Исследование и разработка антенных решеток на основе численных методов математического моделирования и синтеза многоэлементных тонкопроволочных излучающих структур и устройств СВЧ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, доктор технических наук Маторин, Александр Васильевич

• Маторин, Александр Васильевич
• доктор технических наук
• 2002

Оглавление диссертации доктор технических наук Маторин, Александр Васильевич

Введение.

Раздел 1. Интегральные уравнения теории многоэлементных тонкопроволочных излучающих структур с диэлектрическим покрытием Вводные замечания.

1.1. Принцип эквивалентности.

1.2. Модифицированное интегродифференциальное уравнение тонкопроволочных излучающих структур с диэлектрическим покрытием.

1.3. Модифицированное интегральное уравнение типа Гал-лена для тонких проводников с диэлектрическим покрытием.

1.4. Численное решение интегральных и интегро-дифференциальных уравнений многоэлементных тонкопроволочных излучающих структур.

1.5. Результаты тестовых расчетов, сравнение с экспериментальными данными.

1.6. Математическое моделирование электродинамического взаимодействия материального тела и многоэлементной изолированной излучающей структуры.

1.7. Интегральные и интегродифференциальные уравнения многоэлементной системы излучателей, возбуждаемой фазирующе-распределительной систмой.

Выводы.

Раздел 2. Методика проектирования антенных решеток и устройств СВЧ, двухэтапный метод численного решения многоэкстремальных оптимизационных задач

Вводные замечания.

2.1. Методика и структурная схема машинного проектирования с использованием двухэтапной процедуры многоэкстремальной оптимизации.

2.2. Постановка многокритериальной задачи параметри-ского синтеза.

2.3. Модифицированный метод Фиакко и Мак-Кормика.

2.4. Метод типа динамического программирования.

2.5. Генетический алгоритм.

2.6. Оценка эффективности двухэтапного метода многоэкстремальной оптимизации.

Выводы.

Раздел 3. Исследование и разработка ФАР с широкоугольным сканированием, расположенных на опорной поверхности конечных размеров, кольцевых концентрических антенных решеток, антенн для телекоммуникаций и систем связи

3.1. Численное исследование широкоугольного сканирования вибраторных ФАР ДМВ на опорной поверхности ограниченных размеров.

3.2. Кольцевая концентрическая антенная решетка с варьируемой структурой пассивных элементов.

3.3. Результаты разработки антенн для ТВ вещания и связи 184 Выводы.

Раздел 4. Исследование и разработка логопериодических антенн с несимметричными контурными элементами и ФАР, построенных на их основе

Вводные замечания.

4.1. Математические модели, параметрический синтез и результаты разработки ЛПА с несимметричными контурными излучателями.

4.2. Методика и результаты исследования сверхширокополосной линейной ФАР, построенной на основе ЛПА с несимметричными контурными излучателями.

Выводы.

Раздел 5. Математическое моделирование и синтез адаптивных антенных решеток с реактивным управлением, способ уменьшения рассеянного поля минимально рассеивающих антенн Вводные замечания.

5.1. Математическая модель AAP с реактивным управлени

5.2. Параметрический синтез и результаты машинного проектирования AAP с реактивным управлением.

5.3. Способ уменьшения рассеянного поля минимально рассеивающих антенн.

5.4. Результаты разработки облучателей для электромагнитной УВЧ-датермии и терапии.

Выводы.

Раздел 6. Программный комплекс для автоматизированного анализа и параметрического синтеза антенных решеток, разрабатываемых с применением тонкопроволочных моделей, и устройств СВЧ

6.1. Структура и особенности реализации программного комплекса.

6.2. Пользовательский интерфейс программы 8АК-32.

6.3. Пользовательский интерфейс программы Модель-С 327 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка антенных решеток на основе численных методов математического моделирования и синтеза многоэлементных тонкопроволочных излучающих структур и устройств СВЧ»

Актуальность темы и состояние вопроса. Антенны и связанные с ними устройства СВЧ являются неотъемлемой и в значительной мере определяющей частью любых радиоэлектронных средств (РЭС), использующих фундаментальное свойство электромагнитных волн - перенос энергии и информации в физическом пространстве. Современные тенденции, связанные с увеличением роли и существенным расширением круга задач, решаемых такими РЭС, с их функциональным и конструктивным усложнением, увеличением объема и энергопотребления, увеличением значимости информационных технологий в функционировании РЭС и их проектировании, неизбежно требуют интенсивного развития теории математического моделирования и техники антенн и устройств СВЧ.

Тонкопроволочные излучающие структуры и антенные решетки, построенные на их основе, - один из основополагающих объектов антенной техники. Причина этого состоит в необычайно широком их распространении во всем освоенном диапазоне радиочастот и возможности моделирования на основе элементной базы этих структур практически любых объектов, рассматриваемых в задачах возбуждения и дифракции электромагнитных волн.

Разработка тонкопроволочных излучающих структур - развитое научно-техническое направление. В нем сформировались основные принципы общей теории, своя классика. Основы теории математического моделирования тонкопроволочных антенн заложены в трудах Х.С. Поклингто-на [241] (1897 г.), A.A. Пистолькорса [139] (1928 г.), Е. Галлена [223] (1938 г.), М.А. Леонтовича и M.JI. Левина [93] (1944 г.), П.Л. Капицы, В.А. Фока и Л.А. Вайнштейна [29, 81] (1959-1961 гг.).

Современная теория тонкопроволочных излучающих структур, синтезируя методы вычислительной математики и электродинамики, получила развитие в работах известных отечественных и зарубежных авторов: Г.З. Айзенберга [1], Г.Т. Маркова, А.Ф. Чаплина [95], А.Г. Свешникова

75], A.C. Ильинского [73-78], E.H. Васильева [26], Д.И. Воскресенского [33,34,36], Ю.В. Пименова [70,142], H.H. Горобца [45], Р.В.П. Кинга [82,83,230,231], Р. Миттры [37] и др.

Вместе с этим такие причины, как появление новых материалов и технологий, новый импульс в развитии вычислительной математики, обусловленный прогрессом вычислительной техники, предоставляют разработчикам ранее недоступные возможности и, в свою очередь, постоянно порождают новые задачи. Тонкопроволочные антенные решетки чрезвычайно многообразны и, как правило, представляют собой весьма сложные технические объекты, включающие большое количество излучающих элементов, а также устройств СВЧ, имеющих существенные и многообразные в своих проявлениях электродинамические взаимодействия, обусловленные векторными пространственными волновыми процессами. Непосредственное применение известных универсальных методов и программных продуктов в большинстве случаев позволяет провести анализ лишь ограниченного количества частных решений. Сколько-нибудь развитая оптимизация характеристик антенных решеток в диапазоне СВЧ требует анализа большого числа различных вариантов излучающих структур, обеспечения высокой точности конструктивных и электродинамических параметров элементов, входящих в состав антенных решеток, наиболее полного учета их электродинамического взаимодействия, а также оценки влияния разнообразных дестабилизирующих факторов. Это может приводить к большим затратам машинного времени, дорогостоящим и долговременным экспериментальным доработкам лабораторных макетов и экспериментальных образцов антенных решеток, к отсутствию уверенности в том, что в итоге найдено оптимальное решение. Перечисленные обстоятельства могут в значительной мере обесценить разрабатываемый образец изделия.

Естественным выходом из создавшегося положения является проектирование антенных решеток и связанных с ними устройств СВЧ с широким применением быстродействующей вычислительной техники, т.е. машинное проектирование, применение современных технологий математического моделирования, вычислительного эксперимента и решение на этой базе задач синтеза, как основы для достижения наилучших качественных показателей проектируемого объекта. У

Классическая задача синтеза антенной решетки состоит в отыскании распределения источников на входах излучателей по заданным требованиям к характеристике направленности. Публикации по синтезу антенных решеток, когда геометрия решетки задана, насчитывают сотни наименований. Необходимо отметить фундаментальные исследования в теории синтеза антенн отечественных ученых Л.Д. Бахраха [15], Е.Г. Зелкина [71], Б.М. Минковича, В.П. Яковлева [131], В.И. Поповкина [144,145] и др.

Задача синтеза антенны в классической постановке не дает ответа на вопрос о способе её реализации. Это вызывает необходимость постановки практически важных задач параметрического или конструктивного синтеза. В задачах этого класса находят все те параметры антенной решетки (включая геометрические), которые определяют требуемые характеристики антенны. Особое место в постановке и решении проблемы конструктивного синтеза занимает цикл работ А.Ф. Чаплина, наиболее полно представленный в [189]. Такие задачи, являясь обратными задачами электродинамики, в большинстве случаев сводятся к необходимости решения численными методами, с привлечением быстродействующих ЭВМ достаточно сложных нелинейных многоэкстремальных задач.

