автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Разработка и исследование низкопрофильных излучающих радиотехнических устройств УВЧ-диапазона и адаптивных антенных решеток на их основе

кандидата технических наук
Андреев, Роман Николаевич
город
Воронеж
год
2006
специальность ВАК РФ
05.12.04
цена
450 рублей
Диссертация по радиотехнике и связи на тему «Разработка и исследование низкопрофильных излучающих радиотехнических устройств УВЧ-диапазона и адаптивных антенных решеток на их основе»

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование низкопрофильных излучающих радиотехнических устройств УВЧ-диапазона и адаптивных антенных решеток на их основе"

На правах рукописи

Андреев Роман Николаевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НИЗКОПРОФИЛЬНЫХ ИЗЛУЧАЮЩИХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ УВЧ-ДИАПАЗОНА И АДАПТИВНЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК НА ИХ

ОСНОВЕ

Специальности: 05.12.04 - «Радиотехника, в том числе системы

и устройства телевидения»; 05.12.07 — «Антенны, СВЧ -устройства и их технология»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2006

Работа выполнена на кафедре радиотехнических систем Воронежского института МВД Российской федерации

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Нечаев Юрий Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Пастернак Юрий Геннадьевич

кандидат физико-математических наук, доцент Дудкин Валерий Петрович

Ведущая организация: ОАО Воронежский научно-исследовательский

институт «Вега»

Защита состоится «18» июля 2006 года в 13 часов на заседании диссертационного совета К 203.004.01 при Воронежском институте МВД России по адресу: 394065, г. Воронеж, пр. Патриотов, 53, ауд. 329.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского института МВД России.

Автореферат разослан «16» июня 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

Шерстюков С.А.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Необходимость в оперативном обмене информацией привела к быстрому развитию систем радиосвязи с подвижными объектами как специального, так и общего назначения. В настоящее время имеются совершенные с точки зрения характеристик информационного обмена комплексы и системы цифровой радиосвязи. Однако в качестве антенн радиостанций подвижных объектов, как правило, используются конструктивные разновидности несимметричного вибратора. Одиночный несимметричный вибратор ограничивает возможность эффективного решения проблем радиосвязи с подвижными объектами, которые обусловлены особенностями распространения радиоволн.

Совершенствование антенных систем происходит по двум направлениям: улучшаются параметры собственно антенн и применяются методы обработки сигналов. Ряд отмеченных проблем удается решить с использованием для подвижного объекта антенной решетки с системой обработки сигналов от ее элементов, позволяющей адаптироваться к постоянно изменяющейся радиообстановке по критериям качества принимаемого сигнала.

Актуальной задачей для мобильных систем связи является разработка малогабаритных излучателей и конформных антенных решеток, на их основе, обладающих повышенной помехозащищенностью, тактико-технической надежностью, управляемой диаграммой направленности с возможностью пространственно-поляризационной селекции полезных сигналов на фоне помех.

Проблема разработки адаптивных антенных решеток для подвижных систем связана с рядом теоретических и практических задач, требующих решения.

В качестве первой задачи можно выделить разработку методов и математических моделей для электродинамического описания малогабаритных излучающих структур, в частности, полосковых, микрополосковых, щелевых и резонаторных. Одна из первых монографий, посвященных микрополосковым антеннам, в отечественной литературе - работа Панченко Б.А. и Нефедова Е.И. «Микрополосковые антенны». Большой вклад в развитие теории и техники антенн и антенных решеток, в частности, полосковых, внесли чл.-корр. РАН Бахрах Л.Д., проф. Чаплин А.Ф., проф. Сазонов Д.М., проф. Панченко Б.А., проф. Нефедов Е.И. и др. В настоящее время область применения полосковых излучающих структур заметно расширилась, вместе с тем используется все больше разновидностей практических конструкций малогабаритных антенн. Использование многоэлементных излучателей и более совершенные способы их возбуждения частично сняли ограничение на узкополосность этого класса антенн. Применение многослойных подложек, способов пространственно-временной обработки на основе устройств на объемных интегральных схемах и современных диэлектрических материалов повышает эффективность использования в антенных системах полосковых структур. Серьезная проблема при анализе микрополосковых структур — учет конечных размеров подложки.

Второй задачей является повышение эффективности радиоканала для систем подвижной связи за счет разработок антенных решеток (АР), фазированных антенных решеток (ФАР) и адаптивных ФАР, размещаемых на

подвижных объектах. Эта накладывает жесткие ограничения на массогабаритные характеристики отдельных излучающих структур и антенные решетки в целом. Условие скрытности антенно-фидерной системы еще более осложняет задачу ее построения.

■ Требования, предъявляемые к радиолиниям систем корпоративной, ведомственной и сотовой связи, в первую очередь, относятся к повышению энергетики каналов связи. При этом повышение мощности передающих устройств малоприемлемо по энергетическим соображениям и требованиям электромагнитной совместимости. Второй путь повышения энергетики каналов связи — повышение коэффициента направленного действия антенных устройств путем формирования пребуемой диаграммы направленности (ДН). Для этого необходимо формировать узкую (20° и менее) ДН в вертикальной плоскости, т.е. применять фазированные антенные решетки и на базовых станциях.

Разработка ФАР, а тем более АФАР, чрезвычайно сложная технически задача, требующая создания кроме высокоэффективных малогабаритных антенных систем, ряда сложных радиотехнических устройств, в частности, блока обработки сигналов и оценки направления прихода сигнала с максимальным отношением сигнал/шум, блока управления системы фазирования, диаграммообразующей схемы, многоканального приемника и т.д. Самостоятельной задачей здесь является разработка алгоритма управления адаптивной антенной решеткой в условиях многолучевого распространения радиоволн. В зависимости от технических требований к АФАР возможны варианты фазирования сигналов на промежуточной или высокой частоте.

Лишь короткий перечень вопросов, возникающих перед разработчиками ФАР и АФАР систем подвижной радиосвязи как для мобильных объектов, так и для базовых станций, позволяет утверждать, что создание высокоэффективных малогабаритных излучающих структур, отдельных радиотехнических устройств и антенных решеток на их основе является сложной научно-технической задачей, решаемой в комплексе.

Цель настоящей работы — разработка и исследование малогабаритных излучающих радиотехнических устройств УВЧ-диапазона и адаптивных антенных решеток на их основе для мобильных объектов и базовых станций систем подвижной радиосвязи.

Исследования, проведенные в рамках диссертационной работы, предусматривают решение следующих задач:

1. Разработка малогабаритных излучающих структур, предусматривающая обоснованный выбор схемно-конструктивных решений на современной элементной базе; расчет ' конструктивных параметров с использованием математических моделей и алгоритмов численного расчета электродинамических характеристик излучения; отработка требуемых характеристик на изготовленных макетах.

2. Исследование характеристик АР с учетом взаимного влияния излучателей.

3. Разработка рекомендаций по размещению AAP на мобильном объекте и выбору ее геометрической формы, а также методики инженерного расчета основных параметров. ■

4. Создание методики инженерного расчета приемной АР для мобильного объекта с фазированием на промежуточной частоте.

5. Разработка требований к алгоритму выбора и управления адаптивной АР, структурных схем решетки и блока управления системой фазирования.

6. Техническая реализация AAP мобильного объекта и ее экспериментальное исследование.

7. Разработка инженерной методики построения антенного устройства для базовых станций систем мобильной радиосвязи с высоким коэффициентом направленного действия, обеспечивающего формирование . нескольких направлений излучения в азимутальной плоскости.

8,..Обоснованный выбор, расчет и практическая реализация конструкции многолучевой АР, работающей в четырех частотных диапазонах, предназначенной для размещения на ограниченной апертуре.

9. Экспериментальные исследования одночастотных, многочастотных малогабаритных излучающих структур, позволяющих обеспечить достаточно высокую эффективность при минимально допустимой высоте; их взаимного влияния.,.

10, .Разработка и исследование составных частей. AAP; системы фазирования на промежуточной частоте; приемной и передающей АР; блока управления и алгоритма его работы.

Методы проведения исследований. Проведенные теоретические исследования базируются на численно-аналитических методах прикладной электродинамики, сочетании электродинамического подхода и методов теории цепей, приближении заданного распределения поверхностного тока, аппарате-рядов Фурье и функций Бесселя от мнимого аргумента.,-»Имитационное моделирование проводилось на основе специализированных: пакетов программ HP HFSS и MWO,. экспериментальные исследования - .на основе радиофизических методов измерений.

Научная новизна. При выполнении диссертационной работы получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1, Исследованы три базовые разновидности низкопрофильных излучающих структур в виде дисковой МПА, прямоугольной МПА, щелевой лабиринтной структуры. Математические модели и разработанные алгоритмы позволяют в полном объеме исследовать характеристики излучения, а также • входное сопротивление, КПД, коэффициент усиления.

. 2, Исследованы характеристики малоэлементной АР с учетом взаимного влияния излучателей, получены выражения для. расчета входного сопротивления произвольной излучающей" структуры, проведен расчет потерь энергии за счет рассогласования излучателей с линией питания и возбуждения поверхностных волн, а; также оценка изменения АФР тока на излучателе.

3. Создана инженерная методика расчета приемной антенной решетки с, фазированием на промежуточной частоте. При этом-для мобильного объекта предложено - - использовать четырехэлементную кольцевую ' АР на низкопрофильных излучателях, позволяющую получить КНД до 10 дБ.

4. Разработан алгоритм выбора и управления AAP, позволяющий повысить соотношение сигнал-шум в. случаях, когда из-за интерференции сигналов один

или несколько антенных элементов решетки находятся в минимуме интерференционного поля.

5. Предложена и реализована структурная схема блока управления системы фазирования и управления АР, которая позволяет обеспечить более устойчивую дуплексную связь при движении мобильного объекта в городе, пригороде и пересеченной местности.

6. Разработан алгоритм выбора «главного» направления на корреспондента, обеспечивающий направление излучения при работе системы на передачу.

Достоверность результатов работы. Достоверность результатов работы подтверждается соответствием теоретических и экспериментальных характеристик исследуемых устройств, а также их соответствием известным аналогам. При проведении исследований использованы известные и проверенные методы — математические и радиофизических измерений.

Практическая ценность работы заключается:

- в разработке инженерных методик, необходимых для проектирования малогабаритных низкопрофильных излучающих структур;

- в предложенных и практически реализованных схемно-конструктивных решениях для радиотехнических устройств антенных систем объектов мобильной связи и базовых станций;

- в полученных расчетных и экспериментальных результатах дня разработанных устройств, нашедших применение в НИОКР.

Реализация результатов. Полученные теоретические и экспериментальные результаты использованы в научно-исследовательских работах ОАО»Концерн «Созвездие» при проведении научно-исследовательских и опьггно-конструкторских работ по темам Босфор», «Пирамида», «Созвездие-М», «Диоптрия», «Акведук», в ОАО Воронежский НИИ «Вега» при выполнении опьггно-конструкторских работ «Кавказ-7М10», «Кавказ-9», в НВП «Протек» при выполнении опытно-конструкторских работ «Диабазол», «Житель». Кроме того, результаты работы внедрены в учебный процесс в Воронежском государственном университете и Воронежском институте МВД России.

