Многофункциональные унифицированные комплексы антенн для аппаратуры спецтехники и связи диапазона крайне высоких частот тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат наук Кузнецов Анатолий Васильевич

• Кузнецов Анатолий Васильевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Кузнецов Анатолий Васильевич

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР СПЕЦТЕХНИКИ, СИСТЕМ И СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ДИАПАЗОНА КВЧ

1.1 Аппаратура систем охранного мониторинга, контрольно-измерительной техники, систем контроля и обеспечения безопасности дорожного движения

1.2 Телевизионные распределительные сети

1.3 Гетерогенные беспроводные сети передачи информации общего назначения

1.4 Гетерогенные беспроводные сети передачи информации специального назначения

1.5 Выводы

2. ТРЕБОВАНИЯ К АНТЕННАМ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УНИФИЦИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ И ВЫБОР БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

2.1 Требования к антеннам аппаратуры спецтехники, систем и сетей передачи информации

2.2 Выбор базовых антенных элементов для многофункциональных унифицированных комплексов антенн КВЧ

2.3 Выводы

3. СОСТАВ, МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТ И РЕАЛИЗАЦИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО УНИФИЦИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА АНТЕНН КВЧ НА ОСНОВЕ ПОЛОСКОВЫХ АНТЕНН ВЫТЕКАЮЩЕЙ ВОЛНЫ

3.1 Состав унифицированного комплекса антенн на основе полосковых АВВ

3.2 АВВ нормального излучения на основе структур с периодическими дифракционными решетками

3.3 Математическая модель для определения конструктивных параметров излучающего раскрыва полосковой АВВ нормального излучения

3.4 Методика проектирования полосковой АВВ нормального излучения с пониженным уровнем боковых лепестков диаграммы направленности

3.5 Разработка плоских полосковых АВВ с пониженным уровнем бокового излучения

3.5.1 Расчет параметров излучающего раскрыва

3.5.2 Разработка устройства возбуждения в виде гребенчатой полосковой линии

3.5.3 Разработка устройства возбуждения в виде волноводно-щелевого делителя мощности

3.5.4 Синтез конструкции плоской полосковой АВВ с заданными амплитудными распределения в раскрыве

3.6 Имитационное моделирование разработанных полосковых АВВ с пониженным уровнем боковых лепестков диаграммы направленности

3.6.1 Моделирование антенны с гребенчатой полосковой линией

3.6.2 Моделирование антенны с волноводно-щелевым делителем мощности

3.7 Исследование характеристик сканирования полосковых АВВ с последовательным и параллельно-последовательным возбуждением

3.7.1 Разработка и имитационное моделирование сканирующей полосковой АВВ с последовательным возбуждением

3.7.2 Разработка и имитационное моделирование сканирующей полосковой АВВ с параллельно-последовательным возбуждением

3.8 Выводы

4. СОСТАВ, РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И РЕАЛИЗАЦИИ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО УНИФИЦИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА АНТЕНН КВЧ НА ОСНОВЕ МИКРОПОЛОСКОВОЙ КОЛЛИНЕАРНОЙ АНТЕННЫ

4.1 Состав и структура компонент унифицированного комплекса антенн на осно-

ве коллинеарной антенны с круговой диаграммой направленности

4.2 Рекомендации по проектированию унифицированного комплекса антенн на основе микрополосковой коллинеарной антенны с круговой диаграммой направленности

4.2.1 Цилиндрические антенные решетки на основе МКА

4.2.2 Плоские антенные решетки на основе ОМА

4.3 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение. Акт о реализации результатов диссертационных исследований

