автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Конструктивный синтез и оптимизация антенных решеток с фидерной схемой питания

министерство связи российской федерации

Московский технический университет связи и информатики

Р Г Б ОД

На правах рукописи

2 3 О ИТ 1295

Гайнутдинов ^имур Аншарович

УДК 621.396.67

КОНСТРУКТИВНЫЙ СИНТЕЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК С ФИДЕРНОЙ СХЕМОЙ ПИТАНИЯ

Специальность 05.12.07 - Антенны и СВЧ-устройства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Московском техническом университете связи и информатики.

Научный руководитель - доктор технических наук,профессор

Ерохин Густав Арсентьевич

Оппоненты - доктор технических наук,профессор

Модель Арнольд Маркович

кандидат технических наук Клигер Григорий Аронович

Ведущая организация - ГСПИ РТВ Мин. связи РФ

Защита состоится 1995 года в /5— часов

на заседании специализированного Совета к на.ое.05 при Московском техническом университете связи и информатики.

Адрес университета : 11Ю24, г. Москва, ул. Авиамоторная, а С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан__ 1995 года

Ученый секретарь специализированного Совета

к: И8.об.оз.

3/6

Берендеева Г.С.

ОБЩАЯ характеристика работы

Актуальность проблемы. Широкое применение в системах радиосвязи, работающих в коротковолновом (КВ) и средневолновом (СБ) диапазонах нашли антенные решетки (АР) с фидерной схемой питания. Помимо получения высокого значения коэффициента направленного действия (КНД).применение антенных решеток с фидерной схемой питания позволяет решить и ряд других,важных на практике задач, например, создание диаграммы направленности (ДН) заданной формы,увеличение мощности излучения антенны .при сохранении нормального электрического режима питающих линий и т.д.

Антенные решетки с фидерной схемой питания в зависимости от способа подключения излучателей делятся на АР с последовательной и параллельной схемой питания.Классическим примером АР с последовательной схемой питания является антенна бегущей волны с элементами связи (например, антенна типа БС ), а АР с параллельной схемой питания - синфазная горизонтальная диапазонная антенна (антенна СГД ). Антенные решетки с последовательной схемой питания в основном применяются в режиме осевого излучения,а АР с параллельной схемой - в режиме нормального излучения.

Однако,обладая высокими потенциальными возможностями,АР~с • фидерной схемой питания,особенно АР с последовательной схемой питания, на практике имеют характеристики весьма далекие от оптимальных. Во многом это связано с тем, что отсутствуют строгие метода проектирования, позволяющие точно реализовать амплитудно-фазовое распределения (АФР) тока по излучателям АР, обладающие эффективными характеристиками направленности.В частности,проектирование основных - типов -АР-й-фидерной схемой питания обычно-ведется-без-учета ■ взаимного влияния между излучателями или с помощью весьма приближенных способов его учета. Например,при проектировании антенн БС и "Заря" входное сопротивление всех излучателей полагается одинаковым и равным либо входному сопротивлению одного из излучателей,находящихся в средней части решетки,либо некоторому усредненному значению входного сопротивления, что является довольно грубым прибли-лижением. Если при проектировании АР с параллельной схемой питания такое допущение является вполне обоснованным, так как при нормальном режиме излучения степень взаимного влияния сравнительно невелика, то для АР с последовательной схемой питания, работающих в режиме осевого излучения,это приближение весьмо условно. Из-за этого удовлетворительные результаты проектирования получаются при реализации

б ар весьма узкого класса АФР тока (амплитудное распределение - экспоненциально убывающая функция, а фазовое распределение соответствует закону бегущей волны),которые как показано в работе,весьма далеки от оптимальных.Поэтому разработка методов проектирования АР с фидерной схемой питания,позволяющих строго решать задачу реализации в АР произвольных АФР тока, и следовательно улучшить электродинамические характеристики таких АР,представляется весьма актуальной задачей,

Целью диссертационной работы является разработка эффективных методов конструктивного синтеза и оптимизации АР с фидерной схемой питания и создание на основе полученных- результатов конкретных оригинальных методик модернизации уже действующих АР,а также рекомендаций по построению новых АР с фидерной схемой питаниях

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Теоретически обосновать возможность строгого решения задачи конструктивного синтеза АР с фидерной схемой питания.

