Исследование и разработка передающих антенн телевизионного вещания диапазона УВЧ с учетом электромагнитной безопасности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат технических наук Филиппов, Дмитрий Викторович

• Филиппов, Дмитрий Викторович
• кандидат технических наук
• 2001

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка передающих антенн телевизионного вещания диапазона УВЧ с учетом электромагнитной безопасности»

В последние несколько лет наблюдается устойчивое развитие телекоммуникационной отрасли в России и, в частности, непрерывный рост числа телевизионных каналов, что характеризует начало нового качественного этапа развития отечественной антенной техники телерадиовещания.

На новом этапе развития передающего антенного оборудования телерадиовещания и радиосвязи, в условиях определенной сложности строительства новых антенно-мачтовых сооружений, требуется реконструкция действующих башен с целью наращивания числа одновременно работающих радиосредств и использование для размещения антенн неспециализированных сооружений, а это, в свою очередь, диктует необходимость создания соответствующих типов новых антенн и антенных систем. Новые антенны должны быть достаточно широкополосными (возможность излучения сигналов нескольких каналов или программ одной антенной), легкими (дополнительная нагрузка на башню или сооружение) и недорогими.

Наиболее существенным все чаще оказывается относительно новый для телевизионных компаний фактор: отсутствие свободного места на участках башен с типовыми сечениями, вследствие чего антенну приходится размещать на нештатных местах, например, на поясах пирамидального участка башни, ограждении рабочих площадок и т.п., в том числе - в непосредственной близости от затеняющих металлоконструкций.

Наращивание плотности передающих антенн на антенно-мачтовых сооружениях и использование нештатных мест размещения, в свою очередь, создают дополнительные трудности в обеспечении безопасности объектов телерадиовещания по электромагнитному фактору и обусловливают настоятельную необходимость более тщательного исследования и учета вопросов электромагнитной безопасности на всех стадиях разработки и проектирования передающих антенных устройств и систем.

Таким образом, в настоящее время существует актуальная научно-техническая проблема дальнейшего развития теории и техники антенных устройств, применительно к задачам анализа, проектирования и реализации антенных систем телевизионного вещания диапазона УВЧ, оптимальных по структуре, составу, равномерности диаграммы направленности и фактору электромагнитной безопасности, с учетом эффектов взаимного затенения элементов и влияния металлоконструкций опоры.

Состояние вопроса в рассматриваемой области характеризуется следующими основными достижениями.

Антенны телевизионного вещания, как правило, должны обеспечивать всенаправленную (близкой к круговой) диаграмму направленности в горизонтальной плоскости [4, 12, 14, 19]. В разное время и для разных систем эта задача решалась различными средствами с использованием сильно отличающихся технических решений.

Наиболее очевидным из этих решений является размещение тонкой относительно длины волны антенны с вертикальной поляризацией на верху опоры с тем, чтобы излучение этой антенны не было бы затенено непрозрачными для радиоволн конструкциями или посторонними предметами. Такие антенны выполняются, например, в виде многоэтажных антенных решеток по одному вибратору в этаже (коллинеарные антенны) [2, 45, 46]. Очевидным недостатком такого рода антенн является необходимость их размещения на верху опоры - во избежание затенения телом опоры. Указанный недостаток существенен вообще, поскольку опора используется неинтенсивно, но особенно важен для настоящего времени, когда новые опоры почти не строятся из-за финансовых трудностей, а места на верхушках имеющихся опор давно заняты. Другим недостатком коллинеарных антенн являются проблемы с механической прочностью: длинная тонкая антенна не может быть самонесущей конструкцией. Выход находится в упрочнении конструкции диэлектрических кожухов, требующихся для защиты от воздействия климатических факторов. Эти кожухи выполняются из пластика, упрочненного стекловолокном и, таким образом, выполняют сразу две функции [4, 14, 45, 46]. Однако, прочность их имеет предел, и высота реально осуществимой конструкции оказывается зачастую недостаточной. В связи с этим для относительно высоких антенн используют металлическую опору, на которой закрепляют на некотором расстоянии от опоры вертикальные вибраторы один над другим по одному в этаже [4, 45, 46]. Разумеется, диаграмма направленности в горизонтальной плоскости при этом искажается.

В антенных системах телевизионного вещания горизонтальной поляризации используют, в частности, турникетные антенны [2, 61, 84, 112]. Недостатки этих антенн применительно к современному положению вещей по существу те же, что и отмеченные выше - необходимость размещения на самом верху опоры и ограничение высоты, так как осевая несущая вертикальная труба должна быть относительно тонкой и потому не может быть высокой.

Размещение антенн по телу опоры гораздо более перспективно. Если на верху опоры можно разместить одну антенну, то по телу, например, типовой телевизионной опоры можно разместить до десяти и даже более антенн [12, 14].

Проблема затенения решается посредством использования дополнительных средств повышения радиопрозрачности металлоконструкций опоры на основе импедансных структур [14, 15, 16, 73]. При всей перспективности этого подхода, особенно в ОВЧ диапазоне, следует отметить, что в диапазоне УВЧ сложность и материалоемкость импедансных структур зачастую становится сопоставимой с соответствующими показателями антенной системы, или даже превышает их.

Гораздо чаще проблема затенения решается выполнением антенны в виде антенной решетки с требуемым для сохранения равномерности диаграммы направленности в горизонтальной плоскости числом излучателей в этаже [2, 12, 14, 28, 112]. Для телевизионных антенн с учетом фазового сдвига между соседними излучателями, необходимого для компенсации отражений, это означает, что максимально допустимое расстояние между центрами ближайших излучателей должно быть около половины длины волны на рабочей частоте [12, 14, 19], т.е. при большом сечении опоры, характерном для средних и нижних высотных отметок, число излучателей в этаже также должно быть большим.