Апробация работы. Основные результаты . диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Международной конференции «Физика, и технические приложения волновых процессов» (Нижний Новгород, 2005 г.), VI Международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии» (Воронеж, 2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы борьбы с преступностью» (радиотехнические науки) (Воронеж, Воронежский институт МВД России, 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Охрана, безопасность и связь» (Воронеж, Воронежский институт МВД России, 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем» (Воронеж, Воронежский институт МВД России, 2005 г.), ежегодных научных конференциях Воронежского государственного университета и Воронежского института МВД (2004,2005 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 12 статей, из них 8 - в ведущих изданиях, входящих в перечень

рекомендованных Высшей аттестационной комиссией, 2 доклада на международных конференциях, 3 тезиса докладов на всероссийских конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы и 5 приложений, содержащих' акты внедрения. Работа изложена на 199 страницах, содержит 78 рисунков й 13 таблиц. Список литературы включает 113 наименований использованных источников.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность, темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, показаны научная^ новизна и практическая ценность результатов работы, и ее реализации „Представлены основные сведения об опубликовании основных научных результатов Приведено краткое содержание глав диссертации. .. Г • ,...

В первой главе рассмотрены вопросы, связанные .с разработкой математических моделей и алгоритмов численного расчета электродинамических характеристик излучения малогабаритных антенн. В качестве конструктивных разновидностей малогабаритных антенн для рассмотрения выбраны три базовых элемента: дисковая микрополосковая антенна (МПА), прямоугольная МПА и щелевая лабиринтная^структура.

Для ряда радиотехнических^систем, в частности,/систем радиосвязи с мобильными объектами,""необходимы излучающие элементы .с рсесимметричной ДН с максимумом излучения, близким к штоскости излучателя, которую может формировать дисковая МПА при осесимметричном распределении. тока на излучающем элементе.

В качестве модели такой антенны рассматривается бесконечно тонкий круглый диск радиусом а, лежащий на бесконечной диэлектрической подложке толщиной А, расположенный на идеально проводящем экране. Структура возбуждается элементарным диполем, расположенным,, на оси диска и ориентированным параллельно ей. Ввиду осевой симметрии конструкции создаваемое электромагнитное поле не зависит от азимутального угла. и описывается одной компонентой вектора Герца: 77 = е,П. Поле в пространстве -суперпозиция поля диполя в отсутствии диска и рассеянного поля-Соответственно г-компоненты вектора Герца представляется суммой П -П,+П,.

Рассеянное поле удовлетворяет однородному уравнению Гельмгольца в свободном пространстве и в подложке, а также условию излучения и условию на ребре, а полное поле — граничным условиям в плоскостях 2=0,2г=Ь..

Рассмотрение спектральных амплитуд вектора Герца П, для каждой из рассмотренных областей приводит к интегральным уравнениям относительно функции

2 С

которая с точностью до постоянного коэффициента представляет собой спектральную амплитуд)' тока на диске при следующих принятых обозначениях

к = Уа> Г.(О-(*'-<гАО-рв-?^, Ь = =

Разложение функции а (С) в ряд по полной системе функций, являющихся собственными функциями оператора рассеяния, приводит к бесконечной СЛАУ второго рода относительно неизвестных коэффициентов С„ разложения в ряд функции а(£). СЛАУ решается с заданной точностью с использованием метода редукции. Характеристики электромагнитного поля в волновой зоне находятся при использовании метода стационарной фазы для асимптотического вычисления интегралов в представлении вектора Герца с учетом требований, налагаемых условием излучения.

Для описания прямоугольной МПА используется представление поля излучения через плотность поверхностного тока на антенне. Излучатели МПА расположены в плоскости Ъ-^а. и представляют собой идеально проводящие бесконечно тонкие участки на поверхности магнитодиэлектрика. В каждой из выделенных областей пространства с постоянными значениями е, ц. поле электромагнитной волны можно представить в виде суперпозиции ТЕ- и ТМ-волн.

Из уравнений Максвелла, используя ряд преобразований, можно определить спектральные амплитуды поперечных относительно оси ОХ составляющих' электрического поля и спектральные амплитуды поля излучения. В рамках приближения заданного распределения плотности поверхностного тока определяются ДН, КНД, мощность излучения в поверхностные волны подложки, КПД, коэффициент усиления, комплексное входное сопротивление прямоугольной МПА, работающий как на основной — первой, так и на второй моде тока излучателя.

Щелевая лабиринтная структура возбуждается объемными резонаторами.-Наибольшее распространение получили дисковые двумерные структуры с цилиндрическим резонатором. При нулевой вариации тока на диске ДН дисковой излучающей структуры аналогична по форме ДН несимметричного вибратора. За счет использования лабиринтной структуры резонатора достигается значительное уменьшение геометрических размеров. При этом коэффициент усиления излучающей структуры составляет ±о,5 дБ по отношению к четвертьволновому несимметричному вибратору.

Поле излучения рассматриваемой структуры складывается непосредственно из излучения резонатора с магнитной стенкой и излучения поверхностного электрического тока, наведенного на бесконечном экране. В рамке« резонаторного метода эквивалентный магнитный ток на открытой части резонатора задается в виде л-й азимутальной гармоники

1"(<р) = -сои (п<р)3(р-а)а,, п

где а — радиус диска. Наведенный поверхностный электрический ток на экране

определяется векторным произведением хН. В работе приведены

выражения для расчета ДН и проводимости излучения.

Рассмотренные модели малогабаритных антенн использовались при разработке практических конструкций дисковых МПА и щелевых лабиринтных излучающих структур для мобильных и базовых станций систем подвижной радиосвязи. На их основе численными методами проведен анализ электродинамических характеристик выбранных конструктивных решений, он позволил значительно сократить традиционный этап макетирования и отработки конструктивных параметров.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию AAP подвижных объектов. Проведен обоснованный выбор конструкции построения AAP и обоснование возможности его технической реализации, АР устанавливается над противовесом с высокой проводимостью на расстоянии не менее четверти длины волны от его края, а излучатели — либо по диагонали квадратной площадки, либо по окружности, диаметр которой не превышает диагонали квадрата.

Для линейной АР с заданной апертурой L определено оптимальное число антенных элементов, обеспечивающих при равноамплитудной их запитке максимальную направленность. Показано, что при диаметре кольцевой решетки, равном половине длины волны, целесообразно использовать две пары антенных элементов, а при диаметре в одну длину волны — четыре пары антенных элементов.

Разработана методика инженерного расчета основных параметров AAP, позволяющая рассчитать ДН АР, КНД в направлении максимума главного лепестка ДН, КПД решетки и ее добротнесть. По исходным данным (апертура, число антенных элементов, рабочая длина волны, направление максимума главного лепестка ДН, отношение сопротивления потерь к сопротивлению излучения элемента, его ДН, максимальный КПД) вычисляются: амплитудно-фазовые распределения токов возбуждения для заданного направления максимума ДН, нормированные величины активных взаимных сопротивлений излучения элементов решетки, ДН, КНД, КПД и коэффициент реактивности. Путем решения СЛАУ находится АФР токов возбуждения АР, обеспечивающее максимальное значение КНД, затем вычисляются основные параметры АР.

На основе анализа результатов математического моделирования линейных и кольцевых АР показано, что наиболее эффективной при одинаковых числе элементов и апертуре является кольцевая АР.

Показано, что для АР, работающей в полосе частот 300-500 МГц без изменения места установки антенных элементов, оптимальное число элементов равно четырем, при этом АР имеет четыре равноценных направления фазирования вдоль диагоналей квадрата, при которых КНД достигает максимального значения. С изменением диаметра кольцевой АР от 0,45 до 0,7 длины волны, величина КНД изменяется незначительно, При ббльшем увеличении диаметра АР появляются дифракционные лепестки и снижается КНД.

Для фазирования элементов АР диаметра 1/2 выбрана фазовая матрица. Она формирует четыре ДН, максимумы которых имеют нулевые углы места, а азимуты соседних максимумов отличаются на 90°.

Разработана методика инженерного расчета приемной АР для мобильного объекта с фазированием на промежуточной частоте. Используется кольцевая антенная система из четырех излучателей, диаметр решетки равен У2, КНД по

отношению к одиночному полуволновому вибратору составляет 6дБ. Использование в антенной системе низкопрофильных излучателей с КНД, равным 4,8дБ, позволяет получить АР с КНД 10,8дБ.

На рис.1 и 2 приведены конфигурация и ДН приемопередающей АР(штриховая линия - для идеального фазового рельефа, сплошные — для реализуемого фазового рельефа).

к- "J

« г? !

--Ф-

Рис. 1. Конфигурация приемной и передающей решеток

249 300 360 «Г,

Рис. 2. ДН передающей АР на частоте 428 МГц для трех направлений фазирования: третьего, четвертого и пятого

Разработаны требования к алгоритму выбора и управления AAP. Когда в формировании луча используются все четыре антенных элемента, коэффициент эффективности АР максимален и равен 4, а уровень боковых лепестков незначителен. Рассмотрены случаи, когда из-за интерференции принимаемых сигналов один или несколько антенных элементов решетки попадают в минимум интерференционного поля и вносят дополнительный шум в суммарный сигнал.. Показано, что такие элементы решетки целесообразно исключить. В самом неблагоприятном случае, когда в формировании выходного сигнала используется только один элемент и коэффициент эффективности АР на прием равен 1, решетка обеспечивает указание «главного» направления излучения при работе на передачу, что, в конечном счете, повышает устойчивость связи.

Предложена структурная схема блока системы фазирования и управления АР, которая обеспечивает более устойчивую дуплексную связь при движении мобильного объекта в городе, пригороде и пересеченной местности.

.Разработан алгоритм управления приемной АР, позволяющий адаптивно настраиваться на сигнал корреспбндента по максимуму напряженности поля у • АР, а также алгоритм выбора «главного» направления на корреспондента, определяющий направление излучения при работе системы на передачу. ,

Третья глава посвящена разработке и исследованию многолучевых антенных решеток (MAP) базовых станций систем мобильной связи на основе ' низкопрофильных объемных излучающих структур. . •

Одним из способов повышения энергетического потенциала систем связи является увеличение коэффициента направленного действия антенных устройств путем формирования узкой (20° и менее) диаграммы направленности в

- и -

вертикальной плоскости. Применение многолучевых АР позволяет решить несколько принципиально важных задач: повысить КНД АР, причем в качестве антенных элементов применять низкопрофильные малогабаритные излучатели; располагать антенные решетки на опорных башнях, зданиях, сооружениях, не создавая новых дорогостоящих и трудоемких антенно-мачтовых устройств; используя малые массогабаритные характеристики и оптимальную компоновку, размещать антенные системы, работающие в различных частотных диапазонах с высоким коэффициентом усиления (более 20 дБ), на ограниченной апертуре.

