автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Широкополосная антенная система для малогабаритных средств радиомониторинга

На правах рукописи

Куприц Владимир Юрьевич

ШИРОКОПОЛОСНАЯ АНТЕННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ СРЕДСТВ РАДИОМОНИТОРИНГА

Специальность 05.12.07 - Антенны, СВЧ устройства и их технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О ДЕК 2012

Томск 2012

005047481

005047481

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» (ТУСУР)

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

доктор технических наук, профессор .

Шарыгин Герман Сергеевич

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОПОНЕНТЫ:

Гошин Геннадий Георгиевич,

доктор физико-математических наук, профессор,

ТУ СУР, г. Томск

Буянов Юрий Иннокентьевич

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры радиофизики национального исследовательского Томского государственного университета, г. Томск

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

ОАО «Центральное конструкторское бюро автоматики», г.Омск

Защита состоится «28» декабря 2012 года в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 212.268.01 ТУСУР по адресу: г. Томск, пр. Ленина, 40, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТУСУР по адресу: г.Томск, ул.Вершинина, 74

Автореферат разослан 26 ноября 2012 года.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные составителем и заверенные гербовой печатью организации, просим направлять по адресу: 634050 г.Томск, пр.Ленина, 40, ТУСУР, ученому секретарю диссертационного совета Д2 212.268.01 Филатову A.B.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д2 212.268.01 доктор технических наук, профессор

А.В.Филатов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. В развитии современных малогабаритных систем радиомониторинга проявляется устойчивая тенденция к расширению частотного диапазона при уменьшении их размеров и веса.

В настоящее время расширение рабочего диапазона частот малогабаритных систем радиомониторинга достигается путем смены блоков антенной системы. С этим связаны значительные трудности их использования. При этом для обнаружения источников радиоизлучения (ИРИ) с низким энергетическим потенциалом или в целях увеличения дальности обнаружения необходимо, чтобы антенная система имела высокий коэффициент усиления. Поэтому изыскиваются возможности создания широкополосной антенной системы с высоким коэффициентом усиления и малыми габаритными размерами и весом. В частности, такие возможности открываются с появлением антенн в виде печатных плат с использованием современных материалов. Использование таких антенн для создания антенных решеток (АР) позволяет рассматривать их как наиболее подходящие для построения современных антенных систем средств радиомониторинга. Применение антенных решеток дает дополнительные возможности, такие как формирование адаптивной диаграммы направленности (ДН), электронное сканирование луча.

Несмотря на значительное количество публикаций по данной тематике многие вопросы использования таких антенн остаются неисследованными, например, потенциальные возможности расширения полосы рабочих частот антенной системы при заданной ее конструкции и сохранении основных характеристик направленности. В частности, появление дифракционных максимумов высших порядков и изменение формы ДН антенных решеток в широком диапазоне частот может привести к неоднозначности определения местоположения ИРИ. Таким образом, многие практические вопросы создания широкополосных антенных систем требуют проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.

Дополнительные трудности при обосновании выбора конструкции антенной системы малогабаритных средств радиомониторинга возникают из-за необходимости учета влияния случайных искажений электромагнитного поля в месте приема, связанных с условиями распространения радиоволн. Отражение радиоволн от земной поверхности и местных предметов приводит к тому, что к приемной антенной системе приходит множество сигналов в виде суммы регулярной и случайной составляющих, что приводит к необходимости использования статистических методов исследования характеристик антенной системы и пеленгатора на ее основе.

Таким образом, актуальными вопросами в плане выполнения темы диссертации являются:

- определение потенциальных возможностей расширения полосы рабочих частот антенной системы средств радиомониторинга;

- проведение анализа статистических характеристик антенной системы и пеленгаторов, выполненных на ее основе, при работе на реальных трассах распространения радиоволн для обоснованности выбора антенной системы;

разработка практических рекомендаций по построению широкополосных антенных систем радиомониторинга.

Цель диссертационной работы - создание и разработка широкополосной антенной системы малогабаритных средств

радиомониторинга.

Для достижения поставленной цели необходимо:

1) провести теоретическое и экспериментальное исследование характеристик антенных систем малогабаритных средств радиомониторинга, в частности:

- оценить максимальную ширину полосы частот антенных систем малогабаритных пеленгаторов при заданных ограничениях на габаритные размеры и вес;

- исследовать возможность сохранения коэффициента направленного действия (КНД) антенной системы в широкой полосе рабочих частот;

- исследовать возможности расширения рабочего диапазона частот антенных решеток, при отсутствии дифракционных максимумов высших порядков;

2) провести исследование влияния условий распространения радиоволн на наземных трассах на характеристики пеленгаторов с различными антенными

системами, в частности:

- выбрать из существующих или создать адекватную ситуации модель

подстилающей поверхности наземной трассы;

- использовать модель для определения ожидаемых ошибок пеленгования с различными типами антенных систем;

3) провести экспериментальные исследования характеристик антенн и

пеленгаторов на их основе, в частности:

- исследовать характеристики широкополосных антенных систем и пеленгаторов на трассах различной протяженности.

Методы исследований. При решении задач, поставленных в диссертации, использовались теоретические и экспериментальные методы анализа и численное моделирование характеристик антенн, пеленгаторов. Состоятельность полученных результатов подтверждена

экспериментальными данными.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

- получено, что расположение антенн Вивальди в качестве элементов антенной решетки в узлах треугольной сетки позволяет расширить рабочий диапазон частот решетки в сторону низкочастотной области за счет увеличения ширины применяемых антенн Вивальди и таким образом,

увеличить ее максимальный коэффициент перекрытия по частоте в два раза по сравнению с расположением элементов антенной решетки в узлах прямоугольной сетки, при отсутствии побочных дифракционных максимумов высших порядков;

- обоснован размер шага расположения элементов Вивальди в антенной решетке по треугольной сетке, позволяющий получить максимум коэффициента направленного действия при сохранении максимальной широкополосности;

- показано, что применение антенных решеток с элементами Вивальди в качестве приемной широкополосной антенной системы малогабаритных амплитудных пеленгаторов, работающих по сканирующим источникам радиоизлучения, позволяет снизить ошибку пеленгования за счет влияния условий распространения радиоволн над земной поверхностью на 20 - 30 % по сравнению с амплитудными пеленгаторами, использующими в качестве приемных одиночные рупорные антенны с теми же размерами апертуры.;

- экспериментально установлено, что использование антенных решеток с антеннами Вивальди, расположенными по треугольной сетке, в фазовых пеленгаторах позволяет получить линейную разностно-фазовую характеристику в пределах главного лепестка диаграммы направленности антенной решетки;

разработаны практические рекомендации по построению широкополосной антенной системы малогабаритных средств радиомониторинга.

