсоемкость указанного метода, особенно с учетом необходимости (вытекающей из тематики диссертационного исследования) проведения расчетов на самых различных частотах, где возможен прием внеполосной помехи, требует проведения исследований с целью адаптации метода к решению задач анализа антенн в широкой полосе частот.

Существенной частью данной диссертационной работы должно быть исследование внеполосных свойств многовходовых антенных решеток, входящих в состав упомянутых выше схемно-пространственных мультиплексеров. Обычно многовходовая антенная решетка имеет круговую форму, поэтому при ее исследовании можно для упрощения расчетов использовать поворотную симметрию. Соответствующий аппарат разработан для электродинамических методов, использующих осевые токи, в основном в трудах В.В. Юдина [84, 110, 118120], а для метода ОЭЦ он пока отсутствует. Поэтому в ходе данной работы либо должен быть разработан этот аппарат для метода ОЭЦ, либо должна быть разработана методика, повышающая точность определения входных сопротивлений при использовании расчетных методов с осевыми токами при поворотной симметрии исследуемых объектов.

В связи с известными трудностями, связанными с проведением измерений характеристик направленности антенн традиционными методами, в последнее время все более широкое применение находят расчетно-экспериментальные методы, основанные на восстановлении характеристик направленности антенны по результатам измерения ее ближнего поля [3, 44, 54, 67, 78, 109]. Однако, для целей измерения внеполосных характеристик антенн указанные методы должны быть соответствующим образом адаптированы и усовершенствованы.

Цель работы - решение имеющей существенное значение для теории и техники антенн задачи разработки эффективных методик и алгоритмов анализа характеристик антенн в широкой полосе частот и исследования на этой основе пространственных и энергетических характеристик антенн подвижной радиосвязи за пределами рабочих полос частот в целях обеспечения электромагнитной совместимости.

Для достижения поставленной цели в настоящей диссертационной работе . выполнена следующая программа исследований.

Основные результаты диссертации работы внедрены при выполнении работ в интересах Минобороны России и Государственной радиочастотной службы России, а также в учебный процесс Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики.

Внедрение результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработаны общая методика и алгоритм анализа характеристик антенн подвижной радиосвязи за пределами рабочих полос частот.

Проведена классификация антенн подвижной радиосвязи как объекта анализа по критериям, существенным с точки зрения решаемых задач. Предложен и обоснован общий алгоритм анализа характеристик внеполосного усиления антенн, предполагающий два основных этапа: определение контролируемых частот и исследование внеполосных характеристик на контролируемых частотах. В качестве критерия отбора частот в число контролируемых, предложено использовать достаточный уровень согласования, а также априорные соображения применительно к конкретной ситуации. В качестве основной внепо-лосной характеристики предложено использовать характеристику внеполосного усиления — коэффициент усиления антенны на соответствующих частотах, определенный с учетом потерь на отражение.

Обоснованы выбор метода электродинамического анализа и принципы его адаптации применительно к задачам анализа в широкой полосе частот. Выполнен сравнительный анализ различных методов. Показана необходимость адаптации, предполагающей аппроксимацию частотных зависимостей матричных элементов в широкой полосе частот. Сформулированы основные принципы адаптации и требования к апроксимирующим выражениям. Обоснованы преимущества в этом смысле метода обобщенной эквивалентной цепи, который и принят в качестве основы разрабатываемых методик.

Разработана эффективная методика электродинамического анализа характеристик антенн в широкой полосе частот на основе соответствующей адаптации метода обобщенной эквивалентной цепи. Получены все необходимые соотношения, описывающие частотные зависимости обобщенных импедансов и адмитансов в достаточно широкой полосе частот.

Исследованы вопросы формализация элементов цепей питания антенн в обобщенной эквивалентной цепи. Предложено отрезки линий моделировать цепями на сосредоточенных элементах, частотные зависимости импедансов и адмитансов которых описываются тригонометрическими функциями. Показано, что высокая чувствительность адмитансов в поперечных ветвях к погрешности определения длины линии вблизи частот, соответствующих точкам разрыва, как фактор общей погрешности не является существенной.

Разработаны частная методика и алгоритм анализа характеристик внеполосного усиления одновходовых антенн подвижной радиосвязи.