Разработанный математический аппарат и проведенное математическое моделирование позволили создать инженерную методику построения антенных систем с КНД >22 дБ, обеспечивающих формирование 16-ти направлений излучения в азимутальной плоскости с шириной луча 22°±4° в различных диапазонах частот для мобильных систем связи, в частности, в диапазоне 1,5-2 ГГц. Исследования показали, что высокий уровень заднего и боковых лепестков ДН АР не позволяет использовать электрический вибратор малого размера (диполь Герца) в качестве элемента цилиндрической ФАР. Использование вибраторов с рефлекторами также не дает положительного эффекта.

В результате численного анализа и оптимизации амплитудного распределения в цилиндрической ФАР удалось уменьшить уровень боковых лепестков до -17,9 дБ •+• -20,4 дБ при сканировании в азимутальной плоскости. В работе приведены полученные оптимальные амплитудно-фазовые распределения для каждого из 16-ти направлений излучения в азимутальной плоскости. Показано, что для формирования одного из 16-ти направлений в азимутальной плоскости необходимо иметь три набора амплитудно-фазового распределения. Первый векторный набор тока необходим, когда направление максимума излучения совпадает с серединой душ, образованной излучателями. Второй и третий — когда максимум излучения отклоняется от середины дуги на 4,5° и 9° соответственно.

Предложенная ДОС состоит из 4-х коммутаторов и 3-х распределителей мощности сигнала. Суммарные потери в ДОС не превышают -0,7 дБ, а КСВ по входам и выходам - 1,2. Проведено математическое моделирование малогабаритных АР базовых станций на основе низкопрофильных излучателей. В результате:

а) выбрана и обоснована схема построения MAP, позволяющей на кольцевой цилиндрической основе радиусом 4 м и высотой кольца 1м расположить многолучевую АР с числом лучей 6<N<24, коэффициентом направленного действия >20 и обеспечить круговой обзор пространства с максимумом ДН в азимутальной плоскости;

б) предложена конструкция АР, работающей в 4-х частотных диапазонах. Она состоит из 3-х шестиэлементных решеток, выполненных на базе четвертьволновых лабиринтных излучателей и шестиэлементной АР на основе полуволнового излучателя с одной излучающей щелью;

»94 " ' ~

1 - кмучатми энмопн ЯП чкт ЭМ440 МГц.

2 -ли ч«яи зимм М1Ч

3 -м «т*ХМ1йИЖ

4~щя «егаЗДМОМГ»

Рис. 3. Конструкция многолучевой антенной решетки из 12 подрешеток

в) разработана практическая конструкция АР (рис.3), особенностью которой является гоютная компоновка всех излучателей, позволяющая разместить назаданнойапертуре(диаметр8м, ширина 1 м) 12 подрешеток.

Разработан вариант многолучевой АР с возможностью сканирования

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям различных'типов излучающих структур, антенных решеток на их основе и блоков фазирования и управления антенными решетками.

Разработаны и исследованы макеты одночастотных и двухчастотных микропсотосковых излучателей различной геометрии. Изложена инженерная методика проектирования многочастотного вибраторного излучателя. Вибраторы сложной формы, состоящие из нескольких, соединенных определенным образом излучающих элементов, Имеющих сильную электромагнитную связь, образуют систему связанных колебательных контуров. Такие системы позволяют повысить КПД излучающих элементов:. 6 работе исследован несимметричный многочастотный излучатель сложной формы, состоящий из последовательно соединенных коротких вибраторов и трубы. Такой излучатель при оптимальной4 электромагнитной связи обладает сравнительно высоким входным сопротивлением и КНД.

Разработаны конструкции трех - и четырехчастотных вертикальных вибраторов из элементов с" сильной электромагнитной связью.' Вьгсота' вибраторов имеют не более 0,05 максимальной длины волны, а максималь!шй' диаметр диска 200 мм. ДН вибраторов обоих конструкций, установленных на противовесе, размером 1 м*1 м, в пределах' ошибки измерений совпадают с угломестной ДН вертикального несимметричного вибратора. Характерной особенностью ДН вертикального вибратора и излучателей, установленных на противовесе ограниченных размеров, является зависимость формы ДН от частоты. При этом наиболее узкая рабочая полоса частот (0,7%) соответствует

резонансной частоте 301 МГц, на частоте 428 МГц она составляет 10-15% для первого и второго излучателей.

Разработаны три вида низкопрофильных вибраторов (одночасготных) ,с емкостной нагрузкой и высотой 35 мм, а также вибраторы. высотой 65 мм, эффективно работающие в диапазоне 300-400 МГц. Проведенные, испытания изготовленных макетов излучателей показали, что при высоте, не превышающей 0,05 максимальной длины волны, они имеют достаточно высокую эффективность (--80% эффективности четвертьволнового штыря), а ДН соответствует ДН четвертьволнового вибратора, установленного на таком же противовесе. Ширина ДН в угломестной плоскости не превышает 60°, ширина рабочей полосы частот по уровню половинной мощности не менее 10 МГц, а подавление сигнала вне полосы рабочих частот —более 10 дБ.

Экспериментально исследовано взаимное влияние антенных элементов, работающих в передающем и приемном режимах соответственно. При расстояниях между центрами вибраторов больше 0,21 м развязка превышает 10 дБ и достигает 18 дБ при расстояниях 0,33 м. Взаимное влияние вибраторов сказывается на входном импедансе, что приводит к ухудшению согласования вибратора с питающим фидером. В работе показано, что влияние низкопрофильных вибраторов друг на друга подобно взаимодействию обычных антенных вибраторов. Чтобы избежать затенений передающей и приемной решеток, необходимо выбирать разнос между ними больше 230 мм для диапазона от 300 до 500 МГц.

■ Разработан и экспериментально исследован макет системы фазирования по промежуточной частоте (СФПЧ). Измеренные значения коэффициентов передачи СФ1ТЧ в режимах пропускания, компенсации и непропускания сигналов полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым , к системам фазирования. Кроме того, в результате проведения испытаний определен диапазон амплитуд входных напряжений, установлены границы устойчивой работы СФПЧ по обеспечению заданных коэффициентов передачи сигналов при подаче на вход калибровочных уровней напряжения. Установлен также диапазон напряжений на управляющих входах СФПЧ, обеспечивающий ее нормальное функционирование: уровень логического нуля 0+0,8 В, уровень логической единицы +4+5 В. Эти характеристики могут быть использованы при уточнении требований по согласованию каскадов между СФПЧ, радиоприемным устройством и устройством выбора и управления.

Разработан макет адаптивной антенной системы, включающий. две четырехэлементные антенные решетки: передающую (рабочие частоты 300 МГц и 430 МГц) и приемную на четыре рабочие частоты (340, 380, 470 и'485 МГц). Конфигурация антенных решеток выбрана таким образом, что антенные элементы не затеняют друг друга. При этом реализуются следующие параметры: развязка между передающей и приемной решетками не менее 12 дБ; КНД обеих решеток не менее 9,5 дБ, а на частотах выше 340 МГц - больше 10 дБ; развязка между вибраторами не менее 8 дБ; КСВ передающей, решетки на рабочих частотах менее 1,3, приемной — 1,5; система фазирования передающей решетки обеспечивает формирование 8 направлений ДН с пересечением соседних ДН на уровне не ниже-0,9 дБ. .

Показано, что рассмотренная ААР позволяет увеличить дальность действия системы связи в 1,6+2,0 раза по сравнению с системой связи, использующей одиночную штыревую антенну.

В заключении подведены итоги проделанной работы и сформулированы основные результаты, которые сводятся к следующему:

1. Для трех конструктивных разновидностей малогабаритных антенн рассмотрены методы построения их математических моделей. Результаты практической реализации и исследования характеристик малогабаритных антенн на основе рассмотренных моделей позволяют отметить их адекватность реальным устройствам, а также возможность и необходимость их использования при расчетах конструктивных параметров.

2. В соответствии с заданными требованиями проведен выбор конструкции ААР для мобильных объектов и обоснование возможности ее технической реализации. Разработана методика инженерного расчета приемной антенной решетки с фазированием на промежуточной частоте. При этом для мобильного объекта исследована кольцевая АР из 4-х излучателей, диаметр решетки равен Х/2, КНД по отношению к одиночному полуволновому вибратору составляет бдБ.

3. Предложена структурная схема блока системы фазирования и управления АР, которая, как показано в работе, позволяет обеспечить более устойчивую дуплексную связь при движении мобильного объекта в городе, пригороде и пересеченной местности.

Разработан алгоритм управления приемной АР, позволяющий адаптивно настраиваться на сигнал корреспондента по максимуму напряженности поля у АР, а также алгоритм выбора «главного» направления на корреспондента, определяющий направление излучения при работе системы на передачу.

4. Предложена инженерная методика построения антенных систем с КНД>22 дБ, обеспечивающих формирование 1б-ти направлений излучения в азимутальной плоскости с шириной луча 22°±4° в различных диапазонах частот для подвижных систем связи.

5. Разработаны конструкции многочастотных вертикальных вибраторов сложной формы, состоящих из нескольких соединенных определенным образом излучающих элементов, имеющих сильную электромагнитную связь. Такие составные вибраторы отличаются более высоким КПД. Проведенные исследования показали, что при оптимальной электромагнитной связи многочастотные излучатели обладают сравнительно высоким входным сопротивлением и КНД.

6. Экспериментально исследовано взаимное влияние антенных элементов, работающих в передающем и приемном режимах соответственно. Показано, что влияние малогабаритных антенных элементов друг на друга подобно взаимному влиянию вибраторных антенн.

7. Проведено экспериментальное исследование (на макете) системы фазирования на промежуточной частоте (СФПЧ). В результате определен диапазон амплитуд входных напряжений, установлены параметры устойчивой работы СФПЧ по обеспечению заданных коэффициентов передачи сигналов при подаче на вход калибровочных уровней напряжения, а также диапазон

напряжений на управляющих входах СФПЧ, обеспечивающий ее нормальное функционирование.

8. Разработан макет адаптивной антенной системы, включающий две четырехэлеменгные АР: приемную и передающую. Исследования показали, что адаптивная антенная решетка позволяет увеличить дальность действия системы связи в 1,6+2,0 раза по сравнению с системой связи, использующей одиночную штыревую антенну.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Андреев Р.Н. Алгоритм выбора и управления адаптивной антенной решетки // Р.Н.Андреев, Ю.Б.Нечаев// Вестник ВИ МВД РФ.- 2005. - №5(24).- С. 24-29.

2. Николаев В.И. Экспериментальные исследования характеристик излучающих элементов адаптивной антенной решетки / В.И.Николаев, Ю.Б.Нечаев, Р.Н.Андреев // Теория и техника специальной радиосвязи: науч.-техн. сб. ВНИИС, 2005,- вып.2.- С.107-114.

3. Андреев Р.Н. Методика инженерного расчета приемной антенной решетки с фазированием на промежуточной частоте / Р.Н.Андреев, Ю.Б.Нечаев// Вестник ВИ МВД РФ,- 2005. - №5(24).- С.29-33.

4. Нечаев Ю.Б. Малогабаритные антенны для мобильных систем связи / Ю.Б.Нечаев, Н.Н.Винокурова, Р.НАндреев // Наука — производству,- 2005.-№6(86).- С.63-67.