Практическая значимость результатов работы состоит в том, что предложенная в ней широкополосная антенная система малогабаритного пеленгатора обладает рядом преимуществ по сравнению с существующими и может служить основой построения современных систем радиомониторинга.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Расположение антенн Вивальди в качестве элементов антенной решетки в узлах треугольной сетки позволяет расширить рабочий диапазон частот решетки в сторону низкочастотной области за счет увеличения ширины применяемых антенн Вивальди и таким образом, увеличить ее максимальный коэффициент перекрытия по частоте в два раза по сравнению с расположением элементов антенной решетки в узлах прямоугольной сетки при отсутствии побочных дифракционных максимумов высших порядков.

2. Максимум коэффициента направленного действия антенных решеток с антеннами Вивальди при отсутствии побочных дифракционных максимумов высшего порядка достигается при их расположении по треугольной сетке с шагом 1,2 длины волны на верхней частоте рабочего диапазона.

3. Применение антенных решеток с элементами Вивальди в качестве приемной широкополосной антенной системы малогабаритных амплитудных пеленгаторов, работающих по сканирующим источникам радиоизлучения, позволяет снизить ошибку пеленгования за счет влияния условий

распространения радиоволн над земной поверхностью на 20 -30 % по сравнению с амплитудными пеленгаторами, использующими в качестве приемных одиночные рупорные антенны с теми же размерами апертуры.

4. Использование антенных решеток с антеннами Вивальди, расположенными по треугольной сетке, в фазовых пеленгаторах позволяет получить линейную разностно-фазовую характеристику в пределах главного лепестка диаграммы направленности антенной решетки.

Достоверность научных и практических результатов. Результаты и рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, подтверждаются результатами моделирования и проведенными экспериментальными измерениями, а также сопоставлением с результатами, полученными другими авторами.

Апробация работы. Основные теоретические и практические положения работы докладывались и обсуждались на:

- научно-технических конференциях ОАО ЦКБА «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем» (Омск, 2008,2010 г.);

■ XV и XVI международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж 2009,2010 г.);

■ конференции Сибирского Федерального Университета «Современные проблемы развития науки, техники и образования» (Красноярск, 2009 г.).

Внедрение результатов работы.

В рамках выполнения диссертационной работы разработана широкополосная антенная система, которая была использована в рамках составной части опытно-конструкторской разработки «Разработка антенной системы для носимого малогабаритного прибора нового поколения» (шифр-

«Радиотехника-Вектор-ТУСУР-2»)

Материалы диссертационной работы использованы при выполнении научно-исследовательской работы «Исследования по созданию перспективных пассивных космических систем мониторинга наземных источников радиоизлучения» (ФЦП «Кадры» государственный контракт № 02 740 11.0183 от 25 июня 2009 г.), а также в учебном процессе подготовки инженеров по специальности 210304.65 - «Радиоэлектронные системы».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, из них - 4 статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых изданиях, определенных ВАК, 7 работ - в сборниках трудов и материалов научно-технических конференций. Получены два авторских свидетельства на

изобретения по антенной тематике.

Личный вклад автора. Диссертация является итогом исследовании автора, проводившихся с участием сотрудников научно-исследовательского института радиотехнических систем (НИИ РТС) и кафедры РТС ТУСУР при консультациях сотрудников кафедры СВЧ и КР ТУСУР. Основные

исследования, результаты которых приведены в диссертации, были выполнены по инициативе и лично автором. Личный вклад автора включает выбор методов исследования, проведение расчетов, анализ результатов, подготовку макетов и участие в проведении экспериментальных исследований. Им лично разработан и выполнен расчет различных антенных систем и моделирование работы пеленгаторов на их основе.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 113 страницах. Диссертация содержит 107 рисунков и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель работы, научная новизна, практическая ценность, положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены различные варианты существующих малогабаритных средств радиомониторинга, сформулированы технические требования к их антенным системам. Выделены основные недостатки существующих средств радиомониторинга:

- расширение рабочего диапазона частот достигается с помощью смены модулей антенной системы, число которых достигает пяти и более в зависимости от ряда других заданных параметров антенной системы (КНД ширина ДН и т.п.); '

-коэффициент усиления используемых антенных систем часто ограничивает дальность действия мониторинга и возможность обнаружения ИРИ с низким энергетическим потенциалом.

Обзор возможностей построения широкополосных малогабаритных антенных систем показал, что для выполнения современных требований к системам радиомониторинга необходимо использовать антенные решетки, а основным препятствием к этому является небольшая полоса рабочих частот АР в случае отсутствия побочных дифракционных максимумов. В результате проведенного анализа установлено, что в АР предпочтительно использовать антенны Вивальди. Несмотря на значительное количество публикаций по применению антенн Вивальди в АР, многие практические вопросы создания антенной системы малогабаритных средств радиомониторинга требуют проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований, которые и определили цели и задачи диссертационной работы.

Вт°Рая—1лава диссертации посвящена анализу характеристик широкополосной антенной системы в виде решетки с антеннами Вивальди в качестве элементов применительно к задачам радиомониторинга.

Исследованы возможности расширения рабочей полосы АР с антеннами Вивальди при различных вариантах расположения и конструкции элементов Вивальди в АР. Важным фактором при расширении полосы рабочих частот АР является дискретность ее конструкции, из-за которой при определенных

соотношениях длины волны и расстояния между элементами возникают побочные дифракционные максимумы ДН. В системах радиомониторинга это может приводить к ложному определению направлений на источник радиоизлучения.

Автором проведен анализ условий получения максимального значения Кг (коэффициента перекрытия по частоте) плоской АР путем вариации

расположения ее элементов при сохранении площади. Антенна Вивальди представляет собой прямоугольную плоскую диэлектрическую пластинку длиной Ь и шириной IV с проводящим покрытием специальной конфигурации на обеих ее сторонах, как это показано на рис. 1. Такая антенна имеет однонаправленную ДН с максимумом в направлении оси ОЪ. Наибольшее распространение получили плоские АР, в которых антенны Вивальди расположены параллельными рядами. На рис. 2 показан фрагмент такой решетки площадью в из девяти элементов (вид со стороны торцов элементов), т.е. со стороны излучения (приема) с обозначением соответствующих расстояний между «строками» и «столбцами» элементов. Для расширения полосы пропускания необходимо увеличивать максимальную длину волны и уменьшать минимальную длину волны

Х^ решетки. Следовательно, для расширения полосы рабочих частот необходимо увеличивать размер Ш , который, не может быть больше шага решетки с1у (как видно из рис. 2).