Рассмотрены вопросы конкретизации общей модели и методики анализа применительно к основным типам одновходовых антенн. Для вибраторных и панельных решеток показана возможность и целесообразность анализа уединенного излучателя на этапе определения контролируемых частот. Проанализированы возможности сокращения вычислительных затрат за счет свойств симметрии антенн, причем как геометрической, так и электрической.

Разработан алгоритм построения обобщенной эквивалентной цепи для излучающих коаксиальных линий в составе коллинеарных антенн. Показано, что в этом случае для адекватного моделирования цепями на сосредоточенных элементах эквивалентность только в смысле параметров четырехполюсника недостаточна. Предложено использовать более сложные моделирующие цепи, включающие дополнительные сосредоточенные элементы, учитывающие связь с внешним полем. Доказана достаточная адекватность таких цепей. Получены соотношения, позволяющие рассчитывать импедансы и адмитансы моделирующих цепей как функции от частоты.

Разработан алгоритм построения обобщенной эквивалентной цепи для симметрирующих устройств вибраторных излучателей. В основу положен подход, предполагающий переход к промежуточной эквивалентной схеме на отрезках линий, уже не являющейся симметрирующей цепью. Применительно к симметрирующим устройствам на основе трехпроводных линий использованы, в сущности, те же принципы цепного моделирования, что и для излучающих коаксиальных линий, но с учетом, того, что в данном случае ни один из проводников не является сплошным экраном. Получены расчетные соотношения для импедансов и адмитансов моделирующих цепей как функций от частоты.

На этой основе разработаны алгоритмы анализа одновходовых антенн. Подробно рассмотрен порядок выполнения вычислительных процедур различных этапов анализа с учетом специфических особенностей антенн различных типов.

Разработаны частная методика и алгоритм анализа характеристик внеполосного усиления многовходовых антенн подвижной связи на основе кольцевых антенных решеток

Рассмотрены вопросы конкретизации общей модели и методики анализа применительно к кольцевым антенным решеткам с круговыми и секторными диаграммами направленности. Обоснован подход, предполагающий разработку автономной математической модели диаграммообразующей схемы без включения ее в обобщенную цепь излучающей структуры и раздельное решение соответствующих задач анализа. Применительно к анализу излучающей структуры кольцевой решетки на этапе определения контролируемых частот обосновано использование разложений по базису модовых возбуждений, что обеспечивает значительное сокращение вычислительных затрат. Применительно к исследованию внеполосных характеристик на контролируемых частотах обосновано использование представления диаграммы направленности решетки в линейно независимом базисе парциальных диаграмм направленности отдельных излучателей.

Разработана математическая модель и методика учета частотных свойств диаграммообразующих устройств кольцевых антенных решеток. В основу положен известный принцип декомпозиции диаграммообразующей схемы типа матрицы Батлера таким образом, что выделяемые составные части представляют собой схемы того же класса, но меньшей размерности. При этом использованы универсальные принципы построения структур матриц Батлера для всенаправленных решеток и диаграммообразующих схем для направленных решеток, в том числе адаптивных. Получены необходимые расчетные соотношения, позволяющие определять частотные зависимости параметре диаграммообразующих схем по заданным их размерностям.

На этой основе разработан алгоритм анализа кольцевых антенных решеток с круговой и секторными диаграммами направленности, включающий частные алгоритмы анализа на этапе определения контролируемых частот и на этапе исследования внеполосных характеристик. Подробно рассмотрен порядок выполнения вычислительных процедур с учетом специфических особенностей этапов анализа.

Приведены результаты апробации и практической реализации разработанных методик и алгоритмов при решении задач обеспечения электромагнитной совместимости на объектах подвижной радиосвязи, включая результаты исследования характеристик внеполосного усиления линейных решеток вибраторных и панельных излучателей, коллинеарных антенн и антенн Уда-Яги, а также кольцевых антенных решеток с круговой и секторными диаграммами направленности.

Проведена опытно-расчетная оценка характеристик антенн по результатам измерения относительных уровней магнитного поля вблизи антенны. Разработана соответствующая методика, предполагающая определение (по результатам измерений) эквивалентных источников с последующим восстановлением диаграммы направленности. Обосновано проведение измерений относительных уровней и фаз только магнитного поля на двух соосных цилиндрических поверхностях, охватывающих исследуемую антенну. Получены расчетные соотношения для эквивалентных поверхностных электрического и магнитного токов. На основе известного решения обобщенной задачи об излучении получена формула для диаграммы направленности. Разработанная методика реализована в рамках опытно-расчетной оценки характеристик вибраторной решетки. Приведены результаты оценки.

1. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ / Под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч. М.: Связь, 1977.

2. Альтер Л.Ш. Зоны помех интермодуляции в сотовых системах радиосвязи. Радиотехника, 2001, №4, с.37-39.

3. Анохина О.Д., Нечеса А.А., Усин В.А Определение АФР в элементах фазированных антенных решеток по измерениям амплитуды ближнего поля // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1996. - Т. 39. - №10. - С. 64-68.

4. Антенно-фидерные устройства / Г.Н. Кочержевский, Г.А. Ерохин, Н.Д. Козырев. М.: Радио и связь, 1989. - 352 с.

5. Антенно-фидерные устройства систем сухопутной подвижной связи / А.Л. Бузов, Л.С. Казанский, В.А. Романов, Ю.М. Сподобаев; Под ред. А.Л. Бу-зова. М.: Радио и связь, 1997. — 150 с.

6. Антенно-фидерные устройства: технологическое оборудование и экологическая безопасность / А.Л. Бузов, Л.С. Казанский, А.Д. Красильников и др.; Под ред. А.Л. Бузова. — М.: Радио и связь, 1998. 221 с.

7. Атабеков Г.И. Теория линейных электрических цепей. М.: Советское радио, 1960. - 318 с.

8. Безлюдников О.Л., Клыженко Б.А., Севостьянов С.В., Тарасенко А.Г. Электромагнитная совместимость станций сухопутной подвижной радиосвязи со средствами телевизионного и звукового вещания. // Радиотехника (журнал в журнале). 2001. - №11. - С.62-65.

9. Бондарь И.В., Носов Н.А. Анализ многопроводных симметрирующе-согласующих линий в составе вибраторных излучателей методом интегрального уравнения // Антенны. 2003. - №9 (76). - С.27-31.

10. Бузов А.Л. Синтез ДОС СПМ на основе ее редукционной декомпозиции // Информатика, радиотехника, связь: Сборник трудов Академии телекоммуникаций и информатики. Вып.З. - Самара, 1998. - С.83-89.

11. Бузов A.JI. УКВ антенны для радиосвязи с подвижными объектами, радиовещания и телевидения. М.: Радио и связь, 1997. — 293 с.

12. Бузов А.Д., Бухов С.И., Минкин М.А. и др. Разработка, проектирование и внедрение антенно-фидерных устройств корпоративных сетей подвижной радиосвязи // Радиотехника (журнал в журнале). — 2001. №9. - С.75-78.

13. Бузов A.JL, Казанский J1.C., Минкин М.А., Юдин В.В. Антенно-фидерные устройства базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи // Труды НИИР: Сб. ст. М., 1999. - С.80-83.

14. Бузов А.Л., Казанский Л.С., Минкин М.А., Юдин В.В. К вопросу моделирования экранированных антенно-фидерных устройств LC-цепями // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. 1998. - 6, №3-4 - С. 17-21.

15. Бузов А.Л., Казанский Л.С., Минкин М.А., Юдин В.В. Принципы моделирования антенно-фидерного устройства как сложной пространственной структуры обобщенными LC-цепями // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 1998. - №4 - С. 3 8-41.

16. Бузов А.Л., Минкин М.А., Юдин В.В. Многочастотное согласование излучателей антенных решеток центральных станций радиосвязи с подвижными объектами // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. — 1998. 6, №1-2. -С.22-27.

17. Бузов А.Л., Сподобаев Ю.М., Филиппов Д.В. и др. Преобразование интегрального уравнения Поклингтона к сингулярному интегральному уравнению // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. 1999. - 7, №1 - С.59-63.

18. Бузов А.Л., Филиппов Д.В., Юдин В.В. Применение метода Галерки-на для решения сингулярного интегрального уравнения тонкого вибратора // Труды НИИР: Сб. статей. М., 2000. - С.64-66.

19. Бузов А. Д., Юдин В. В. Современные методы электродинамического анализа проволочных антенн. Проблемы, решения, заблуждения // Антенны. -2003. -№ 1.-е. 8-13.