2. Разработать метод конструктивного синтеза АР с фидерной схемой питания в виде, удобном для практического применения.

3. Определить типы АР с фидерной схемой литания, для которых применение разработанного метода является наиболее эффективным и оправданным.

4. Разработать метод оптимизации тех АР, для которых применение методов конструктивного синтеза не представляется возможным.

5. Разработать на основе полученных методов рекомендации по модернизации некоторых действующих АР с фидерной схемой питания, с целью улучшения их электродинамических характеристик.

-- Научная новизна диссертационной работы заключается--в -следую- -■ щем:

1. Исследованы АФР, обеспечивающие повышенный КНД АР при наличии ограничения на максимально допустимый перепад амплитуд токов в излучателя^-* решетки.

г. Теоретически обоснована возможность реализации произвольного АФР токов в излучателях АР с фидерной схемой питания при чисто реактивном характере настроечных элементов и отсутствии поглощающей нагрузки на конце антенны.

з. Предложен эффективный метод решения задачи конструктивного синтеза ар с фидерной схемой притания, позволяющий строго решить задачу реализации требуемого афр в излучателях ар с учетом взаимного влияния между излучателями.

4. На основе разработанного метода конструктивного синтеза АР со схемой питания последовательного типа получены формулы для определения настроечных элементов в схеме питания действующей СВ антенны "Заря", при реализации которых улучшаются ее электродинамические характеристики.

з. Исследованы некоторые способы улучшения характеристик помехозащищенности КВ приемных антенн типа ВС.

Методы исследования. Для реализации перечисленных задач в диссертационной работе используются обобщенный метод наведенных ЭДС, матричный анализ, методы анализа! и синтеза СВЧ устройств, методы численного моделирования и оптимизации с применением компьютера.

Достоверность разработанных методов синтеза подтверждается строгими методами решения поставленных задач,корректностью используемого при этом математического аппарата,сравнением расчетных результатов по исследуемым антеннам с экспериментальными данными,а также испытаниями на одном из объектов Главного центра управления сетями радиовещания и радиосвязи -ГЦУРС, г.Москва, отраженными в соответствующем акте использования.

Практическая ценность диссертационной работы определяется следующим:

- разработанный метод синтеза АР с фидерной схемой питания позволяет по заданным электродинамическим характеристикам полностью определить конструкцию антенны,

- разработаны методики настройки сложной СВ передающей антенны "Заря",позволяющие существенно увеличить КНД антенны или уменьшить УБЛ и не требующие последующей экспериментальной доводки,

- предлагается способ перенастройки СВ направленной АР в режим ------формирования-всенаправленной -(в горизонтальной плоскости)-ДН,—

- предложены способы улучшения характеристик помехозащищенности КВ антенн типа БС.

Реализация результатов. Основные результаты диссертационной работы были использованы на практике,что подтверждают соответствующие документы,а также применялись в учебном процессе в МТУСИ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы неоднократно обсуждались на кафедре технической электродинамики и антенн Московского технического университета связи и информатики (1992-1995 гг.), докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподовательского состава,сотрудников научно-исследовательской части и аспирантов МТУСИ в 1991-1995 годах, на всесоюзном совещании по приземному распространению радиоволн и элек-алг 5

тромагнитной совместимости (Улан-Уде, июль 1990), на региональг научно - технической конференции "Сложные антенные системы и компоненты . Теория, применение, экспериментальные исследовани (Ленинград ,июнь 1991), на научно-методическом совете произволе венного объединения по радиосвязи и радиовещанию (Москва, янва 1990 и декабрь 1991).