•О

1-м I

I нч

Рис. 1. Общий вид антенны Вивальди

Рис. 2. Расположение элементов АР в узлах прямоугольной сетки

Стремление увеличить шаг решетки с/ больше чем Хтш приводит к возникновению побочных дифракционных максимумов. Следовательно, в такой АР можно использовать антенны Вивальди с максимальным размером ц/ = Хт|п. С учетом Хтах которая не может быть больше, чем А.тю = 2УУ ,

максимальный коэффициент перекрытия по частоте К( такой АР меньше или равен двум, при соблюдении условия отсутствия побочных дифракционных

максимумов высших порядков.

В работе проведен анализ других возможных вариантов расположения элементов в АР. Наилучший результат получается в случае расположения

элементов в узлах равносторонней треугольной сетки с шагом d = 1 2А,

' min

Расположение элементов в фрагменте АР из семи элементов с площадью S (такой же как в случае с расположением по прямоугольной сетке) показано на рис. 3. На рис. 4 показаны расчетные ДН такой АР, из которых видно, что побочные дифракционные максимумы отсутствуют. В этом случае максимальный шаг расположения элементов АР в узлах треугольной сетки dx~]'2Km ПРИ соблюдении условия отсутствия дифракционных максимумов.

Получены соотношения, связывающие шаги решетки вдоль горизонтальной оси dx и вертикальной оси dy при расположении элементов АР в узлах (вершинах) равностороннего треугольника:

dy =2^ sin 60° =1,73< Тогда шаг по оси Г равен dy = 2,09Xmlll . В этом случае для элементов АР можно использовать антенны Вивальди с шириной:

W = d=2\ =Х /2

у nun шах

Максимальный коэффициент перекрытия по частоте такой АР при отсутствии дифракционных максимумов Kf< 4 , что в два раза выше, чем у АР с расположением антенн Вивальди по прямоугольной сетке.

л -4 ГТц - - - -8 ГГц -12 ГГц — - -19 ГГц

К /1 1 у / Nl

\! < 1 !' ii l

11 Ii Ü \ Л

'( V i «

-45 -30 -15 0 15 30 45

Рис. 3. Расположение элементов АР в узлах треугольной сетки

Рис.4. Расчетные ДН АР из семи элементов, расположенных в узлах треугольной сетки

В третьей главе проведено сравнение ошибок пеленгования средств радиомониторинга с различными приемными антенными системами при влиянии условий распространения радиоволн на наземных трассах и сделан обоснованный выбор антенной системы на основе моделирования.

В реальных условиях наземных трасс амплитудно-фазовое распределение поля в раскрыве приемной антенны имеет значительную долю случайной составляющей. Реализации диаграммы направленности приемной антенны

(РДН) (зависимость уровня сигнала на выходе приемной антенны от угла ее поворота с учетом условий распространения радиоволн на трассе) существенно отличаются от диаграммы направленности этой же антенны, полученной в условиях безэховой камеры. Оценки ошибок пеленгования средств радиомониторинга получены с использованием модели подстилающей поверхности трассы распространения радиоволн, которая позволяет учесть влияние рельефа, отражающих объектов, растительности и т.п. Теоретические оценки и экспериментальные исследования показывают, что во многих практических случаях наиболее сильное влияние на характеристики электромагнитного поля в месте приема оказывают рельеф подстилающей поверхности и местные предметы, расположенные на трассе. Поэтому в используемой модели эти факторы выделены как основные. Используется нормальная модель поля.

Схема, поясняющая расположение ИРИ, антенн пеленгатора и отражателей, приведена на рис. 5. Моделировались два режима работы пеленгатора:

- ориентированный режим (ОР), когда максимум ДН передающей антенны направлен на центр антенной системы пеленгатора;

- сканирующий режим (СР), когда максимум ДН передающей антенны имел случайное положение относительно направления на центр антенной системы пеленгатора в секторе углов от минус 90 град до 90 град. Две приемные антенны пеленгатора разнесены в пространстве и вращаются

Рис. 5 - Геометрия трассы в азимутальной плоскости. рг (Хрг,ург) - передатчик, Р: (х, ,у,)- 1-й переотражатель,

А\{хю,ут) А2{хК2 ,уК2) - приемные антенны

Существует большое количество публикаций, в которых приводятся количественные оценки бистатической эффективной площади рассеяния (ЭПР) различных объектов, полученных как теоретически, так и в результате

экспериментальных исследований. Однако использование этих данных при построении модели вызывает значительные трудности, так как очень сложно корректно описать значения ЭПР отражателей на конкретной трассе.

В диссертации исследуется многоточечная модель подстилающей поверхности, в которой реальные переотражатели на поверхности заменяются отражающими точечными объектами с заданными отражающими характеристиками. Автором предлагается для описания характеристик переотражателей использовать их нормированную диаграмму рассеяния и коэффициент ослабления переизлученного сигнала каждого отражателя по отношению к регулярному (прямому) сигналу. Диаграмма переизлучения отражает зависимость переизлученной объектом мощности от направления на приемник. Коэффициент ослабления учитывает ЭПР отражателя и ослабление за счет сферического расхождения волны на участках «источник-отражатель» и «отражатель-точка приема».

Адекватность модели проверялась анализом соответствия формы экспериментальной и рассчитанной по модели РДН антенны. Использовались экспериментальные данные трасс протяженностью до 20 км, на которых характерными искажениями РДН были небольшие изменения формы главного и боковых лепестков.

В результате компьютерного моделирования было установлено, что наиболее сильно на характер искажений РДН влияет параметр 50 -коэффициент ослабления переизлученного сигнала от ¡-го отражателя по отношению к прямому. Этот коэффициент считается случайным для переизлучателей с равномерным распределением в заданном интервале.

Нормированный уровень е—»»«—> -г и—«"—---------------—

' N

Л 1 -0 —^Л \ ( \ опи.