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Значительная ширина, наличие частотных полос малого и повышенного ослабления радиоволн в атмосфере, возможность построения малогабаритных антенн с фиксированными и управляемыми характеристиками делают диапазон КВЧ весьма привлекательным для реализации как традиционных, так и новых радиотехнических устройств и систем общего и специального назначения. В их числе - перспективные устройства управления, контроля и измерений, распределительные телевизионные и компьютерные сети. Особый интерес вызывают многофункциональные высокоскоростные аналоги современных сетей мобильной связи в виде гетерогенных беспроводных сетей передачи информации (ГБСПИ) с малыми ячейками, включающих мобильные и стационарные терминалы, базовые станции и ретрансляторы. Так, в ряде масштабных зарубежных проектов подобных сетей для малых ячеек с точками доступа абонентов предполагается использовать полосу частот 57-66 ГГц, а для связи базовых станций и ретрансляторов -полосу 71-86 ГГц. В аппаратной части названных выше систем и сетей, несомненно, важную роль играют антенны КВЧ. На данный момент в аппаратуре разных уровней распределительной телевизионной сети или гетерогенной сети связи предложено использовать комплекс из нескольких разнотипных антенн с фиксированными и управляемыми диаграммами направленности. Однако в силу специфики конструкций и технологий производства антенн КВЧ воплощение в жизнь подобных проектов в части разработки антенной техники требует участия множества предприятий и организаций, как правило, специализирующихся на разработках и производстве определенных типов антенн.

В этой связи вполне логичной и актуальной представляется задача унификации комплексов антенн, позволяющей существенно сузить круг соисполнителей, сократить сроки проектирования и избежать при этом неоправданных финансовых и иных затрат. Такие комплексы могут быть реализованы в виде наборов

антенных решеток с различными характеристиками и функциональными возможностями - например, с круговой, секторной, многолучевой или сканирующей диаграммой направленности (ДН), включая остронаправленные антенны с высоким коэффициентом усиления.

Очевидно, что наибольший экономический эффект может быть достигнут в случае использования в антенных решетках минимального числа базовых элементов. В их качестве весьма перспективными представляются хорошо известные, конструктивно простые и технологичные плоские антенны вытекающей волны (АВВ) на основе диэлектрических волноводов с полосковыми дифракционными решетками и микрополосковые коллинеарные антенны (МКА) КВЧ с круговой ДН нормального и наклонного излучения.

Степень разработанности темы исследования

Значительный вклад в теорию и практику построения линейных и плоских АВВ (включая антенны с управляемой ДН) на основе структур, содержащих ДВ с полосковыми ДР, внесли известные зарубежные (A.A. Oliner, D.R. Jackson, T. Teshirogi, T. Kawamura, A. Yamamoto, J.A. Encinar, F. Frezza, P. Baccarelli, P. Burghignoli, M. Ettorre, M. Ghomi, H. Baudrand, J.L. Gomez-Tornero, М. Matsumoto и др.) и отечественные (представители научной школы академика В.П. Шестопа-лова, Е.И. Нефедов, С.Е. Банков, В.И. Юдин, Ю.Б. Нечаев, Ю.Г. Пастернак, А.В. Останков, А.И. Климов и др.) ученые и специалисты. Обширные и глубокие исследования в области теории практики построения микрополосковых антенн и решеток выполнили зарубежные (J.R. James, P.S. Hall, R. Garg, P. Bhartia, I. Bahl, R. Bancroft, B. Bateman, K. Solbach, H. Iizuka и др.) и российские (Б.А. Панченко, Е.И. Нефедов, Ю.Б. Нечаев, В.А. Обуховец, А.О. Касьянов и др.) ученые и специалисты. Однако довольно много вопросов в отношении выбора базового типа АВВ, методик проектирования АВВ с низким уровнем бокового излучения, выбора конструктивных параметров, рабочих типов волн и частот АВВ с фазовым сканированием ДН, а также в части создания комплекса микрополосковых антенных решеток с требуемыми функциональными возможностями и характеристи-

ками остаются открытыми. Поэтому построение многофункциональных унифицированных комплексов антенн (УКА) КВЧ требует решения ряда задач по разработке эффективных методик их проектирования и рекомендаций по практической реализации.

Целью диссертационной работы является разработка многофункциональных унифицированных комплексов антенн с фиксированными и сканирующими диаграммами направленности различной формы для аппаратуры спецтехники и связи диапазона крайне высоких частот (КВЧ), построенных на основе антенн вытекающей волны и микрополосковых коллинеарных антенн.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Выбор единых базовых элементов и разработка рекомендаций, обеспечивающих построение многофункциональных унифицированных комплексов антенн КВЧ с фиксированной или сканирующей диаграммой направленности различной формы.

2. Разработка и апробация методики проектирования излучающего рас-крыва и устройств возбуждения плоских антенн вытекающей волны нормального излучения с Н-поляризацией, обеспечивающей реализацию антенн с пониженным уровнем боковых лепестков диаграммы направленности.