Таким образом при числе этажей, необходимом для обеспечения требуемого коэффициента усиления, антенна получается весьма сложной и дорогой. Вследствие упомянутых причин телевизионные антенны, особенно для дециметровых каналов, размещают обычно в верхней части опоры, где ее сечение относительно невелико (для типовой опоры 3803КМ-4 — на призме).

Существенное сокращение числа излучателей при размещении антенной решетки на опоре большого поперечного сечения может быть достигнуто за счет их тангенциальной ориентации [10, 12, 57, 112]. Излучатели ориентируются так, что направление максимума диаграммы направленности каждого из них совпадает с касательной к окружности, на которой расположены фазовые центры излучателей, а центр самой окружности находится на вертикальной оси опоры. При этом расстояние между соседними излучателями должно быть таким, чтобы их поля складывались в фазе в направлении интерференционных минимумов; само это расстояние может быть довольно большим (например, несколько длин волн), вследствие чего число излучателей для опоры большого сечения может быть сокращено во много раз [10, 12, 57,112].

Применение этого весьма перспективного подхода до последнего времени ограничивалось только антенными решетками отдельных уникальных объектов радиосвязи [10, 12]. Для построения антенных решеток телевизионного вещания диапазона УВЧ подобные технические решения практически не применялись, т.к. тангенциальная ориентация излучателей предъявляет повышенные требования к точности расчета и реализации основных геометрических параметров системы при проектировании и изготовлении антенной решетки и ее элементов [10, 12, 57]. Реализуемая точность, в свою очередь, непосредственно зависит от используемых электродинамических моделей, математического аппарата и методик электродинамического анализа таких антенных систем.

До середины 90-х годов на практике при анализе антенных решеток и вообще проволочных антенн в основном применялись методы, основанные на тонкопроволочном приближении [8, 52, 59, 60, 66], при котором ток в проводнике описывается как линейный (нитевидный), текущий по оси провода, а тангенциальная составляющая поля определяется на поверхности проводника. Сформулированная таким образом задача математически приводит к уравнению Фредгольма первого рода [2, 79, 83] и является некорректной по Адамару

67, 68, 69, 95, 96]. При этом получение устойчивых решений, вообще говоря, требует использования соответствующих алгоритмов регуляризации [93, 109].

С середины 90-х годов интенсивно стали разрабатываться математические методы электродинамического анализа вибраторных антенн, отличительной чертой которых от упомянутых выше методов является отказ от концепции тонкопроволочного приближения [67, 68, 69, 82, 105, 106]. Задача в постановочной части формулируется относительно искомой функции плотности поверхностного тока, что приводит к сингулярным интегральным уравнениям. Такая постановка задачи является корректной по Адамару [67, 69, 95], благодаря чему обеспечивается наличие устойчивых решений даже при больших электрических радиусах проводников. К недостаткам таких методов можно отнести их малую универсальность, поскольку, как показывает анализ литературы, в рассмотрение включаются лишь прямолинейные цилиндрические проводники с осесимметричным возбуждением [67, 69, 82, 105, 106].

Специфической особенностью размещения передающих телевизионных антенн диапазона УВЧ, выполненных в виде решеток панельных излучателей, является то, что их элементы размещаются на электрически толстых опорах, что делает методы, основанные на тонкопроволочном приближении, не применимыми при анализе таких антенных структур. С другой стороны применение излучателей с тангенциальной ориентацией приводит к их взаимному затенению. Поэтому при анализе таких антенн необходимо учитывать не только влияние элементов металлоконструкций опоры, но и взаимное влияние излучателей друг на друга. Необходимо отметить, что в данном частотном диапазоне сами проводники активных вибраторов в составе излучателей также являются электрически толстыми. С учетом этого назрела необходимость в разработке строгих электродинамических методов анализа таких антенных систем, позволяющих адекватно учитывать реальные распределения токов по проводникам, а, следовательно, корректно рассчитывать входной импеданс решеток, что существенно сказывается на качестве их проектирования.

В соответствии с современной методической базой и нормативной документацией одним из важнейших факторов при проектировании передающих телевизионных антенн является их электромагнитная безопасность [14, 49, 76, 77]. Особое внимание необходимо уделить ее аспекту, связанному с воздействием электромагнитных полей на персонал, занимающийся обслуживанием антенного хозяйства.

Специфику размещения передающих телевизионных антенн можно охарактеризовать следующим образом: все технические средства размещаются на одной опоре (телевизионной башне) на различных высотных отметках. Помимо деятельности технического персонала, связанной с эксплуатацией передающего оборудования, на радиотелевизионных передающих центрах производятся регламентные работы по поддержанию передающего оборудования и антенного хозяйства в рабочем состоянии. К ним относятся плановые и внеплановые профилактические работы, различного рода ремонтные работы и т.д., проводимые владельцами передающих радиотехнических средств. При этом очень часто возникают ситуации, когда по каким-либо причинам невозможно отключить все технические средства, и рабочий персонал, проводящий профилактические или ремонтные работы, связанные с антенно-мачтовым хозяйством, невольно попадает под воздействие электромагнитного излучения соседних передающих технических средств. Очевидно, что введение в эксплуатацию новых передающих антенн не улучшит состояние электромагнитной обстановки, однако учет фактора электромагнитной безопасности при их проектировании позволит осуществить выбор оптимальных с этой точки зрения технических решений. Поэтому первоочередной задачей при разработке новых технических средств является оценка электромагнитной обстановки с учетом реальных условий размещения и эксплуатации антенн и разработка комплексов мероприятий и рекомендаций, позволяющих минимизировать степень опасности рабочего персонала, занимающегося подобным видом деятельности.