/ Ян

Нормированный уровень сигнала. дБ

/ . Л

\MjAUL

zШщ г РТУ*

л - Л НА

\ V V : V х

{~-Моделц)сеаиие|

Ачкмутальныйугол, град

■100 -80 -60

Лшмутальным угол, град

Рис.7 Нормированные расчетная и экспериментальная реализации ДН АР на исследуемой частоте 10 ГГц

Рис.6 Примеры искажений РДН АР: РДН 1 - для = -45дБ РДН 2-для 50 = -15дБ

В качестве примера на рис.6 показаны РДН, которые были получены в результате моделирования для трехсот переизлучателей. После сравнения расчетных и экспериментальных РДН для рассматриваемого типа трасс были выбраны среднее значение 50=-35дБ при 300 переотражателей. Такой

выбор соответствует характерной степени искажения формы РДН для рассматриваемых трасс. В качестве иллюстрации результатов моделирования с выбранными параметрами на рис.7 показаны формы экспериментальной и рассчитанной РДН АР из семи элементов Вивальди.

Расчет РДН проводился для каждого цикла. Под циклом понимается набор значений углов поворота антенной системы, имитирующий один оборот ее вращения (сканирования). Расчет уровня сигнала на выходе антенны для каждого угла позволяет построить одну реализацию РДН для данного цикла. В пределах цикла характеристики переизлучателей считаются неизменными и меняющимися от цикла к циклу. Поэтому РДН для разных

циклов разные и случайные.

По ансамблю РДН рассчитывались усредненные значения РДН, амплитудные и фазовые пеленгационные характеристик путем усреднения расчетных значений для каждого значения углов а по всем циклам серии. Затем рассчитывались среднеквадратические отклонения (СКО) и средние смещения оценки пеленга относительно оценок, полученных с помощью неискаженных амплитудных и фазовых пеленгационных характеристик антенн (без учета переотражателей).

Таблица 1 СКО ошибок определения угла прихода амплитудных пеленгаторов с различными антенными системами

Частота, ГГц

10

10

18

18

Тип режима

работы передающей антенны

ориентированный

сканирующий

ориентированный

сканирующий

Линейный участок ПХ, град.

30

30

15

15

СКО пеленга, град

АР с элементами Вивальди

0,862

1,974

0,179

1,067

Квадратные рупоры

0,884

2,548

0,21

1,66

Полученные в результате моделирования (по серии циклов) расчетные значения среднеквадратической ошибки определения угла прихода, возникающей за счет условий распространения, для амплитудных пеленгаторов с квадратными рупорами и разрабатываемой АР с элементами

Вивальди приведены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что ошибки определения угла прихода амплитудным пеленгатором с АР из элементов Вивальди на различных частотах:

- примерно равны ошибкам определения угла амплитудным пеленгатором с рупорными антеннами, при наведенном режиме;

- меньше на 20 - 30 % ошибок определения угла амплитудным пеленгатором с рупорными антеннами при сканирующем режиме.

Усредненные по серии циклов расчетные значения СКО и смещения разности фаз за счет условий распространения для фазовых пеленгаторов с квадратными рупорами и АР из элементов Вивальди приведены в таблице 2.

Таблица 2 Средние значения СКО и смещения разности фаз для различных антенных систем_

Тип режима СКО разности фаз, Среднее смещение

Частота, работы г рад разности фаз, град

ГГц передающей АР Квад. АР Квад.

антенны рупоры рупоры

10 ориентированный 2,41 2,29 -1,59 -2,76

10 сканирующий 5,67 4,85 -1,94 2,01

18 ориентированный 2,81 2,76 -1,15 1,63

18 сканирующий 7,27 8,19 -0,92 0,52

Основные задачи экспериментальных исследований:

- подтверждение результатов характеристик направленности различных антенн и антенных решеток;

- сравнение экспериментальных пеленгационных характеристик пеленгаторов с различными видами антенных систем на наземных трассах протяженностью от 0,5 до 30 км;

- подтверждение результатов моделирования пеленгационных характеристик и расчетов ошибок пеленгования при работе на наземных трассах.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований. Для проведения экспериментальных исследований с помощью специализированного пакета программ были рассчитанные и изготовлены различные виды антенн:

- спиральные антенны;

- логопериодические антенны;

- рупорные антенны;

- антенна Вивальди диапазона частот 7-20 ГГц;

- антенна Вивальди диапазона частот 0,9-18 ГГц;

- антенные решетки с элементами Вивальди.

Фотография антенны Вивальди диапазона частот 7-20 ГГц показана на рис.8. Поперечный раскрыв антенны, составлял 1Г=27 мм длина ¿=72 мм.

...... ЕР

Рис.8 Фотография антенны Вивальди диапазона 7-20 ГГц

Экспериментальная частотная зависимость КСВН антенны Вивальди показана на рис. 9. Экспериментальные РДН в Н - плоскости при вертикальной поляризации сигнала показаны на рис. 10.

12 14 16 18 Чистота. ГГц

Рис. 9 Экспериментальная частотная зависимость КСВН антенны Вивальди

Ашмутльный ут

Рис. 10 Экспериментальные РДН антенны Вивальди в Н - плоскости

Антенна Вивальди диапазона частот 0,9-18 ГГц имеет поперечный раскрыв 1¥=\40 мм и длину ¿=358 мм. Внешний вид антенны и ее фотография в обтекателе из пенопласта пок^аны на рис. 11 и 12.

Рис. 11 Внешний вид антенны Вивальди диапазона 0,9 - 18 ГГц

Рис. 12 Фотография антенны Вивальди диапазона 0,9 - 18 ГГц в обтекателе

Экспериментальные РДН антенны Вивальди в диапазоне частот 0,9 -18 ГГц и частотная зависимость КСВН антенны показаны на рис.13, 14

-Ф-0.9 ГГц -♦-5 ГГц - -«-Ю ГГц -15 ГГц 18 ГГц X /Ч

-100,00 -50.00

Рис. 13 Экспериментальные РДН антенны Вивальди в диапазоне частот от 0,9 до 18 ГГц

8 1 1« 11 Ц 1, Н 1» 14 1- 1* 1»

Рис. 14 Экспериментальная частотная зависимость КСВН антенны Вивальди

Макет антенной решетки был собран на металлическом экране с размерами 150x150 мм, как показано на рис. 15. В качестве элементов АР использовались антенны Вивальди диапазона частот 7-20 ГГц, запитанные через диаграммообразующую схему. Измерения ДН антенной решетки проводились на наземных трассах различной протяженности. На рис.16 показаны расчетная ДН и экспериментальная РДН АР в горизонтальной плоскости на наземной трассе протяженностью 300 м при частоте сигнала 9,5 ГГц.