Фундаментальное рассмотрение проблематики математического моделирования в электродинамике дано в монографии A.C. Ильинского, В.В. Кравцова, А.Г. Свешникова [75]. Электродинамические модели высокого уровня и адекватные им математические модели для тонкопроволочных моделей антенных решеток, аналогичные по электродинамическому уровню модели устройств СВЧ дают возможность с высокой точностью определить необходимые конструктивные параметры, определяющие электродинамические характеристики объекта проектирования, и, следовательно, проект разрабатываемого изделия может быть доведен до эскиза или чертежа с минимальными экспериментальными доработками. Применение такого уровня электродинамических моделей, их адекватное математическое описание, использование современных численных методов решения многоэкстремальных задач параметрического (конструктивного) синтеза могут служить научной основой машинного проектирования широкого класса антенных решеток и устройств СВЧ, которое является единственно перспективным и экономически эффективным способом их разработки.

Задача синтеза неразрывно связана с автоматизацией проектирования антенных решеток и устройств СВЧ. Общие принципы организации, роль и место задач синтеза в функционировании систем автоматизированного проектирования РЭС изложены в мнографии В.П. Корячко, В.М. Ку-рейчика, И.П. Норенкова [85]. В монографии Д.И. Воскресенского, С.Д. Кременецкого, А.Ю. Гринева, Ю.В. Котова [33] целенаправленно освещены принципы и этапы автоматизированного проектирования излучающих и распределительных систем СВЧ. Рассмотрены некоторые методы локальной оптимизации, используемые для решения задач параметрического синтеза: вариационный (на основе множителей Лагранжа), наискорейшего спуска, линеаризации и ряд других. Рассматриваются этапы автоматизированного проектирования различных типов излучающих и распределительных систем с учетом специфики их использования. Даны общие соотношения для математического моделирования плоских многоэлементных антенных решеток. Представлена методика автоматизированного проектирования излучающей системы многоэлементной плоской фазированной антенной решетки (ФАР). Рассмотрению вопросов математического моделирования и проектирования с использованием ЭВМ важного класса антенн - активных ФАР (АФАР) посвящена монография В.Л. Гостюхина, К.И. Гриневой, В.Н. Трусова [43]. Построена обобщенная математическая модель АФАР. Проведено сравнение эффективности различных численных методов реализации математических моделей, рассмотрена методика проектирования АФАР.

Уместно отметить, что современный поток публикаций, в целом глубоко и полно охватывающий тему математического моделирования и синтеза антенн, в достаточной степени не отражает важную для практики разработки антенных решеток проблематику параметрического (конструктивного) синтеза многоэлементных тонкопроволочных излучающих структур с использованием электродинамических и адекватных им математических моделей высокого уровня. В частности, слабо освещены в литературе характерные для этого круга задач вопросы, связанные с много-экстремальностью задач параметрического синтеза.

Для разработки устройств СВЧ и антенн с использованием ЭВМ создано множество программных продуктов. Большинство из них ориентированы преимущественно на решение тех или иных специальных вопросов. Например, такие программы как ПАРУС [26] или ПОИСК [167] разработаны для решения задач проектирования частотно-избирательных и управляющих устройств. Для анализа электродинамических объектов, которые могут быть аппроксимированы набором проводящих экранов произвольной формы, разработан комплекс программ EDEM [51]. Проблематика, связанная с решением задач синтеза излучающих структур в этих программных продуктах не отражена. Из зарубежных программ широко известен пакет Super-Compact, также ориентированный на проектирование фильтров, согласующих цепей и цепей связи СВЧ диапазона. В настоящее время наиболее быстрым и удобным продуктом в этой области является пакет Microwave Office 2000 производства американской компании AWR. Недостатком этого пакета является то, что трехмерные СВЧ структуры, в том числе и излучающие, рассматриваются как набор планарных элементов, расположенных в различных слоях. Немецкой компанией CST разработан мощный программный комплекс MAFIA (Maxwell's equations by the Finite Iteration Algorithm), в основе которого лежит метод анализа структур СВЧ во временной области [152]. В число задач, решаемых этой программой, входят: анализ частотно-избирательных планарных и волноводных структур, моделирование электронных и ионных пушек, НЧ и ВЧ трансформаторов, а также и различных типов антенн - рупорных, спиральных, планарных. Так как используемый в программе метод связан с большим объемом вычислений, для полномасштабного использования программы рекомендуемыми аппаратными платформами являются высокопроизводительные рабочие станции SUN Sparc, НР-9000/7хх; DIGITAL Alpha и др. Стоимость таких программ чрезвычайно высока, "и это существенно ограничивает возможный круг пользователей. Дальнейшее развитие этого направления -программа CST Microwave Studio, которая обеспечивает работу на компьютерах с процессорами Pentium, однако является менее продуктивной.

Таким образом, в настоящее время сформировалась крупная практически важная научно-техническая проблема повышения эффективности машинного проектирования широкого класса антенных решеток, разрабатываемых с использованием многоэлементных тонкопроволочных моделей, а также устройств СВЧ на основе совершенствования технологий их математического моделирования и параметрического (конструктивного) синтеза.

Диссертация ограничена вопросами расчетно-теоретического этапа проектирования, который в каждом конкретном случае заключается в разработке математической модели, определении оптимальных характеристик, а завершается, как правило, созданием лабораторного образца проектируемого изделия и его экспериментальным исследованием.

Цель диссертационной работы - исследование и разработка численных методов математического моделирования и синтеза многоэлементных тонкопроволочных излучающих структур и устройств СВЧ, создание эффективных методик и программного обеспечения для автоматизированного анализа антенных решеток, получение и исследование на этой базе новых технических решений с улучшенными показателями качества.

В соответствии с указанной целью в работе ставятся следующие основные задачи научных исследований:

1. Развитие теории математического моделирования многоэлементных тонкопроволочных излучающих структур, включающих изолированные элементы, расположенных, в том числе, в неоднородной диссипатив-ной среде, а также устройства СВЧ.

2. Разработка численных методов решения многоэкстремальных задач параметрического (конструктивного) синтеза антенных решеток и связанных с ними устройств СВЧ.

3. Реализация разработанных математических моделей и методов решения многоэкстремальных задач в виде алгоритмов и программного комплекса для автоматизированного анализа (включая статистический) и параметрического синтеза антенных решеток и устройств СВЧ.

4. Исследование и разработка ФАР с широкоугольным сканированием, размещенных на опорной поверхности конечных размеров, кольцевых концентрических антенных решеток с изменяемой структурой пассивных элементов, антенн с улучшенными электродинамическими и конструктивно-технологическими характеристиками для телекоммуникаций и систем связи.

5. Исследование возможностей увеличения эффективности и разработка логопериодических антенн (ЛПА) с несимметричными контурными излучателями, а также ФАР, построенных на их основе.

6. Разработка математических моделей, методики параметрического синтеза, исследование потенциальных возможностей адаптивных антенных решеток с реактивно управляемыми элементами.

7. Исследование возможностей уменьшения рассеянного поля минимально рассеивающих антенн. Разработка эффективных облучателей для электромагнитной диатермии (ЭМ-диатермии) и терапии.

Научная новизна. Наиболее существенные научные результаты проведенных исследований заключаются в следующем:

1. Получены новые модификации интегральных уравнений галле-новского типа и интегро-дифференциальных уравнений, отличающихся от известных тем, что охватывают более широкий класс тонкопроволочных излучающих структур.

2. Предложен и исследован комплексный двухэтапный метод численного решения многоэкстремальных задач синтеза антенных решеток и устройств СВЧ, основанный на том, что на первом этапе решения оптимизационной задачи определяется область некоторого, быть может, глобального экстремума целевой функции с применением метода типа динамического программирования или генетического алгоритма, а на втором этапе отыскивается точное значение экстремума модифицированным методом Фиакко и Мак-Кормика. Установлена его эффективность.

3. Разработаны методики анализа (включая статистический) и параметрического синтеза широкого класса антенных решеток, на этой основе исследованы возможности оптимизации их характеристик. Решены задачи параметрического синтеза и найдены технические решения с оптимальными электродинамическими и конструктивно-технологическими характеристиками для ФАР ДМВ с широкоугольным сканированием, расположенных на опорной поверхности ограниченных размеров, кольцевых концентрических антенных решеток с изменяемой структурой пассивных элементов, несимметричных ЛПА с контурными элементами, а также ФАР, построенных на основе таких ЛПА.

4. Разработаны математическая модель и методика параметрического синтеза, исследованы потенциальные возможности адаптивных антенных решеток с реактивным управлением.

5. Предложен и исследован новый способ уменьшения рассеянного поля минимально рассеивающих антенн, работающих в приемном режиме, обеспечивающий повышенную глубину компенсации и более высокий КПД антенны.

6. Предложено и исследовано семейство новых вариантов облучателей для ЭМ-диатермии и терапии, обеспечивающих более точную локализацию электродинамического воздействия на облучаемый объект.

7. На основе разработанных математических моделей и комплексного двухэтапного метода решения экстремальных задач создан программный комплекс для автоматизированного анализа (включая статистический) и параметрического синтеза антенных решеток и устройств СВЧ.