Публикации по работе.Основные результаты,полученные в работ опубликованы в двух научно-технических статьях , в материал конференций и совещаний, указанных выше, и в бюллетенях изобрет тений (одно авторское свидетельство).Всего опубликовано зг рабо Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, ч тырех глав, заключения .трех приложений и списка литературы из i наименований. Она содержит страницы основного текста, ios р; сунка на 77 страницах ии страниц приложений. Общий объем рабо ты - гзз страницы.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработанные методы синтеза АР с фидерной схемой пит; ния позволяют строго решить задачу реализации произвольного АЗ токов в излучателях АР.Для решения этой задачи при условии соглг сования на входе антенны необходимо и достаточно иметь 2И+1 нас1 роечных элементов в схеме питания АР,где N - число излучателей в АР.

г. Решение задачи реализации произвольного АФР токов в излуч те лях АР ..всегда возможно при чисто реактивном характере настрое них - элементов и отсутствии поглощащей -яагрузки- -на~конце антенн что обеспечивает ее высокий КПД.

3. Поиск АФР,обладающих повышенным КВД и предполагаемых к ре лизацш в АР с фидерной схемой питания,необходимо проводить в кл се комплексна;функций,имеющих ограничение на максимально допуст мый перепад амплитуд токов в амплитудном распределении и обеспеч вающих существование фазового центра в решетке. При этом огранич ние на перепад амплитуд токов,помимо обеспечения благоприятного кима работы линии питания, является своеобразным "регуляризаторо степени сверхреактивности антенны.

4. Разработанный метод синтеза АР с фидерной схемой питания : воляет улучшить электродинамические характеристики действующей с. ной СВ антенны "Заря" (повысить в г раза КНД или уменьшить УБЛ

¿¿6 5

цБ) при сохранении нормального электрического режима работы линии гания.

з. Для АР с фидерной схемой питания, число настроечных элементов зхеме питания которой меньше 2И+1 . задачу проектирования необходимо нать как задачу оптимизации. Разработанный метод оптимизации проек-рования АР позволяет существенно повысить характеристики помехозащи-аности КВ приемной антейны типа БС.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, практическая ценность и визна материалов работы. В краткой форме изложено содержание ав диссертации.

В первой главе диссертации приводится обзор методов проекти-вания АР,которые можно условно разделить на два класса: метода тимизации проектирования и методы синтеза.Главное различие меж-этими классами заключается в следующем : при решении задачи эектирования с помощью методов оптимизации производится много-атный, целенаправленный перебор ( оптимизация ) решения задачи ализа проектируемой антенны с целью реализации требуемых элек-эдинамических характеристик. При решении задачи с помощью мето-в синтеза сначала находится АФР токов, обеспечивающее заданные рактеристики направленности (задача классического синтеза) , а лее с помощью специальной одноразовой процедуры определяется нструкция антенны, в которой реализуется заданное АФР (задача" нструктивного синтеза).Применительно к АР с фидерной схемой пиния задача конструктивного синтеза обычно решается путем ввода в нструкцию антенны элементов настройки, которые могут выполняться к в виде сосредоточенных элементов (сопротивления связи в антен-БС ), так и в виде отрезков линии передачи ( короткозамкнутые ейфы в антенне "Заря" ). Задача конструктивного синтеза в этом учае формулируется как задача нахождения элементов настройки в еме питания АР,обеспечивающих реализацию заданного АФР.В этом же ысле в работе, кроме термина "задача конструктивного синтеза", отребляются термины "расчет элементов настройки" или "методика стройки".Сама же конструкция (геометрия) АР с фидерной схемой тания является, как правило,заранее заданной и определяется ис-

7

ходя из частотного диапазона,требований к электрической прочности антенны и т.д. Рассмотрены некоторые конкретные методы синтеза АР с последовательной схемой питания и выделены основные допущения расмотренных методов.

Вторая глава посвящена разработке строгого метода конструктивного синтеза- и расчету с его помощью некоторых АР с фидерной схемой питания.Задача конструктивного синтеза АР с фидерной схемой питания сводится,как уже отмечалось,к нахождению элементов настройки в конструкции антенны, обеспечивающих реализацию заданного АФР.

В дальнейшем для общности все элементы настройки, отнесенные к каждому узлу, т.е. излучателю,представляются в виде настроечных четырехполюсников.Параметры настроечных четырехполюсников, обеспечивающие реализацию необходимого АФР, в дальнейшем будем называть степенями свободы.

