Исследование и разработка методик расчета развязки в сложных антенно-фидерных системах объектов подвижной радиосвязи и телерадиовещания в целях обеспечения внутриобъектовой электромагнитной совместимости тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат технических наук Севостьянов, Сергей Викторович

• Севостьянов, Сергей Викторович
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Севостьянов, Сергей Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

1 РАЗРАБОТКА ОБЩИХ МОДЕЛЕЙ АНТЕННО-ФИДЕРНЫХ СИСТЕМ ОБЪЕКТОВ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ.

1.1 Антенно-фидерный тракт как фактор электромагнитной совместимости.

1.2 Разработка моделей антенно-фидерной системы многостанционного объекта для целей анализа внутриобъектовой электромагнитной совместимости.

1.3 Расчет характеристик составных частей многополюсных фидерных трактов для целей электромагнитной совместимости.

1.4 Выводы по разделу.

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АНАЛИЗА СЛОЖНОЙ ИЗЛУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ.

2.1 Обоснование выбора подхода к решению задачи анализа.

2.2 Разработка методики решения электродинамической задачи на основе метода коллокации с регуляризацией неустойчивого решения интегрального уравнения

2.3 Разработка методики анализа системы двух одноэлементных антенн при одном типе поляризации на основе преобразования базиса в пространстве формируемых диаграмм направленности.

2.4 Обобщение методики анализа на случай произвольной поляризации излучаемых электромагнитных волн.

2.5 Обобщение методики анализа на излучающую систему, содержащую произвольное число излучателей.

2.6 Выводы по разделу.

3 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАСЧЕТА РАЗВЯЗКИ В АНТЕННО-ФИДЕРНЫХ СИСТЕМАХ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ АНАЛИЗА ВНУТРИОБЪЕКТОВОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ.

3.1 Оценка погрешности и области применения методики анализа излучающей системы.

3.2 Разработка эффективного алгоритма решения электродинамической задачи, исключающего повторное выполнение вычислительных процедур.

3.3 Разработка и программная реализация общего алгоритма расчета развязки в антенно-фидерных системах

3.4 Решение тестовых задач.

3.5 Выводы по разделу.

4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ АНАЛИЗА СЛОЖНЫХ ИЗЛУЧАЮЩИХ СИСТЕМ И АЛГОРИТМА РАСЧЕТА РАЗВЯЗКИ В АНТЕННО-ФИДЕРНЫХ СИСТЕМАХ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ МОДЕЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ЧАСТОТНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНОМ ПЛАНИРОВАНИИ И МОДЕРНИЗАЦИИ ДЕЙСТВУЮЩЕГО РАДИОЦЕНТРА ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ.

4.1 Исследование влияния элементов металлоконструкций опоры на уровень развязки антенн в сложной излучающей системе.

4.2 Расчет уровня развязки средств подвижной радиосвязи и ОВЧ телерадиовещания для целей обеспечения межобъектовой ЭМС при частотно-территориальном планировании. Уточнение методики оценки профиля трассы.

4.3 Расчет уровня развязки в излучающей системе, включающей вновь проектируемое АФУ на основе кольцевой антенной решетки и антенны существующих радиосредств, при модернизации действующего радиоцентра подвижной связи.

4.4 Выводы по разделу.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка методик расчета развязки в сложных антенно-фидерных системах объектов подвижной радиосвязи и телерадиовещания в целях обеспечения внутриобъектовой электромагнитной совместимости»

В настоящее время (по-видимому, и в обозримом будущем) в России, а также в других странах с динамично развивающимися рынками телекоммуникационных услуг процессы расширения сферы этих услуг и внедрения новых телекоммуникационных технологий сопровождаются сохранением тенденций, как к увеличению числа стационарных передающих объектов, так и к нарастанию плотности размещенных на них радиосредств и их антенно-фидерных устройств.