Достоверность результатов обусловлена применением строгих методов макроскопической электродинамики и аппарата интегральных уравнений, выбором успешно зарекомендовавших себя физических и математических моделей, адекватно отражающих реальные физические процессы в рассматриваемых объектах, многочисленными, тщательными и долговременными результатами тестирования методик и программных продуктов на широком классе тестовых задач. Кроме этого, достоверность полученных в работе результатов подтверждается совпадением в необходимых случаях с результатами расчетов и экспериментальными данными других авторов, а также с результатами натурных экспериментов, проведенных с разработанными образцами антенных решеток и устройств СВЧ, при использовании стандартных методик измерений.

Практическая значимость и реализация результатов работы состоит в создании программного комплекса для автоматизированного анализа и параметрического синтеза антенных решеток и устройств СВЧ, в основу которого положены разработанные математические модели, гибкий и эффективный, применимый для широкого круга задач комплексный двухэтапный метод решения многоэкстремальных оптимизационных задач, методики синтеза электродинамических и конструктивно-технологических характеристик многоэлементных тонкопроволочных излучающих структур. Использование такого программного комплекса позволяет разрабатывать антенные решетки и устройства СВЧ} оптимальные как по электродинамическим, так и по конструктивно-технологическим показателям качества. Важными для многих практических целей являются результаты разработки сканирующих антенных решеток с учетом влияния опорной поверхности конечных размеров, семейства антенн для систем связи и телевидения, кольцевых концентрических антенных решеток, обеспечивающих широкоугольное сканирование, способ уменьшения рассеянного поля минимально рассеивающих антенн, результаты исследований, послужившие основой для разработки новых вариантов облучателей и способов для ЭМ-диатермии и терапии.

Основные результаты диссертационной работы получены автором в процессе выполнения хоздоговорных и плановых госбюджетных НИР, проводимых на кафедре радиоуправления и связи Рязанской государственной радиотехнической академии. Они использованы в разработках ряда предприятий: НИИ "РАССВЕТ" (г. Рязань), ОАО "Фазотрон-НИИР" (г. Москва), АООТ "Калужский приборостроительный завод "ТАЙФУН", ПКФ "МЕГАСЕРВИС" (г. Москва), ТУ УГНСИ по Рязанской области, а также используются для лечения в послеродовом отделении 10 клинической больницы (г. Рязань), что подтверждено соответствующими актами внедрения.

Материалы диссертационной работы, в частности программный комплекс машинного проектирования антенн и устройств СВЧ, используются в учебном процессе при чтении лекционных курсов, в дипломном, курсовом проектировании, учебно-исследовательской работе студентов Рязанской государственной радиотехнической академии, в Воронежском государственном техническом университете.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели многоэлементных тонкопроволочных излучающих структур, включающих элементы с диэлектрическим покрытием, расположенных в том числе в неоднородной диссипативной среде, а также устройства СВЧ, позволяющие с единых позиций рассматривать задачи исследования и разработки широкого класса антенных решеток.

2. Двухэтапный метод численного решения многоэкстремальных задач синтеза антенных решеток и устройств СВЧ, основанный на использовании метода типа динамического программирования или генетического алгоритма на первом этапе и модифицированного метода Фиакко и Мак-Кормика на втором.

3. Программный комплекс для автоматизированного анализа (включая статистический) и параметрического синтеза антенных решеток, разрабатываемых на основе тонкопроволочных моделей, и устройств СВЧ.

4. Методики анализа и параметрического синтеза, результаты исследования и разработки ФАР ДМВ с широкоугольным сканированием, расположенных на опорной поверхности ограниченных размеров, кольцевых концентрических антенных решеток с изменяемой структурой пассивных элементов, антенных решеток для ТВ вещания и связи, несимметричных ЛПА с контурными элементами, а также ФАР, построенных на их основе.

5. Математическая модель, методика анализа и параметрического синтеза, результаты исследования адаптивных антенных решеток с реактивным управлением.

6. Способ уменьшения рассеянного поля минимально рассеивающих антенн, обеспечивающий повышенную глубину компенсации переизлученного поля при высоком (не менее 60%) КПД антенны.

7. Новые типы облучателей для ЭМ-диатермии и терапии, обеспечивающих более точную локализацию электродинамического воздействия на облучаемый объект, большую экологическую защиту окружающей среды.

Вклад автора в разрабатываемую проблему. Все основные результаты диссертационной работы получены или лично автором, или под его руководством и при непосредственном участии. Автору принадлежат идеи, постановки задач, обобщения положений и результатов научных исследований. Основные аналитические соотношения, связанные с теоретическими рассмотрениями диссертационной работы, если не дано ссылок, получены лично автором. Под руководством автора либо при его непосредственном участии по материалам совместно опубликованных работ защищены две кандидатские диссертации.

1. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на VII Всесоюзном симпозиуме "Теория дифракции и распространения волн" (Ростов-на-Дону, 1977 г.); Всесоюзном симпозиуме по дифракции и распространению волн (Москва, 1981 г.); Всесоюзном семинаре "Математическое программирование и создание САПР для расчета, анализа и синтеза антенно-фидерных устройств и их элементов" (Ростов-Ярославский, 1990 г.); Всесоюзной НТК "Фазированные антенные решетки и их элементы" (Казань, 1990 г.); Всесоюзной школе по радиоэлектронике (Москва, Московский институт радиотехники, электроники и автоматики, 1990 г.); 2-й Крымской конференции "СВЧ-техника и спутниковый прием" (Севастополь, 1992 г.); Всероссийской

НТК "Высшая школа России и конверсия" (Москва, 1993 г.); НТК "Перспективы развития антенно-фидерной техники и её элементной базы" (Суздаль, 1992 г.); Международной конференции "Технология и системы сбора, обработки и представления информации" (Рязань, 1993 г.); XLIX Научной сессии, посвященной Дню радио (Москва, 1994 г.); 7-й Международной Крымской конференции "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии" (Севастополь, 1997 г.); Международной конференции "Мед. технологии на рубеже веков: мед.- биол.-техн. -экон. (МБТЭ-97) " (Тула, 1997 г.); V-й Международной научно-методической конференции вузов и факультетов телекоммуникаций (С-Петербург, 1998 г.); 1-й Всероссийской НТК "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве" (Нижний Новгород, 1999 г.); 2-й Международной конференции "Проблемы электромагнитной безопасности человека. Фундаментальные и прикладные исследования. Нормирование ЭМП: философия, критерии, гармонизация" (Москва, 1999 г.); VI Международной НТК вузов и факультетов телекоммуникаций (Йошкар-Ола, 2000 г.); LV Научной сессии Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. A.C. Попова "Радиотехника, электроника и связь на рубеже тысячелетия" (Москва, 2000 г.); V и VI Международных научно-технических конференции "Радиолокация, навигация, связь" (Воронеж 2000 , 2001 гг.).

Результаты работы доложены на семинаре МГУ под руководством проф. Ф.П. Васильева. Работа обсуждалась на семинаре МГУ под руководством проф. А.Г. Свешникова и проф. A.C. Ильинского.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 66 печатных работы, в том числе 6 учебных пособий, 21 статья, 9 авторских свидетельств, свидетельство на полезную модель, 5 патентов на изобретения, 2 свидетельства о регистрации программ, 20 текстов и тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения, списка литературы, приложений. Она

Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Маторин, Александр Васильевич

Основные результаты диссертации можно кратко сформулировать следующим образом.

1. Получены новые модификации интегральных уравнений галле-новского типа и интегродифференциальных уравнений, охватывающие более широкий класс тонкопроволочных излучающих структур. Ядра интегральных уравнений галленовского типа систем излучателей, включающих изолированные элементы, представлены в аналитической форме, для дополнительных слагаемых, обусловленных наличием диэлектрического покрытия, получены выражения с использованием интегральных показательных функций комплексного аргумента и быстро сходящихся рядов. Интег-родифференциальное уравнение рассмотренной структуры (при соответствующем выборе базисных функций) позволяет успешно использовать для его численного решения экономный в отношении вычислительных затрат метод коллокации. В интегродифференциальном уравнении, описывающем взаимодействие материального тела и изолированной многоэлементной системы излучателей, изолирующее покрытие введено в рассмотрение как неотъемлемая часть излучающей системы, что обеспечивает возможность уменьшения размерности задачи при его численном решении.

2. Построены математические модели многоэлементных тонкопроволочных излучающих структур, включающих элементы с диэлектрическим покрытием, а также устройства СВЧ или фазирующе-распределительную систему в целом, позволяющие с единых позиций рассматривать задачи исследования и разработки широкого класса антенных решеток. Предложен и исследован имеющий некоторые общие свойства с базисом на основе атомарных функций составной экспоненциальный базис. Принятая форма аппроксимации позволяет получить гладкую функцию тока в полной области, позволяющую исключить скачки заряда на поверхности проводников. Проведено численное исследование эффективности предложенных математических моделей. Установлено, что для обоих типов уравнений метод коллокации дает достаточно быструю сходимость решения и обеспечивает получение результатов, близких к экспериментальным данным. Исследовано влияние диэлектрического покрытия на характеристики тонкопроволочных антенн.