При таком подходе задача конструктивного синтеза разбивается на две следующие задачи:

1. Нахождение степеней свобода настроечных четырехполюсников исходя из заданного АФР,обеспечивающего требуемые характеристики направленности АР - задача обобщенного конструктивного синтеза.

г. Определение конкретного конструктивного выполнения настроечных-четырехполюсников, исходя из обеспечения нужных степеней .свободы, а также из возможности конструктивной реализации в заданном диапазоне частот, конструктивных особенностей излучателей и т.д.

рассмотрим кратко суть разработанного метода решения задачи обобщенного конструктивного синтеза на примере АР с последователь- . ной схемой питания, изображенной на рис.1. Параллельно последнему излучателю включена проводимость характер которой зависит от

требуемого КПД антенны........_ ...... _______________________________________

Поставим задачу следующим образом:геометрия решетки фиксирует-

ся,заданы токи (АФР) 1п на клеммах излучателей,которые заранее определены из условия приближения к заданной ДК.Искомыми при решении задачи являются у-параметры четырехполюсников,реализующее заданное АФР. Потребуем, чтобы потери в четырехполюсниках отсутствовали, а входное сопротивление антенны равнялось волновому сопротивлению питающей линии Предполагается, что матрица взаимных сопротивлений [ % ] известна из расчетов или результатов измерений. Решетка может быть расположена как и в свободном пространстве,так и вблизи металлической поверхности экрана. Это будет влиять лишь на значения элементов матрицы [ 1].

ме

Osl

-

t?

I

Поскольку напряжения и токи на клеммах излучателях связаны известным соотношением

- 2_ '^ппДт

ш=1

где элементы матрицы [ 1 ], 1т- ток в щ— вибраторе,то в дальнейшем будем считать известными как вектор токов 1п, так и вектор напряжений ип , характеризущие токи и напряжения на клеммах излучателей.

Проведем нормировку входного тока I и определим у-параметры первого четырехполюсника (нумерация ведется от генератора). Для этого, исходя из закона сохранения энергии,приравняем сумму мощности излучения решетки р2 и мощности потерь Рпот величине входной мо! ности,отдаваемой генератором Рвх

^пот '

где * Р2-(1--п)

= 2__ ^п^т ^пт . РПОТ= ~ >

гк,п — • I

г} - требуемый КЦЦ антенны. Выражение для входной мощности .отдаваемо]

генератором,с учетом требования на согласование может быть записав

в следующем виде

1. г

т * .

-*-вх| "л

Подставляя (4), (з) в (г) находим

11вх1 = ш7

Таким образом осуществляется нормировка входного тока I под заданное АФР и соответствующую ему мощность излучения. Отметим, что как видно из (з), нормировка осуществляется только по амплитуде входного тока,а его фаза может быть произвольной.Последнее обстоятельство в дальнейшем может быть использовано для снижения числа настроечных элементов при конструктивной реализации первого четырехполюсника.

Запишем систему у-парэметров для первого четырехполюсника

(?)

[ 1в:{ = у 1+ . ,е)

I 1бых.= Уг^о + -

где ЦП=Т Л - напряжение на входе первого четырехполюсника, Т -

ВХ Л В с-IX

ток на выходе первого четырехполюсника. В системе (в) заданными является величины 1ВХ.И0 (с точностью до фазы) и воличина и1, а неизвестными - величины у} 1 .У^'У^ *У22•Так как всв четырехполюсники предполагаются реактивными и взаимными, то можно записать

\ У11 = 3 В-|1 > У12 = 3 В-| 2 ,

[ У21 = ®12 , У22 = ^ ®22 .