5. Нечаев Ю.Б. Характеристики прямоугольных микрополосковых антенн в приближении заданного распределения поверхностного тока / Ю.Б.Нечаев, Н.Н.Винокурова, Р.Н.Андреев // Вестник ВИ МВД РФ,- 2005.- №2(21).- С.111-115.

6. Николаев В.И. Повышение информационной устойчивости телекоммуникационных систем методом пространственно-ориентированного излучения на основе адаптивной антенной решетки / В.И.Николаев, Ю.Б.Нечаев, Р.Н.Андреев // Теория и техника специальной радиосвязи: науч.-техн. сб. ВНИИС. - Воронеж: Изд-во Воронеж. НИИ связи, 2005.- вып.2.- С.115-123.

7. Нечаев Ю.Б. Антенные решетки мобильных узлов связи: проблемы и пути их решения / Ю.Б.Нечаев, Р.Н.Андреев // Охрана, безопасность и связь: сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф, Воронеж, 2005 г. — Воронеж, 2005,- Ч.1.-С.5-7.

8. Нечаев Ю.Б. Многолучевая антенная решетка с возможностью сканирования лучом / Ю.Б.Нечаев, Р.Н.Андреев // Физика и технические приложения волновых процессов: тез. докл. IV МНТК, Нижний Новгород, 2005 г. - Нижний Новгород, 2005.- С.201 -202.

9. Нечаев Ю.Б. Приближение заданного распределения поверхностного тока как эффективный метод анализа микрополосковых излучающих структур / Ю.Б.Нечаев, Р.Н.Андреев // Современные проблемы борьбы с преступностью. Радиотехнические науки: тез. докл. науч.-практ. конф, Воронеж, 2005 г. — Воронеж, 2005.- С.76-79.

10. Андреев Р.Н. Использование малозаметных микрополосковых антенн для средств подвижной радиосвязи органов внутренних дел / Р.Н.Андреев, М.А.Ежов // Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных

телекоммуникационных систем: материалы Всерос. конф, Воронеж, ВИ МВД РФ, 2005 г. - Воронеж, 2005.- С.27-28.

11. Нечаев Ю.Б. Использование специализированных программ для моделирования адаптивных антенных решеток / Ю.Б.Нечаев, Р.Н.Андреев, А.А.Пашкова // Информатика: проблемы, методология, технологии: сб. материалов науч.-методич. конф., Воронеж, ВГУ, 2006 г. - Воронеж, 2006.-С.295-298.

12. Нечаев Ю.Б. Повышение эффективности приема сигналов системами мобильной связи на основе адаптивных антенных решеток при использовании коммутации ветвей разнесения / КХБ.Нечаев, Р.Н.Андреев // Информационные процессы и технологии в обществе и экономике.- 2006.- №2,- С.24-39.

13. Николаев В.И. Многолучевые антенные решетки базовых станций систем подвижной связи на основе низкопрофильных излучающих структур. Часть 4. Выбор излучающего элемента решетки / В.И.Николаев, Ю.Б.Нечаев, Р.Н.Андреев // Теория и техника специальной радиосвязи: науч.-техн. сб. ВНИИС. - Воронеж: Изд-во Воронеж. НИИ связи, 2006.- вып. 3,- С. 82-91.

14. Николаев В.И. Многолучевые антенные решетки базовых станций систем подвижной связи на основе низкопрофильных излучающих структур. Часть 1. Электродинамическое описание и особенности проектирования цилиндрических ФАР / В.И.Николаев, Ю.Б.Нечаев, Р.Н.Андреев // Теория и техника специальной радиосвязи: науч.-техн. сб. ВНИИС. - Воронеж: Изд-во Воронеж. НИИ связи, 2006. - вып. 3. С. 49-57.

15. Николаев В.И. Многолучевые антенные решетки базовых станций систем подвижной связи на основе низкопрофильных излучающих структур. Часть 2. Оптимизация амплитудно-фазового распределения в дуговой решетке и его возможная реализация / В.И.Николаев, Ю.Б.Нечаев, Р.Н.Андреев // Теория и техника специальной радиосвязи: науч.-техн. сб. ВНИИС. - Воронеж: Изд-во Воронеж. НИИ связи, 2006.- вып. 3. С. 58-67.

16. Николаев В.И. Многолучевые антенные решетки базовых станций систем подвижной связи на основе низкопрофильных излучающих структур. Часть 3. Результаты имитационного моделирования малогабаритных антенных решеток на основе низкопрофильных излучателей / В.И.Николаев, Ю.Б.Нечаев, Р.Н.Андреев // Теория и техника специальной радиосвязи: науч.-техн. сб. ВНИИС.-Воронеж: Изд-во Воронеж. НИИ связи, 2006.- вып. 3. С. 68-81.

17. Нечаев Ю.Б. Адаптивная антенная решетка для системы дуплексной мобильной связи. Особенности построения и техническая реализация/ Ю.Б.Нечаев, Н.Н.Винокурова, Р.Н.Андреев // Наука — производству.- 2006.- №3.-С.58-59.

Подписано в печать .Формат 60х84'/,6 Усл. Печл. 1.0 Тираж 100 экз. Заказ № • Типография Воронежского института МВД России 394065 Воронеж, просп. Патриотов, 53

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Андреев, Роман Николаевич

Введение

Глава 1. Общие вопросы построения низкопрофильных приемо- 14 передающих излучающих структур для систем подвижной радиосвязи

1.1. Математические модели базовых элементов малогаба- 15 ритных микрополосковых антенн

1.2. Приближение заданного распределения плотности по- 23 верхностного тока как эффективный метод анализа микрополосковых излучающих структур

1.3. Характеристики излучения прямоугольных микропо- 27 лосковых антенн в приближении заданного распределения плотности поверхностного тока

1.4. Характеристика антенной решетки с учетом взаимного 31 влияния излучателей

1.5. Выводы

Глава 2. Разработка малогабаритных приемопередающих излу- 41 чающих структур для подвижных УКВ-радиостанций

2.1. Разработка рекомендаций размещения ААР на под- 42 вижном объекте и выбора ее геометрической формы

2.2. Методика инженерного расчета основных параметров

2.2.1. Исследование влияния количества излучателей и 49 структуры ААР на ее параметры

2.3. Методика инженерного расчета приемной антенной 51 решетки с фазированием на промежуточной частоте

2.3.1. Расчет диаграммы направленности лучей антенной решетки

2.3.2. Разработка требований к алгоритму выбора и 56 управления адаптивной антенной решетки

2.3.3. Структурная схема адаптивной антенной решет

2.3.4. Адаптивная антенная решетка мобильного узла связи

2.4. Выводы

Глава 3. Многолучевые антенные решетки базовых станций сис- 85 тем подвижной связи на основе низкопрофильных излучающих структур

3.1. Электродинамическое описание и особенности проек- 85 тирования цилиндрических ФАР

3.1.1. Цилиндрическая ФАР

3.1.2. Дуговая антенная решетка

3.1.3. Дуговая антенная решетка электрических дипо- 92 лей малого размера (вибраторов Герца)

3.1.4. Дуговая антенная решетка из вибраторов с рефлекторами

3.1.5. Оптимизация амплитудно-дугового распределе- 101 ния в дуговой решетке

3.1.6. Диаграмообразующая схема кольцевой решетки *

3.1.7. Диаграмма направленности цилиндрической фа- Ю9 зированной антенной решетки

3.1.8. Влияние отклонения амплитудно-фазового рас- 110 пределения от оптимального на диаграмму направленности цилиндрической ФАР. Оценка технологических допусков на амплитуду и фазу возбуждаемых токов

3.2. Результаты математического моделирования малогаба- 114 ритных антенных решеток на основе низкопрофильных излучателей

3.2.1. Выбор и обоснование схемы построения многолучевой АР

3.3. Выбор излучающего элемента антенной решетки 128 3.4. Выводы

Глава 4. Экспериментальные исследования приемопередающих 141 излучающих структур, антенных решеток на их основе, устройств фазирования и управления ААР

4.1 Теоретические основы проектирования многочастотных 141 вибраторных излучателей

4.2. Практическая реализация одночастотных вибраторных 146 излучателей

4.3. Методика измерений низкопрофильных вертикальных 149 малогабаритных вибраторов различных типоразмеров и их электрических параметров

4.4. Экспериментальные исследования многочастотных 155 вертикальных вибраторных излучателей

4.5. Экспериментальные исследования взаимного влияния 163 многочастотных низкопрофильных излучателей

4.6. Экспериментальные исследования системы фазирова- 172 ния по промежуточной частоте

4.7. Экспериментальные исследования макета ААР со схе- 176 мой питания излучателей при «ручном» управлении ДН

4.8. Выводы

Введение 2006 год, диссертация по радиотехнике и связи, Андреев, Роман Николаевич

Актуальность темы. Инфраструктура крупного города включает в себя как жизненно необходимую составную часть систему связи. Необходимость в оперативном обмене информацией привела к быстрому развитию систем радиосвязи с подвижными объектами.

Наиболее часто связь осуществляется между неподвижным центром связи и подвижным объектом. В настоящее время имеются совершенные комплексы цифровой системы радиосвязи. Однако в качестве антенны радиостанции подвижного объекта, как правило, традиционно используется обычный несимметричный вибратор. Антенна в виде одиночного несимметричного вибратора не дает возможности эффективно решить проблемы радиосвязи с подвижными объектами, которые обусловлены особенностями распространения радиоволн в городе. Эти проблемы связаны с эффектами затенения, рассеяния радиоволн, многолучевости и быстрым изменением направления прихода лучей, амплитуд и фаз сигналов при движении объекта.

Совершенствование антенных систем происходит по двум направлениям. Во-первых, улучшаются параметры собственно антенн и, во-вторых, применяются специальные методы обработки сигналов.

Большинство отмеченных выше проблем удается решить, если в качестве антенны радиостанции подвижного объекта использовать не одиночный несимметричный вибратор, а антенную решетку с системой обработки сигналов от ее элементов, позволяющей адаптироваться к постоянно изменяющейся радиообстановке по критериям качества принимаемого сигнала.

Очевидно, что для мобильных систем связи разработка низкопрофильных излучателей и конформных антенных решеток на их основе, обладающих повышенной помехозащищенностью, тактико-технической надежностью, управляемой диаграммой направленности с возможностью пространственно-поляризационной селекции полезных сигналов на фоне помех, является весьма актуальной задачей.

Проблема разработки адаптивных антенных решеток для подвижных систем связана с рядом теоретических и практических задач, требующих решения.

Перечислим только некоторые из них.

1. Несмотря на то, что малогабаритные низкопрофильные излучатели, в частности, полосковые, микрополосковые и щелевые излучающие структуры, получили широкое распространение в технике, до настоящего времени при их разработке возникает ряд теоретических и практических трудностей.