Достаточно посмотреть на специализированные и неспециализированные опоры, а также крыши высотных зданий в любом современном российском городе. С высокой плотностью там соседствуют антенны телевидения, ОВЧ радиовещания, систем эфирно-кабельного телевидения, базовых станций сотовой и пейджинговой связи, оборудования абонентского радиодоступа, радиоудлинителей телефонов общего пользования, разнообразных ведомственных и корпоративных сетей и т.д. И уж совсем экстремальная обстановка сложилась на башне ГЦРТ, где одновременно работают сотни передающих радиосредств, и где на многих высотных отметках и в непосредственной близости от них размещены почти вплотную десятки антенн различных систем и диапазонов.

Сложившееся в результате положение приводит не просто к резкому количественному обострению проблем электромагнитной совместимости (ЭМС), включая внутриобъектовую. Возникла новая ситуация в области внутриобъек-товой ЭМС, которая характеризуется беспрецедентно высокой плотностью размещенных на объекте антенн различных радиосредств, их чрезвычайной пространственной близостью, обилием вблизи мест размещения несущих, вспомогательных и посторонних металлоконструкций, разнообразием частотных и энергетических параметров излучаемых сигналов и резким возрастанием, вследствие этого, риска возникновения излучаемых помех, в том числе, помех блокирования, гармонических и интермодуляционных помех, возникающих на нелинейных элементах передатчиков и приемников, а также на паразитных нелинейных «элементах», образующихся при определенных условиях в зонах контакта металлоконструкций антенных опор.

Проблемы внутриобъектовой ЭМС, в том числе и связанные фактором с недостаточной развязки антенн, не просто актуализировалась в связи с упомянутыми тенденциями. Создавшаяся новая ситуация обусловила существенные трудности в области анализа ЭМС, связанные с принципиальными ограничениями на применимость традиционных методов анализа.

Таким образом, в настоящее время существует актуальная научно-техническая проблема создания методик анализа развязки в сложных системах близкорасположенных антенн в целях обеспечения внутриобъектовой ЭМС.

Состояние вопроса в рассматриваемой области характеризуется следующими основными достижениями.

Проблемы, методы и средства анализа и оптимизации характеристик антенн для целей обеспечения ЭМС достаточно широко освещены в литературе [72, 73, 81, 83-85, 87, 92, 93, 95, 96, 102]. Антенны и антенно-фидерные устройства как факторы ЭМС играют существенную роль как при непосредственном воздействии излучаемых помех на устройство-рецептор, так и при решении проблем, связанных с возникновением, излучением и приемом (воздействием) блокирующих помех, помех перекрестной модуляции, интермодуляции и т.п. [4, 15, 16,33, 65,72-74, 86, 94].

При этом следует отметить, что специфика работы антенн (преднамеренное излучение с заданными характеристиками направленности) существенно затрудняет ослабление их взаимного влияния простыми техническими мерами. Важным средством обеспечения внутриобъектовой ЭМС, в части реализации допустимого уровня взаимного влияния антенн, является оптимизация их размещения. Отыскание же наилучшего варианта размещения требует выполнения расчета развязки между антеннами с достаточно высокой точностью.

Традиционные, стандартные и типовые методы нормирования и анализа характеристик антенн для целей анализа и обеспечения внутри- и межсистемной ЭМС [26-28, 30, 45, 55-57, 97-101] ориентированы преимущественно на варианты взаимного расположения антенн учитываемых радиосредств, для которых справедливы приближения дальней зоны. Для характеристики антенн в этом случае вполне достаточным оказывается набор паспортных пространственных характеристик (форма диаграммы направленности, КНД, коэффициент усиления) с учетом, быть может, их статистических свойств [72, 81].

В тех случаях, для которых адекватность приближения дальней зоны не обеспечивается (до недавнего времени этот класс объектов практически ограничивался кораблями, самолетами и космическими станциями), используются несколько модифицированные, заведомо приближенные методики расчета развязки антенн на основе введения «эквивалентных коэффициентов усиления» антенн для ближней и промежуточной зон [81, 84, 92].