3. Разработка и апробация методики проектирования излучающего рас-крыва многовходовых полосковых антенн вытекающей волны с Н-поляризацией с последовательным и параллельно-последовательным возбуждением, обеспечивающей реализацию антенн с фазовым сканированием диаграммы направленности с минимальным снижением коэффициента направленного действия в заданной плоскости.

4. Разработка и апробация компонент унифицированных комплексов антенн КВЧ на основе полосковой антенны вытекающей волны в виде структуры с диэлектрическим волноводом и полосковой дифракционной решеткой и микропо-лосковой коллинеарной антенны с круговой диаграммой направленности.

Научная новизна

В работе получены следующие новые результаты:

1. Рекомендации по составу и реализации компонент двух многофункциональных унифицированных комплексов антенн КВЧ, обеспечивающих формирование фиксированной или сканирующей ДН различной формы, отличающихся использованием единых базовых элементов в виде плоской антенны вытекающей волны с одномерной полосковой дифракционной решеткой и микрополосковой коллинеарной антенны с круговой диаграммой направленности.

2. Методика проектирования плоской антенны вытекающей волны нормального излучения с пониженным уровнем боковых лепестков диаграммы направленности в Е- и Н-плоскости с Н-поляризацией, содержащей экранированный диэлектрический волновод с полосковой дифракционной решеткой и устройство возбуждения в виде переменно-фазной гребенчатой полосковой линии, основанная на методе вытекающих волн, отличающаяся использованием имитационного моделирования выделяемых в антенне трехпортовых полосковых структур с варьируемыми геометрическими параметрами и определения коэффициентов ослабления с учетом конечных размеров антенны и взаимного влияния ее элементов.

3. Рекомендации по построению и использованию устройств возбуждения диэлектрического волновода, выполненных в виде переменно-фазной гребенчатой полосковой линии и переменно-фазного волноводно-щелевого делителя мощности, обеспечивающие реализацию плоской антенны вытекающей волны нормального излучения с Н-поляризацией с пониженным уровнем боковых лепестков диаграммы направленности в Н-плоскости.

4. Методика проектирования излучающего раскрыва многовходовой плоской антенны вытекающей волны с Н-поляризацией, содержащей одномерную по-лосковую дифракционную решетку, обеспечивающей фазовое сканирование диаграммы направленности в заданной плоскости при минимальном снижении коэффициента направленного действия, отличающаяся рекомендациями по выбору

конструктивных параметров раскрыва антенны в режиме синфазного возбуждения входов в рабочей полосе частот.

5. Результаты имитационного моделирования компонент двух многофункциональных унифицированных комплексов антенн КВЧ с фиксированной и сканирующей диаграммой направленности на основе единых базовых элементов -плоской полосковой антенны вытекающей волны, а также микрополосковой кол-линеарной антенны с круговой диаграммой направленности.

Теоретическая значимость работы заключается в разработке методик проектирования и рекомендаций по практической реализации компонент многофункциональных унифицированных комплексов антенн КВЧ на основе конструктивно простых и высокотехнологичных базовых антенных элементов:

- комплекса плоских полосковых антенн вытекающей волны, включающего антенны нормального излучения, антенны с пониженным уровнем боковых лепестков диаграммы направленности и антенны с однокоординатным фазовым сканированием диаграммы направленности;

- комплекса микрополосковых линейных, цилиндрических и плоских антенных решеток, включающего решетки с круговой, фиксированной, сканирующей в ограниченном угловом секторе или в пределах 360 градусов в азимутальной плоскости диаграммы направленности.

Практическая значимость работы состоит в том, что внедрение предложенных в работе унифицированных комплексов антенн обеспечивает сокращение сроков и уменьшение затрат материальных ресурсов на проектирование и внедрение аппаратуры спецтехники, систем и сетей связи диапазона КВЧ.

Методология и методы исследования

В диссертации использованы методы технической электродинамики, теории устройств СВЧ и антенн, а также имитационное моделирование антенн с помощью компьютерных программ.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Антенна вытекающей волны в виде структуры с экранированным диэлектрическим волноводом и одномерной полосковой дифракционной решеткой, а также микрополосковая коллинеарная антенна с круговой диаграммой направленности, выбранные в качестве базовых элементов, обеспечивают экономичную реализацию компонент двух многофункциональных унифицированных комплексов антенн КВЧ с фиксированными или сканирующими ДН различной формы.