3. Предложен и исследован двухэтапный метод численного решения многоэкстремальных задач синтеза антенных решеток и устройств СВЧ. На первом этапе решения оптимизационной задачи определяется область некоторого, возможно, глобального экстремума целевой функции с применением метода типа динамического программирования или генетического алгоритма, а на втором - находится точное значение экстремума модифицированным методом Фиакко и Мак-Кормика. Как наиболее эффективная разработана модификация этого метода, основанная на применении пересчета прямой матрицы Гессе с использованием факторизации Холесского при определении направления спуска. Введен ряд дополнительных модификаций, повышающих эффективность метода. Доказана сходимость метода типа динамического программирования на континуальном множестве. На этой основе предложена новая версия метода, в основе которой лежит интерполяция целевой функции с использованием полинома Лагранжа. С целью повышения эффективности генетического алгоритма для рассматриваемого круга задач в структуру генетических операторов внесены изменения: не используется двоичное кодирование ВП, дочерняя хромосома строится как линейная комбинация родительских хромосом со случайными параметрами, при её формировании используется естественный отбор по принципу "выживает сильнейший". Тестирование предложенного метода двухэтапной оптимизации проведено на представительном классе тестовых задач, и путем решении конкретных задач параметрического синтеза антенн и устройств СВЧ, показана его эффективность. Следует ожидать, что этот метод может быть использован для решения более широкого класса многоэкстремальных оптимизационных задач.

4. Разработаны методики анализа (включая статистический) и параметрического синтеза широкого класса антенных решеток. На этой базе исследованы возможности оптимизации характеристик различных антенных решеток. Решены задачи параметрического синтеза и найдены технические решения с оптимальными электродинамическими и конструктивно-технологическими характеристиками для ФАР ДМВ с широкоугольным сканированием, расположенных на опорной поверхности ограниченных размеров, кольцевых концентрических антенных решеток с изменяемой структурой пассивных элементов, антенных решеток для ТВ вещания и связи, логопериодических антенн с несимметричными контурными излучателями и ФАР, построенных на их основе.

5. С использованием Э-параметрического описания структурных элементов антенны разработана математическая модель адаптивной антенной решетки с реактивным управлением, на базе двухэтапной оптимизационной процедуры предложена методика параметрического синтеза такого класса антенн. На конкретных примерах антенны типа волновой канал и антенны обратного излучения проведено численное исследование потенциальных возможностей адаптивных антенн с пассивными элементами. Установлена их достаточно высокая эффективность.

6. Предложен и исследован новый способ уменьшения рассеянного поля минимально рассеивающих антенн, работающих в приемном режиме. С целью повышения глубины компенсации и КПД антенны в формировании рассеянного поля участвует дополнительная компонента, образуемая поданной на вход приемной антенны компенсирующей волной оптимальной амплитуды, получаемой путем ответвления, усиления и фазировки части принятой волны. Предложена группа устройств, реализующих этот способ. Установлено, что при ответвлении в компенсирующее кольцо -10% принятой мощности коэффициент передачи входной цепи составляет -60%. Предложенный механизм компенсации переизлученного поля может найти применение в РЭС при необходимости существенного уменьшения поля рассеяния приемных антенн.

7. Предложено и исследовано семейство новых вариантов облучателей для ЭМ-диатермии и терапии, обеспечивающих более точную локализацию электродинамического воздействия на облучаемый объект. Ветеринарные и медицинские аппараты с использованием таких излучателей прошли успешную проверку при лечении репродуктивных органов животных и гинекологических заболеваний человека.

8. На основе полученных результатов создан программный комплекс автоматизированного анализа (включая вероятностный) и параметрического синтеза антенных решеток и устройств СВЧ. Проведено тестирование разработанного программного комплекса, показана его эффективность.

Совокупность теоретических положений и практических результатов работы: развитие технологии математического моделирования многоэлементных тонкопроволочных излучающих структур, разработка численных методов решения многоэкстремальных задач параметрического синтеза антенн и устройств СВЧ, их реализация в программном комплексе для ЭВМ, полученные на этой основе новые технические решения позволяют заключить, что в диссертационной работе решена крупная, имеющая важное хозяйственное значение научно-техническая проблема повышения эффективности основ машинного проектирования широкого класса антенных решеток, разрабатываемых с использованием тонкопроволочных моделей и также устройств СВЧ.

Внедрение результатов работы и достигнутый при этом положительный эффект подтверждены соответствующими актами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Маторин, Александр Васильевич, 2002 год

1. Айзенберг Г.З., Белоусов С.П., Журбенко Э.М., Клигер Г.А., Курашов А.Г. Коротковолновые антенны / Под общей редакцией Г.З. Айзенберга. М.: Радио и связь, 1985. 536 6.

2. Алексеев О.В., Головков A.A., Пивоваров И.Ю., Чавка Г.Г. Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств. М.: Высшая школа, 2000. 480 с.

3. Андреев В.А., Маторин A.B., Поповкин В.И., Седельников Ю.Е. Определение параметров управляющих устройств антенной решетки по заданной диаграмме направленности // Радиотехника и электроника. 1976. Т. 21. № 3. С. 473-484.

4. Аоки М. Введение в методы оптимизации. М. Наука, 1977. 344 с.

5. Арис Р. Дискретное динамическое программирование (Введение в оптимизацию многошаговых процессов). М.: Мир, 1969. 172 с.

6. Амитей Н., Галиндо В., Ву Ч. Теория и анализ фазированных антенных решеток / Под ред. А.Ф. Чаплина. М.: Мир, 1974. 456 с.

7. Антенны и устройства СВЧ (Проектирование фазированных антенных решеток) / Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь, 1994. 592 с.

8. Артанов A.B., Давыдочкин В.М., Жгутов Е.В. Маторин A.B. Результаты разработки новых конструкций антенн для ТВ приёма // Вестник РГРТА. Вып. 3. 1997. С. 101-108.

9. Ахиезер Н.И. Лекции по теории аппроксимации. М.: Наука, 1965. 408 с.

10. Базара М., Шетти К. Нелинейное программирование. М.: Мир, 1982. 584 с.

11. Батищев Д.И. Поисковые методы оптимального проектирования М. Сов. радио, 1975. 216 с.

12. Банди Б. Методы оптимизации. М.: Радио и связь, 1988. 128 с.

13. Бахвалов Н.С. Численные методы (Анализ, алгебра, обыкновенные дифференциальные уравнения). М.: Наука, 1973. 632 с.

14. Бахрах Л.Д., Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем. М.: Сов. Радио, 1974. 232 с.

15. Бахрах Л.Д., Бененсон Л.С., Зелкин Е.Г. и др. Справочник по антенной технике. Т.1. / Под ред. Я.Н. Фельда, Е.Г. Зелкина. М.: ИПРЖР, 1997. 250 с.

16. Бахрах Л.Д., Елумеев В.И., Кременецкий С.Д., Маторин A.B., Попов-кин В.И., Троицкий В.И., Щербаков Г.И. Устойчивые методы решения задач синтеза антенн // Тезисы докладов международного симпозиума по теории электромагнитных волн. Тбилиси, 1971 г.

17. Беллман Р. Динамическое программирование. М.: Иностранная литература, 1960. 400 с.

18. Белов А.Д., Беляков Н.М. Физиотерапия и физиопрофилактика животных. М.: Колос, 1983. 207 с.

19. Бецкий О.В., Девятков Н.Д., Лебедева H.H. Лечение электромагнитными полями. Часть 3 // Биомедицинская радиоэлектроника. 2000. № 12. С. 11-30.

20. Брахман Т.Р. Многокритериальность и выбор альтернативы в технике. М.: Радио и связь, 1984. 288 с.

21. Бриккер A.M., Зернов Н.В., Мартынова Т.Е. Рассеяние приемной антенной из нескольких связанных вибраторов // Радиотехника. №3. 1999. С. 18-21.

22. Бриккер A.M., Зернов Н.В., Мартынова Т.Е. Рассеивающие свойства антенн при действии негармонических сигналов // Радиотехника и электроника. Т. 45. № 5. 2000. С. 559-564.

23. Бузов А.Л. УКВ антенны для радиосвязи с подвижными объектами, радиовещания и телевидения. М.: Радио и связь, 1997. 294 с.

24. Васильев Е.П. Автоматизированное проектирование микроэлектронных устройств СВЧ. Программа анализа ПОИСК: Метод, указания. Рязанская государственная радиотехническая академия. Рязань, 1997. 40 с.

25. Васильев E.H. Возбуждение тел вращения. М. Радио и связь, 1987. 272 с.

26. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач. М.: Наука, 1980. 518 с.

27. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М.: Радио и связь, 1988. 440 с.

28. Вайнштейн Л.А. Волны тока в тонком цилиндрическом проводнике // ЖТФ. 1961. т. 3.№ 10. с. 30.

29. Верлань А.Ф., Сизиков B.C. Интегральные уравнения: методы, алгоритмы, программы. К.: Наукова думка, 1986. 544 с.

30. Верига Б.А., Полухин Г.А., Ушаков Ю.С., Яцкевич В.А., Широкодиапазонные фазированные решетки из логопериодических вибраторных антенн // Сборник научно-методических статей по прикладной электродинамике. М.: Высшая школа, 1980. С. 95-152.

31. Владимиров B.C. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1967. 436 с.

32. Воскресенский Д.И., Кременецкий С.Д., Гринев А.Ю., Котов Ю.В. Автоматизированное проектирование антенн и устройств СВЧ. М.: Радио и связь, 1988. 240 с.

33. Воскресенский Д.И., Овчинникова E.B. Широкополосные антенны с широкоугольным неискаженным сканированием // Антенны. Вып. 1 (42). 1999. С. 15-22.

34. Воскресенский Д.И., Пономарев Л.И., Филиппов B.C. Выпуклые сканирующие антенны. М.: Сов. радио, 1978. 301 с.

35. Воскресенский Д.И., Гостюхин B.JL, Максимов В.М., Пономарев Л.И. Антенны и устройства СВЧ. М.: МАИ, 1999 г. 526 с.

36. Вычислительные методы в электродинамике / Под ред. Р. Миттры. М.: Мир, 1977. 485 с.

37. Габдулхаев Б.Г. Прямые методы решения сингулярных интегральных уравнений первого рода. Казань: Издательство казанского университета, 1994. 288 с.

38. Габзалилов Г. Ф. Крупицкий Э.И. Дискретный фазовый синтез антенной решетки методом динамического программирования // Радиотехника и электроника. 1974. Т. 19. № 5. С. 446-512.

39. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука, 1988. 548 с.

40. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация. М.: Мир, 1985. 509 с.

41. Голованов В.Н. Анализ вибраторных антенн в проводящей среде // Известия Ленинградского электротехнического института. 1987. № 338. С. 32-37.

42. Гостюхин В.Л., Гринева К.И., Трусов В.Н. Вопросы проектирования активных ФАР с использованием ЭВМ. М.: Радио и связь, 1983. 248 с.

43. Говорун H.H. О единственности решения интегральных уравнений теории антенн (первого рода) // Докл. АН СССР. 1960. Т. 132. № 1. С. 91-94.

44. Горобец H.H., Нестеренко М.В., Петленко В.А., Пчельников А.Я. Распределение тока и ближнее поле тонких импедансных вибраторов в поглощающей среде // Материалы II крымской конференции "СВЧ техника и спутниковый приём". Севастополь, 1992. С. 524-529.

45. Григорьев Ю.Г., Степанов B.C., Григорьев O.A., Меркулов A.B. Электромагнитная безопасность человека. 1999. М.: Российский национальный комитет по защите от неионизирующего излучения, 1999. 146 с.

46. Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств. М.: Радио и связь, 1987. 432 с.

47. Гусейнов Э.А., Ильинский A.C. Исследование интегрального уравнения линейного вибратора // В кн. Методы вычислительной электродинамики. М.: МГУ, 1981. С. 39.

48. Деннис Дж., мл., Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и решения нелинейных уравнений. М.: Мир, 1988.

49. Елумеев В.И., Маторин A.B., Поповкин В.И. О некоторых аналитических и численных методах теории синтеза антенн. Рязань: РРТИ, 1975. 60 с.

50. Ермаков СМ Метод Монте-Карло и смежные вопросы. М: Наука, 1975.471 с.

51. Ерохин Г.А. Кочержевский В.Г. Исследование возмущающего действия приемных антенн на плоскую волну // Радиотехника и электроника. 1993. Т. 38. № 6. С. 1006-1015.

52. Ерохин Г.А., Кочержевский В.Г. Связь характеристики излучения и рассеяния антенн и проблема минимизации (максимизации) рассеянной мощности // Радиотехника и электроника. 1997. Т. 42. № 1. С. 86-91.

53. Ерохин Г.А., Кочержевский В.Г. Управление электромагнитным рассеянием антенн // Антенны. 1997. № 2(39). С. 3-8.

54. Ерохин Г.А., Чернышев О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. / Под. ред. Г.А. Ерохина. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. М.: Радио и связь, 1996. 352 с.

55. Жгутов Е.В. Маторин A.B. Рубцов A.B. Устройства СВЧ и антенны. Автоматизированный курс упражнений на персональной ЭВМ: Учебное пособие. Рязанская государственная радиотехническая академия. Рязань, 1992. 30 с.

56. Жгутов Е.В., Маторин A.B., Рубцов A.B. Устройства СВЧ и антенны: Учебное пособие. Рязанская государственная радиотехническая академия. Рязань, 1993. 64 с.

57. Жгутов Е.В., Маторин A.B. Параметрический синтез антенн для систем телекоммуникаций УКВ диапазона // Тезисы докладов XLIX научной сессии, посвященной Дню радио. Москва, 1994.

58. Жгутов Е.В., Маторин A.B., Поповкин В.И. Результаты разработки эффективных антенн для телекоммуникаций с использованием комплекса программ для САПР // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. Вып. 3(11). 1995. С. 56.

59. Жиглявский A.A., Жилинскас А.Г. Методы поиска глобального экстремума. М.: Наука, 1991. 248 с.

60. Завьялов Ю.С. Квасов Б.И., Мирошниченко B.JI. Методы сплайн-функций. М.: Наука, 1980. 350 с.

61. Захаров Е.В., Пименов Ю.В. Численный анализ дифракции радиоволн. М.: Радио и связь, 1982.184 с.

62. Зелкин Е.Г., Соколов В.Г. Методы синтеза антенн. М.: Сов. радио, 1980. 320 с.

63. Иванов В.В., Гирлин С.К., Людвиченко В.А. Проблемы и результаты глобального поиска для гладких функций // Вопр. кибернетики. 1985. Т. 122. С. 3-13.

64. Ильинский A.C. Обоснование сходимости численного метода решения интегрального уравнения с логарифмической особенностью ядра // Вестн. МГУ. Сер. 15. Вычисл. матем. и киберн. 1986. № 3. С. 15.

65. Ильинский A.C., Бережная И.В. Математические модели тонких вибраторных антенн // В кн. Математические модели и вычислительные методы. М.: МГУ, 1987. С. 103-125.

66. Ильинский A.C., Кравцов В.В., Свешников А.Г. Математические модели электродинамики. М.: Высшая школа, 1991. 224 с.

67. Ильинский A.C., Смирнов Ю.Г. Дифракция электромагнитных волн на проводящих экранах тонких экранах. М.: ИПРЖР, 1996. 176 с.

68. Ильинский A.C., Пономарев Л.И., Бережная И.В. и др. Уменьшение поля, рассеиваемого приемными вибраторами // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1983. Т. 26. С. 93-96.

69. Ильинский A.C., Перфилов О.Ю. Самохин А.Б. Итерационный метод решения интегральных уравнений теории тонкопроволочных антенн // Математическое моделирование. 1994. Т. 6. № 3. С. 52-58.

70. Икрамов Х.Д. Численные методы для симметричных линейных систем. М.: Наука, 1988.

71. Йаджиан А.Д. Электрические тензорные функции Грина в области источника // ТИИЭР. 1980. Т. 68. №2. С. 62-81.

72. Капица П.Л., Фок В.А., Вайнштейн Л.А. Симметричные электрические колебания идеально проводящего полого цилиндра // ЖТФ. 1959. т. 9, № 10. С. 1188.

73. Кинг Р. Многогранность изолированной антенны // ТИИЭР. 1978. Т. 64. № 2. С. 43-54.

74. Кинг Р., Смит Г. Антенны в материальных средах. М.: Мир, 1984, 822 с.

75. Кнут Д.Е. Искусство программирования. Т.2. Получисленные алгоритмы. М.: Мир, 2000. 828 с.

76. Корячко В.П., Курейчик В.М., Норенков И.П. Теоретические основы САПР. М.: Энергоатоиздат, 1987. 400 с.

77. Колтон Д., Кресс Р. Методы интегральных уравнений в теории рассеяния. М.: Мир, 1987. 312 с.

78. Кондратьев А. С., Хзмалян А.Д. Фазовый синтез антенных решеток по заданной амплитудной диаграмме направленности // Радиотехника и электроника. Т. 41. № 8. 1996. С. 923-930.

79. Кравченко В.Ф., Рвачев В.Л., Чаплин А.Ф. Применение атомарных функций в теории антенн // Радиотехника. № 1. 1995. С. 71-73.