Учет близкорасположенных металлоконструкций опоры и других окружающих металлоконструкций (включая антенны иных радиосредств) в рамках известных методов не предусмотрен, хотя достаточно хорошо известно их заметное влияние на параметры назначения антенн [1, 2, 7, 8, 11] и, следовательно, имеются основания ожидать существенного влияния металлоконструкций на развязку антенн.

Другими словами, назрела необходимость создания достаточно точных методик расчета развязки в системе из нескольких близко расположенных антенн и металлоконструкций на основе ее электродинамического анализа.

Можно выделить два принципиально различных подхода к решению задачи нахождения развязки антенн [17, 46, 71] на основе электродинамического анализа. В рамках первого подхода развязка определяется по напряжению, наведенному в нагрузке одной из антенн, которая является пассивной, при возбуждении другой антенны. Если при этом известны импеданс нагрузки пассивной антенны и входной импеданс активной, то может быть найдено рабочее ослабление соответствующего эквивалентного четырехполюсника, по которому затем находится развязка. В рамках второго подхода, разработанного в настоящее время только для кольцевых антенных решеток (КАР) [46], импедансные свойства антенной системы, включая взаимные, находятся по распределению поля в дальней зоне при определенных режимах возбуждения входов. Указанный подход представляется перспективным с точки зрения разработки методики расчета развязки в произвольной системе антенн, не являющейся, строго говоря, решеткой.

При обоих подходах предполагается решение электродинамической задачи для системы проводников, включающей исследуемые антенны, развязку между которыми требуется найти в конечном итоге, а также различные «посторонние» проводники - элементы других антенн, металлоконструкции опоры и т.д. Задача решается при возбуждении одной из антенн и при нагруженной другой. Решением задачи является функция распределения тока, по которой затем находятся либо напряжения на входах антенн, либо поле в дальней зоне.

Для решения электродинамической задачи могут использоваться [17, 71] интегральные уравнения в тонкопроволочном приближении (уравнения с приближенными ядрами) относительно функции распределения осевого тока или интегральные уравнения относительно поверхностного тока (уравнения с точными ядрами).

Наиболее перспективным в данном случае представляется метод колло-кации в тонкопроволочном приближении при кусочно-синусоидальном базисе разложения токовой функции [17, 39, 47, 59, 71, 77], который достаточно широко использовался и хорошо зарекомендовал себя [11, 40, 71, 77, 80]. Подход на основе тонкопроволочного приближения выгодно отличается от методов на основе уравнений с точными ядрами [13, 48, 49, 53, 70, 75, 76] большей универсальностью в смысле пространственных форм систем проводников при существенно меньших объемах вычислений и отсутствии, если не считать некорректности задачи по Адамару [66, 71], вычислительных трудностей [71, 77, 82].

Упомянутая некорректность существенно ограничивает возможности метода при наличии электрически толстых проводников, однако имеется возможность в значительной мере преодолеть эту трудность благодаря регуляризации [82]. Кроме того, использование кусочно-синусоидального базиса существенно сокращает объемы вычислений, поскольку поле, создаваемое синусоидальным током, рассчитывается по замкнутым формулам без численного интегрирования [17, 40, 71]. Существенно, что данный базис удобен при описании сложных конфигураций проводников и электрических соединений между проводниками [71].

Следует отметить, что поскольку решение проблем внутриобъектовой ЭМС связано с необходимостью учета развязок в достаточно сложных антенно-фидерных системах, причем одновременно на различных частотах источников сигналов и помех, предъявляются повышенные требования к эффективности соответствующих методик анализа и ресурсоемкости расчетных алгоритмов.

Цель работы — Цель работы - создание эффективных методик и алгоритмов расчета развязки в сложных антенно-фидерных системах в целях обеспечения внутриобъектовой ЭМС радиосредств современных объектов подвижной радиосвязи и телерадиовещания.