Цель работы - разработка методики электродинамического анализа, методики и алгоритма проектирования решеток панельных излучателей диапазона УВЧ, учитывающих специфику их размещения и ориентации в пространстве, взаимное затенение и влияние металлоконструкций опоры, а также факторы электромагнитной безопасности.

Программа исследований

1 Преобразование уравнения Поклингтона с точным ядром к сингулярному интегральному уравнению с ядром Коши относительно функции распределения поверхностного заряда.

2 Обобщение полученного сингулярного уравнения на случай произвольной системы прямолинейных цилиндрических проводников с учетом поперечных зависимостей поля и тока (заряда).

3 Разработка методики решения полученного сингулярного уравнения, обоснование выбора проекционных методов решения, проверка внутренней сходимости алгоритма, решение тестовых задач.

4 Разработка алгоритма электродинамического анализа решеток панельных излучателей с учетом взаимного затенения и влияния металлоконструкций опоры.

5 Исследование характеристик решеток панельных излучателей с учетом взаимного затенения и влияния опоры; оптимизация структуры решетки по числу излучателей и равномерности диаграммы направленности (ДН).

6 Исследование влияния структуры решетки на характер распределения поля внутри тела опоры.

7 Разработка на этой основе методики и алгоритма проектирования решеток панельных излучателей с учетом их взаимного затенения, влияния металлоконструкций опоры и фактора электромагнитной безопасности.

8 Экспериментальные исследования и практическая реализация антенных систем, размещаемых вблизи затеняющих металлоконструкций: экспериментальные исследования антенных систем, размещаемых на типовых башнях серии 3803 КМ-4; практическая реализация передающей телевизионной антенны V ТВ диапазона, размещенной на собственной электрически тонкой опоре.

Методы исследования. Основу работы составляют методы математического моделирования, физическое моделирование, аналитический аппарат электродинамики, численные методы расчета и анализа, математический аппарат теории сингулярных интегральных уравнений, численные методы оптимизации, натурные испытания. Значительная часть результатов работы получена с широким использованием вычислительных алгоритмов, реализованных на компьютере на языке Visual Fortran и в среде "Matlab".

Научная новизна работы заключается в следующем:

1 Получена модификация сингулярного интегрального уравнения 1-го рода с ядром Коши для произвольных структур прямолинейных цилиндрических проводников, учитывающая поперечную вариацию искомой функции.

2 Разработана методика электродинамического анализа проволочных антенн, основанная на полученном сингулярном уравнении.

3 Получены новые результаты исследования влияния структуры решетки панельных излучателей на характер распределения поля внутри тела опоры.

4 Разработана методика и алгоритм проектирования решеток панельных излучателей с учетом их взаимного затенения, влияния металлоконструкций опоры и фактора электромагнитной безопасности.

Практическая ценность

1 Обоснованные в диссертации подходы, модели и методики позволяют повысить точность вычислений при электродинамическом анализе широкого класса антенн, представляющих собой произвольные конфигурации электрически толстых проводников, что является важным при определении их технических параметров.

2 Разработанные методика и алгоритм проектирования решеток панельных излучателей с учетом взаимного затенения и влияния металлоконструкций опоры позволяют разрабатывать решетки (в том числе с тангенциальной ориентацией излучателей), оптимальные по критерию, включающему основные параметры назначения и факторы электромагнитной безопасности.

3 Результаты исследования зависимости уровней электромагнитного поля внутри тела опоры позволяют обеспечить надлежащий уровень контроля электромагнитной обстановки и являются необходимыми данными при формировании комплекса организационно-технических мероприятий по защите обслуживающего персонала от вредного воздействия электромагнитного поля.

Результаты диссертационной работы использовались в НИР «Поле» и «Эколог-ЭМП» по проблемам электромагнитной экологии в отрасли «Связь», выполненных СОНИИР. Результаты использованы при проведении расчетного прогнозирования электромагнитной обстановки вблизи электрически толстых металлоконструкций опоры, где именно постановка задачи относительно поверхностных токов и зарядов (приводящая к уравнению с ядром Коши) обеспечивает наиболее адекватное описание реального распределения тока и ближнего поля.

Основные научные и прикладные результаты диссертационной работы использованы при выполнении комплекса работ, связанных с проектированием и введением в эксплуатацию антенно-фидерных устройств, разрабатываемых в СОНИИР и предназначенных для телевизионного вещания в диапазоне УВЧ в различных регионах Российской Федерации (г. Мурманск, г. Тольятти), а также в странах Балтии (г. Даугавпилс).

Разработанная автором методика расчета и проектирования антенн телевизионного вещания, а также результаты исследования ближних полей указанных передающих антенн (необходимые при оценке их электромагнитной безопасности) внедрены в учебный процесс Поволжской Государственной Академии Телекоммуникаций и Информатики по кафедрам «Экологии, электродинамики и электроники» и «Систем радиосвязи и антенн».

Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложений.

Заключение диссертации по теме «Антенны, СВЧ устройства и их технологии», Филиппов, Дмитрий Викторович

- результаты исследования влияния структуры решетки панельных излучателей на характер распределения поля внутри тела опоры;

- методика и алгоритм проектирования решеток панельных излучателей с учетом их взаимного затенения, влияния металлоконструкций опоры и фактора электромагнитной безопасности;

- результаты проектирования решеток панельных излучателей с учетом фактора электромагнитной безопасности.