Учитывая (7) и условие согласования на входе антенны, найдем из первого уравнения системы (6)

= Яе(1зХ) (8)

11 ИпПЙ^) ' 12 ~ 1га(и0 и*)

Как видно из второго уравнения системы (6),величина В22 Н8 вж~ яет на реализацию требуемых значений напряжений и0 и ¡^ а определяет лишь конкретную величину 1ВЫХ1- тока на выходе первого четырехполюсника. Таким образом, в первом четырехполюснике определя-яются однозначно ( с точностью до фазы Хвх )величины В^ .В|2' и следовательно первый четырехполюсник должен обладать двумя степенями свободы.Учитывая, что система у-параметров остальных четырехполюсников совершенно аналогична системе (в) по количеству задаваемых и неизвестных параметров (отличие лишь в том,что вместо тока I „ задается ток Хп„_ - Т .), можно сделать вывод о том, что

ВХ лЛ оЫл. П I

г» п - 1

для реализации этих четырехполюсников также необходимо иметь 2 степени свободы "на каждый четырехполюсник. В этих четырехполюсниках г-е-личины В?! и В12 «переделяются как

в" _ Т„1 \ \

вп = 1га(—----) - —) х-----

.* »

е- - КеСТвхпПп^)

о — *

с тки„.4и:)

гтп^.А)

* \ (9)

¿¿с

Величина проводимости определяется по следующей формуле (1вых ~

1н = ----- • (1<

Таким образом, для реализации произвольного АФР токов в АР со схемой питания последовательного типа при условии согласования на входе антенны необходимо иметь 2Ы+1 степеней свободы (по 2 в каждом четырехполюснике и 1 характеризует нагрузочный двухполюсник,в виде которого можно представить проводимость .Аналогичный, по числу требуемых степеней свободы,результат был получен и для АР с параллельной схемой питания. Кроме того,в данной главе показано-, что при наложении требования на чисто активный характер эквивалентного сопротивления в точках подключения излучателя к питающей линии требуется ЗИ+1 степеней свободы, а при условии согласования в точках подключения излучателей к питающей линии 4Ы+1 •

После решения задачи обобщенного конструктивного синтеза производится нахождение способов схемной реализации настроечных че-тытырехполюсников. В работе доказано,что для реализации требуемых степеней свободы достаточно чтобы число элементов настройки при схемной реализации четырехполюсника совпадало с числом этих степеней. Приводятся примеры применения разработанного метода для решения задачи конструктивного синтеза АР с последовательной схемой питания на основе линии с I - волной при условии согласования на входе антенны. Некоторые из этих схем приведены на рис. 2а,б. Точность разработанного метода определяется только точностью определения матрицы взаимных сопротивлений. Для каждой из рассмотренных . схем АР приводится решение задачи анализа,что помимо контроля правильности решения задачи синтеза, позволяет оценить диапазонные свойства синтезированных АР, устойчивость их работы к различного рода случайным ошибкам и т.д.Также даются рекомендации по конкрет-. ному схемному выполнению элементов настройки с целью максимально упростить конструктивное выполнение схемы питания антенны.

Третья глава посвящена исследованию АФР,обеспечивающих повышенную направленность линейных АР при сохранении умеренной степени реактивности. Наибольшое внимание уделяется АР осевого излучения,для которых показана возможность плавного и регулируемого увеличения степени направленности при сохранении возможности практической реализации антенны. Для численной оценки степени реактивности антенны используется коэффициент 7, определяемый как отношение макси-

■¿¿с

мального тока в излучателях данной решетки при реализации в ней исследуемого АФР к току в равноамплитудной эталонной решетке той же геометрии при условии равенства мощностей излучения обеих решеток и совпадении направлений главных максимумов ДН.При этом считается, что у эталонной решетки поля от отдельных излучателей в направлении главного максимума складываются синфазно.

В качестве своеобразного "регуляризатора" АФР,обладающих высокой степенью направленности,используется значение допустимого отношения минимальной амплитуды тока в излучателях решетки к максимальной (ограничение на перепад амплитуд токов)

(11п1и1п/1итах). г А . И € [ 1 ¡N1 • . <«>

Показано, что при наличии ограничения на перепад амплитуд токов для всех излучателей АР ("глобальное" ограничение), поиск АФР с повышенной степенью направленности необходимо проводить в классе комплексных функций, у которых амплитудное распределение является четной относительно геометрического центра решетки функцией, а фазовое распределеление - нечетной. Проведена оптимизация амплитуд и фаз токов в отдельных излучателях АР различной длины с целью определения потенциально достижимого КЕД и 7. Некоторые численные результаты приводятся ниже в таблице 1-