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

1. Разработка и обоснование модели антенно-фидерной системы многостанционного объекта для целей анализа внутриобъектовой электромагнитной совместимости.

2. Разработка для целей оценки ЭМС методики анализа сложной излучающей системы с произвольным числом близкорасположенных излучателей произвольной поляризации, с учетом влияния окружающих металлоконструкций.

3. Разработка методики и алгоритма расчета развязок в антенно-фидер-ных системах для целей анализа внутриобъектовой ЭМС.

4. Программная реализация методик анализа и алгоритмов расчета развязок в антенно-фидерных системах для целей обеспечения внутриобъектовой ЭМС.

5. Апробация методик и алгоритмов при решении тестовых задач.

6. Исследование характеристик развязки в антенно-фидерных системах для целей внутриобъектовой ЭМС в рамках модельных и реальных задач.

7. Практическая реализация разработанных методик и алгоритмов при решении конкретных задач в интересах экономики и обороны России.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка литературы и приложения.

Заключение диссертации по теме «Антенны, СВЧ устройства и их технологии», Севостьянов, Сергей Викторович

4.4 Выводы по разделу

Осуществлена практическая реализация разработанной методики расчета развязки в сложных антенно-фидерных системах для целей внутриобъектовой ЭМС при проведении модельных исследований и при модернизации действующего радиоцентра подвижной связи.

Исследовано влияние элементов металлоконструкций опоры на уровень развязки антенн в сложной излучающей системе. На основе проведенных расчетов, в рамках модельных задач, соответствующих наиболее распространенным вариантам взаимного расположения излучателей и металлоконструкций опоры, получены зависимости характеристик развязки от существенных геометрических параметров системы.

Для рассмотренных моделей установлены пространственные границы участков протяженных металлоконструкций, оказывающих существенное влияние на развязку, что позволяет априори исключить из рассмотрения слабо влияющие участки и тем самым заметно упростить исходные модели и снизить ре-сурсоемкость расчетов.

Показано, что правильный выбор компоновочного решения с учетом влияния металлоконструкций опоры позволяет не только скомпенсировать уменьшение развязки при сближении антенн, но и существенно повысить ее.

Проведены расчеты уровня развязки средств подвижной радиосвязи и ОВЧ телерадиовещания для целей межобъектовой ЭМС при частотно-территориальном планировании и уточнена методика оценки профиля трассы.

Обоснована уточненная методика оценки профиля трассы, позволяющая автоматизировать процесс отбора препятствий и их квалификацию (определение относительной ширины препятствия, вида и параметров аппроксимирующей функции) при проведении расчетов напряженности поля радиосигналов при их распространении над реальной местностью.

В качестве примера использования разработанной методики для целей межобъектовой ЭМС выполнены расчеты в целях анализа электромагнитной совместимости станций сухопутной подвижной радиосвязи со средствами ТВ и ОВЧ ЧМ вещания при наличии пересекающихся участков рабочих диапазонов частот в условиях конкретного приграничного региона. Определены значения радиусов зон помех для различных трасс распространения. Установлены области значений эффективной высоты антенн и эффективной мощности передатчиков, для которых требуется полный или частичный учет взаимного влияния радиосредств.

В рамках внедрения результатов диссертационного исследования при модернизации действующего радиоцентра подвижной связи на башне ГЦРТ выполнены расчеты уровня развязки в антенно-фидерной системе, включающей вновь проектируемое изделие АФУ-К7М10 на основе кольцевой антенной решетки и близко расположенные антенны существующих радиосредств телевизионного вещания, транкинговых и пейджинговых систем.

В результате проведенных расчетов получены значения достижимой развязки в излучающей системе для всех рабочих режимов, соответствующих мо-довым возбуждениям КАР. Установлено, что при заданных условиях размещения уровень развязки в излучающей системе, включающей КАР АФУ-К7М10 и существующие антенны вблизи выделенной отметки башни ГЦРТ, не менее 30 дБ во всех рабочих диапазонах КАР АФУ-К7М10 и существующих антенн.