Использование разработанной методики электродинамического анализа на основе сингулярного интегрального уравнения и полученных им результатов анализа ближних полей позволило повысить точность расчетного прогнозирования электромагнитной обстановки при относительно малых затратах вычислительных ресурсов, особенно вблизи электрически толстых металлоконструкций опоры, где именно постановка задачи относительно поверхностных токов и зарядов (приводящая к уравнению с ядром Коши) обеспечивает наиболее адекватное описание реального распределения тока и ближнего поля.

Внедрение результатов диссертационной работы и достигнутый при этом существенный положительный эффект подтверждены соответствующими актами (Приложение 3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Планом диссертационной работы предусматривается исследование и разработка передающих антенн телевизионного вещания диапазона УВЧ с учетом экологической безопасности. В рамках указанной тематики потребовалось создание эффективных электродинамических методов анализа таких антенных систем, основанных на современных достижениях в этой области науки. Традиционно для телевизионного вещания в данном частотном диапазоне применялись и применяются решетки панельных излучателей, в общем случае представляющие собой системы произвольно расположенных и ориентированных в пространстве проводников, обладающих различными (в том числе «толстыми») электрическими радиусами. С другой стороны исследование направленных свойств и импедансных характеристик антенных решеток необходимо проводить с учетом реальных условий размещения их излучателей, которые определяются наличием большого числа (в зоне размещения) протяженных затеняющих металлоконструкций, являющихся конструктивными элементами опор различных типов.

Как показали исследования, применение электродинамических методов анализа, основанных на тонкопроволочном приближении, в данном случае не дает требуемого эффекта. Поэтому с целью повышения точности и эффективности методики электродинамического анализа решеток панельных излучателей в рамках диссертационной работы были решены следующие задачи:

- рассмотрены вопросы, связанные со спецификой электродинамического анализа систем, состоящих из произвольно расположенных и ориентированных в пространстве линейных круглоцилиндрических проводников (электрически толстые проводники);

- для таких структур получена новая, качественно отличающаяся от известных, модификация сингулярного интегрального уравнения первого рода с ядром Коши, учитывающая поперечную вариацию искомой функции. Разработана методика электродинамического анализа проволочных антенн, основанная на полученном сингулярном уравнении;

- на основе выбранной модификации проекционных методов (метода коллокаций) разработана методика и алгоритм численного решения полученного сингулярного уравнения;

- рассмотрены применяемые в настоящее время математические модели возбуждения вибраторов, в значительной степени определяющие точность расчета входного импеданса. Обоснован выбор модели в виде дельта-генератора.

- по разработанному алгоритму численного анализа выполнен расчет тестовых задач и приведены результаты, показавшие его хорошую внутренню ю сходимость (на примере расчета входного сопротивления полуволнового линейного симметричного вибратора) и хорошее совпадение результатов расчетов с аналогичными результатами, полученными известными методами.

Важным фактором при разработке и проектировании антенных систем, наряду с проведением электродинамических расчетов, является выбор конструкции антенной системы, максимально отвечающей требуемым техническим и эксплуатационным характеристикам при минимальных затратах материальных ресурсов, необходимых для их обеспечения. Данная задача требует детального исследования направленных свойств решеток панельных излучателей, учитывая способ их размещения на опоре (решетки с радиальной или тангенциальной ориентацией излучателей), а также поляризацию излучателей и возможные способы их возбуждения. С этой целью в диссертационной работе на основе разработанного алгоритма электродинамического анализа произвольных проволочных структур были проведены исследования и успешно решен ряд важных прикладных задач:

- разработан алгоритм электродинамического анализа решеток панельных излучателей с учетом их взаимного затенения и влияния металлоконструкций опоры, а также электрической и геометрической симметрии конструкции антенных систем;

- проведены исследования характеристик решеток панельных излучателей при различных условиях размещения. Проведены расчеты зависимостей качественных показателей от параметров структуры решетки;

- исследовано влияние на характеристики панельных решеток с тангенциальной ориентацией излучателей горизонтальной поляризации горизонтальных элементов металлоконструкций опор (распорок); исследовано влияние поясов опор на характеристики панельных решеток с тангенциальной ориентацией излучателей вертикальной поляризации поясов опор;

- установлено относительно слабое влияние элементов металлоконструкций опоры на направленные свойства решеток панельных излучателей с тангенциальной ориентацией;

- разработан и реализован алгоритм оптимизации структуры решетки без учета влияния элементов металлоконструкций опоры по критерию минимума излучателей при заданной неравномерности ДН в горизонтальной плоскости для решеток вертикальной и горизонтальной поляризации;

- на основе результатов теоретических исследований разработаны методика и алгоритм проектирования решеток панельных излучателей горизонтальной и вертикальной поляризации с учетом их взаимного затенения и влияния металлоконструкций опоры; выработаны общие рекомендации и определены средства решения задач различных этапов проектирования;

- на основе методики и алгоритма проектирования разработаны оптимальные антенные структуры для размещения на верхних площадках опор как по углам площадки, так и на собственной тонкой опоре; приведены рекомендации по выбору поляризации излучателей с учетом необходимых требований по развязке;

- на основе методики и алгоритма проектирования разработаны оптимальные антенные структуры для размещения вдоль опоры на различных высотных отметках и опорах серий 3803 КМ-4, 3598 КМ-3.