После первых публикаций [1-3], в которых описывались принципы работы микрополосковых антенн и их основные характеристики, число исследований и количество публикаций, посвященных этому типу излучающих структур, резко увеличилось в 80-е годы прошлого столетия. Результаты теоретических и экспериментальных исследований обобщены в монографиях. Одной из первых монографий, посвященных микрополосковым антеннам, в отечественной литературе была работа [4] ( см. также [5]). Большой вклад в развитие теории и техники антенн и антенных решеток, в частности, полосковых, внесли чл.-корр. РАН Бахрах Л.Д., проф. Чаплин А.Ф., проф. Сазонов Д.М., проф. Панченко Б.А., проф. Нефедов Е.И. и др. [6-10]. Значительное место в этом ряду занимают профессор Воскресенский Д.И. и его коллеги: профессор Филиппов В.С, профессор Гостюхин B.JI. [11-16] и др. В последнее время разновидности практических конструкций и область применения полосковых излучающих структур заметно расширились. Использование многоэлементных излучателей и более совершенные способы возбуждения частично сняли ограничение на узкополосность этого класса антенн. Применение многослойных подложек, идей пространственно-временной обработки на основе фильтров на объемных интегральных схемах и современных диэлектрических материалов повышает эффективность полосковых структур [11-13,17].

Наиболее полную информацию о характеристиках полосковых излучающих структур можно получить, используя строгие подходы к постановке и решению задач математической теории дифракции и излучения [14,15]. Однако решение дифракционных задач для излучателей даже простой формы является чрезвычайно сложным процессом, а различных форм излучателей бесчисленное множество.

Поэтому целесообразно использовать сочетание электродинамического подхода и методов теории цепей. С одной стороны, этот подход обеспечивает достаточно полное описание электродинамики излучающих структур, а с другой - дает возможность при расчете антенных решеток и фазированных решеток (ФАР), согласовании излучателя с питающим трактом использовать более удобные, чем векторы напряженности электрического и магнитного поле, величины, такие как напряжение, ток, матрица сопротивлений и т.д. и рассматривать полосковую структуру как многополюсник СВЧ.

Существенного упрощения в электродинамическом описании полосковых излучающих структур удается достичь при использовании приближения заданного распределения поверхностного тока на излучателях, при котором ток считается известным априори и задается некоторой функцией, с одной стороны, достаточно точно приближающей истинное распределение тока, а с другой -удобной для использования в последующем анализе [18,19]. Обоснование применимости приближения заданного тока в электродинамической теории полосковых излучающих структур дано в [19,20].

Одна из серьезных проблем при анализе микрополосковых структур -учет конечных размеров подложки. Первые работы по учету конечных размеров подложки были выполнены в приближении геометрической теории дифракции [21-23]. В этом плане следует отметить работу [23], в которой учтены краевые эффекты в двумерных полосковых структурах.

2. Второй задачей является повышение эффективности радиоканала для систем подвижной связи за счет разработок антенных решеток (АР), фазированных антенных решеток (ФАР) и адаптивных ФАР [24-26], размещаемых на подвижных объектах. В настоящее время подвижные объекты связи оснащаются большим количеством радиостанций (до 8 радиостанций на одном объекте).

Необходимость обеспечения сдвоенного приема приводит к размещению на объекте до 6-12 приемопередающих антенн. Это накладывает жесткие ограничения на массогабаритные характеристики отдельных излучающих структур и антенные решетки в целом. Условие скрытности антенно-фидерной системы еще более осложняет задачу.

Уменьшение горизонтальных размеров за счет использования диэлектрических материалов с высоким значением диэлектрической проницаемости нереализуемо ввиду жестких требований к широкополосности и эффективности антенных систем, а предельные вертикальные габаритные размеры антенн порядка (0,05-0,l)A0, ограничивают возможность улучшения этих характеристик, а следовательно, и выбор диэлектрических материалов. При построении фазированных антенных решеток для систем подвижной радиосвязи эти проблемы еще более усугубляются.

3. Предъявляемые к радиолиниям систем корпоративной, ведомственной и сотовой связи требования, сводятся, в первую очередь, к повышению энергетики каналов связи. Повышение мощности передающих устройств малоприемлемо по энергетическим соображениям и требованиям электромагнитной совместимости. Второй путь - повышение коэффициента направленного действия антенных устройств путем формирования требуемой диаграммы направленности (ДН). Для этого надо иметь узкую (20° и менее) ДН в вертикальной плоскости, т.е. необходимо применять фазированные антенные решетки и на базовых станциях. Кроме того, развертывание новых систем связи требует сооружения дорогостоящих антенно-мачтовых устройств, на которых располагаются эти решетки.

4. Разработка ФАР, а тем более АФАР, чрезвычайно сложная технически задача, требующая создания кроме высокоэффективных малогабаритных антенных систем, ряда сложных радиотехнических устройств, в частности, блока обработки сигналов и оценки направления прихода сигнала с максимальным отношением сигнал/шум, блока управления системы фазирования, диаграммообразующей схемы, многоканального приемника и т.д. Самостоятельной задачей является разработка алгоритма управления дуплексной адаптивной антенной решеткой в условиях многолучевого распространения радиоволн. В зависимости от требований к АФАР и техническим возможностям возможны варианты фазирования сигналов на промежуточной или высокой частоте.

Лишь короткий перечень задач, возникающих перед разработчиками ФАР и АФАР для систем подвижной радиосвязи, позволяет утверждать, что создание высокоэффективных малогабаритных излучающих структур, отдельных радиотехнических устройств и антенных решеток на их основе является сложной научно-технической задачей.

Цель настоящей работы — разработка и исследование малогабаритных излучающих радиотехнических устройств УВЧ-диапазона и адаптивных антенных решеток на их основе для мобильных объектов и базовых станций систем подвижной радиосвязи.

Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Разработка малогабаритных излучающих структур, предусматривающая обоснованный выбор схемно-конструктивных решений на современной элементной базе; расчет конструктивных параметров с использованием математических моделей и алгоритмов численного расчета электродинамических характеристик излучения; отработка требуемых характеристик на изготовленных макетах.

2. Исследование характеристик АР с учетом взаимного влияния излучателей.

3. Разработка рекомендаций по размещению ААР на мобильном объекте и выбору ее геометрической формы, а также методики инженерного расчета основных параметров.

4. Создание методики инженерного расчета приемной АР для мобильного объекта с фазированием на промежуточной частоте.

5. Разработка требований к алгоритму выбора и управления адаптивной АР, структурных схем решетки и блока управления системой фазирования.

6. Техническая реализация ААР мобильного объекта и ее экспериментальное исследование.

7. Разработка инженерной методики построения антенного устройства для базовых станций систем мобильной радиосвязи с высоким коэффициентом направленного действия, обеспечивающего формирование нескольких направлений излучения в азимутальной плоскости.

8. Обоснованный выбор, расчет и практическая реализация конструкции многолучевой АР, работающей в четырех частотных диапазонах, предназначенной для размещения на ограниченной апертуре.

9. Экспериментальные исследования одночастотных, многочастотных малогабаритных излучающих структур, позволяющих обеспечить достаточно высокую эффективность при минимально допустимой высоте; их взаимного влияния.

10. Разработка и исследование составных частей ААР: системы фазирования на промежуточной частоте; приемной и передающей АР; блока управления и алгоритма его работы.

Методы исследования. Проведенные теоретические исследования базируются на численно-аналитических методах прикладной электродинамики, сочетании электродинамического подхода и методов теории цепей, приближении заданного распределения поверхностного тока, аппарате рядов Фурье и функций Бесселя от мнимого аргумента. Имитационное моделирование проводилось на основе специализированных пакетов программ HP HFSS и MWO, экспериментальные исследования - на основе радиофизических методов измерений.

Научная новизиа:

1. Исследованы три базовые разновидности низкопрофильных излучающих структур в виде дисковой МПА, прямоугольной МПА, щелевой лабиринтной структуры. Математические модели и разработанные алгоритмы позволяют в полном объеме исследовать характеристики излучения, а также входное сопротивление, КПД, коэффициент усиления.

2. Исследованы характеристики малоэлементной АР с учетом взаимного влияния излучателей, получены выражения для расчета входного сопротивления произвольной излучающей структуры, проведен расчет потерь энергии за счет рассогласования излучателей с линией питания и возбуждения поверхностных волн, а также оценка изменения АФР тока на излучателе.

3. Создана инженерная методика расчета приемной антенной решетки с фазированием на промежуточной частоте. При этом для мобильного объекта предложено использовать четырехэлементную кольцевую АР на низкопрофильных излучателях, позволяющую получить КНД до 10 дБ.

4. Разработан алгоритм выбора и управления ААР, позволяющий повысить соотношение сигнал-шум в случаях, когда из-за интерференции сигналов один или несколько антенных элементов решетки находятся в минимуме интерференционного поля.

5. Предложена и реализована структурная схема блока управления системы фазирования и управления АР, которая позволяет обеспечить более устойчивую дуплексную связь при движении мобильного объекта в городе, пригороде и пересеченной местности.

6. Разработан алгоритм выбора «главного» направления на корреспондента, обеспечивающий направление излучения при работе системы на передачу.

Реализация результатов. Полученные теоретические и экспериментальные результаты использованы в научно-исследовательских работах ОАО концерна «Созвездие» при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по темам «Пирамида», «Таллин», «Босфор», «Кассиопея», в ОАО Воронежский НИИ «Вега» при выполнении опытно-конструкторских работ «Кавказ - 9», «Кавказ - 7М10». Кроме того, результаты работы внедрены в учебный процесс в Воронежском государственном университете и Воронежском институте МВД России.

Краткое содержание работы. Глава 1. Общие вопросы построения низкопрофильных приемопередающих излучающих структур для систем подвижной радиосвязи. Рассмотрены математические модели базовых элементов малогабаритных микрополосковых антенн, а также выбран метод приближения заданного распределения плотности поверхностного тока как эффективный метод их анализа.

Глава 2. Разработка малогабаритных приемопередающих излучающих структур для подвижных УКВ-радиостанций. Разработаны рекомендации размещения ААР на подвижном объекте и выбор ее геометрической формы, получена методика инженерного расчета основных параметров ААР, получены требования к алгоритму выбора и управления адаптивной антенной решетки.

Глава 3. Многолучевые антенные решетки базовых станций систем подвижной связи на основе низкопрофильных излучающих структур. Рассмотрено электродинамическое описание и особенности проектирования цилиндрических ФАР, приведены результаты математического моделирования малогабаритных антенных решеток на основе низкопрофильных излучателей, а также произведен выбор и обоснование схемы построения многолучевой АР.

Глава 4. Экспериментальные исследования приемопередающих излучающих структур, антенных решеток на их основе, устройств фазирования и управления ААР. Рассмотрены теоретические основы проектирования многочастотных вибраторных излучателей, приведены результаты экспериментальных исследований многочастотных вертикальных вибраторных излучателей, системы фазирования по промежуточной частоте, макета ААР со схемой питания излучателей при «ручном» управлении ДН.

В заключении даны краткие итоги методов и результатов диссертации.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в [36, 39, 50, 53, 71-73, 76, 83, 84, 86, 94-97], а также докладывались и обсуждались на IV Международной конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Нижний Новгород,. 2005г.), 6-ой Международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии» (Воронеж, 2006г.), Всероссийской научно-практической конференции «Охрана, безопасность и связь» (Воронеж, 2005г.), Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы борьбы с преступностью» (радиотехнические науки) (Воронеж, 2005г.), Всероссийской конференции «Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем» (Воронеж, 2005г.).