2. Методика проектирования плоской антенны вытекающей волны, нормального излучения с Н-поляризацией и содержащей экранированный диэлектрический волновод, дифракционную решетку с варьируемой шириной полосок и гребенчатую полосковую линию с варьируемой длиной боковых выступов, использующая имитационное моделирование двух выделяемых в антенне трехпор-товых структур и определение коэффициентов ослабления с учетом конечных размеров антенны и взаимного влияния ее элементов, позволяет реализовать антенну с уровнем боковых лепестков диаграммы направленности в Е- и Н-плоскости не выше -20 дБ.

3. Плоские антенны вытекающей волны, построенные на основе одномерно-периодических полосковых структур нормального излучения с Н-поляризацией с устройствами возбуждения в виде переменно-фазной гребенчатой полосковой линии или переменно-фазного волноводно-щелевого делителя мощности с постоянными конструктивными параметрами и короткими замыканиями на расстоянии половины длины волны от центров крайних элементов, обеспечивают формирование диаграммы направленности в Н-плоскости с уровнем боковых лепестков не более -25 дБ.

4. Методика проектирования многовходовой плоской антенны вытекающей волны с Н-поляризацией на основе симметричной структуры с двумя одномерно-периодическими полосковыми подрешетками и параллельно-последовательным возбуждением раскрыва с конструктивными параметрами, обеспечивающими при синфазном возбуждении входов в рабочей полосе частот наклонное излучение

подрешеток в направлениях краев раскрыва в Е-плоскости под углом, не превышающим половину ширины диаграммы направленности подрешетки, позволяет реализовать антенну с однокоординатным фазовым сканированием диаграммы направленности в Н-плоскости с минимальным снижением КНД в угловом секторе шириной не менее 40°.

Реализация и внедрение результатов работы

Основные результаты работы в виде рекомендаций по составу и практической реализации унифицированных комплексов антенн КВЧ, методик проектирования и рекомендаций по реализации плоских антенн вытекающей волны КВЧ с пониженным уровнем бокового излучения, результатов разработки и компьютерного моделирования полосковых антенных решеток КВЧ внедрены в АО «Концерн «Созвездие» (г. Воронеж) применительно к технической основе системы связи и управления при выполнении плановых НИОКР, а также ряда важнейших работ, заданных Решениями Президента и Правительства РФ, в частности, работ по темам «Кассиопея», «Москва», «Созвездие-М», «Созвездие-М2» и других для определения направлений и путей совершенствования систем связи и пунктов управления специального назначения.

Достоверность и обоснованность основных положений и выводов, содержащихся в диссертационной работе, базируется на корректном использовании теории и численных методов электродинамики и антенн, подтверждается результатами имитационного моделирования с использованием апробированного программного обеспечения, а также в частных случаях согласованием с результатами, опубликованными в научной литературе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Многофункциональные унифицированные комплексы антенн для аппаратуры спецтехники и связи диапазона крайне высоких частот»

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационного исследования доложены и обсуждены на XVIII Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» (Казань, 2017), XVI Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложе-

ния волновых процессов» (Миасс, 2017), XXIV Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2018).

Публикации

По теме диссертации опубликовано16 научных работ, в числе которых семь работ в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и два свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.

Личный вклад автора в получении результатов, изложенных в диссертации, состоит в анализе известных технических решений по построению компактных антенн КВЧ с фиксированной и сканирующей диаграммой направленности [26, 27, 33, 50, 51, 59, 85, 109, 110], разработке предложений по составу и рекомендаций по практической реализации унифицированных комплексов антенн на основе плоских антенн вытекающей волны и микрополосковой коллинеарной антенны с круговой диаграммой направленности [27, 33, 48, 58, 59, 85, 109-112], разработке и апробации методики проектирования излучающего раскрыва и устройств возбуждения плоских антенн вытекающей волны с пониженным уровнем бокового излучения [33, 48, 60, 85], разработке и апробации методики проектирования плоских антенн вытекающей волны с фазовым сканированием диаграммы направленности [27, 58, 59].