Важным фактором при разработке и проектировании передающих антенных систем вообще и телевизионных антенн в частности является их электромагнитная безопасность. Особенно актуальной проблема электромагнитной безопасности является для персонала, обслуживающего антенно-мачтовое хозяйство и выполняющего различного рода работы по поддержанию его работоспособности. Это прежде всего связано с тем, что в условиях большой насыщенности опор излучающими техническими средствами различного назначения, антеннщикам-мачтовикам зачастую приходится работать в ситуации, когда во время проведения работ на опоре (мачте, башне) не все антенны отключены от своих передатчиков. В этих условиях знание электромагнитной обстановки вблизи опоры является важнейшим условием, позволяющем строго регламентировать время пребывания персонала на том или ином участке опоры, и тем самым снизить риск ущерба для здоровья. С другой стороны разработка антенн и антенных систем, обладающих оптимальными с точки зрения электромагнитной безопасности параметрами также является актуальной задачей.

Поэтому в рамках диссертационной работы автором был проведен анализ ближних полей решеток панельных излучателей и разработаны рекомендации по выбору технических решений с учетом электромагнитной безопасности. Рассмотрены и проанализированы критерии оценки электромагнитной безопасности в рамках действующей в настоящее нормативной документации. Кроме этого, разработана методика расчета и анализа электромагнитной обстановки вблизи мест размещения панельных решеток с тангенциальной ориентацией излучателей различной поляризации, основанная на вычислении и построении линий постоянного уровня величины эквивалентной плотности потока энергии как меры энергетической экспозиции, которая определяется интенсивностью электромагнитного излучения радиочастот и временем его воздействия на человека.

Исследованы различия в картине распределения величины эквивалентной плотности потока энергии при использовании различных режимов возбуждения (синфазный, квадратурный) исследуемых решеток панельных излучателей.

Показано существование «окон прозрачности» в зоне размещения излучателей панельных решеток - мест с близким к нулевому значением эквивалентной плотности потока энергии - как наиболее оптимальных для нахождения в них длительное время персонала, обслуживающего антенно-мачтовое хозяйство.

Разработаны рекомендации по выбору технических решений при проектировании передающих телевизионных антенн с учетом электромагнитной безопасности. В частности, показано преимущество решеток с горизонтальной поляризацией при квадратурной схеме питания излучателей в этаже как варианта, создающего наименьший риск при работе антеннщиков.

Предложен перечень организационных мероприятий, направленных на уменьшения степени риска при воздействии электромагнитных полей от передающих телевизионных антенн на обслуживающий персонал во время проведения регламентных ремонтных, монтажных и профилактических мероприятий на антенно-мачтовых сооружениях.

Для подтверждения достоверности и адекватности разработанных в диссертационной работе расчетных методик, электродинамических моделей и разработанных алгоритмов в рамках диссертационной работы были проведены следующие экспериментальные исследования.

1. Экспериментальные исследования модели антенной системы, выполненной в виде решетки тангенциально ориентированных панельных излучателей горизонтальной поляризации, для телевизионного вещания на частотах 25 TBK, размещаемой на «этажерке» башни серии 3803 КМ-4.

2. Экспериментальные исследования модели антенной системы, выполненной в виде решетки тангенциально ориентированных панельных излучателей вертикальной поляризации, для телевизионного вещания на частотах 25 TBK, размещаемой на «этажерке» башни серии 3803 КМ-4.

3. Экспериментальные исследования входных импедансов активных вибраторов в составе панельных излучателей исследуемых решеток. Результаты экспериментальных исследований подтверждают достижение заданных при проектировании качественных показателей, что свидетельствует о состоятельности и достоверности основных научных и научно-прикладных результатов диссертационной работы.

Результаты диссертационной работы позволили практически реализовать передающую телевизионную антенну V ТВ диапазона, размещенную на крыше высотного здания на собственной опоре. Полученные благодаря разработанной методике проектирования передающих телевизионных антенн качественные показатели данной антенной системы подтверждаются ее успешной эксплуатацией и положительными отзывами заказчика. Внешний вид данной антенны приведен в Приложении 2 на рис. П2.1 и П2.2.

Разработанные методика и алгоритм анализа ближних полей, основанные на вышеупомянутой методике электродинамического анализа решеток панельных излучателей, позволили провести анализ электромагнитной обстановки на реальном объекте - вблизи антенны IV ТВ диапазона, размещенной на верхней площадке башни серии 3803 КМ-4.

В СОНИИР выполняются научно-исследовательские работы «Поле» и «Эколог-ЭМП» по проблемам электромагнитной экологии отрасли «Связь». При проведении указанных работ использованы следующие основные и научные и научно-прикладные результаты диссертационной работы:

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Филиппов, Дмитрий Викторович, 2001 год

1. Айзенберг Г.З. Коротковолновые антенны. М.: Связьиздат, 1962 -816 е., ил.

2. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ / Под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч. 41. М.: Связь, 1977. - 384 с.

3. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. М.: Наука, 1967.-780с.

4. Антенно-фидерные устройства: технологическое оборудование и экологическая безопасность / Бузов А.Л., Казанский Л.С., Романов В.А., Носов H.A. и др.; Под ред. А.Л. Бузова. М.: Радио и связь, 1998.-221 с.

5. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс. Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1988. 128 е.: ил.

6. Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Высшая школа, 1992. - 416 с.

7. Белоцерковский С.М., Лифанов И.К. Численные методы в сингулярных интегральных уравнениях. М.: Наука. Главная ред. Физико-математической литературы, 1985. - 256 с.

8. Бородулин И.В., Стрижков В.А. Электродинамическое моделирование фазированных антенных решеток из проволочных излучателей // Электросвязью 1995. - №3 - С. 33-34.