таблица 1

(А=0.3) ВД * 12.Т ЬА

(А=0.4) ОД * 11.4 ЬА Т = 6.5

(А=0.5) КВД = 10.5 ЬА Т * 4.8

(А=0.б) КНД аг 9,3 ЬА Т =* 3.6

Для сравнения1укажем, что у АФР Хансена-Вудворда, являющего классическим примером умеренно сверхнаправленного, практически реализуемого АФР значение КНД ~ 7 .2 ЬА при 7^2.1-

14

ухе

Рассматривается также случай,когда ограничение на допустимый перепад амплитуд токов в излучателях решетки налагается не на все излучатели,а только на те,которые располагаются в начале АР ("локальное" ограничение),что характерно для некоторых АР с последовательной схемой питания.Приведенные для такого,более мягкого ограничения численные результаты по оптимизации амплитуд и фаз токов в отдельных излучателях показывают,что в этом случае амплитудное распределение, обеспечивающее повышенный КНД,является несимметричный

функцией с большим током в начале решетке. Как показано в работе смягчение ограничения не ведет к существенному росту потенциально достижимого КНД и увеличению коэффициента реактивности 7.

Приведены численные результаты по исследованию различных видов аналитически представимых АФР при наличии вышеуказанных ограничений, причем критерием удовлетворительности подбора параметров функции, описывающей АФР,являлась близость полученных значений КНД к потенциально достижимым, полученным для случаев "глобального" и "локального" ограничения.

В четвертой главе результаты исследований использованы для разработки метода конструктивного синтеза сложной передающей СВ высоконаправленной АР "Заря". Антенна состоит из излучателей, подключенных через отрезки настроечной линии с волновым сопротивлением к собирательному фидеру с пониженным по сравнению с ^ волновым сопротивлением Излучатели в такой антенне выполняются в виде антенны-башни верхнего питания, а фидеры в виде концентрических проволочных линий. Задача конструктивного синтеза заключается в нахождении длин короткозамкнутых (КЗ) шлейфов 1,2П»в1Шочаемых параллельно точкам подключения настроечной линии" к собирательному" фидеру, длин КЗ шлейфов 11п,включаемых непосредственно параллельно излучателю,а также определения расстояния от точек подключения излучателя к настроечной линии до точек подключения настроечной линии к собирательному фидеру - Исходными данными при синтезе являются волновые сопротивления и количество вибраторов расстояние между вибраторами 1, и матрица взаимных сопротивлений [ 1 ], а также АФР токов в излучателях,которое заранее определено из условия реализации улучшенных характеристик направленности ( вопросы выбора АФР были подробно освещены в третьей главе).

Эквивалентная электрическая схема антенны на основе двухпроводных линий приводится на рис.гв. Схема состоит из основной линии (собирательного фидера) с волновым сопротивлением 2И2» отрез-лй 15

ког> настроечной линии длиной dn с волновым сопротивлением 2W-] и настроечных, чисто реактивных проводимостей Воп_-|,В2п>хаРактеРи_ зущих соответствующие КЗ шлейфы с длиной J,1 , .Проводимости B2n_-] и Bgn связаны с длинами соответствующих КЗ шлейфов известными соотношениями

B2n-i=-cte(PiLnn)/2W., ,

В2п= - CtgiP^sn)^ , (

где р1=2х/Л1 — длина волны в настроечной линии, удвоение волновых сопротивлений вызвано переходом от реальной несимметричной антенны к модели на основе двухпроводных линий.

Разработанный метод синтеза позволяет реализовать в антенне АФР,обладающее высокой степенью направленности при сохранении нормального электрического режима работы питающих фидеров. Точность метода зависит,как уже отмечалось выше,от точности нахождения мат-матрицы взаимных сопротивлений .которая для данной антенны была определена экспериментальным путем на модели уменьшенных размеров. В ходе работы был проведен тестовый расчет характеристик направленности действующей антенны с целью оценки адекватности экспериментально измеренной матрицы взаимных сопротивлений реальной матрице. Сравнение расчетных, характеристик направленности с экспериментальными показало достаточно высокую степень точности измерений.Также была разработана методика решения задачи анализа,позволяющая оценить устойчивость работы АР к различного рода случайным ошибкам, неизбежнцм в ходе практической эксплуатации.На основе полученных' численных результатов созданы методики настройки антенн "Заря" в режим повышенного КНД (выигрыш примерно в г раза) или пониженного УБЛ (выигрыш" s-6 дБ).Кроме того, в главе приводится способ перестройки (в рамках программы конверсии) направленной СВ АР "Заря" в режим формирования всенаправленной (в горизонтальной плоскости) дн с целью осуществления местного вещания.