Рис. 15 Внешний вид макета антенной решетки с элементами Вивальди

\ 1

/ ы, \

!»/ ~> \ Г \

V V

А X /1 У ц

' I т ' V

Ф 1

■80 -60 -40 -20

20 40 а, град

Рис. 16 Измеренная (1) РДН и расчетная (2) ДН АР в Н - плоскости антенной решетки с элементами Вивальди на частоте 9,5 ГГц

Спиральные и логопериодические антенны были выполнены из СВЧ материала «Брикор ФТ-2,3-0,5» толщиной 0,5 мм в металлическом корпусе. Внешний вид логопериодической антенны показан на рис. 17. Общий вид рупорных антенн показан на рис. 18. Измеренные КСВН и РДН этих антенн приводятся в диссертации.

Рис. 17. Логопериодическая антенна.

Рис. 18. Рупорные антенные элементы

Исследование характеристик различных антенных систем и пеленгаторов на их основе в зависимости от высоты расположения проводились на двух трассах с протяженностью до 1 км. Первая трасса протяженностью 315 м была открытой и проходила над ровным полем, вторая, протяженностью 453 м проходила через лесной массив. Трассы показаны на рис. 19. На этих трассах в качестве источника излучения использовалась радиолокационная станция, работающая на частоте 9,5 ГГц, имеющая ширину ДН антенны по половиной мощности в05 = 10 град и длительность импульса Г = 0.5 мкс.

Рис. 19. Схема местности при экспериментальных исследованиях на трассах до 1 км

Рис. 20. Измеренная РДН антенной системы с рупорными антеннами на трассе протяженностью 315м

-30

-90 -75 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 75 9( Угол отворота, град

Пример измеренной РДН антенной системы с рупорными антеннами на высоте от уровня земли 1.8 м на трассе протяженностью 315 м приведен на рис. 20. По полученным РДН были рассчитаны пеленгационные характеристики как разности логарифмов амплитуд с выхода антенн. Ошибка пеленгования в зависимости от угла отворота антенны пеленгатора рассчитывалась как разность между аппроксимирующей линейный участок пеленгационной характеристики прямой и разностью амплитуд (в дБ) на выходе антенных элементов. Рассчитанные по этим данным

среднеквадратические отклонения на линейном участке приведены в таблице 3.

Таблица 3. СКО ошибки пеленгования в зависимости высоты

расположения антенн на различных трасс

Трасса, м Высота, м СКО пеленга, град

Антенна из логопериодических элементов Антенна из рупорных элементов

315 1.3 3.1 1.8

1.8 2.6 1.6

453 1.3 3.8 2.5

1.8 10.4 2.3

Исследования на трассах с протяженностью до 30 км проводились в районе междуречье Оби и Томи. Район представляет собой слегка волнистую, в разной степени расчлененную равнину с абсолютными отметками высоты над уровнем моря 65 - 160 м с участками верхового и низинного заболачивания. На рис.23 показан фотоснимок района исследуемых трасс.

Рис.23 - Фотоснимок района исследуемых трасс

На трассах встречаются густой лес, лес средней густоты и редколесье, а также кустарник и трава. На трассах имеются препятствия в виде селений, дачных построек, отдельных строений. Параметры исследуемых трасс приведены в диссертации. Внешний вид экспериментального макета антенной системы (АС) с двумя антенными решетками из элементов Вивальди и пример экспериментальных РДН показаны на рис. 24, 25.

Рис.24 Внешний вид Рис.25 Нормированные РДН

экспериментального макета амплитудного пеленгатора с антенными антенной системы с двумя решетками Вивальди

АР Вивальди

При проведении экспериментальных исследований регистрировались РДН АР с элементами Вивальди. В результате обработки экспериментальных данных были построены пеленгационные характеристики и рассчитаны ошибки пеленгования. Для антенной системы с АР из элементов Вивальди были рассчитаны разностно-фазовые характеристики и выделен линейный участок, примеры которых показаны на рис. 26 и 27. Таким образом, было экспериментально показано, что АР с элементами Вивальди можно использовать для построения антенной системы фазового пеленгатора.

Рис.26 Разностно-фазовая Рис.27 Разностно-фазовые

характеристика пеленгатора с АР характеристики АР из семи

Вивальди (Трасса 24) элементов Вивальди (Трасса 24)

Значения СКО разности фаз пеленгатора с двумя АР на различных трассах приведены в таблице 4. Сравнивая экспериментально полученное на трассе №24 значения СКО разности фаз и&(рЕХР = 3,34 с рассчитанным при моделировании аАфоо =3,39 можно сделать вывод о хорошем совпадении

полученных результатов.

Таблица 4 СКО разности фаз фазового пеленгатора с различными антенными системами, при приеме сигналов основной (горизонтальной) поляризации

Трасса № 16 Смокотино 3 (19 км ) №24 Смокотино 9 (23,7 км)

СКО разности фаз АР, градусы 4 3,34

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По мнению автора, можно считать, что в диссертации:

■ Получено, что расположение антенн Вивальди в качестве элементов антенной решетки в узлах треугольной сетки позволяет расширить рабочий диапазон частот решетки в сторону низкочастотной области за счет увеличения ширины применяемых антенн Вивальди и таким образом, увеличить ее максимальный коэффициент перекрытия по частоте в два раза по сравнению с расположением элементов антенной решетки в узлах прямоугольной сетки, при отсутствии побочных дифракционных максимумов высших порядков.

■ Проведено моделирование и получено значение шага расположения элементов Вивальди в антенной решетке в узлах треугольной сетки при котором достигается максимальный КНД решетки.

■ Путем моделирования показано, что применение АР с антеннами Вивальди позволяет снизить ошибку пеленгования за счет влияния условий распространения радиоволн над земной поверхностью на 20 -30 % по сравнению с амплитудными пеленгаторами, использующими рупорные антенны с теми же размерами апертуры.

■ Экспериментально подтверждено, что АР с антеннами Вивальди можно использовать в качестве приемных антенн широкополосного фазового пеленгатора при измерениях пеленга внутри главного лепестка ДН АР.

■ Разработаны рекомендации по построению антенной системы малогабаритных широкополосных средств радиомониторинга.

■ Выбрано направление дальнейших исследований: разработка широкополосной многолучевой антенной решетки с элементами Вивальди расположенными в узлах треугольной сетки.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Куприц В.Ю., Мещеряков A.A., Крутиков М.В. Широкополосные антенные решетки с элементами Вивальди для систем радиомониторинга // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники.-2011.-№1 (23).-с.18-21 .

2. Куприц В.Ю., Мещеряков A.A. Оптимизация расположения антенных элементов Вивальди в широкополосных антенных решетках // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники-2010-№1 (21), часть 2. -с.45^49.