9. Брауде Л.Г. Использование сетчатых моделей для расчета входных сопротивлений самолетных антенн декаметрового диапзона волн // Труды НИИР. 1989. - № 3. - С.79-86.

10. Ю.Бузов А.Л., Казанский Л.С. Многоканальные антенные решетки для толстых опор // XXVII Научно-техническая конференция «Теория и техника антенн»: Тез. докл. М., 1994.-С. 110-113.

11. П.Бузов А.Л., Кольчугин Ю.И, Носов H.A., Павлов A.B. Измерение параметров антенн в безэховой камере // Метрология и измерительная техника в связи. 1998. - №4.- С. 12-13.

12. П.Бузов А.Л., Кольчугин Ю.И. и др. Энергетическая характеристика ближнего поля, создаваемая ручными радиотелефонами систем сотовой подвижной связи. // Деп. Рук. М.: № 2112-св97, от 27.11.97.

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

14. Бузов А.Л., Казанский Л.С., Носов H.A., Юдин В.В. Исследование импедансной структуры типа четвертьволновый стакан для тонких опор // Труды НИИР. 1998. - С. 103-105.

15. Бузов А.Л., Казанский Л.С., Носов H.A., Юдин В.В. Антенны на основе импедансных структур типа волновой канал для толстых опор // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. 1998. -6, № 1. - С. 81-84.

16. П.Бузов А.Л., Филиппов Д.В., Юдин В.В. Применение метода Галерки-на для решения сингулярного интегрального уравнения тонкого вибратора. // Сб. Труды НИИР- 2000. С. 64-66.

17. Васильев Е.Н, Малушков Г.Д. Распределение тока на цилиндре средней толщины. Известия вузов - Радиофизика, 1975, 10, №4. - С. 530-538.

18. Варбанский A.M. Передающие телевизионные станции. М.: Связь, 1980.-328 с.

19. Васильев E.H. Возбуждение тел вращения. М.: Радио и связь, 1987. -271 с.

20. Воеводина С.Н. Решение систем уравнений с клеточно-теплицевыми матрицами // Вычислительные методы и программирование. М.: МГУ. 1975. Вып. 24. С. 94-100.

21. Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика / Под ред. Г.З. Айзенберга. -М.: Связь, 1971.-488 с.

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

23. Гахов Ф.Д., Черский Ю.И. Уравнения типа свертки. М.: Наука, 1978,-296 с.

24. Гахов Ф.Д. Краевые задачи. -М.: Наука, 1977. 640 с.

25. Гольдштейн Л.Д., Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. М.-Сов. радио, 1971. - 664 с.

26. Гостюхин B.JL, Гринева К.И., Климачев К.Г., Трусов В.Н. Математические модели антенных решеток и способы их численной реализации. // Изв. Вузов СССР. Радиоэлектроника. 1981. №6. С. 15-26.

27. Гостюхин B.JL, Гринева К.И., Трусов В.Н. Вопросы проектирования активных ФАР с использованием ЭВМ / Под ред. Гостюхина B.JL -М.: Радио и связь, 1983. -248 с.

28. ГОСТ Р 51139-98. Устройства сложения сигналов нескольких передатчиков телевизионного и радиовещания диапазонов ОВЧ и УВЧ. М.: Издательство стандартов, 1998.

29. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Физматгиз, 1962. 1100 с.

30. Гуревич Р.В., Супаков H.A., Иттенберг А.И. Антенщик-мачтовик радиоцентров и ПТС. Учеб. пособие. М.: Радио исвязь, 1990. - 224 е.: ил.

31. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа.- М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1967. - 368 с.

32. Джишкариани A.B. К решению сингулярных интегральных уравнений приближенными проекционными методами // Журнал вычислительной математики и математической физики. Т. 19. 1979. - № 5. -С. 1149-1161.

33. Джишкариани А.В. К решению сингулярных интегральных уравнений коллокационными методами // Журнал вычислительной математики и математической физики. Т. 21. 1981. - №2. - С. 355-362.

34. Дручинин С.В. Критерий отсутствия искажений при решении интегрального уравнения электрического поля методом моментов // Радиотехника и электроника. 1995. - №12. - С. 1776-1777.

35. Дэннис Дж., Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и решения нелинейных уравнений. Пер. с англ. М.: Мир, 1988. - 440 е., ил.

36. Журбенко Э.М. О строгой теории элементарного электрического вибратора // Электросвязь. 1995. - №3. - С. 34-36.

37. Захаров Е.В., Пименов Ю.В. численный анализ дифракции радиоволн. М.: Радио и связь, 1982. - 184 с.39.3оммерфельд А. Электродинамика: Пер. с нем. / Под ред. С.А. эль-кинда. М.: ИЛ, 1958. - 501 с.

38. Иванов В.К. О некорректно поставленных задачах // Математический сборник. 1963. - Т.61. - №2.

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

40. Казанский Л.С. Способ расчета прямых антенн с помощью обобщенной эквивалентной цепи: провод переменного радиуса // Радиотехника и электроника. 1998. - № 2. - С. 175-179.

41. Казанский Л.С. Способ расчета проволочных антенн произвольной конфигурации с помощью обобщенной эквивалентной цепи И Радиотехника и электроника. 1999. - № 6. - С. 705-709.

42. Канторович Л.В., Крылов В.И. Приближенные методы высшего анализа, изд. 3-е, М. Л., 1950.

43. Каталог фирмы «Andrew Corporation».46.Каталог фирмы «Kathrein».