20. Бузова М.А., Юдин В.В. Методика расчета входного импеданса проволочной антенны на основе уравнения баланса энергии // Антенны. — 2004. -№3.

21. Бухов С.И. Об одной возможности повышения быстродействия метода обобщенных эквивалентных цепей // Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот. 2003. - № 1. - С. 52-57.

22. Быховский М.А., Мермелыптейн Д.В. Анализ электромагнитной совместимости приемников с учетом явлений блокирования, интермодуляции и перекрестных искажений. Труды НИИР, 1990, №4, с. 11 -15.

23. Вай Кайчэнь. Теория и проектирование широкополосных согласующих цепей. М.: Связь, 1978. - 288 с.

24. Воскресенский Д.И., Пономарев Л.И., Филиппов B.C. Выпуклые сканирующие антенны (основы теории и методы расчета). — М.: Сов. радио, 1978. — 304 с.

25. Вычислительные методы в электродинамике: Под ред. Р. Митры. Пер. с англ. / Под. ред. Э.Л. Бурштейна. М.: Мир, 1977. - 487 с.

26. Ганстон М.А.Р. Справочник по волновым сопротивлениям фидерных линий СВЧ: Пер. с англ. / Под ред. А.З. Фрадина. — М.: Связь, 1976. 152 с.

27. ГуптаК., ГарджР., ЧадхаР. Машинное проектирование СВЧ устройств. М.: Радио и связь, 1987. — 430 с.

28. ГОСТ 23611-79 Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Термины и определения.

29. ГОСТ 29192-91 Совместимость технических средств электромагнитная. Классификация технических средств.

30. ГОСТ 30372-95 Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения.

31. ГОСТ 30318-95 Совместимость технических средств электромагнитная. Требования к ширине полосы радиочастот и внеполосным излучениям радиопередатчиков. Методы измерений и контроля.

32. ГОСТ Р 50842-95 Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Устройства радиопередающие народнохозяйственного применения. Требования к побочным радиоизлучениям. Методы измерения и контроля.

33. ГОСТ Р 50736-95. Антенно-фидерные устройства систем сухопутной подвижной радиосвязи. Типы, основные параметры, технические требования и методы измерений.

34. ГОСТ Р 51138-98 Антенны передающие стационарные станций телевизионного и радиовещания диапазонов ОВЧ и УВЧ. Классификация. Технические требования. Методы измерений.

35. ГОСТ Р 51139-98 Устройства сложения сигналов нескольких передатчиков телевизионного и радиовещания диапазонов ОВЧ и УВЧ. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений

36. ГОСТ Р 51317.2.5-2000 Совместимость технических средств электромагнитная. Электромагнитная обстановка. Классификация электромагнитных помех в местах размещения технических средств.

37. ГОСТ Р 51798-2001 Решетки антенные многовходовые для оборудования систем подвижной радиосвязи. Основные параметры, общие технические требования, методы измерений.

38. Гостюхин B.JL, Гринева К.И., Трусов В.Н. Вопросы проектирования активных ФАР с использованием ЭВМ / Под ред. В.Л. Гостюхина. М.: Радио и связь, 1983.-248 с.

39. Григорьев А.Д. Электродинамика и техника СВЧ. — М.: Высшая школа, 1990-335 с.

40. ГуптаК., ГарджР., ЧадхаР. Машинное проектирование СВЧ устройств. М.: Радио и связь, 1987. — 430 с.

41. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. 3-е, перераб. - М.: Наука, 1967. - 368 с.

42. Джонс Р.С., Экер Х.А., Холлис Дж.С., Определение диаграммы направленности антенн по результатам измерений в ближней зоне // ТИИЭР. — 1973. Т.61, №12. - С. 5-37.

43. Жидков М.Г., Клыженко Б.А. Помехи взаимной модуляции в многоканальных сетях подвижной радиосвязи. Труды НИИР, 1984, №4, с.57-63.

44. Инженерные расчеты на ЭВМ: Справочное пособие / Под ред. В.А. Троицкого. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. - 288 с.

45. Иоссель Ю.А., Кочанов Э.С., Струнский М.Г. Расчет электрической емкости. Л.: Энергоиздат, 1981. - 288 с.

46. Каганов З.Г. Электрические цепи с распределенными параметрами и цепные схемы. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 248 с.