Также в этой главе продемонстрирована возможность применения метода оптимизации проектирования к широко используемым на практике приемным КВ антеннам типа БС.Главной целью исследований являлась разработка методов проектирования, позволяющих улучшить характеристики помехозащищенности таких АР во всем рабочем диапазоне частот. В качестве численного критерия помехозащищенности применялась величина введенного Г.З. Айзенбергом "КНД по ЭДС", так как использование в качестве критерия величины обычного КНД в КВ лг I6

диапазоне является недостаточным.Разработанный метод проектирования позволяет существенно улучшить степень помехозащищенности антенны во всем КВ диапазоне. Увеличение помехозащищенности антенны происходит за счет уменьшения уровня побочного излучения.При этом конструктивные изменения в антенне сводятся лишь к изменению номиналов сопротивлений связи. Приводятся численные результаты по расчету КУ.КНД.КНД по ЭДС оптимизированной и действующей антенны ВС во всем рабочем диапазоне частот.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы. .

В приложении I приведен акт внедрения результатов диссертационной работы в производство,в приложении II - акт использования результатов работы в учетном процессе МТУСИ.а в приложении III - протокол измерения матрицы взаимных сопротивлений излучателей сложной формы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты.

1.Показано,что для решения задачи конструктивного синтеза АР с фидерной схемой питания при условии согласования на входе антенны необходимо и достаточно иметь в схеме питания АР 2N+1 настроечных элементов, а при условии согласования в тракте питания каждого излучателя 4N+1 элементов,где N ~ число излучателей.Настроечные элементы могут выполняться чисто реактивными,что обеспечивает высокий КПД антенны.

г.Разработан метод решения задачи конструктивного синтеза АР с последовательной -схемой питания-, позволяющий определить- полную-ге--ометрию антенны исходя из заданного АФР токов по антенне. Точность метода определяется только точностью определения матрицы взаимных сопротивлений между излучателями.Предложено несколько возможных вариантов построения АР с последовательной схемой питания, для которых решена задача синтеза в строгой постановке. Элементы настройки в этих схемах могут выполняться как в сосредоточенном виде, так и на основе отрезков линий передач различного типа (в зависимости от частотного диапазона).

з.Показана целесообразность введения ограничения на максимально допустимый перепад амплитуд токов при синтезе АФР с высокой степенью направленности.Исследованы конкретные классы АФР,обеспечивающие повышенную направленность линейных АР осевого излучения при наложе-г 17

нии ограничения на перепад токов как для всех излучателей решетки, так и для группы излучателей.

4.Исследованы вопросы синтеза АФР с малым уровнем бокового излучения при задании ограничения на величину перепада токов и сохранении достаточно высокого КНД в АР осевого излучения.

5.разработаны методы конструктивного синтеза и анализа сложной СВ высоконаправленной АР типа "Заря".позволяющие реализовать произвольное АФР токов в излучателях решетки. Результаты тестовых расчетов электродинамических характеристик действующей антенны близки к известным экспериментальным данным, что свидетельствует об адекватности разработанных методов.

6.Предложены методики настройки антенны "Заря" в режим ^повышенным КНД, обеспечивающим увеличение КНД более чем в г раза по сравнению с действующей антенной, и в режим с пониженным УБЛ , при работе в котором максимальный уровень побочного излучения на б дБ меньше, чем у действующей антенны.

7.Показана возможность перенастройки действующей направленной СВ АР типа "Заря" в режим формирования всенаправленной в горизонтальной плоскости ДН при переносе точек питания к центру АР.