80. Кравченко В.Ф., Тимошенко В.В. Атомарные функции в теории анализа и синтеза линейных антенн // Электромагнитные волны и электронные системы. Т. 4. № 5.1999. С. 21-32.

81. Краснов М.Л. Интегральные уравнения. М.: Наука, 1975. 304 с.

82. Купцов И.В., Маторин A.B., Смирнов A.A. Параметрический синтез многоэлементных устройств СВЧ методом типа динамического программирования // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. Вып. 3(11). 1995. С. 25.

83. Ларичев О.И., Горвиц Г.Г. Методы поиска экстремумов овражных функций. М.: Наука, 1990.

84. Леонтович М.Л., Левин М.Л. К теории возбуждения колебаний в вибраторах антенн // ЖТФ. 1944. Т. 14. № 9. С. 481-506.

85. Люстерник Л.Н., Соболев В.И. Элементы функционального анализа. М.: Наука, 1965. 350 с.

86. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. М.: Радио и связь, 1983. 296 с.

87. Математическое моделирование и синтез многоэлементных излучающих структур. Активные антенны для телекоммуникаций и ТВ вещания, излучающие системы для радиочастотной гипертермии: Отчет о

88. НИР / Научный руководитель Маторин A.B. № ГР 019990003051. Инв. № 02990001791. Рязань: РГРТА, 1999. 90 с.

89. Маторин A.B., Торопов А. Ю. Применение метода интегральных уравнений в задаче анализа антенн, состоящих из тонких прямолинейных проводников // Депонированная рукопись. НИИЭИР № 36518. Реф. опубл. в MPC, ТТЭ. 1981. сер. ЭР. №20. 23 с.

90. Маторин A.B., Поповкин В.И., Торопов А. Ю. Оптимизация в полосе частот длин элементов директорной антенны и вибраторной антенны 0 обратного излучения // Антенны. 1984. Вып. 31. С. 119-129.

91. Маторин A.B. Двойной итерационный алгоритм решения интегральных уравнений тонкопроволочных излучающих структур // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. Вып .2(14). 1996. С. 77-78.

92. Маторин A.B., Смирнов A.A. Анализ на персональных ЭВМ тонкопроволочных антенн методом интегро-дифференциальных уравнений // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. Вып. 2(14). 1996. С. 79.

93. Маторин A.B. Расчет электродинамических параметров изолированных излучателей в среде с потерями // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1996. Т. 39. № 7. С. 55-61.

94. Маторин A.B. Модифицированное интегральное уравнение типа Гал-лена для тонких проводников с диэлектрическим покрытием // Электромагнитные волны & Электронные системы. 1997. Т. 2. №2. С 3844.

95. Маторин A.B. Смирнов A.A., Купцов И.В. Анализ и параметрический синтез многоэлементных устройств СВЧ: Учебное пособие. Рязанская государственная радиотехническая академия. Рязань, 1997. 80 с.

96. Маторин A.B., Смирнов A.A. Алгоритм параметрического синтеза многоэлементных тонкопроволочных антенн и устройств СВЧ // Вестник РГРТА. Вып. 2 1997. С. 85-92.

97. Маторин A.B. Интегральные уравнения теории многоэлементных тонкопроволочных излучающих структур с диэлектрическим покрытием // Депонированная рукопись ДО-8704. ВИМИ. 07.07.97. 57 с.

98. Маторин A.B. Разработка методики и алгоритма конструктивного синтеза многоэлементных тонкопроволочных антенн и устройств СВЧ // Депонированная рукопись Д0-8740. ВИМИ. 10.07.98. 39 с.

99. Маторин А.В, Смирнов A.A. Результаты разработки методики и учебно-исследовательского программного комплекса параметрического синтеза и статистического анализа устройств СВЧ // Вестник РГРТА. Вып. 4. 1998. С. 71-85.

100. Маторин А.В, Смирнов A.A. Оценка эффективности двухэтапного метода нелокальной оптимизации на основе решения тестовых задач // Вестник РГРТА, 1998. Вып. 5. С. 42-45.

101. Маторин A.B., Шамеева Н.И., Бакулин А.И. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства средств связи с подвижными объектами, Ч. I: Учебное пособие / Рязанская государственная радиотехническая академия. Рязань, 2000. 80 с.

102. Маторин A.B., Шамеева Н.И., Бакулин А.И. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства средств связи с подвижными объектами, Ч. II: Учебное пособие. Рязанская государственная радиотехническая академия. Рязань, 2000. 80 с.

103. Маторин A.B., Смирнов A.A. Оценка влияния современных СИ-компиляторов на производительность вычислительных программ // Вестник РГРТА, 1999. Вып. 6. С. 43 46.

104. Маторин A.B. Применение двухэтапного метода нелокальной оптимизации на основе генетического алгоритма в задачах конструктивного синтеза тонкопроволочных антенн // Вестник РГРТА. Вып. 7. 1999. С. 38-43.

105. Маторин A.B., Жгутов Е.В., Заикин С.А. Кольцевая концентрическая антенная решетка // Труды VII Международной научно-технической конференции "Радиолокация, навигация, связь", 24 26 апреля 2001. Воронеж, 2001. С.

106. Маторин A.B. и др. Разработка методик и программ оптимизации широкополосных антенных решеток и логопериодических излучателей:

107. Отчет о НИР / Руководитель темы В.И. Поповкин. №ГР Ф10376, Инв. № Е23335. Рязань: РРТИ, 1979.98 с.

108. Маторин A.B. и др. Разработка методик и программ оптимизации широкополосных антенных решеток и логопериодических излучателей: Отчет о НИР / Руководитель темы В.И. Поповкин. №ГР Ф10376, Инв. № Е26933. Рязань: РРТИ, 1980. 90 с.

109. Маторин A.B. и др. Разработка методик и программ оптимизации широкополосных антенных решеток и логопериодических излучателей: Отчет о НИР / РГРТА. Научный руководитель В.И. Поповкин. №ГР Ф10376, Инв. № Е30279. Рязань: РРТИ, 1981. 119с.

110. Машинные методы проектирования СВЧ устройств в 2-х т. / Под ред. A.C. Ильинского и В.В. Никольского. М.: МГУ, 1976. 254 с.

111. Методические указания по применению электротерапевтических аппаратов "Вета" для лечения заболеваний незаразной этиологии животных электромагнитных полем УВЧ / Под общей редакцией Н.В. Лебедева, A.B. Маторина. Санкт-Петербург, Рязань. 1994. 20 с.

112. Минкович Б.М. Яковлев В.П. Теория синтеза антенн. М.: Советское радио, 1969. 224 с.

113. Мишустин Б.А. Автоматизированный анализ линейных радиоэлектронных устройств. М.: МЭИ, 1985. 64 с.

114. Моисеев H.H., Иванилов Ю.П., Столярова Е.М. Методы оптимизации. М.: Наука, 1978. 352 с.

115. Монзинго P.A., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. М.: Радио и связь, 1986. 446 с.

116. Морс Ф.М., Фешбах Г. Методы теоретической физики. Т.1. М.: Иностранная литература, 1958. 930 с.

117. Нефедов В. Н. Отыскание глобального максимума функции нескольких переменных на множестве, заданном ограничениями типа неравенств // ЖВМиМФ. 1987. № 1. С. 35-51.

118. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1978. 544 с.

119. Пистолькорс A.A. Расчет сопротивления излучения для направленных коротковолновых антенн // Телеграфия и телефония без проводов. 1928. №48. С. 21.

120. Пистолькорс A.A., Бахрах Л.Д., Курочкин А.П. Развитие отечественной антенной техники // Антенны. 1997. Вып 1(38). С. 85-100.

121. Пистолькорс A.A., Литвинов О.С. Введение в теорию адаптивных антенн. М.: Наука, 1991. 200 с.

122. Пиявский С.А. Один алгоритм отыскания абсолютного экстремума функции // ЖВМиМФ. 1972. № 4. С. 888-896.

123. Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика // М.: Радио и связь, 2000. 536 с.

124. Попиченко В.А. Об управлении диаграммой рассеяния вибратора в режиме приема при помощи изменения его нагрузки // Антенны. 1988. Вып. 35. С. 43-49.

125. Поповкин В.И. Определение длины антенны по заданной диаграмме направленности // Радиотехника и электроника. 1962. Т.VII. Вып. 4. С. 705-708.

126. Поповкин В.И. Исследования по проблеме синтеза линейных и поверхностных антенн / Докторская диссертация. Казань. 1964.

127. Поповкин В.И., Маторин А.В. Синтез аксиально-симметричных распределений токов на телах вращения по заданной векторной воронкообразной диаграмме направленности // Радиотехника и электроника. 1970. Т. XV. № 7. 1346-1354.

128. Поповкин В.И., Маторин А.В. Синтез антенной решетки щелевых излучателей с пассивными элементами // Радиотехника и электроника. 1970. Т. XVI. №7.1134-1143.