47. Казанский Л.С. Способ расчета проволочных антенн произвольной конфигурации с помощью обобщенной эквивалентной цепи // Радиотехника и электроника. -1999. -№ 6. С. 705-709.

48. Казанский Л.С. Способ расчета прямых антенн с помощью обобщенной эквивалентной цепи: провод переменного радиуса// Радиотехника и элекчтроника.-1998.-№ 2. С.175-179.

49. Казанский Л.С., Минкин М.А., Юдин В.В. Система интегро-дифференциальных уравнений, имеющих смысл граничных условий для тангенциальной и нормальной составляющих электрического поля на поверхности проводника // Антенны. 2002. - № 1. - С. 65-72.

50. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. — 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. — 488 с.

51. Калинин А.В., Многочастотный способ определения поля антенны в ближней зоне // Изв. вузов. Радиофизика. 1988. - Т. 31, №4. — С. 495-500.

52. Клыженко Б.А., Севостьянов С.В., Тарасенко А.Г. Расчет зон помех интермодуляции в транкинговых сетях подвижной радиосвязи. // Вестник СО-НИИР. 2002. - №1. - С.41-44.

53. Козлов В.И., Юфит Г.А. Проектирование СВЧ устройств с помощью ЭВМ. М.: Сов.радио, 1975. 177 с.

54. Кольчугин Ю.И. Разработка методик расчета, измерений и исследование электромагнитных полей вблизи антенн сотовой подвижной связи // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Самара, 1998.-220 с.

55. Кольчугин Ю.И., Романов В.А., Филиппов Д.В., Юдин В.В. Методика определения уровня электромагнитных полей в ближней зоне антенн телерадиовещания и подвижной радиосвязи // Вестник СОНИИР. 2003. № 1. — С. 6266.

56. Корнеев В.Д. К вопросу о формировании ненаправленных характеристик излучения антенны с независимыми входами // ТСС, Техника радиосвязи. 1989. - вып. 4. - С.97-106.

57. Корнилов М.В., Калашников Н.В., Рунов А.В. и др. Численный электродинамический анализ произвольных проволочных антенн // Радиотехника. — 1989.-№7.-С. 82-83.

58. Коротковолновые антенны / Г.З. Айзенберг, С.П. Белоусов, Э.М. Журбенко и др.; Под ред. Г.З. Айзенберга. 2-е, перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985. - 536 с.

59. Лондон С.Е., Томашевич С.В. Справочник по высокочастотным трансформаторным устройствам. М.: Радио и связь, 1984. - 216 с.

60. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. — М: Энергия, 1975. — 384 с.

61. Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Т.1. / Пер. с агл. под общей ред. Л.В. Алексеева и Ф.В. Кушни-ра. М.: Связь, 1971.-440 с.

62. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1990. - 400 с.

63. Методы измерений параметров излучающих систем в ближней зоне / Л.Д. Бахрах, С.Д. Кременецкий, А.П. Курочкин и др. Л.: Наука, 1985. - 387 с.

64. Минкин М.А. Анализ параметрической чувствительности излучающих структур на основе метода обобщенной эквивалентной цепи // Радиотехника (журнал в журнале). 2001. - №11. — С.86-89.

65. Минкин М.А. Аппроксимация сплошных поверхностей при анализе антенно-фидерных устройств методом обобщенной эквивалентной цепи // Антенны-2002.-№1 (56). С. 18-21.

66. Минкин М.А. Учет диэлектрических элементов конструкции при анализе антенно-фидерных устройств методом обобщенной эквивалентной цепи // Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот. 2001. - №3 (31).-С. 18-24.

67. Минкин М.А. Электродинамическая теория параметрической чувствительности антенно-фидерных устройств. — М.: Радио и связь, 2001. 111 с.

68. Многовходовые антенные системы подвижной радиосвязи на основе схемно-пространственной мультиплексии / A.JI. Бузов, JI.C. Казанский, М.А. Минкин, В.В. Юдин; Под ред. A.JI. Бузова. — М.: Радио и связь, 2000. — 181с.

69. Назаров В.Е., Рунов А.В., Подининогин В.Е. Численное решение задач об основных характеристиках и параметрах сложных проволочных антенн // Радиотехника и электроника. Вып. 6. Минск.: Вышейшая школа, 1976. — С.153-158.