44. Кольчугин Ю.И. К вопросу гигиенического нормирования электромагнитного излучения диапазона частот 300-3000 мегагерц. // Медицина труда и промышленная экология, №9, 1996.

45. Кольчугин Ю.И. Разработка методик расчета, измерений и исследование электромагнитных полей вблизи антенн сотовой подвижной связи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Самара. 1998.

46. Кольчугин Ю.И. Система защиты окружающей среды и человека от воздействия электромагнитных полей. // Электросвязь, №1, 1997.

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

48. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1968.-832 с.

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

50. Красильников А.Д., Филиппов Д.В. Панельная антенна дециметрового диапазона. Тезисы докл. VII Российской научно-технической конференции ПГАТИ Самара, 2000. - С. 117.

51. Крылов В.А., Юченкова Т.В. Защита от электромагнитных излучений. -М.: Сов. Радио, 1972.

52. Крылов Т.Н. Цилиндрические кольцевые и вертикальные антенны, -М. Д.: Энергия, 1965. - 204 с.

53. Кудин В.П., Рубан А.П. Алгоритмизация задач возбуждения проволочных структур //Известия вузов. Радиоэлектроника. 1986. - №3. -С.22-25.

54. Кузнецов В.Д., Носов Ю.Н. Уменьшение числа вибраторов кольцевой антенной решетки // Труды НИИР. 1983. - №3. - С.22-25.

55. Куликовская E.JI. Защита от действия радиоволн. JL: Судостроение, 1970.

56. Лешеев A.A. Интегральные уравнения теории тонких вибраторов // Радиотехника. 1995. - № 1-2. С. 22-25.

57. Лиштаев О.Б., Лучанинов А.И., Толстова C.B., Шокало В.М. Математическая модель и алгоритм анализа электродинамических характеристик проволочных излучателей сложной геометрии // Радиотехника. 1992. - № 1-2. - С. 87-89.

58. Марков Г.Т., Сазонов Д. М. Антенны. Учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1975.

59. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1983. - 296 е., ил.

60. Минин Б.А. СВЧ и безопасность человека. М.: Сов. Радио, 1974.

61. Михлин С.Г. Вариационные методы в математической физике. М.: Наука, 1970 - 250 с.

62. Мусхелишвили Н.И. Сингулярные интегральные уравнения. Главная ред. Физико-математической литертуры изд-ва "Наука", 1968.

63. Назаров В.Е., Рунов A.B., Подининогин В.Е. Численное решение задач об основных характеристиках и параметрах сложных проволочных антенн // Радиотехника и электроника. Вып.6. минск.: Вышейшая школа, 1976.-С. 153-157.

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

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

66. Неганов В.А., Нефедов Е.И., Яровой Г.П. Полосково-щелевые структуры сверх- и крайневысоких частот. М.: Наука. Физматлит, 1996. - 304 с.

67. Нефедов Е.И., Радциг Ю.Ю., Эминов С.И. Теория интегральных уравнений дифракции электромагнитных волн // ДАН, 1995.-Т.345. -№2. -С. 186-187.

68. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн. -М.: Наука, 1973.-608 с.

69. Носов Ю.Н. Кольцевая антенная решетка с матрицей Батлера // Труды НИИР. 1982. - № 3. - С. 30-33.

70. Определение уровней электромагнитного поля в местах размещения средств телевидения и ЧМ-радиовещания: Методические указания. -М.: Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996. 15 с.

71. Парийский Б.С. Экономичные методы численного решения уравнений в свертках и систем алгебраических уравнений с теплицевыми матрицами. М.: ВЦ АН СССР, 1977.

72. Плотников В.Н., Сочилин A.B., Эминов, С.И. Численно-аналитический метод расчета вибраторных антенн // Радиотехника. 1996. № 7.

73. Прудников А.П., Брычков Ю. А., Маричев О.Н. Интегралы, ряды. Специальные функции. М.: Наука, 1983. 797 с.

74. Прудников А.П., Брычков Ю. А., Маричев О.Н. Интегралы, ряды. Элементарные функции. М.: Наука, 1981. 700 с.

75. РадцигЮ.Ю., Сочилин A.B., Эминов С.И. Исследование методом моментов интегральных уравнений с точными и приближенными ядрами // Радиотехника. 1995. - № 3. - С. 55-57.

76. Рунов A.B. О специализации интегрального уравнения тонкой проволочной антенны произвольной геометрии к некоторым частным случаям // Радиотехника и электроника. Вып. 6. Минск.: Вышейшая школа. 1976. С. 161-167.

77. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: Учеб. для радиотехнич. спец. вузов. -М.: Высш. шк., 1988.-432 е.: ил.

78. Сподобаев М.Ю., Филиппов Д.В. Численное моделирование электромагнитных полей антенн ОВЧ и УВЧ диапазонов, расположенных над поверхностью конечных размеров // Информатика, радиотехника, связь: Сб. трудов ученых Поволжья. Вып.5. Самара, 2000. - С.45-49.

79. Сподобаев М.Ю., Филиппов Д.В. Электромагнитная обстановка вблизи технических средств НЧ и СЧ диапазонов. В кн.: Сподобаев Ю.М., Кубанов В.П. Основы электромагнитной экологии. М.: Радио и связь, 2000. - С. 85-90.

80. Сподобаев М.Ю., Филиппов Д.В. Электромагнитная обстановка вблизи технических средств ВЧ диапазона. В кн.: Сподобаев Ю.М., Кубанов В.П. Основы электромагнитной экологии. М.: Радио и связь, 2000.-С. 116-132.

81. Сподобаев Ю.М., Кубанов В.П. Основы электромагнитной экологии. М.: Радио и связь. 2000. - 240 с.