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 113 наименований и одного приложения. Основная часть работы изложена на 154 страницах, содержит 133 рисунка, 6 таблиц.

1. ОБЗОР СПЕЦТЕХНИКИ, СИСТЕМ И СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ДИАПАЗОНА КВЧ

Диапазон КВЧ весьма перспективен для построения радиотехнических систем передачи информации (РТСПИ) [1-12] и специальной техники - охранных устройств [13-15], автомобильных радаров систем обеспечения безопасности движения [1-18], контрольно-измерительной аппаратуры [8, 19, 20]. Радиосистемы диапазона КВЧ отличаются высокой угловой разрешающей способностью, пропускной способностью и пространственной скрытностью [1-7, 10-12, 21].

Интенсивное освоение диапазона КВЧ началось примерно с 60-х годов XX века - сначала для радиоастрономических наблюдений, в 70-х годах - для радиолокации, радиоуправления и ближней радиосвязи. С 80-х годов стало возможным использование диапазона КВЧ в коммерческих целях. В 90-х годах, появление автомобильного радара предотвращения столкновений, работающего на частоте 77 ГГц, отметило первое ориентированное на широкий круг потребителей использование радиочастот выше 40 ГГц. В США в диапазоне КВЧ четыре полосы были открыты для коммерческих приложений.

В настоящее время уже успешно эксплуатируются охранные устройства, работающие на частоте 61,25 ГГц [13], автомобильные радары, работающие на частотах полосы 76-89 ГГц [17, 18], измерители уровня и вибрации, работающие на частотах полос 36-38 и 92-94 ГГц [19-22].

В числе РТСПИ, безусловно, выделяются радиорелейные системы передачи прямой видимости, работающие на частотах вплоть до 94 ГГц [1, 2], а также высокоскоростные микросотовые стационарные беспроводные системы связи, для эксплуатации, например, внутри помещений для обеспечения работы компьютерных сетей [4-6, 10-12].

Полоса 59-64 ГГц (в зарубежной технической литературе называемая V-диапазоном), из-за существенного ослабления радиоволн (до 16 дБ/км на частоте 60 ГГц, рисунок 1.1 [2]) в силу их резонансного поглощения молекулами кисло-

рода оказывается особенно перспективной для реализации коротких радиолиний в плане повышения электромагнитной совместимости, помехозащищенности, скрытности, в возможности повторного использования частот. Особенно важным достоинством таких радиолиний является энергетическая скрытность, затрудняющая их обнаружение и, соответственно, снижающая вероятность радиоперехвата.

Частота, ГГц

10 15 30 60 100 150 300

100 —

10 -

г

£ 1,0-<в г

! 0,IO-ii

ГО

0,01 -

0,001 -30

Рисунок 1.1 - Частотная характеристика ослабления радиоволн

в тропосфере

В диапазоне 60 ГГц в ряде стран мира, в частности, в Российской Федерации, выделена полоса 58,25-63,25 ГГц, которая может использоваться без лицензирования и позволяет обеспечить гигабитные скорости передачи информации [23].

Другим важным достоинством использования диапазона КВЧ является возможность формирования узких ДН с помощью антенн существенно меньших размеров, чем, например, в диапазоне СВЧ.

К недостаткам радиолиний КВЧ следует отнести сильную зависимость их характеристик от погодных условий. Для частичной компенсации возникающих по этой причине негативных эффектов изготовителями оборудования РТСПИ

20 10 5 3 2 1

Длина волны, мм

применяются адаптивные процедуры, динамически меняющие в зависимости от состояния атмосферы скорость передачи информации, ширину полосы, тип кодирования и модуляции. Подобные решения гарантируют работу радиолиний практически в любых погодных условиях.

Большие перспективы имеют системы ближней подвижной радиосвязи КВЧ. В частности, использование таких сетей небольшого радиуса действия (порядка сотен метров) подразделениями армии и спецподразделениями правоохранительных служб может быть решающим для успешного проведения военных и специальных операций [7, 24]. Высокоскоростные скрытные сети связи, например, между транспортными средствами в процессе выдвижения воинского подразделения к месту предполагаемых боевых действий, или спецподразделения полиции к месту проведения контртеррористической операции, а также между сотрудниками в ее процессе позволяют обеспечить защищенную передачу текущей оперативной информации, тактических инструкций и засекреченных данных и команд. В этом отношении для защиты системы радиосвязи используются четыре известных принципа: предотвращение непреднамеренного излучения радиосигналов, минимизация рассеянного излучения, затруднение обнаружения радиосигналов и, в случае возможного обнаружения, защита от вскрытия передаваемых сообщений [24].