Выполнены расчеты развязки в антенно-фидерной системе с учетом характеристик фидерного тракта АФУ-К7М10 в полном объеме, а также характеристик распределителей мощности, соединительных и магистральных фидеров остальных фидерных трактов. Установлено, что уровни развязки удовлетворяют требованиям обеспечения ЭМС всех рассмотренных радиосредств.

Экспериментальная проверка результатов расчета уровней развязки продемонстрировала хорошее согласование расчетных и экспериментальных значений, что дополнительно подтверждает состоятельности и достаточную точность разработанной методики.

Основные научные и прикладные результаты, изложенные в настоящем разделе, опубликованы в трудах автора [103, 105, 106, 111, 112]. Внедрение результатов диссертационного исследования при модернизации действующего радиоцентра подвижной связи и достигнутый при этом эффект подтверждены соответствующим актом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработаны общие модели антенно-фидерных систем объектов телекоммуникаций для целей анализа электромагнитной совместимости

Рассмотрены общие аспекты учета антенн и антенно-фидерного тракта как факторов электромагнитной совместимости. Выделены основные варианты процессов, приводящих к возникновению излучаемых (или связанных с излучением мешающих сигналов) высокочастотных помех.

Обоснована роль качества проектирования антенно-фидерного тракта в ряду мер технического обеспечения ЭМС. На примере интермодуляционных помех второго и третьего порядков показаны сложность типичной электромагнитной обстановки и высокий риск возникновения внутрисистемных и межсистемных помех подвижной радиосвязи, телевизионному и радиовещанию в современных условиях.

Проведена оценка зависимости радиуса зоны излучаемых помех интермодуляции 3-го порядка от расстояния между антеннами источников мешающих сигналов и от развязки источников.

Обоснован подход к анализу антенно-фидерного тракта как фактора внутриобъектовой ЭМС. Показана необходимость учета эффектов взаимного влияния антенн, влияния металлоконструкций вблизи мест установки антенн, а также входных (выходных) сопротивлений источников и рецепторов.

Разработана общая модель антенно-фидерной системы многостанционного объекта для целей анализа внутриобъектовой ЭМС как многополюсного соединения сложной излучающей системы и фидерных трактов, к плечам которого подключены передатчики и приемники, причем сложная излучающая система, включающая в себя всю совокупность излучателей антенн станций объекта, должна анализироваться с учетом всех существенных геометрических параметров антенн, несущих и окружающих металлоконструкций на основе решения электродинамической задачи в строгой постановке.

Обоснована общая структурная схема антенно-фндерной системы. В рамках декомпозиционного подхода, на основе известных соотношений для расчета параметров рассеяния сложных многополюсников, получены расчетные соотношения для блоков матрицы рассеяния антенно-фидерной системы.

Рассмотрены структурные схемы основных вариантов построения фидерного тракта станций телевизионного и радиовещания, а также базовых станций подвижной радиосвязи.

Рассмотрены вопросы расчета матриц рассеяния многополюсных фидерных трактов для некоторых практически важных случаев - систем питания антенных решеток (на основе неразвязанных и развязанных делителей) и многополюсных трактов, образованных диаграммообразующими схемами в сочетании с системами питания решеток. Получены необходимые расчетные соотношения в рамках ориентированных на ЭВМ вычислительных процедур.

Разработана методика анализа излучающей системы для целей расчета

ЭМС.

Для решения электродинамической задачи обоснован выбор, в качестве основополагающего, известного метода коллокации при кусочно-синусоидальном базисе разложения токовой функции. Показана необходимость регуляризации решения, получаемого данным методом, которое может быть неустойчивым.