3. Мещеряков A.A., Крутиков М.В., Куприц В.Ю. Сравнение эффективности методов пеленгования устройствами со слабонаправленными антеннами в условиях пересеченной местности // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники-2010.-№2 (22), часть 1.-C.220-224

4. Куприц В.Ю., Мещеряков A.A., Крутиков М.В., Оценка эффекта подавления паразитного излучения широкополосной спиральной антенны методом изменения ширины полоска // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники-2010 .-№2 (22) часть 1,-с.225-228.

5. АС №1656614 СССР, Н 01 Q 19/10, 19/13, Антенна / И.В. Денисова, В.Ю. Куприц, И .Л. Спокойный. - заявка № 4662782/09. - БИ №22,1991г.

6. 5. АС №1830576 СССР, Н 01 Q 19/13, Антенна / И.В. Денисова, В.Ю. Куприц, И.Л. Спокойный. - заявка № 4787146/09. - БИ №28, 1993г.

7. Денисов В.П., Дубинин Д.В., Крутиков М.В., Куприц В.Ю., Мещеряков A.A. Экспериментальные исследования макета фазового пеленгатора на наземных трассах / Сборник докладов научно-технической конференции: Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. - с.79-86.

8. Куприц В.Ю., Мещеряков A.A., Крутиков М.В. Разработка элементов малогабаритных широкополосных антенных систем сантиметрового диапазона / Сборник докладов научно-технической конференции: Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010.-с.117-122.

9. Мещеряков A.A., Куприц В.Ю., Аникин A.C., Кудряшов П. И., Экспериментальная оценка точности пеленгаторов с малогабаритными антеннами, находящимися у поверхности земли / Сборник докладов конференции «RLNC 2009» XV международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь», 14 - 16 апреля 2009г. Воронеж: Изд. НФП «САКВОЕЕ». Т.З. - с.1658-1665.

10. Куприц В.Ю., Мещеряков A.A., Антенная решетка из элементов Вивальди, работающая в сантиметровом диапазоне / Сборник докладов научно-технической конференции: Обмен опытом в области создания

сверхширокополосных радиоэлектронных систем- Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008, с.134-138.

И. Куприц В.Ю., Аникин A.C., Вершинин A.C., Кудряшов П.И. Исследование щелевых спиральных антенн сантиметрового диапазона / Сборник докладов конференции «RLNC 2010»: XVI Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь», 13 - 15 апреля 2010 г. Воронеж: Изд. НФП «САКВОЕЕ». Т.З. - с.1505-1513.

12. Куприц В.Ю., Вершинин A.C., Аникин A.C., Артемов A.A. Малогабаритная антенна дециметрового диапазона, XVI международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь» Сборник докладов конференции «RLNC 2010»: XVI Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь», 13 - 15 апреля 2010 г. Воронеж: Изд. НФП «САКВОЕЕ». Т.З. - с.1582-1590.

13. Аникин A.C., Вершинин A.C., Куприц В.Ю., Крутиков М.В, Кудряшов П.И Малогабаритная антенная система амплитудного пеленгатора метрового диапазона / Сборник докладов научно-технической конференции: «Современные проблемы развития науки, техники и образования», 18-20 ноября 2009 г. Красноярск: Изд. СФУ. - с.115-117.

Тираж 100 экз. Заказ 1249. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40. Тел. (3822) 533018.

Введение.

1 Анализ существующих подходов к построению широкополосной антенной системы для малогабаритных средств радиомониторинга.

1.1 Обзор существующих малогабаритных систем радиомониторинга.

Анализ технических требований к антенным системам.

1.2 Современные подходы к построению широкополосных антенных систем.

1.3 Возможности построения антенной системы. Постановка задач исследования.

1.4 Выводы.

2 Анализ характеристик широкополосной антенной системы для малогабаритных средств радиомониторинга.

2.1 Анализ характеристик антенных решеток с элементами Вивальди.

2.2 Моделирование работы антенной решетки с элементами Вивальди в широкой полосе частот АР с целью достижения максимума КНД.

2.3 Выводы.

3 Моделирование влияния условий распространения радиоволн на наземных трассах на характеристики широкополосных антенных систем и созданных на их основе пеленгаторов.

3.1 Модель наземной трассы распространения радиоволн.

3.2 Исследование характеристик различных антенных систем и пеленгаторов с помощью модели наземной трассы распространения радиоволн.

3.2.1 Исследование влияния условий распространения радиоволн на характеристики амплитудных пеленгаторов с различными широкополосными антенными системами.

3.2.2 Исследование характеристик фазовых пеленгаторов с различными широкополосными антенными системами.

3.2.3 Результаты моделирования работы пеленгаторов с различными антенными системами.

3.4 Выводы.

4 Экспериментальные исследования характеристик широкополосных антенн и пеленгаторов на их основе.

4.1 Задачи проведения экспериментальных исследований.

4.2 Аппаратура, используемая при проведении экспериментальных исследований.

4.3 Методика проведения экспериментальных исследований.

4.4 Результаты экспериментальных исследований характеристик антенн Вивальди и макета антенной решетки с элементами Вивальди.

4.5 Результаты экспериментальных исследований характеристик малогабаритных антенных систем и пеленгаторов на трассах протяженностью до 1 км.

4.6 Результаты экспериментальных исследований характеристик малогабаритных антенных системтгпеленгаторов на трассахпротяженностью до 30 км.!.

4.7 Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных характеристик пеленгаторов.

4.8 Предложения по проектированию антенных систем для малогабаритных широкополосных пассивных наземных систем радиомониторинга.

4.9 Выводы.

Актуальность темы исследований. В развитии современных малогабаритных систем радиомониторинга проявляется устойчивая тенденция к расширению частотного диапазона при уменьшении их размеров и веса.

В настоящее время расширение рабочего диапазона частот малогабаритных систем радиомониторинга достигается путем смены блоков антенной системы. С этим связаны значительные трудности их использования. При этом для обнаружения источников радиоизлучения (ИРИ) с низким энергетическим потенциалом или в целях увеличения дальности обнаружения необходимо, чтобы антенная система имела высокий коэффициент усиления. Поэтому изыскиваются возможности создания широкополосной антенной системы с высоким коэффициентом усиления и малыми габаритными размерами и весом. В частности, такие возможности открываются с появлением антенн в виде печатных плат с использованием современных материалов. Использование таких антенн для создания антенных решеток (АР) позволяет рассматривать их как наиболее подходящие для построения современных антенных систем средств радиомониторинга. Применение антенных решеток дает дополнительные возможности, такие как формирование адаптивной диаграммы направленности (ДН), электронное сканирование луча.