Как было сказано выше, в плане построения помехозащищенных систем ближней радиосвязи особый интерес вызывает использование интервала в окрестности частоты 60 ГГц. Это позволяет обеспечить весьма высокую скрытность работы систем радиосвязи. В случае систем, работающих в диапазоне 60 ГГц, оценка чувствительности приемника аппаратуры радиоперехвата, обеспечивающего вероятность обнаружения 0,9 при вероятности ложной тревоги (ошибки) 10-8, приводит к весьма низкому значению -124 дБм, причем система должна сканировать пространственный угловой сектор 60°*60° в течение не менее 400 мс [24].

1.1 Аппаратура систем охранного мониторинга, контрольно -измерительной техники, систем контроля и обеспечения безопасности дорожного движения

В числе современных устройств охраны периметра объектов и территорий выделяется охранный извещатель серии «Абрис», рисунок 1.2 [13].

Рисунок 1.2 - Охранный извещатель «Абрис»

Двухпозиционный радиоволновый извещатель «АБРИС» предназначен для охраны периметра объекта и позволяет блокировать как наземные рубежи, так и верх ограждений.

«АБРИС» обладает рядом уникальных характеристик, обусловленных выбором рабочей частоты 61,25 ГГц, тогда как большинство современных радиоволновых средств обнаружения работает на значительно более низких частотах порядка 9,5, 10,5 и 24 ГГц [14, 15]. Благодаря этому максимально затрудняется обнаружение работающего извещателя техническими средствами с большого расстояния (например, с самолета), что является существенным фактором при маскировке важных объектов. Осложняется нарушение работы извещателя с помощью преднамеренных помех, обеспечивается надежная работа при установке извеща-теля вблизи линий электропередачи.

Охранные извещатели «АБРИС» также могут применяться для защиты периметра сложной формы с помощью отражателей, имеющих минимальные размеры в сравнении с аналогами. В числе основных технических характеристик изве-щателя заслуживают внимания следующие [13]:

1. Протяженность зоны обнаружения: от 10 до 300 м.

2. Ширина зоны обнаружения: не более 1,2 м в середине охраняемого участка протяженностью 300 м.

Масса комплекта (приемника и передатчика) не более 5 кг; с блоком питания - не более 6,5 кг.

Размеры блоков:

- передатчика: 350x100x100 мм3;

- приемника: 350x100x100 мм3;

- блока питания: 115x140x55 мм3.

Как видно, извещатель имеет довольно большую длину и диаметр, что обусловлено применением в качестве приемопередающей антенны конического рупора. Судя по размерам апертуры антенны, ее коэффициент усиления (КУ) должен составлять 30-31 дБ. В этой связи возникает естественное предложение заменить громоздкую рупорную антенну высокотехнологичной плоской антенной решеткой, например, плоской АВВ [25]. Это позволит радикально уменьшить объем устройства в целом и действительно обеспечить возможность его скрытной установки (маскировки) на охраняемом объекте.

Другим примером спецтехники диапазона КВЧ являются автомобильные радары систем предупреждения столкновений, работающие, например, в полосе частот 76-77 ГГц [17, 18]. Такие устройства обеспечивают надежное обнаружение препятствий на расстояниях до 100-150 м за счет плавного или дискретного электрического сканирования ДН в довольно широком угловом азимутальном поле обзора - до ±(30-40)°, рисунок 1.3 [17].

Рисунок 1.3 - Зоны фронтального, бокового и заднего обзора авторадара

В качестве антенн с электрическим сканированием ДН в азимутальной плоскости используются плоские микрополосковые или волноводно-щелевые многолучевые антенны (изготовленные по технологии БГ^), управляемые с помощью микрополосковой линзы Ротмана (рисунок 1.4) или ФАР (рисунок 1.5) [17, 18, 26, 27].