129. Поповкин В.И., Маторин А.В. Синтез антенных решеток методом типа динамического программирования // Радиотехника и электроника. 1974. Т. 19. № 10. С. 2029-2037.

130. Поповкин В.И., Маторин А.В. Матричная модель отражательной антенной решетки // Тезисы докладов VII Всесоюзного симпозиума "Теория дифракции и распространения волн", Т. 2. Ростов-на-Дону, 1977. С. 234-237.

131. Поляк Б.Т. Введение в оптимизацию. М. Наука, 1983. 384 с.

132. Проблемы антенной техники/ Под ред. Л.Д. Бахраха, Д.И. Воскресенского. М. Радио и связь, 1989. 368 с.

133. Потапов Ю.В. СВЧ моделирование с помощью программы CST Microwave Studio // Средства проектирования и производства электронных устройств. 2000. №2. С.12-14.

134. Пшеничный Б.Н. Данилин Ю.М. Численные методы в экстремальных задачах. М.: Наука, 1975. 320 с.

135. Рамзей В. Частотно независимые антенны. М.: Мир, 1968. 175 с.

136. Рвачев В.Л., Рвачев В.А. О применении функции ир(х) в методе конечных элементов // В сб. Математическая физика. Киев.: Наукова думка, 1975. С. 170-175.

137. Рейклейтис Г., Рейвиндран А., Регсдел К. Оптимизация в технике. В 2-х книгах. М.: Мир, 1986.

138. Савенко П.А. Панасюк Д.Е. Численно-аналитический метод синтеза линейных решеток вибраторов с учетом их взаимного влияния по заданной амплитудной диаграмме направленности. Известия вузов. Радиоэлектроника. 1997. Т. 40. № 11. С. 27-38.

139. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1988. 432 с.

140. Сазонов Д.М., Щапов Ю.М. Учет взаимного влияния излучателей при анализе стационарного режима адаптивных антенных решеток // Известия вузов СССР Радиоэлектроника. 1981. Т. XXIV. № 5. С. 3-11.

141. Сверхширокополосные антенны: Пер. с англ. / Под ред. Л.С. Бененсо-на. М.: Мир, 1964. 416 с.

142. Смирнов A.A. Исследование и разработка алгоритмов параметрического синтеза устройств СВЧ в радиотехнических системах / Автореферат дис. канд. техн. наук. Рязань: РГРТА, 2000. 24 с.

143. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств / Под ред. В.И. Вольмана. М.: Радио и связь, 1982. 328 с.

144. Стреттон Дж. А. Теория электромагнетизма / Пер. с англ. под ред. С.М. Рытова. M.;JL: Гостехиздат, 1948. 540 с.

145. Стронгин Р.Г. Простой алгоритм поиска глобального экстремума функции нескольких переменных и его использование в задаче аппроксимации функции//Радиофизика. 1972. № 7. С. 1077-1084.

146. Стронгин Р.Г. Численные методы в многоэкстремальных задачах. М.: Наука, 1978,240 с.

147. Стронгин Р.Г. Класс информационных алгоритмов для поиска глобального экстремума // Вопросы кибернетики. 1985. Т. 122. С. 121134.

148. Тюхтин М.Ф., Носов Ю.Л. Автоматизация конструкторского проектирования с применением САПР: Учебное пособие. Казанский авиационный институт. Казань, 1987. 36 с.

149. Тихонов А.Н. Решение некорректных задач и метод регуляризации // Докл. АН СССР. 1963. Т 153. № И. С 49-54.

150. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1980. 224 с.

151. Тихонов А.Н., Дмитриев В.И. Метод расчета распределения тока в системе линейных вибраторов и диаграммы направленности этой системы // В кн. Вычислительные методы и программирование. М.: МГУ, 1968. С. 3-7.

152. Тихонов А.Н., Ильинский A.C., Свешников А.Г. Математические модели электродинамики излучающих систем // Проблемы вычислительной математики. М.: МГУ, 1980. С. 82-108.

153. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1982. 624 с.

154. Топалов Л.В. К вопросу об облучателях медицинской аппаратуры СВЧ диапазона // Международный конгресс "Мед. Технологии на рубеже веков: мед.- биол.-техн. -экон. (МБТЭ-97) ", Тула 9-31 окт. 1997/ Вестник новых медицинских технологий. Вып. 5. №1. С. 62.

155. Торопов А.Ю. Оптимизация параметров вибраторных антенн продольного излучения и анализ логопериодических антенн с контурными прямоугольными элементами в широкой полосе частот / Автореферат дис. канд. техн. наук. М.: МЭИ, 1984. 19 с.

156. Фельд Я.Н. О минимизации рассеяния приемных антенн // ДАН. 1994. Т. 339. № 5. С. 605-608.

157. Фиакко А., Мак-Кормик Г. Нелинейное программирование. Методы последовательной безусловной минимизации. М.: Мир, 1972. 240 с.

158. Хижняк H.A. Интегральные уравнения макроскопической электродинамики. Киев : Наукова думка, 1986. 280 с.

159. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир, 1975. 534 с.

160. Чаплин А.Ф. Анализ и синтез антенных решеток. Львов: Вища школа, 1987. 180 с.

161. Черноруцкий И.Г. Оптимальный параметрический синтез (электротехнические устройства и системы). Л.: Энергоатомиздат, 1987. 128 с.

162. Численные методы условной оптимизации / Под. ред. Ф. Гиллла и У. Мюррея. М.: Мир. 1977.

163. Шалыгин A.C., Палагин Ю.Н. Прикладные методы статистического моделирования. Л.: Машиностроение, 1986. 319 с.

164. Шалтянис В.Р. Об одном методе многоэкстремальной оптимизации // Автоматика и вычисл. техника. 1971. № 3. С. 33-38.

165. Шапиро Е.И. Непараметрические оценки плотности вероятности в задачах обработки результатов наблюдений // Зарубеж. радиоэлектроника. 1976. №2. С.3-36.

166. Шифрин Я.С. Вопросы статистической теории антенн. М.: Радио и связь, 1970.384 с.

167. Яковлев А.Ф. Антенные решетки из логопериодических элементов, расположенных на эллипсах // Антенны. 1998. № 1(40). С. 43-48.

168. Яцкевич В.А. Логопериодические антенны. М.: Радио и связь, 1994. 96с.

169. Яцкевич В.А., Федосенко Л.Л., Самусенко А.И. Решение интегрального уравнения для криволинейного проводника // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1982. Т 25, № 8. С. 24-28.

170. A.c. № 227412 (СССР). Рамочная антенна. Маторин A.B., Лисицин В.П.

171. A.c. № 778581 (СССР). Коммутирующий модуль сверхвысоких частот. Маторин A.B., Торопов А.Ю.

172. A.c. № 1279474 (СССР). Несимметричная логопериодическая антенна. Ларин Ю.А., Маторин A.B., Польдяев Г.И., Шведов Я.С.

173. A.c. № 1008825 (СССР). Щелевая антенна. Давыдочкин В.М., Маторин A.B.

174. A.c. № 1497669 (СССР). Симметричный полуволновый вибратор. Маторин A.B., Тихомиров В.П.

175. A.c. № 1670729 (СССР). Полосковая антенна. Давыдочкин В.М., Маторин A.B., Тихомиров В.П.

176. A.c. № 1749959 (СССР). Полосковая антенна. Давыдочкин В.М., Маторин A.B., Тихомиров В.П.

177. A.c. № 1749959 (СССР). Полосковая антенна. Давыдочкин В.М., Маторин A.B., Тихомиров В.П.

178. A.c. № 1744413 (СССР). Способ уменьшения рассеянного поля приемной вибраторной антенны. Давыдочкин В.М., Маторин A.B.

179. Свидетельство № 2470 на полезную модель "Директорная антенна". Зарегистрирована в Государственном реестре полезных моделей 16 июля 1996 г. Давыдочкин В.М., Жгутов Е.В., Маторин A.B.

180. Патент на изобретение №2071371 "Способ нагрева тканей животного и устройство для его осуществления". Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений 10 января 1997 г. Глазков Д.Н., Давыдочкин В.М., Крестов П.А., Маторин А.В., Прищеп Л.Г.

181. Патент на изобретение №2121386 "Способ внутриполостной радиочастотной гипертермии и устройство для его осуществления". Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений 10 ноября 1998 г. Давыдочкин В.М., Давыдочкина С.В., Маторин А.В.

182. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №990972 "Программа электродинамического анализа тонкопроволочных антенн". Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ. Москва, 29 декабря 1999 г. Маторин А.В., Жгутов Е.В., Смирнов А.А.

183. Altshuler Edward Е. Design of a Loaded Monopole Havig Hemispherical Coverade Using a Genetic Algorithm // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol. 45. № 1. January 1997. P. 1-4.

184. Arora R.K., Rrichnamacaryuli N.C.V. Synthesis of unequally spaced arrays using dynamic programming // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1968. AP-16. № 5. P. 593.