Разработана методика регуляризации неустойчивого решения. В основу методик положен известный подход, в рамках которого регуляризация осуществляется путем отображения неустойчивой функции распределения осевого тока в функцию распределения поверхностного тока. В диссертации разработана новая реализация данного подхода применительно к выбранному базису. Обоснована аппроксимация функции распределения поверхностного тока посредством системы кусочно-синусоидальных функций, совпадающей с системой базисных функций, используемой для аппроксимации функции распределения осевого тока. Получены замкнутые выражения, позволяющие находить регуляризирующие коэффициенты.

Разработана методика расчета излучаемой мощности путем интегрирования вдоль проводников вещественной части нормальной составляющей вектора Пойнтинга, которая в свою очередь определяется по тангенциальной составляющей электрического поля и току.

На основе сопоставления различных подходов к анализу характеристик взаимного влияния излучателей в сложной излучающей системе, обоснован подход к решению задачи расчета развязки близко расположенных излучателей на основе вычисления импедансов излучающей системы, включая взаимные, по распределению поля в дальней зоне. Для достаточно удаленных излучателей обоснована целесообразность расчета развязки непосредственно по напряжению, наведенному в нагрузке одной из антенн (пассивной), при возбуждении другой антенны (активной).

Разработана методика расчета коэффициента передачи и развязки для системы двух одноэлементных антенн при одном типе поляризации излучаемых электромагнитных волн. Введен эквивалентный четырехполюсник, описывающий взаимодействие антенн; определены режимы его возбуждения, обеспечивающие расчет импедансных характеристик по распределению поля в дальней зоне. Получены соотношения для расчета элементов эквивалентного четырехполюсника, соответствующей нормированной матрицы импедансов, матрицы рассеяния и развязки.

Выполнено обобщение разработанной расчетной методики на случай произвольной поляризации излучаемых волн. Показано, что эквивалентный четырехполюсник, при наличии двух взаимно-ортогональных составляющих, представляет собой последовательное (как по входу, так и по выходу) соединение соответствующих парциальных четырехполюсников.

Выполнено обобщение разработанной расчетной методики на системы, содержащие более двух одноэлементных антенн, и на системы антенных решеток. Показано, что обоснованные для четырехполюсной модели подходы, включая режимы возбуждения, применимы для многополюсной модели системы, содержащей более двух излучателей, если в качестве эквивалентного четырехполюсника при расчете каждого элемента матрицы импедансов рассматривается соответствующим образом «сокращенный» многополюсник (цепи всех входов, кроме двух рассматриваемых, разомкнуты). Получены соотношения для расчета матрицы импедансов и матрицы рассеяния. Показано, что полученное ранее обобщение для случая произвольной поляризации излучаемых волн в полной мере справедливо и для многополюсной модели.

Разработан алгоритм расчета развязки в антенно-фидерных системах для целей анализа внутриобъектовой ЭМС.

Выполнена оценка погрешности разработанной методики анализа излучающей системы и определена область ее применения. Получены соотношения для оценки погрешностей расчетов излучаемой мощности, модулей параметров рассеяния и соответствующих значений развязки. Показано, что при приемлемых вычислительных затратах методику следует применять при величинах развязки не более 30 дБ. При больших значениях развязки следует использовать расчет по наведенным токам и напряжениям.

Разработан эффективный алгоритм электродинамического анализа, позволяющий исключить повторное выполнение вычислительных процедур, требующих наибольших затрат ресурсов ЭВМ. Алгоритм основан на применении метода оптимального обращения к части строк исходной матрицы коэффициентов и свободных членов СЛАУ, в результате чего эта матрица приводится к виду, близкому к треугольному, но рассчитывается только один раз.

В частных задачах на основе этой матрицы строятся матрицы СЛАУ, на приведение которых к треугольному виду требуются весьма незначительные вычислительные ресурсы.

Разработан общий алгоритм анализа антенно-фидерной системы. Рассмотрены вопросы построения структуры и содержания основных блоков и соответствующих программных модулей. Выполнена программная реализация алгоритма.