82. Сподобаев Ю.М, Филиппов Д.В. Применение метода сингулярных интегральных уравнений для анализа распределения тока по структурам из цилиндрических проводников. Тезисы докл. VII Российской научно-технической конференции ПГАТИ Самара, 2000. - С. 122.

83. Сподобаев Ю.М., Юдин B.B. Электродинамический анализ линейных решеток параллельных вибраторов // Сборник научных трудов молодых ученных ПИИРС. Самара. - 1996. - С. 49-54.

84. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1981. 720 с.

85. Справочник по специальным функциям / Под ред. М. Абрамовича и И. Стигана. М.: Наука, Главная ред. Физматлит, 1979. - 832 с.

86. Техническая электродинамика / Пименов Ю.В., Вольман В.И., Му-равцов А.Д. Под ред. Ю.В. Пименова: Учеб. пособие для вузов. М.: радио и связь, 2000. - 536 е.: ил.

87. Стрэттон Дж. А. Теория электромагнетизма: Пер. с. англ./ под ред. С.М. Рытова. М.; Л.: ГИТТЛ, 1948. - 540 с.

88. Тихонов А.Н, Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. -Изд. 3-е, исправленное. -М.: Наука, 1986.

89. Тихонов А.Н, Гончарский A.B., Степанов В.В., Ягола А.Г. Численные методы решения некорректных задач. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990.

90. Фальковский О.И. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1978. -432 с.

91. Филиппов Д.В. Определение границ области подстилающей поверхности, существенно влияющей на распределение тока по линейному симметричному вибратору // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. 1999. - 7, №1 - С. 134-141.

92. Филиппов Д.В., Юдин В.В. Особенности инструментального контроля электромагнитной обстановки на территории ВЧ передающего радиоцентра при смешанном характере воздействия. // Метрология и измерительная техника в связи. №1. - 2000. - С.21-22.

93. Фрадин А.З., Рыжков Е.В. Измерение параметров антенно-фидерных устройств. М.: Гос. изд-во литературы по вопросам связи и радио, 1962. - 316 с.

94. Хемминг P.B. Численные методы для научных работников и инженеров: Пер. с англ. / Под ред. P.C. Гутера. М.: Наука, 1972. - 400 с.

95. Цлаф Л.Я. Вариационное исчисление и интегральные уравнения. — М.: Наука, 1966.

96. Элетромагнитные излучения радиочастотного диапазона. Санитарные правила и нормы. М.: Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996. - 28 с.

97. Электродинамические методы анализа проволочных антенн / А.Л. Бузов, Ю.М. Сподобаев, Д.В. Филиппов, В.В. Юдин; Под ред. В.В. Юдина М.: Радио и связь, 2000. - 153 е.: ил.

98. Эминов С.И. Теория интегрального уравнения тонкого вибратора // Радиотехника и электроника. Т. 38. 1993. - Вып. 12. - С. 2160-2168.

99. Эминов С.И. Теория интегро-дифференциальных уравнений вибраторов и вибраторных решеток // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. 1997. Том V. Вып. 2(18). С. 48-58.

100. Юдин В.В. Разработка и программная реализация эффективных численных методов электродинамического анализа антенн диапазона ОВЧ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Самара. 1995.

101. Юдин В.В. Расчет параметров антенн, выполненных в виде замкнутых периодических структур // Труды НИИР. 1995. - С. 57-61.

102. Юдин В.В. Анализ проволочных антенн на основе интегрального уравнения Харрингтона методом моментов с использованием различных весовых функций // Электродинамика СВЧ и КВЧ, 1996. Т.4. -№4. С. 116-124.

103. Юдин В.В. Электродинамический анализ кольцевых антенных решеток с поворотной симметрией. Деп. В ГП ЦНТИ «Информсвязь» 5.02.96, №2071-св96.

104. Ш.Яцкевич В. А., Каршакевич С.Ф. Устойчивость процесса сходимости численного решения в электродинамике // Известия вузов СССР Радиоэлектроника. - 1981. - С. 66-72.220

105. Othmar Gotthard. FM- und TV-Sendeantennen-systeme. Kathrein Werke KG, Rosenheim, 1989, p. 254.

106. Imbriale W. A., Inderson P.G. On numerical convergence of moment solution of moderately thick wire antennas using sinusoidal basis functions. IEEE Trans., 1973, AP-21, N 3, p.363.

107. Klein C., Mittra R. Stability of matrix equations, arising in electromagnetics. IEEE Trans., 1973, AP-21, N 6, p. 902.

108. Mei K.K., IEEE trans. On Ant. and Prop., AP-14, 374 (1965).

109. Pearson L.W. A separation of the logarithmie singularity in the exact kernel of the cylindrical antenna integral equation. IEEE Trans., 1975 AP-23, N2, p. 435.

110. Popovic B.D. Polinomial Approximation of Current along Thin Simmetrical Cylindrical Dipoles. Proc. IEE, 1970, vol. 17, N 5.

111. Richmond J.H. Computer analysis of three-dimentional wire antennas. -Techn.Rep. N2708-4, Electro-Science Lab., Ohio State University, Columbus, Ohio, 1969.

112. Tsai L.L. Analysis and measurement of a dipol antenna mounted simmetrically on a conducting sphere or cylinder, Ph. D. Dissertation, the Ohio State Univercity, Columbus, Ohio, 1970.

113. Turpin R.H. Basis transformation, least square, and characteristic mode techniques for thin-wire scattering analysis, Ph. D. Dissertation, The Ohio State University, Columbus, Ohio, 1969.