Несмотря на значительное количество публикаций по данной тематике, многие вопросы использования таких антенн остаются неисследованными, например, потенциальные возможности расширения полосы рабочих частот антенной системы при заданной ее конструкции и сохранении основных характеристик направленности. В частности, появление дифракционных максимумов высших порядков и изменение формы ДН антенных решеток в широком диапазоне частот может привести к неоднозначности определения местоположения ИРИ. Таким образом, многие практические вопросы создания широкополосных антенных систем требуют проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.

Дополнительные трудности при обосновании выбора конструкции антенной системы малогабаритных средств радиомониторинга возникают из-за необходимости учета влияния случайных искажений электромагнитного поля в месте приема, связанных с условиями распространения радиоволн. Отражение радиоволн от земной поверхности и местных предметов приводит к тому, что к приемной антенной системе приходит множество сигналов в виде суммы регулярной и случайной составляющих, что приводит к необходимости использования статистических методов исследования характеристик антенной системы и пеленгатора на ее основе.

Таким образом, актуальными вопросами в плане выполнения темы диссертации являются:

- определение потенциальных возможностей расширения полосы рабочих частот антенной системы средств радиомониторинга;

- проведение анализа статистических характеристик антенной системы и пеленгаторов, выполненных на ее основе, при работе на реальных трассах распространения радиоволн для обоснованности выбора антенной системы;

- разработка практических рекомендаций по построению широкополосных антенных систем радиомониторинга.

Цель диссертационной работы - создание и разработка широкополосной антенной системы малогабаритных средств радиомониторинга.

Для достижения поставленной цели необходимо:

1) провести теоретическое и экспериментальное исследование характеристик антенных систем малогабаритных средств радиомониторинга, в частности:

- оценить максимальную ширину полосы частот антенных систем малогабаритных пеленгаторов при заданных ограничениях на габаритные размеры и вес;

- исследовать возможность сохранения коэффициента направленного действия (КНД) антенной системы в широкой полосе рабочих частот;

- исследовать возможности расширения рабочего диапазона частот антенных решеток при отсутствии дифракционных максимумов высших порядков;

2) провести исследование влияния условий распространения радиоволн на наземных трассах на характеристики пеленгаторов с различными антенными системами, в частности:

- выбрать из существующих или создать адекватную ситуации модель подстилающей поверхности наземной трассы;

- использовать модель для определения ожидаемых ошибок пеленгования с различными типами антенных систем;

3) провести экспериментальные исследования характеристик антенн и пеленгаторов на их основе, в частности:

- исследовать характеристики широкополосных антенных систем и пеленгаторов на трассах различной протяженности.

Методы исследований. При решении задач, поставленных в диссертации, использовались теоретические и экспериментальные методы анализа и численное моделирование характеристик антенн, пеленгаторов. Состоятельность полученных результатов подтверждена экспериментальными данными.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

- получено, что расположение антенн Вивальди в качестве элементов антенной решетки в узлах треугольной сетки позволяет расширить рабочий диапазон частот решетки в сторону низкочастотной области за счет увеличения ширины применяемых антенн Вивальди и таким образом, увеличить ее максимальный коэффициент перекрытия по частоте в два раза по сравнению с расположением элементов антенной решетки в узлах прямоугольной сетки, при отсутствии побочных дифракционных максимумов высших порядков;

- обоснован размер шага расположения элементов Вивальди в антенной решетке по треугольной сетке, позволяющий получить максимум коэффициента направленного действия при сохранении максимальной широкополосности;

- показано, что применение антенных решеток с элементами Вивальди в качестве приемной широкополосной антенной системы малогабаритных амплитудных пеленгаторов, работающих по сканирующим источникам радиоизлучения, позволяет снизить ошибку пеленгования за счет влияния условий распространения радиоволн над земной поверхностью на 20 - 30 % по сравнению с амплитудными пеленгаторами, использующими в качестве приемных одиночные рупорные антенны с теми же размерами апертуры;

- экспериментально установлено, что использование антенных решеток с антеннами Вивальди, расположенными по треугольной сетке, в фазовых пеленгаторах позволяет получить линейную разностно-фазовую характеристику в пределах главного лепестка диаграммы направленности антенной решетки;

- разработаны практические рекомендации по построению широкополосной антенной системы малогабаритных средств радиомониторинга.

Практическая значимость результатов работы состоит в том, что предложенная в ней широкополосная антенная система малогабаритного пеленгатора обладает рядом преимуществ по сравнению с существующими и может служить основой построения современных систем радиомониторинга.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Расположение антенн Вивальди в качестве элементов антенной решетки в узлах треугольной сетки позволяет расширить рабочий диапазон частот решетки в сторону низкочастотной области за счет увеличения ширины применяемых антенн Вивальди и таким образом, увеличить ее максимальный коэффициент перекрытия по частоте в два раза по сравнению с расположением элементов антенной решетки в узлах прямоугольной сетки при отсутствии побочных дифракционных максимумов высших порядков.

2. Максимум коэффициента направленного действия антенных решеток с антеннами Вивальди при отсутствии побочных дифракционных максимумов высшего порядка достигается при их расположении по треугольной сетке с шагом 1,2 длины волны на верхней частоте рабочего диапазона.

3. Применение антенных решеток с элементами Вивальди в качестве приемной широкополосной антенной системы малогабаритных амплитудных пеленгаторов, работающих по сканирующим источникам радиоизлучения, позволяет снизить ошибку пеленгования за счет влияния условий распространения радиоволн над земной поверхностью на 20 - 30 % по сравнению с амплитудными пеленгаторами, использующими в качестве приемных одиночные рупорные антенны с теми же размерами апертуры.

4. Использование антенных решеток с антеннами Вивальди, расположенными по треугольной сетке, в фазовых пеленгаторах позволяет получить линейную разностно-фазовую характеристику в пределах главного лепестка диаграммы направленности антенной решетки.

Достоверность научных и практических результатов. Результаты и рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, подтверждаются результатами моделирования и проведенными экспериментальными измерениями, а также сопоставлением с результатами, полученными другими авторами.

Апробация работы. Основные теоретические и практические положения работы докладывались и обсуждались на:

• научно-технических конференциях ОАО ЦКБА «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем» (Омск, 2008, 2010 г.);

• XV и XVI международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж 2009, 2010 г.);

• конференции Сибирского Федерального Университета «Современные проблемы развития науки, техники и образования» (Красноярск, 2009 г.).