Рисунок 1.4 - Примеры многолучевых полосковых антенных решеток

с ДОС в виде линзы Ротмана

LO port IF outputs

Рисунок 1.5 - Пример микрополосковой ФАР

Так, например, 16-элементная ФАР (рисунок 1.5) построена на основе мик-рополосковых антенных решеток, и БЮе приемопередатчика. Собственно антенная решетка имеет КНД не менее 29,3 дБ и КУ 28,3 дБ в полосе частот 77-81 ГГц, обеспечивая грубое (в пределах до ±50°) и более плавное (в пределах ±10°) сканирование ДН, рисунок 1.6 [18].

Рисунок 1.6 - ДН ФАР при сканировании

Наконец, третьим примером спецтехники диапазона КВЧ являются измерители уровня (рисунок 1.7) [21, 22] и вибрации (рисунок 1.8), широко применяемые в строительстве, химическом производстве и др. [19, 20].

Рисунок 1.7 - Радарный уровнемер диапазона КВЧ

Рисунок 1.8 - Радарный измеритель вибрации диапазона КВЧ

В частности, радарные измерители вибрации RVS-36P и RVS-94P работают на частотах 36±0,25 и (94±0,5) ГГц. В измерителях используются рупорные антенны с шириной ДН 10x8°. Размеры измерителя RVS-36P 215x175x135 мм3, масса 4,6 кг [19, 20]. Высокие технические характеристики имеет радиоволновый вибродатчик РВД-94, работающий на частоте (93,00±1,00) ГГц [20], также снабжённый рупорной антенной.

Очевидно, что основную долю объема и массы названных выше устройств занимают довольно громоздкие рупорные антенны.

1.2 Телевизионные распределительные сети

Диапазон КВЧ не менее привлекателен для реализации наземных распределительных сетей телевизионного вещания (ТВ) в зоне прямой видимости, построенных по сотовому принципу и имеющих радиус действия до 7-10 км [8].

Например, в системе «Сити-1» по аналогии со спутниковым ТВ используется протокол DVB-S/DVB-S2 [8]. Единственное отличие - ТВ сигнал передается в диапазоне частот 40,5-43,5 ГГц. При этом обеспечивается передача до 700 ТВ программ в один сектор соты. Система «Сити-1» имеет сотовую структуру, основой которой служит размещаемая в центре передающая базовая станция (БС). Радиопередатчики оснащаются антеннами с секторными ДН шириной 30, 60 или 90 градусов; соответственно, сота разбивается на 12, 6 или 4 сектора. Аппаратура БС устанавливаются на телевизионной вышке или любом ином возвышении, в частности, на крыше наиболее высокого здания. Радиоприемники системы «Сити-1» оснащаются остронаправленными двухзеркальными антеннами Кассегрена с диаметром 300, 450 или 600 мм. Антенны радиоприемников нацеливаются на БС своего сектора. Дальность действия таких радиолиний достигает 7-10 км, в зависимости от состояния атмосферы, главным образом, наличия и интенсивности осадков на трассе распространения радиоволн.

В силу практически прямолинейного распространения радиоволн в полосе частот 40,5-43,5 ГГц, во всех сотах допустимо использование одинаковых частот, поскольку приёмные антенны нацелены на БС своего сектора и практически не принимают излучение из смежных сот. Для исключения интерференции на границах смежных секторов соты применяется разная поляризация. В системе используются радиоволны с ортогональными линейными поляризациями - горизонтальной и вертикальной.

1.3 Гетерогенные беспроводные сети передачи информации общего назначения

На сегодняшний день для реализации беспроводных систем передачи информации, в частности, локальных вычислительных сетей, разработан и внедряется стандарт IEEE 802.11ad, предусматривающий использование радиоволн V-диапазона [28, 29].

Первые популярные стандарты для беспроводных ЛВС (IEEE 802.11a и b) были разработаны, прежде всего, для использования веб-браузера и электронной почты. Так как скорость широкополосного соединения была ограничивающим фактором, a относительно медленное беспроводное соединение было достаточным - стандарт IEEE 802.11a обеспечил до 54 Мбит/с на частоте 5 ГГц, а стандарт IEEE 802.11b до 11 Мбит/с на 2,4 ГГц. Более поздний пересмотр этих стандартов привел к появлению IEEE 802.11g в 2003 г., использующий частоту 2,4 ГГц, но сохранивший максимум скорости передачи данных 54 Мбит/с. Далее последовал стандарт 802.11n в 2009 г. с максимальной скоростью передачи данных в единственном канале более чем 100 Мбит/с. Этот новый стандарт также ввел в практику технологию MIMO [28].