8.разработан метод оптимизации антенн типа ВС, позволяющий повысить помехозащищенность антенны во всем ее-рабочем диапазоне,причем наибольший выигрыш наблюдается на длинноволновом краю диапазона. В качестве численного критерия степени помехозащищенности использовалась величина "КНД по ЭДС", так как именно она наиболее адекватно характеризует степень относительной помехозащищенности в , КВ диапазоне.

э.Эффективность и практическая ценность проведенной научной ра------боты- подтверждены -использованием разработанных методик при настройке действующих антенн.

ю.Разработанные в диссертации методы синтеза могут найти применение для боле§ широкого класса задач - синтеза АР с параллельной схемой питания,"создания широкополосных передающих антенн с высокой степенью направленности, синтеза вибраторных антенн с реактивными вставками и др.

публикации

Полученные в работе результаты нашли отражение в следующих публикациях:

1.A.C. N 1807543 СССР , H 01 Q 11/ю Антенна бегущей волны / ГаЙ-нутдинов Т.А.,Ерохин P.A.

2.Гайнутдинов Т.А.,Ерохин Г.А. Задача конструктивного синтеза и анализа антенных решеток с последовательной схемой питания // Труды НИИР 1991 r.N 3.

3.Гайнутдинов Т.А.,Ерохин Г.А..Шустерман Ф.Д. Формирование всенап-равленного излучения 'многоэлементной средневолновой антенной // Труды НШР 1994 N 1.

4.Гайнутдинов Т.А..Ерохин Г.А., Надточеев А.И. Результаты исследования синтезированных антенных решёток осевого излучения // Антенно-фидерные устройства /: Деп. в ЦНТИ "Информсвязь". - 1990 N 1624 С.82-97.

5.Гайнутдинов Т.А. Оптимизация амплитудно-фазовых распределений в решетках осевого излучения //Антенны и пассивные устройства СВЧ/ Деп. в ЦНТИ "Информсвязь". - 1993. N 1970 с.33-44.

6.Гайнутдинов Т.А. Применение метода конструктивного синтеза для улучшения характеристик помехозащищенности КВ приемной антенны // Антенны и пассивные устройства СВЧ / Деп. в ЦНТИ " Информсвязь". - 1994. N 2001-СБ -94 С. 23-37.

7.Гайнутдинов Т.А.,Ерохин Г.А..Надточеев А.И.Уменьшение побочного излучения в антеннах бегущей волны с высокой направленностью // Тезисы докладов на всесоюзном совещании по приземному распространению радиоволн и электромагнитной совместимости.Улан-Удэ 1990 г.

8.Гайнутдинов Т.А..Ерохин Г.А.Синтез реактивной ДОС последовательного типа для сложной направленной антенны средних волн // Межрегиональная НТК "Сложные антенные системы и их компоненты. Теория, применение,экспериментальные исследования", июнь 1991 г.: Тезисы докл. --Ленинградг издательство ЛГУ", t99i . ------ ------

9.Гайнутдинов Т.А.,Ерохин Г.А..Шустерман Ф.Д. Синтез антенной решетки последовательного тина с питанием в средней точке // Научно-техническая конференция МТУСИ 1992 г.: Тезисы докладов.

ю.Гайнутдинов Т.А. Оптимизация амплитудных распределений в антеннах бегущей волны //Научно-техническая конференция МТУСИ 1993 г.: Тезисы докладов.

11.Гайнутдинов Т.А. Конструктивный синтез коротковолновой антенны бегущей волны с повышенным коэффициентом усиления // Научно-техническая конференция МТУСИ 1994 г.: Тезисы докладов.

12.Гайнутдинов Т.А., Ерохин Г.А., Кочержевский В.Г. О классе АФР, максимизирующих КНД АР при наличии ограничений // Научно-техническая конференция МТУСИ 1995 г.: Тезисы докладов.

Подписано в печать 22.09.95. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Сйъем 1,1 усл. п . л. Тира* 100 экз. Заказ 316. Бесплатно.

ООП МП "Ин^ормсвязьиздат". Москва, ул. Авиамоторная, 0.