Внедрение результатов работы. В рамках выполнения диссертационной работы разработана широкополосная антенная система, которая была использована в рамках составной части опытно-конструкторской разработки «Разработка антенной системы для носимого малогабаритного прибора нового поколения» (шифр - «Радиотехника-Вектор-ТУСУР-2»)

Материалы диссертационной работы использованы при выполнении научно-исследовательской работы «Исследования по созданию перспективных пассивных космических систем мониторинга наземных источников радиоизлучения» (ФЦП «Кадры» государственный контракт № 02.740.11.0183 от 25 июня 2009 г.), а также в учебном процессе подготовки инженеров по специальности 210304.65 - «Радиоэлектронные системы».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, из них - 4 статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых изданиях, определенных ВАК, 7 работ - в сборниках трудов и материалов научно-технических конференций. Получены два авторских свидетельства на изобретения по антенной тематике.

Личный вклад автора. Диссертация является итогом исследований автора, проводившихся с участием сотрудников научно-исследовательского института радиотехнических систем (НИИ РТС) и кафедры РТС ТУСУР при консультациях сотрудников кафедры СВЧ и КР ТУСУР. Основные исследования, результаты которых приведены в диссертации, были выполнены по инициативе и лично автором. Личный вклад автора включает выбор методов исследования, проведение расчетов, анализ результатов, подготовку макетов и участие в проведении экспериментальных исследований. Им лично разработан и выполнен расчет различных антенных систем и моделирование работы пеленгаторов на их основе.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 117 страницах. Диссертация содержит 107 рисунков и 14 таблиц.

Основные результаты данной работы заключаются в следующем.

1. Обзор и анализ литературы показал возможность и необходимость разработки широкополосных антенных систем радиомониторинга на современной элементной базе. В частности, такие возможности открываются с появлением антенн в виде печатных плат с использованием современных материалов. Использование таких антенн для создания антенных решеток позволяет рассматривать их как наиболее подходящие для построения современных антенных систем средств радиомониторинга. Применение антенных решеток дает дополнительные возможности, такие как формирование адаптивной диаграммы направленности, электронное сканирование луча

2. Исследованы возможности расширения рабочей полосы антенной решетки с элементами Вивальди при различных вариантах расположения и конструкции элементов Вивальди в решетке. Установлено, что расположение антенн Вивальди в качестве элементов антенной решетки в узлах треугольной сетки позволяет расширить рабочий диапазон частот решетки в сторону низкочастотной области за счет увеличения ширины применяемых антенн Вивальди и таким образом, увеличить ее максимальный коэффициент перекрытия по частоте в два раза по сравнению с расположением элементов антенной решетки в узлах прямоугольной сетки, при отсутствии побочных дифракционных максимумов высших порядков.

3. Проведен анализ условий получения максимального значения коэффициента направленного действия плоской АР с элементами Вивальди, расположенными в узлах треугольной сетки. С помощью моделирования получено значение шага расположения элементов Вивальди в такой антенной решетке при котором достигается максимальный КНД решетки.

4. Разработана модель наземной трассы распространения радиоволн и с помощью моделирования проведено сравнение ошибок пеленгования амплитудных и фазовых пеленгаторов, использующих антенные решетки из элементов Вивальди и отдельные квадратные гребенчатые рупорные антенны, с учетом влияния условий распространения радиоволн на наземных трассах. В результате сравнения обоснованы преимущества использования антенных решеток с элементами Вивальди.

5. Экспериментально подтверждено, что АР с антеннами Вивальди можно использовать в качестве приемных антенн широкополосного фазового пеленгатора при измерениях пеленга внутри главного лепестка ДН АР.

6. Разработаны рекомендации по построению антенной системы малогабаритных широкополосных средств радиомониторинга с применением антенных решеток с элементами Вивальди.

7. Выбрано направление дальнейших исследований: разработка широкополосной многолучевой антенной решетки с элементами Вивальди расположенными в узлах треугольной сетки.

Заключение

1. Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации. - М.: Советское радио, 1970. — 560 с.

2. Зарубежные радиоэлектронные средства/Под ред.Ю.М. Перунова. В 4-х книгах. Кн.1 Радиолокационные системы. М.: Радиотехника, 2010 - 336 с.3. http://www.ircos.ru/

3. Зарубежные радиоэлектронные средства/Под ред.Ю.М. Перунова. В 4-х книгах. Кн.З Антенны. М.: Радиотехника, 2010 - 355 с.

4. Бененсон Л. С., Слабонаправленные широкодиапазонные антенны, в сборнике: Современные проблемы антенно-волноводной техники, М., 1967;

5. Сверхширокополосные антенны. Перевод с англ./Под ред. Л.С. Бененсона. М.: Мир, 1964.416 с. с. 399-402.

6. Марков Г.Т., Сазонов Д.М., «Антенны», М., «Энергия», 1975г.-.с.

7. Логопериодические антенны / Владимир Антонович Яцкевич; Министерство образования Российской Федерации, Вологодский государственный педагогический университет. М.: Радио и связь, 1994; Вологда: Русь, 1994. - 97 е.: ил. - Библиогр.: с. 93-96.

8. Юрцев О.А., Рунов А.В., Казарин А.Н., Спиральные антенны, М., "Советское радио", 1974, 224 с.

9. Айзенберг Г.З., Антенны ультракоротких волн, ч. 1., М., 1957.

10. R. Dehdasht-Heydari, Н. R. Hassani, and A. R. Mallahzadeh, «QUAD RIDGED HORN ANTENNA FOR UWB APPLICATIONS», Progress In Electromagnetics Research, PIER 79, 23-38, 2008.

11. Endfire Tapered Slot Antennas on Dielectric Substrates / K.S. Yngvesson, D.H. Schaubert, T.L. Korzeniowski, E.L. Kollberg, T. Thungren, J.F. Johansson // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1985. - Vol. SP - 33, № 12. - P. 1392 - 1400.

12. Ultra-wideband low-cost phased array radars/ C.T. Rodenbeck, S.G.Kim, W.H. Tu, M.R. Coutant, S. Hong, M. Li, K. Chang // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. 2005. - Vol. 53, № 12. - P. 3697 - 3703.

13. Janaswamy R., Analysis of the tapered slot antenna / Janaswamy R., D. Schaubert // IEEE Trans Antenna and Propagation, Vol. 35, No. 9, Sept. 1987. Pp. 1058-1064.

14. Janaswamy R., An Accurate Moment Method Model of the Tapered Slot Antenna / Janaswamy R., D. Schaubert // IEEE Trans Antenna and Propagation, Vol. 37, No. 12, Dec. 1989. Pp.1523-1527.16.