Заключение диссертация на тему "Разработка и исследование низкопрофильных излучающих радиотехнических устройств УВЧ-диапазона и адаптивных антенных решеток на их основе"

4.8. Выводы

1. На основе теоретических расчетов, выполненных в соответствии с рекомендациями 1 и 2 главы диссертации, разработаны и исследованы макеты одночастотных и двухчастотных микрополосковых излучателей различной геометрии и формы. Показано, что для расширения полосы пропускания МПИ, можно использовать вырезы на излучающем элементе различной формы и длины.

В результате возможно: а) расширение полосы пропускания на 20-30%, б) раздвоение резонансной частоты на две, т.е. обеспечения двухчастотного режима работы излучателя при одной точке возбуждения, при этом степень согласования и коэффициент усиления на этих частотах зависят от глубины выреза, в) двухчастотный режим работы МПИ можно обеспечить, если выполнить на противоположной стороне диагонали квадрата излучающего элемента второй вырез. При этом изменение глубины вырезов практически не ведет к изменению верхней рабочей частоты, а нижняя рабочая частота смещается вниз. Изменением глубины обоих вырезов можно добиться разноса между рабочими частотами до 50%, а с помощью одного выреза - до 28%. Двухчастотный режим работы в МПИ можно получить, если вместо выреза выполнить на излучающем элементе неоднородность в виде выступа, г) установлено, что путем изменения глубины выреза, длины выступа тем или иным способом можно сконструировать двухчастотный МПИ с перестраиваемыми рабочими частотами. Т.о., вопрос расширения полосы рабочих частот МПИ может быть успешно решен. Аналогичные эксперименты проведены и на антеннах с круглыми излучающими элементами, д) изменяя глубину вырезов излучающих элементов можно изменять тип поляризации, е) исследованы диапазонные свойства МПИ от высоты диэлектрической подложки, подтверждающие значительное расширение полосы пропускания МПИ с увеличением высоты подложки, ж) изменяя геометрический размер вида неоднородности можно сконструировать антенну с управляемой поляризацией излучаемого поля.

2. Изложены теоретические основы проектирования многочастотных вибраторных излучателей, на основе которых разработаны конструкции многочастотных'вертикальных вибраторов. Показано, что вибраторы сложной формы, состоящие из нескольких отдельных, соединенных определенным образом излучающих элементов, имеющих сильную электромагнитную связь, образуют систему связанных колебательных контуров. Такие системы позволяют повысить КПД излучающих элементов. В качестве примера исследован несимметричный многочастотный микрополосковый излучатель сложной формы, состоящий из последовательно соединенных коротких вибраторов и трубы. Такой МПИ при оптимальной связи между микрополосковыми линиями и коротко-замкнутым шлейфом обладает сравнительно высоким входным сопротивлением и КНД.

Разработаны три вида низкопрофильных вибраторов (одночастотных) с емкостной нагрузкой и высотой порядка 35мм, а также вибраторы высотой порядка 65мм, эффективно работающие в диапазоне 300-400МГц. Эффективность макета антенны высотой 35мм с диском диаметра 150мм при углах места, меньших 30°, не хуже 80% эффективности четвертьволнового вибратора, установленного на противовесе с такими же размерами. Несколько хуже эффективность малогабаритного вибратора без емкостной нагрузки высотой 65мм и вибратора с емкостной нагрузкой в виде диска диаметром 100мм.

3. Проведенные испытания разработанных макетов излучателей (одно-частотных) показали, что при высоте, не превышающей 0,05 максимальной длины волны они имеют достаточно высокую эффективность (-80% эффективности четвертьволнового штыря), а ДН соответствует ДН четвертьволнового вибратора, установленного на таком же противовесе. Ширина ДН в угломестной плоскости примерно 60°, ширина полосы пропускания по уровню половинной мощности около 10МГц, а подавление сигнала вне полосы — более ЮдБ.

4. Разработаны конструкции многочастотных вертикальных вибраторов по принципу последовательно соединенных резонансных антенных элементов с сильной электромагнитной связью: трех и четырехчастотные. Оба излучателя имеют высоту не более 0,05 максимальной длины волны и максимальный диаметр диска 200мм. ДН обоих излучателей, установленных на противовесе размером 1мх1м в пределах ошибок измерений совпадают с угломестной ДН вертикального несимметричного вибратора. Характерной особенностью ДН вертикального вибратора и излучателей, установленных на противовесе ограниченных размеров, является зависимость формы ДН от частоты. Наиболее узкая полоса пропускания наблюдается на частоте 301 МГц, при этом ее величина составляет 0,7% от резонансной. На частоте 428МГц полоса пропускания и первого и второго излучателей достигает 10-15% от резонансной.

Оба излучателя в процессе испытаний допускают перестройку резонансных частот в пределах не менее 7% без конструктивных изменений. При этом их усиление не меняется. Однако наблюдается смещение резонансных частот узких полос пропускания под воздействием внешних факторов. Так, при изменении температуры от комнатной до -5°С, резонансные частоты смещаются на несколько мегагерц.

5. Исследовано взаимное влияние антенных элементов, работающих в передающем и приемном режимах соответственно. При расстояниях между центрами вибраторов больших 0,21м развязка превышает ЮдБ и достигает 18дБ при расстояниях 0,333м. Развязка между однотипными вибраторами уменьшается. Взаимодействие вибраторов сказывается и на входном импедансе антенны, что приводит к искажению согласования вибратора с питающим фидером.

Анализ проведенных исследований показал, что при расстояниях между центрами вибраторов, больших 230мм, развязка между ними больше ЮдБ и изменение КСВ по сравнению с уединенным вибратором незначительно. Установлено также, что на всех рабочих частотах в режиме передачи и приема вибраторы не затеняют друг друга.

Т.о., доказано, что влияние низкопрофильных вибраторов друг на друга подобно взаимодействию обычных антенных вибраторов. Чтобы избежать затенений передающей и приемной решетки одна другой, необходимо выбирать разнос между ними больше 230мм для диапазона от 300 до 500МГц.

6. Разработан макет системы фазирования по промежуточной частоте (СФПЧ). Измеренные значения коэффициентов передачи СФПЧ в режимах пропускания, компенсации и непропускания сигналов полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к системам фазирования. Кроме того, в результате проведения испытаний определен диапазон амплитуд входных напряжений, установлена устойчивая работа СФПЧ по обеспечению заданных коэффициентов передачи сигналов при подаче на вход калибровочных уровней напряжения. Установлен также диапазон напряжений на управляющих входах СФПЧ, обеспечивающий ее нормальное функционирование:

- уровень логического нуля 0-Ю,8В,

- уровень логической единицы +4-=-5В.

Эти характеристики могут быть использованы при уточнении требований по согласованию каскадов между СФПЧ, радиоприемным устройством и устройством выбора и управления.

Малое энергопотребление, малые габариты, использование серийных компонентов, а также технологичность топологии позволяет реализовать СФПЧ в качестве диаграммообразующей схемы адаптивной приемной антенной решетки подвижной системы связи. При массовом производстве СФПЧ для дальнейшего уменьшения размеров и достижения большей технологичности можно рекомендовать вместо навесных элементов более широкое использование микросборок.

7. Разработан макет адаптивной антенной системы, включающий две че-тырехэлементные антенные решетки. Одну - передающую, настроенную на рабочие частоты, близкие к 300 и 430МГц, а вторую - приемную, настроенную на четыре рабочие частоты, близкие к частотам 340, 380, 470 и 485МГц. Конфигурация антенных решеток выбрана таким образом, что антенные элементы не затеняют друг друга. При этом обеспечиваются следующие параметры решеток:

- развязка между передающей и приемной решетками на любых частотах не меньше 12дБ,

- КНД обеих решеток на любых рабочих частотах не менее 9,5дБ, на частотах выше 340МГц - больше ЮдБ,

- развязка между соседними вибраторами в каждой решетке на всех частотах не меньше 8дБ,

- КСВ каждого антенного элемента в решетке для любых направлений фазирования не превышает 1,5 на частотах 301, 427 и 487МГц, и 2,5 на частотах 337 и 384МГц,

- КСВ передающей решетки на всех рабочих частотах меньше 1,3, приемной -1,5,

- система фазирования передающей решетки обеспечивает формирование 8 направлений ДН с уровнем пересечения соседних ДН на уровне не ниже -0,9дБ,

- при формировании в приемной решетке четырех ортогональных лучей уровень пересечения соседних ДН на высшей частоте -4,3дБ, что вполне достаточно для решения пеленгационной задачи.

8. В случае использования многочастотных излучателей диапазона 300470МГц система фазирования едина для всех трех поддиапазонов.

9. В результате адаптивная антенная решетка имеет возможность обеспечить увеличение дальности действия системы связи в 1,6-К2,0 раза по сравнению с системой связи, использующей одиночную штыревую антенну.

186

Заключение

В процессе выполнения диссертационной работы созданы теоретические основы проектирования низкопрофильных излучающих радиотехнических устройств УВЧ-диапазона и адаптивных антенных решеток на их основе, позволившие разработать инженерные методики расчета отдельных составных частей и антенных решеток в целом для мобильных и стационарных узлов связи систем подвижной радиосвязи, экспериментальные макеты блоков фазирования, управления, диаграмообразующей схемы, а также алгоритмы управления этими блоками и антенными решетками в целом.

В работе получены следующие основные результаты:

1. Для трех конструктивных разновидностей малогабаритных антенн рассмотрены методы построения их математических моделей. Результаты практической реализации и исследования характеристик малогабаритных антенн на основе рассмотренных моделей позволяют отметить их адекватность реальным устройствам, а также возможность и необходимость их использования при расчетах конструктивных параметров.

2. В соответствии с заданными требованиями проведен выбор конструкции ААР для мобильных объектов и обоснование возможности ее технической реализации. Разработана методика инженерного расчета приемной антенной решетки с фазированием на промежуточной частоте. При этом для мобильного объекта исследована кольцевая АР из 4-х излучателей, диаметр решетки равен А/2, КНД по отношению к одиночному полуволновому вибратору составляет 6 дБ.

3. Предложена структурная схема блока системы фазирования и управления АР, которая, как показано в работе, позволяет обеспечить более устойчивую дуплексную связь при движении мобильного объекта в городе, пригороде и пересеченной местности.

Разработан алгоритм управления приемной АР, позволяющий адаптивно настраиваться на сигнал корреспондента по максимуму напряженности поля у

АР, а также алгоритм выбора «главного» направления на корреспондента, определяющий направление излучения при работе системы на передачу.

4. Предложена инженерная методика построения антенных систем с КНД>22 дБ, обеспечивающих формирование 16-ти направлений излучения в азимутальной плоскости с шириной луча 22°±4° в различных диапазонах частот для подвижных систем связи.

5. Разработаны конструкции многочастотных вертикальных вибраторов сложной формы, состоящих из нескольких соединенных определенным образом излучающих элементов, имеющих сильную электромагнитную связь. Такие составные вибраторы отличаются более высоким КПД. Проведенные исследования показали, что при оптимальной электромагнитной связи многочастотные излучатели обладают сравнительно высоким входным сопротивлением и КНД.