Для проверки работоспособности разработанных методик (в том числе в разделах 1 и 2) и оценки их эффективности выполнено решение тестовых задач. При этом проводились как расчеты, направленные не проверку (в условиях численного эксперимента) методики решения собственно электродинамической задачи (с регуляризацией), так и расчеты развязки. Проведено сопоставление электродинамических расчетов с аналогичными расчетами без регуляризации, а также выполненными по разработанному в США пакету программ NEC-2D. Расчет развязки выполнялся как по предложенной методике (по характеристикам в дальней зоне и по наведенным токам и напряжениям), так и на основе известного подхода, в рамках которого развязка определяется по ДН и КНД. Результаты проведенных исследований показали работоспособность и эффективность разработанных методик и алгоритмов, а также в полной мере подтвердили полученную ранее оценку области применения методики расчета развязки по характеристикам в дальней зоне.

Осуществлена практическая реализация разработанных методики анализа сложных излучающих систем и алгоритма расчета развязки в антенно-фидер-ных системах для целей обеспечения внутриобъектовой ЭМС при проведении модельных исследований и при модернизации действующего радиоцентра подвижной связи.

Исследовано влияние элементов металлоконструкций опоры на уровень развязки антенн в сложной излучающей системе. На основе проведенных расчетов, в рамках модельных задач, соответствующих наиболее распространенным вариантам взаимного расположения излучателей и металлоконструкций опоры, получены зависимости характеристик развязки от существенных геометрических параметров системы.

Для рассмотренных моделей установлены пространственные границы участков протяженных металлоконструкций, оказывающих существенное влияние на развязку, что позволяет априори исключить из рассмотрения слабо влияющие участки и тем самым заметно упростить исходные модели и снизить ресурсоемкость расчетов.

Показано, что правильный выбор компоновочного решения с учетом влияния металлоконструкций опоры позволяет не только скомпенсировать уменьшение развязки при сближении антенн, но и существенно повысить ее.

Проведены расчеты уровня развязки средств подвижной радиосвязи и ОВЧ телерадиовещания для целей обеспечения межобъектовой ЭМС при частотно-территориальном планировании и уточнена методика оценки профиля трассы.

Обоснована уточненная методика оценки профиля трассы, позволяющая автоматизировать процесс отбора препятствий и их квалификацию (определение относительной ширины препятствия, вида и параметров аппроксимирующей функции) при проведении расчетов напряженности поля радиосигналов при их распространении над реальной местностью.

В качестве примера использования разработанной методики для целей обеспечения межобъектовой ЭМС выполнены расчеты в целях анализа электромагнитной совместимости станций сухопутной подвижной радиосвязи со средствами ТВ и ОВЧ ЧМ вещания при наличии пересекающихся участков рабочих диапазонов частот в условиях конкретного приграничного региона. Определены значения радиусов зон помех для различных трасс распространения. Установлены области значений эффективной высоты антенн и эффективной мощности передатчиков, для которых требуется полный или частичный учет взаимного влияния радиосредств.

В рамках внедрения результатов диссертационного исследования при модернизации действующего радиоцентра подвижной связи на башне ГЦРТ выполнены расчеты уровня развязки в антенно-фидерной системе, включающей вновь проектируемое изделие АФУ-К7М10 на основе КАР и близко расположенные антенны существующих радиосредств телевизионного вещания, тран-кинговых и пейджинговых систем.

В результате проведенных расчетов получены значения достижимой развязки в излучающей системе для всех рабочих режимов, соответствующих мо-довым возбуждениям кольцевой антенной решетки. Установлено, что при заданных условиях размещения уровень развязки в излучающей системе, включающей КАР АФУ-К7М10 и существующие антенны вблизи выделенной отметки башни ГЦРТ, не менее 30 дБ во всех рабочих диапазонах КАР АФУ-К7М10 и существующих антенн.

Выполнены расчеты развязки в антенно-фидерной системе с учетом характеристик фидерного тракта АФУ-К7М10 в полном объеме, а также характеристик распределителей мощности, соединительных и магистральных фидеров остальных фидерных трактов. Установлено, что уровни развязки удовлетворяют требованиям ЭМС всех рассмотренных радиосредств.