70. Неганов В.А, Матвеев И.В. Сингулярное интегральное уравнение для расчета тонкого вибратора // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 1999. - Т.2., № 2. - С. 27-33.

71. Неганов В.А., Матвеев И.В., Медведев С.В. Метод сведения уравнения Поклингтона для электрического вибратора к сингулярному интегральному уравнению // Письма в ЖТФ, 2000, том 26, вып. 12. С.89-93.

72. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1989. - 544 с.

73. Носов Ю.Н. Многомодовая антенная решетка для многоканальных систем связи // Труды НИИР. 1984. - № 3. - С.47-51.

74. Плохих С.А., Сазонов Д.М., Щербаков В.И. Восстановление диаграмм направленности антенн методом эталонной антенны по амплифазомет-рическим измерениям в ближней зоне // Радиоэлектроника. 1987. -Т. 30. №2. — С.59-64.

75. Радциг Ю.Ю., Сочилин А.В., Эминов С.И. Исследование методом моментов интегральных уравнений вибратора с точными и приближенными ядрами // Радиотехника. 1995. - №3. - С. 55-57.

76. Регламент радиосвязи. Международный союз электросвязи, 1990.

77. Рекомендация ITU-R IS.851-1. Совместное использование частот радиовещательной службой и фиксированной и/или подвижной службами в диапазонах ОВЧ и УВЧ. (Вопрос МСЭ-R 2/12). (1992-1993).

78. Рекомендация ITU-R Р.370-7. Кривые распространения радиоволн для частот от 30 до 1000 МГц, 1995.

79. Рекомендация T/R 25-08 (Лечче 1989г., переем, в Вене в 1999г.). Критерии планирования и координации частот сухопутной подвижной службы в полосе 29,7-960 МГц.

80. Рунов А.В. О специализации интегрального уравнения тонкой проволочной антенны произвольной геометрии к некоторым частным случаям // Радиотехника и электроника. Вып.6. — Минск.: Вышейшая школа, 1976. С.161-164.

81. Сазонов Д.М. Основы матричной теории антенных решеток. В сб.: Научно-методические статьи по прикладной электродинамике 1983. - Вып.6. -С.111-162.

82. Сазонов Д.М., Мишустин Б.А. Матрица рассеяния антенной решетки // Известия высш. уч. зав. Радиофизика. 1969. - T.XIII. - № 4. - С.597-607.

83. Севостьянов С.В. Исследование влияния элементов металлоконструкций опоры на уровень развязки антенн. // Вестник СОНИИР. — 2002. №1. — С.76-80.

84. Севостьянов С.В. Корректная постановка электродинамической задачи расчета развязки вибраторных антенн. // Тезисы докл. IX Российской научной конференции ПГАТИ. Самара, 2002. - С. 107.

85. Севостьянов С.В. Метод расчета развязки слабо связанных антенн на основе преобразования базиса в пространстве формируемых диаграмм направленности. // Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот. — 2001. Т.9, №3 (31). - С.97-107.

86. Севостьянов С.В. Общая модель сложной антенно-фидерной системы для целей анализа внутриобъектовой электромагнитной совместимости // ВестникСОНИИР. -2002. -№2. -С. 15- 79.

87. Севостьянов С.В. Разработка методики и вычислительного алгоритма решения электродинамической задачи расчета развязки вибраторных антенн. // Тезисы докл. IX Российской научной конференции ПГАТИ. Самара, 2002. — С.108.

88. Севостьянов С.В. Расчет развязки антенн на основе их электродинамического анализа в рамках решения проблем внутриобъектовой ЭМС. // Антенны. 2002. - вып. 1 (56). - С.59-64.

89. Севостьянов С.В. Эффективный алгоритм электродинамического анализа излучающих систем при решении задач внутриобъектовой ЭМС // Вестник СОНИИР. 2002. - №2. - С. 80 - 85.

90. Сети телевизионного и звукового ОВЧ ЧМ вещания: Справочник / М.Г.Локшин, А.А.Шур, А.В.Кокорев, Р.А.Краснощеков. М.: Радио и связь, 1988.- 144 с.

91. Силаев М.А., Брянцев С.Ф. Приложение матриц и графов к анализу СВЧ устройств. -М.: Сов.радио, 1970. 248 с.