6. Экспериментально исследовано взаимное влияние антенных элементов, работающих в передающем и приемном режимах соответственно. Показано, что влияние малогабаритных антенных элементов друг на друга подобно взаимному влиянию вибраторных антенн.

7. Проведено экспериментальное исследование (на макете) системы фазирования на промежуточной частоте (СФПЧ). В результате определен диапазон амплитуд входных напряжений, установлены параметры устойчивой работы СФПЧ по обеспечению заданных коэффициентов передачи сигналов при подаче на вход калибровочных уровней напряжения, а также диапазон напряжений на управляющих входах СФПЧ, обеспечивающий ее нормальное функционирование.

8. Разработан макет адаптивной антенной системы, включающий две четырехэлементные АР: приемную и передающую. Исследования показали, что адаптивная антенная решетка позволяет увеличить дальность действия системы связи в 1,6+2,0 раза по сравнению с системой связи, использующей одиночную штыревую антенну.

188

Библиография Андреев, Роман Николаевич, диссертация по теме Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

1. Munson R. Conform microstrip antennas and microstrip phased arrays // 1.EE Trans. 1974. V.AP-22. N1. P.74.

2. Ball I.J. Bhartia P. Broabanding of microstrip antennas. EEMTIC, 1981, №4. pp. 69-71.

3. James J.R., Wood C., Hall P. Microstrip antenna Theory and Design // London V.K. Pertigrinnes. 1981.

4. Панченко Б.А. Микрополосковые антенны / Б.А.Панченко, Е.И.Нефедов.- М.: Радио и связь, 1986. 114 с.

5. Ломан В.И. Микрополосковые антенны. Обзор / В.И.Ломан, М.Д.Ильинов, А.Ф.Гоцуляк // Зарубежная радиоэлектроника.- 1981.- №10.-С.99-116.

6. Бахрах Л.Д. Синтез излучающих систем / Л.Д.Бахрах, С.Д.Кременецкий.- М.: Сов. радио, 1974. -232 с.

7. Чаплин А.Ф. Анализ и синтез антенных решеток / А.Ф.Чаплин. -Львов.: Изд-во Вища шк. при Львовск. ун-те, 1987. 180 с.

8. Сазонов Д.М. Теория антенных решеток произвольной геометрии: дисс. . д-ра техн. наук / Д.М.Сазонов. -М.: МЭИ, 1970.

9. Сазонов Д.М. Матричная теория антенных решеток / Д.М.Сазонов. -Рязань: Изд-во РРТИ, 1975.- 70 с.

10. Панченко Б.А. Взаимодействие элементов в антеннах и дифракционных решетках: дисс. . д-ра техн. наук / Б.А. Панченко. М.: МЭИ, 1970.

11. Гостюхин В.Л. Активные фазированные антенные решетки / В.Л.Гостюхин, В.Н.Турусов, К.Г.Климачев, Ю.С.Данич.- М.: Радио и связь, 1993.-270 с.

12. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток: учеб. пособие для вузов / под ред. Д.И. Воскресенского М.: Радиотехника, 2003. - 632с.

13. Антенны: Современное состояние и проблемы / под ред. Л.Д.Бахраха и Д.И.Воскресенского.- М.: Сов. радио, 1979.

14. Филиппов B.C. Краевые волны в конечных антенных решетках /

15. B.С.Филиппов //Изв. вузов. Радиоэлектроника.- 1985. -№2.- С.61.

16. Гостюхин В.Л. Вопросы проектирования активных ФАР с использованием ЭВМ / В.Л.Гостюхин, К.И.Гринева, В.Н.Турусов. М.: Радио и связь, 1983. -248 с.

17. Воскресенский Д.И. Автоматизированное проектирование систем и устройств СВЧ: учеб. пособие для вузов / Д.И.Воскресенский,

18. C.Д.Кременецкий, А.Ю.Гринев, Ю.В.Котов.- М.: Радио и связь, 1988.- 240 с.

19. Князев С.Т. Электродинамика излучающих и канализирующих систем СВЧ, содержащих слоистый диэлектрик: дисс. . д-ра техн. наук / С.Т.Князев. Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2005.

20. Литвиненко Л.Н. Спектральные операторы рассеяния в задачах дифракции волн на плоских экранах / Л.Н.Литвиненко, С.Л.Просвирнин. -Киев: Наук, думка, 1984. 240 с.

21. Просвирнин С.Л. Расчет микрополосковых антенн в приближении заданного распределения поверхностного тока / С.Л.Просвирнин, Ю.Б.Нечаев.-Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1992.- 112 с.

22. Просвирнин С.Л. Расчет прямоугольных микрополосковых антенн в приближении заданного распределения поверхностного тока / С.Л.Просвирнин Харьков: Радиоастрономический ин-т АН Украины, Препринт №60.- 1992. -58 с.

23. Lier Е., Jocobsen K.R. Restangular Microstrip, Path Antennas with infinite and finite Ground Plane Dimension // IEEE Trans. 1983. V. AP-31. N6. P.978.

24. Huang J. The finite Ground Plane Effect on the Microstrip Antenna Radiation Pottens // IEEE Trans. 1983. V.AP-31. N4. P.649.

25. Электродинамический расчет характеристик излучения полосковых антенн / Б.А.Панченко, С.Т.Князев, Ю.Б.Нечаев и др..- М.: Радио и связь, 2002.- 256 с.

26. Сканирующие антенные системы СВЧ: в 3-х т. / пер. с англ.; под ред. Р.К.Хансена.- М.: Сов. радио, 1968.- Т.2.- 496 с.

27. Амитей Н. Теория и анализ фазированных антенных решеток / Н.Амитей, В.Галиндо, Ч.Ву. -М.: Мир, 1974.- 345с.

28. Монзиго P.JT. Адаптивные антенные решетки / Р.Л.Монзиго, Т.У.Миллер; пер. с англ.- М.: Радио и связь, 1986.- 466 с.

29. Нечаев Ю.Б. Дисковая микрополосковая антенна с осесимметричным возбуждением / Ю.Б.Нечаев, С.Л.Просвирнин, А.Н.Хижняк.- Деп. в ВИНИТИ 29.12.91, №4887 В91.

30. Нечаев Ю.Б. Осесимметричное излучение дисковой микрополосковой антенны / Ю.Б.Нечаев, С.Л.Просвирнин, А.Н.Хижняк // Техника средств связи. Серия ТРС.- 1992.-вып.З.-С. .

31. Нечаев Ю.Б. Прямоугольная микрополосковая антенна на второй моде тока / Ю.Б.Нечаев, И.И.Резник, Д.Г.Селезнев, О.И.Янсон // Техника средств связи. Серия ТРС.- 1991 .-вып.7. С.

32. Панченко Б.А. Характеристики излучения полосковых антенн на подложках ограниченных размеров / Б.А.Панченко, Ю.Б.Нечаев. Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1992.-91 с.

33. Электродинамический расчет характеристик излучения полосковых антенн / Б.А.Панченко, С.Т.Князев, Ю.Б.Нечаев и др.. М.: Радио и связь, 2002.-256 с.

34. Антенны: а.с. 1775772 СССР: МКИ Н 01 Q / Л.В.Бычкова, С.Т.Князев, Ю.Б.Нечаев.- Бюл. 1992.-№47.-С.211.

35. Антенны: а.с. 1756993 СССР: МКИ Н 01 Q / Л.В.Бычкова, С.Т.Князев, Ю.Б.Нечаев.- Бюл. 1992.-№31.-С.204.

36. Панченко Б.А. Тензорные функции Грина уравнений Максвелла для цилиндрических областей / Б.А. Панченко // Радиотехника (Харьков).- 1970.-вып.15.- С.82-89.

37. Нечаев Ю.Б. Электродинамика микрополосковых излучающих структур: дисс. . д-ра физ.-мат. наук / Ю.Б. Нечаев. Воронеж: Воронеж, ун-т, 1995.

38. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток / под ред. Д.И. Воскресенского. -М.: Радио и связь, 1994.

39. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ / Д.М.Сазонов. М.: Высшая школа, 1988.- 432 с.

40. Нечаев Ю.Б. Характеристики прямоугольных микрополосковых антенн в приближении заданного распределения поверхностного тока / Ю.Б.Нечаев, Н.Н.Винокурова, Р.Н.Андреев // Вестник ВИ МВД РФ.- 2005.-№2(21).- С.111-115.

41. Нечаев Ю.Б. Использование микрополосковых излучающих структур в системах подвижной радиосвязи / Ю.Б.Нечаев // Физика и технические приложения волновых процессов: тез. докл. I МНТК, Самара, 2001 г. Самара, 2001.- Т.2.- С.38-43.

42. Нечаев Ю.Б. Исследование и разработка цилиндрических щелевых антенн / Ю.Б.Нечаев, Ю.В.Кузьменко // Радиотехника, электроника и связь на рубеже тысячелетия: тез. докл. LV науч. сессии, посвященной Дню радио, Москва, 2000 г. М.: 2000.- С.60.

43. Кузьменко Ю.В., Нечаев Ю.Б. Дисковая микрополосковая антенна с цилиндрическим резонатором // Радиолокация, навигация, связь: труды VI Междунар. НТК, Воронеж, 2000 г. Воронеж, 2000.- Т.З.- С.1625-1631.

44. Нечаев Ю.Б. Электродинамическая теория микрополосковых антенн с осесимметричным возбуждением / Ю.Б.Нечаев // Радиолокация, навигация,связь: труды V Междунар. НТК, Воронеж, 1999 г. Воронеж, 1999.- Т.З.-С. 1744-1752.

45. Нечаев Ю.Б. Микрополосковые излучающие структуры. Теория и эксперимент / Ю.Б.Нечаев // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ: тез. докл. VI Междунар. НТК, Москва, 1999 г. М.: 1999.- вып.3(24).- С.

46. Драбкин А.Л. Антенно-фидерные устройства / А.Л.Драбкин, В.Л.Зузенко.- М.: Сов. радио, 1961.

47. Ли У. Техника подвижных систем связи / У.Ли. М.: Радио и связь, 1985.-392с.

48. Сухопутная подвижная радиосвязь: в 2 кн. / под общ. ред. В.С.Семенихина и И.М.Пышкина. М.: Радио и связь, 1990. - 432 с.

49. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи / Ю.А.Громаков. М.: Эко-Трендз, 1997.

50. Нечаев Ю.Б. Малогабаритные антенны для мобильных систем связи / Ю.Б.Нечаев, Н.Н.Винокурова, Р.Н.Андреев // Наука производству.- 2005.-№6(86).- С.63-67.

51. Нечаев Ю.Б. Низкопрофильные антенны подвижных средств связи / Ю.Б.Нечаев, Н.Н.Винокурова//Антенны.- 2001.- вып.5(51).- С.61-62.

52. Николаев В.И. Повышение информационной устойчивости телекоммуникационных систем методом пространственно-ориентированного излучения на основе адаптивной антенной решетки / В.И.Николаев,

53. Ю.Б.Нечаев, Р.Н.Андреев // Теория и техника специальной радиосвязи: науч.-техн. сб. ВНИИС. Воронеж: Изд-во Воронеж. НИИ связи, 2005.- вып.З.-С.115-123.