Экспериментальная проверка результатов расчета уровней развязки продемонстрировала хорошее согласование расчетных и экспериментальных значений, что дополнительно подтверждает состоятельности и достаточную точность разработанной методики.

Результаты диссертационной работы успешно внедрены при выполнении разработок в интересах Минобороны России и Минсвязи России, в частности, для проведения расчетов электромагнитной совместимости радиосредств при модернизации действующего радиоцентра специальной подвижной связи и при решении вопросов частотно-территориального планирования сетей подвижной радиосвязи и частотных присвоений.

Реализация результатов работы и достигнутый при этом эффект подтверждены соответствующими актами.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Севостьянов, Сергей Викторович, 2002 год

1. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ / Под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч. 4.1 -М.: Связь, 1977. 384 с.

2. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ / Под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч. 4.2 М.: Связь, 1977. - 288 с.

3. Алексеев О.В., ГрошевВ.А., ЧавкаГ.Г. Многоканальные частотно-разделительные устройства и их применение. М.: Радио и связь, 1981. - 136 с.

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

5. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. М.: Наука, 1964.-656 с.

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

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

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

9. Бобров И.Н., Гусев М.Н. Матрица рассеяния произвольного соединения многополюсников // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1977. - 20, №1. -С.106-108.

10. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1981. - 720 с.

11. Бузов А.Л. УКВ антенны для радиосвязи с подвижными объектами, радиовещания и телевидения. М.: Радио и связь, 1997. - 293 с.

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

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

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

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

16. Воробьев С.В., Овчинников A.M., Сергеев С.И. Перспективные стандарты транкинговой радиосвязи. Профессиональная мобильная радиосвязь. 2-й международный форум ПМР-99. М., Международный центр научной и технической информацией, 1999 .

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

18. Гитник А.П. Об аппроксимации интеграла вероятности элементарными функциями Электросвязь. - 1981. - №8. - С.21-24.

19. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. -М.: Наука, 1967. 838 с.

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

21. ГОСТ 24375-80 Радиосвязь. Термины и определения.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

34. Коаксиальные пассивные устройства / Мещанов В.П., Тупиков В.Д., Чернышев С.А. Саратов: Изд.-во ун.-та, 1993. - 414 с.

35. Козлов В.И, ЮфитГ.А. Проектирование СВЧ устройств с помощью ЭВМ. М.: Сов.радио, 1975.- 177 с.

36. Конструирование и расчет полосковых устройств. / Под ред. Ковалева И.С. М.: Сов.радио, 1974. - 296 с.

37. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1968. 720 с.

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

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

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

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

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

43. Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Т2. / Пер. с англ. под общей ред. Л.В. Алексеева и Ф.В. Кушнира. -М.: Связь, 1971.-496 с.

44. Машковцев Б.М., Цибизов К.Н., Емелин Б.Ф. Теория волноводов. -М.: Наука, 1966.-378 с.

45. Методика расчета трасс аналоговых и цифровых РРЛ прямой видимости. М.: НИИР, 1987 г., в 2-х томах.

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

47. Назаров В.Е., Рунов А.В., Подининогин В.Е. Численное решение задач об основных характеристиках и параметрах сложных проволочных антенн

48. Радиотехника и электроника. Вып. 6. Минск.: Высшая школа, 1976. - СЛ 53158.

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

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

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

52. Носов Ю.Н. Антенны для телевизионного вещания в смежных частотных каналах // Электросвязь. 1992. - № 6. - С.20-23.

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

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

55. Регламент радиосвязи. Международный союз электросвязи, 1990.

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

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

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

59. Реушкин Н.А. Системы коллективного телевизионного приема. -М.: Радио и связь, 1992. 168 с.

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

61. Сазонов Д.М., Гридин А.Н. Техника СВЧ. М.: Изд.-во МЭИ, 1970.314 с.

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

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