185. Arhilshwar K. Backfire antennas aim at direct broadcast TV // Microw-awes. 1978. Vol. 17. №4. P. 104-108, 110, 112.

186. Boag Alona, Boag Amir, Michielssen E., Mittra R. Design of Electrically Loaded Wire Antennas Using Genetic Algorithms // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol. 44. May 1996. P. 687-695.

187. Burke G. J., Pogio A.J. Numerical Electromagnetic Code (Nec) Method of moments // Rep. UCID18834, Lawrence Livermore Lab. CA. Jan. 1981.

188. Butler M., Wilton D.R. Analysis of various Numerical Techniques Applied to thin-wire scatters // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1975. Vol. AP-23. № 3. P. 534-540.

189. Casey J.P., Bansal R. Dielectrically loaded wire antennas // IEE Proceedings. 1988. V. 135, Pt. H. №2. P 103-110.

190. Chen D.K. Gain optimizatin for Yagi-Uda arraus // IEEE Antennas Propa-gat. Mag. 1991. Vol. 33, № 6. P. 42-45.

191. Dinger R.J. Simulation study of reactively steered adaptive array // Electron Lett. 1985. Vol. 21. № 9. P. 383-384.

192. Dinger R.J. A planar version of a 4.0 GHz reactively steered adaptive array // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1988. Vol. 36, № 11. P. 1629-1633.

193. Ehrenspeck H.W. The backfire Antenna: a new Type of Directional Line source // Proc. IRE. 1960. Vol. 48. № 1. P. 109-110.

194. Fenn A.J. Element Gain Pattern Prediction for finite Arrays of V-Dipole Antennas Over Ground Plane // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol. 45. № 9. 1997. P. 1386-1392.

195. Gabriel W.F. Adaptive Arraus An Introductions // Proc. IEEE. 1976. Vol. 64. № 2. P. 239-272.

196. Gill P.E., Golub G.H., Murray W. Sanders M.A. Methods for modifying matrix factorizations // Math. Comp. 1974. № 28. P. 505-535.

197. Gupta I., Ksienski A. Effect of Mutual Coupling on the Performance of adaptive Arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1983. Vol.31. №3. P. 785-791.

198. Jones D.S. Note on the integral equation for a straight wire antenna // IEE Proc. 1981. Vol. 128, pt. H, № 2. P. 114.

199. Jones E. A., Joines W.T. Design of Yagi-Uda Antennas Using Genetic Algorithms // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1997. Vol. 45. №9. P. 1386-1392.

200. Hallen E. Theoretikal investigation into the transmitting and recevig qualities of antennas // Nova acta regial societa tis scientarum upsaliensis. 1938. Vol. 2, №4. P. 1-44.

201. Haupt R. L. Tinned Arrays Using Genetic Algorithms // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol. 42, June 1994. P. 993-999.

202. Haupt R. L. Phase-Only Adaptive Nulling with a Genetic Algorithm // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol. 45, June 1997. P. 1009-1014.

203. Holland J.H. Genetic algorithms // Scientific American. July 1992. P. 6672.

204. Karimullan K.,Chen K.M., Nyquist D.P. Electromagnetic coupling between a thin-wire antenna and a neighboring biological body: theory and experiment // IEEE Trans, microwave theory tech. 1980. MTT-28. P. 1218-1225.

205. Kajfez D. Nonlinear Optimization Extendens the Bandwidth of Yagi antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1975. Vol. 23, № 2. P. 287-289.

206. Keen-Keong Yan, Yilong Lu. Sidelobe Reduction in Array-Pattern Synthesis Using Genetic Algorithm // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol. 45. July 1997. P. 1117-1121.

207. King R.W.P. The Theory of Linear Antennas with Charts and Tables for Practical Applications. Cambridge. Massachusetts: Harvard University Press, 1956. 944 p.

208. King R.W.P., Trembly B.S., Strohbehn J.W. Электромагнитное поле изолированной антенны в проводящей или диэлектрической среде // IEEE. 1983. Vol. ММТ-31, №7. Р. 129-135.

209. Klein С., Mittra R. Stability of matrix equations arising in electromagnetic // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1973. Vol. 21. № 6. P. 902-905.

210. Kominami M., Rokushima K. On the integral equation of piecewise linear antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1981. AP-29. P. 787-791.

211. Lamersdorf D. An experimental investigation of dielectric-coated antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1967. Vol. AP-15, № 6. P. 767-700.

212. Lee Jim P.Y., Balmain Keith G. Wire antennas coated with magnetically and electrically lossy material // Radio Science. 1979. Vol. 14. № 3. P. 437445.

213. Ludwig A. Wire grid modeling of surfaces // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1987. AP-35. № 9. P. 1045-1048.

214. Mei K.K. On the integral equations of thin wire antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1965. Vol. AP-13, № 3, P. 374-378.

215. Olen Carl A., Compton R.T. A Numerical Pattern Synthesis Algorithm for Arraus // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1990. Vol. 38. № 10. P. 374-378.

216. Pearson L. A separation of the logarithmic singularity in the exact kernel of the cylindrical antenna integral equation // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1975. Vol. 23. № 2. P. 256-258.

217. Pearson L. Butler C. Inadequacies of collocation solution to Poclington-type models of thin-wire structure // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1975. Vol. 23. № 2. P. 295-298.

218. Poclinlgton H.C. Electrical oscillations in wires // Proceedings of the Cambridge Philosophical Society. 1897. Vol. 9. P. 324.

219. Popovic B.D. Polynomial approximation of current along thin symmetrical dipoles // Proc. IEE. 1970. Vol. 117. № 5. P. 873-878.

220. Popovic B.D., Diorjevic A.R., Kirsanski N.M. Simple method for analysis of dielectric-coated wire antennas // The Radio and Electronics Engineer. 1981. Vol. 51. №3. P. 141-145.

221. Popovic B.D., Nesic A. Generalisation of the concept equivalent radius of dielectric-coated wire antennas // IEE Proseedings. 1984. Vol. 131, Pt. H. № 3. P. 153-158.

222. Skolnik M. I., Nemhauser Q., Sherman J.W. Dynamic programming applied to unequally spaced arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1964. Vol. 12. № 1. P. 35-42.

223. Sherman J., Morrison W.J. Adjustment of an inverse matrix corresponding to changes in the elements of a given column or row of the original matrix // Ann. Math. Statist. 1949. № 20. P. 621.

224. Sarkar Т.К., Rao S.M., The Application of the Conjugate Gradient Method for the Solution of Electromagnetic Scattering from Arbitrarily Oriented Wire Antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1985. Vol. 32. № 4. P. 398-403.

225. Tennant A., Dawoud M.M., Anderson A.P. Array pattern nulling by element position perturbations using a genetic algorithm // Electronics Letters. 1994. Vol. 30. № 3.

226. Trueman C.W., Mishra S.R., Kubina S.J., Larose C.L. RCS of Resonant Scattering with Attached Wires // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1993. AP-49. № 3. P. 787-791.

227. Tsukiji Takehiko Числовой метод расчета характеристик антенной системы произвольной формы, состоящей из множества тонких проводников // Фукуока дайгаку Кагаку сюхо, Fukuoka Univ., Rev. Tech-nol. Sci. 1978. №21. P. 31-40.

228. Werner D.H. A Method Moment Approach for the Efficient and Accurate Modeling of Moderately Thick Cylindrical Wire Antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1998. Vol. 46. № 3. P. 373-381.

229. Werner D.H., Werner P.L., Breakall J.K. Some Computation Aspects of Pocklington's Electric Field Equation for Thin Wires // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1994. Vol. 42. № 4. P. 561-563.

230. Widrow В., Mantey P.E., Griffits L.J., Good B.B. Adaptive antennas Systems // Proc. IEEE. 1967. Vol 55. № 12. P. 2143-2159.

231. Zucker F.J. The backfire antenna: a qualitative approach to its design // Proc. IEEE. 1965. Vol. 53. № 7. P. 746- 748.

232. ОБОСНОВАНИЕ ОЦЕНКИ ВИХРЕВОЙ КОМПОНЕНТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ТОНКОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ

233. Я расстояние между точкой наблюдения и точкой интегрирования, р',ф',г'- цилиндрические координаты точки интегрирования, принадлежащей п-му элементу.

234. С учетом принятых обозначений векторный потенциал кольца радиальных эквивалентных токов представим в виде4л о в Ягде Я = V р2 +р'2 +2рр'созф',р радиальная координата точки наблюдения, £р(р',0) = £р(р').

235. ЬчК-ЙЯ) = {ь а)ехр (-¡к)Яа ЛЛгде Я =-\1г2 +а2 -2арсозф', а<а <Ь.

236. Учитывая П1.2, приближенное значение Я можно представить в виде1. Я =г1арсозфЛтаким образом4п2711. X |с08ф' О1 ч—^-соб ф ехрРг—совф1. V г