54. Активные передающие антенны / В.В. Должиков, А.И. Лугашенов, С.Н. Сакало и др.; под ред. В.В. Должикова и Б.Г. Цыбаева. М.: Радио и связь, 1984. - 144с.

55. Вибраторная антенна: а.с. 1424085 СССР: МКИ Н 01 Q / В.И.Локтев-Калмыков.- 1988.

56. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства / Г.Н.Кочержевский. -М.: Связь, 1972.-472с.

57. Densy R.E. Current enhanced monopole radiation type antenna apparatus // US Patent №4511900, 1985.

58. Harmuth H.F. Frequency independent shielded loop antenna // US Patent №4506267, 1985.

59. Simpson T.L. The theory of top-loaded antennas integral ignitions for the currents // IEEE Trans. Antennas and Propag., 1971, V. AP-19, №2, p. 186-190.

60. Shortened antenna Ranving coaxial lines as its elements // US Patent №4400702,1983.

61. Белов П.В., Иванов Г.Н., Кельмишкейг В.Э. Способ пространственной фильтрации телеграфных сигналов: а.с. 1417201 А1 СССР / П.В.Белов, Г.Н.Иванов, В.Э.Кельмишкейг.- 1988.

62. Способ пространственного приема телеграфных сигналов: а.с. 1585903 А1 СССР / П.В.Белов, И.И.Быстров, Г.Н.Иванов, В.Э.Кельмишкейг, С.В.Кержанович, В.И.Орлов, А.В.Семенов.- 1990.

63. Многоканальное приемное устройство: а.с. 832745 СССР / Э.Л.Афраймович.-1981.

64. Устройство для выбора диаграмм направленности в приемной антенне: а.с. 1231617 AI СССР / Н.Е.Сосунов, О.Н.Маслов.- 1986.

65. Устройство для выбора канала при подвижной связи: а.с. 964997 СССР / В.Д.Шиен, В.М.Чермалых, Е.И.Комский, Ю.С.Минченко.- 1982.

66. Князев С.Т. Малогабаритные антенны для подвижных систем связи / С.Т. Князев, Ю.Б. Нечаев // Радиолокация, навигация, связь: труды IV Междунар. НТК, Воронеж, 1998 г. Воронеж, 1998,- Т.З.- С.1556-1557.

67. Князев С.Т. Коммутационная антенная решетка бегущей волны метрового диапазона / С.Т.Князев, Ю.Б.Нечаев, А.С.Фадеев // Техника средств связи. Серия ТРС.- 1991.- вып.З.- С.24-29.

68. Винокурова Н.Н. Малогабаритная антенная решетка для подвижных средств связи / Н.Н.Винокурова, Ю.Б.Нечаев // Радиотехника, электроника и связь на рубеже тысячелетия: тез. докл. LV науч. сессии, посвященной Дню радио, Москва, 2000 г. М.: 2000.- С.67.

69. Винокурова Н.Н. Фазированная антенная решетка подвижного центра связи диапазона СВЧ / Н.Н.Винокурова, Ю.В.Кузьменко, Ю.Б.Нечаев // Теория и техника специальной радиосвязи.- 2002.- вып.4.- С. 19-28.

70. Нечаев Ю.Б. Антенные решетки мобильных узлов связи: проблемы и пути их решения / Ю.Б.Нечаев, Р.Н.Андреев // Охрана, безопасность и связь: сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф, Воронеж, 2005 г. Воронеж, 2005.- Ч.1.-С.5-7.

71. Нечаев Ю.Б. Многолучевая антенная решетка с возможностью сканирования лучом / Ю.Б.Нечаев, Р.Н.Андреев // Физика и технические приложения волновых процессов: тез. докл. IV МНТК, Нижний Новгород, 2005 г. Нижний Новгород, 2005.- С.201-202.

72. Нечаев Ю.Б. Исследование влияния количества излучателей и структуры антенной решетки на ее параметры / Ю.Б.Нечаев, Н.Н.Винокурова // Теория и техника радиосвязи: науч.-техн. сб. ВНИИС. Воронеж: Изд-во Воронеж. НИИ связи, 2001.- вып.1.- С.54-58.

73. Нечаев Ю.Б. Методика инженерного расчета диаграммообразующей схемы кольцевой антенной решетки / Ю.Б.Нечаев, Н.Н.Винокурова // Теория и техника радиосвязи: науч.-техн. сб. ВНИИС. — Воронеж: Изд-во Воронеж. НИИ связи, 2001.- вып.1.- С.68-75.

74. Андреев Р.Н. Методика инженерного расчета приемной антенной решетки с фазированием на промежуточной частоте / Р.Н.Андреев, Ю.Б.Нечаев// Вестник ВИ МВД РФ.- 2005. №5(24).- С.29-33.

75. Винокурова Н.Н. Математическая модель и электродинамический анализ излучателя антенной решетки / Н.Н.Винокурова, Ю.Б.Нечаев // Радиолокация, навигация, связь: труды VI Междунар. НТК, Воронеж, 2000 г. -Воронеж, 2000.- Т.2.- С.1306-1311.

76. Винокурова Н.Н. Электродинамический анализ цилиндрической антенны лабиринтного типа на основной моде возбуждения / Н.Н.Винокурова, Ю.В.Кузьменко, Ю.Б.Нечаев // Антенны.- 2001.- вып.5(51).- С.22-27.

77. Кузьменко Ю.В. Щелевой излучатель лабиринтного типа на проводящем цилиндре конечных размеров / Ю.В.Кузьменко, Ю.Б.Нечаев // Физика и технические приложения волновых процессов: тез. докл. I МНТК, Самара, 2001 г. Самара, 2001.- Т.2.- С.55.

78. Винокурова Н.Н. Электродинамический анализ щелевых излучающих структур лабиринтного типа / Н.Н.Винокурова, Ю.В.Кузьменко, Ю.Б.Нечаев // Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот,- 2002.- Т. 10.-№3(35).- С.82-87.

79. Антенна: пат. 1827044 Рос. Федерация: МКИ Н 01 Q / Л.В.Бычкова, С.Т.Князев, Ю.Б.Нечаев.- опубл. 1993, Бюл. №25 С. 122.

80. Бычкова Л.В. Объемные полосковые излучатели элементы фазированных антенных решеток / Л.В.Бычкова, С.Т.Князев, Ю.Б.Нечаев //

81. Успехи научных и прикладных исследований аналоговой и цифровой обработки информации на ОИС СВЧ: Всесоюзная НТК, Тула, 1991 г.- Тула, 1992.- С.61.

82. Андреев Р.Н. Алгоритм выбора и управления адаптивной антенной решетки // Р.Н.Андреев, Ю.Б.Нечаев// Вестник ВИ МВД РФ.- 2005. №5(24).-С. 24-29.

83. Рибано Иосидзо. Кольцевая антенная решетка. // Япония, заявка 61— 169002, 1986.

84. Николаев В.И. Экспериментальные исследования характеристик излучающих элементов адаптивной антенной решетки / В.И.Николаев, Ю.Б.Нечаев, Р.Н.Андреев // Теория и техника специальной радиосвязи: науч.-техн. сб. ВНИИС, 2005.- вып.З.- С.107-114.

85. Калининград, 1992 г. / под. ред. Е.И. Нефедова. М.: Изд-во МГП РНТОРЭС им. Попова А.С., 1992.-Т.2.- С.273-276.

86. Марков Г.Т. Антенны / Г.Т.Марков, Д.М.Сазонов. М.: Энергия, 1975.-528 с.

87. Мень А.В. Принцип построения и характеристики антенн радиотелескопа УТР-2 / А.В.Мень, Л.Г.Содин, Н.К.Шарыкин и др. // Антенны: сб. статей / под ред. А.А. Пистолькорса. М.: Связь, 1978.- вып.26. -С. 15-57.

88. Вендик О.Г. Антенны с немеханическим движением луча. Введение в теорию / О.Г.Вендик. М.: Сов. радио, 1956. - 360 с.

89. Вендик О.Г. Антенны с электрическим сканированием. Введение в теорию / О.Г.Вендик, М.Д.Парнес. -М.: САЙНС-ПРЕСС, 2002.- 232с.

90. Жук М.С. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств / М.С.Жук, Ю.Б.Молочков. М.: Энергия, 1973.- 440с.

91. Винокурова Н.Н. Алгоритм расчета характеристик излучения многолучевой антенной решетки / Н.Н.Винокурова, Ю.Б.Нечаев // Физика и технические приложения волновых процессов: тез. докл. I МНТК, Самара, 2001 г. Самара, 2001.- Т.2.- С.45-46.

92. Минкович Б.М. Теория синтеза антенн / Б.М. Минкович, В.П. Яковлев. -М.: Сов. Радио, 1969.

93. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства / А.З. Фрадин. М.: Связь, 1977.

94. Воскресенский Д.И. Выпуклые и сканирующие антенны (основы теории и расчета) / Д.И. Воскресенский, Л.И. Пономарев, B.C. Филиппов. М.: Сов. Радио, 1978.- 304 с.

95. Пат. №5, 430453 США:МПКН01 Q 1/38.- 4.07.1995.

96. Пат. №5, 541607 США: МПК Н 01 Q 1/38,- 30.06.1999.

97. Palanisamy, R. Garg/ Rectangular ring and Y-shaped microdular patch antenna // Electronics Letters, 12 th September, 1985, Vol 21, № 19, pp. 874-876.

98. Полосковая антенна: a.c. 1401531 СССР: МКИ H 01 Q 1/38 / М.П.Наймушин, Л.В.Бычкова, И.Г.Кротов.- опубл. 07.06.88, Бюл. №21.

99. G. Sanford and L. Riein «Increasing the beamwidth of a microstrip element». Jnt. Symp. DigAntennas and Propagation Soc., tupc 1979, p.p. 126-129.

100. Заявка ЕПВ№ 18476, H01 Q 13/18,1980.

101. Антенна: пат. 1806430 Рос. Федерация: МКИ Н 01 Q / Л.В.Бычкова, С.Т.Князев, Ю.Б.Нечаев, Шабунин С. Н. опубл. 1993, Бюл. №12.- С.232.

102. Пат. №4131893 СШАМКИН01 Q 1/38, 1979.

103. Нефедов Е.И. Микрополосковые излучающие и резонансные устройства / Е.И.Нефедов, В.В.Козловский, А.В.Згурский. Киев: Техника, 1990.- 160 с.

104. Винокурова Н.Н. Характеристики кольцевой решетки вертикальных вибраторов с тонкими металлическими дисками на вершинах / Н.Н.Винокурова, Ю.В.Кузьменко, Ю.Б.Нечаев, С.Н.Разиньков // Антенны.- 2002.- вып.7(62).-С.42-47.

105. Андреева Романа Николаевича

106. ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО НАУЧНО-ВНЕДРЕНЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «ПРОТЕК» (ЗАО НВП «ПРОТЕК»)

107. ГЦ ^^^^ ^ ^ fb^ Почтовый адрес: 394000, Воронеж, ФГУП «Почта России», а/я 189тел. (4732) 39-99-54,39-99-51, 39-99-51 ШШ 3665017521 КПП 366501001 ОКПО 4121194 e-mail:protek@protek.vrn.niна №от