Стандарт IEEE 802.11ad - это стандарт Wi-Fi, обеспечивающий пропускную способность до 6 Гбит/с на частотах диапазона 60 ГГц [29]. Чтобы достичь гигабитных скоростей, используется группа частот. Этот стандарт ориентирован на зоны обслуживания очень малого радиуса действия (не более 10 м) для передачи большого объема информации, например, HD-видео.

Однако одним из наиболее интересных и перспективных направлений использования радиоволн диапазона КВЧ является построение высокоскоростных, универсальных в плане характера передаваемой информации, гетерогенных беспроводных сетей передачи информации (ГБСПИ) - как гражданского, так и специального назначения.

ГБСПИ строятся по сотовому принципу, заложенному в современные системы стандарта 5 G. Показательным примером служит масштабный европейский проект MiWaveS [10-12], выполненный 15-ю организациями-соисполнителями, ориентированный на разработку ключевых технологий для реализации беспроводного доступа и организации связи между ячейками ГБСПИ в диапазоне КВЧ, рисунок 1.9 [10]. На рисунке 1.9 обозначено: UE - оборудование пользователей; АР - узел точки доступа; ВН - узел транспортной сети; BS - базовая станция с секторными антеннами; WG - шлюз беспроводной меш-сети.

0 ® ®

О

BS, Macro Base-station with sector antennas Coverage area of Macro Base-station sector BH,Backhaul node AP, Access Point node

WG, Wireless Mesh Network (WMN) Gateway

UE, User Equipment

BH-BHmmW backhaul link

AP-AP mmW backhaul relay link

AP-UE mmW access link (active)

AP-UE mmW access link (multiconn./multipath)

High capacity fixed (fiber) connection to Mobile Core

Рисунок 1.9 - Проект построения ГБСПИ КВЧ

Для пользовательских терминалов (смартфонов, планшетов, ноутбуков и др.), работающих в V-диапазоне в полосе частот 57-66 ГГц, в проекте [10-12] разработаны:

1) апертурно-связанная патч-антенна с размерами 10^10 мм2, питаемая микрополосковой линией, с фиксированной ДН шириной порядка 60°*60°, линейной поляризацией и КУ до 8,9 дБ на частоте 61,5 ГГц, изготовленная на мно-

гослойной органической подложке с использованием технологии жидкокристаллических полимеров (LCP) и материала R03003;

2) патч-антенна с линейной поляризацией на многослойной подложке из низкотемпературной керамики (LTCC) марки А6М-Б, обеспечивающая КУ до 10 дБ на частоте 61,5 ГГц.

В полосе частот 57-66 ГГц обе антенны удовлетворительно согласуются с 50-0мной питающей линией и имеют КУ не менее 5 дБ.

Для аппаратуры точек доступа разработаны:

1) Восьмиэлементная линейная решетка микрополосковых патч-антенн с диаграммообразующей системой (ДОС) в виде микрополосковой линзы Ротмана, обеспечивающая фиксированную или коммутируемую по пяти азимутальным направлениям ДН в секторе ±30° при максимальном КУ 3,4 дБ (с учетом 8,6 дБ потерь в линзе Ротмана и электронном коммутаторе) на частоте 60,5 ГГц (рисунок 1.10);

2) щелевая антенная решетка комбинированной конструкции с фиксированной ДН, изготовленная с использованием технологии SIW и многослойной структуры на основе LTCC, с максимальным КУ 14,25 дБ на частоте 62,7 ГГц (полоса по уровню снижения КУ на 3 дБ 54-66 ГГц), УБЛ ДН не более -17,5 дБ, эффективность излучения не менее 33 % (в среднем 46 %); размеры конструкции 32,5x34x3,4 мм3, 18 слоев (рисунок 1.11);

3) многолучевая антенна в виде двух щелевых АР гибридной конструкции с электрическим переключением ДН на 11 направлений в секторе ±38° в полосе частот 57-66 ГГц, КУ при излучении по нормали к апертуре 20,15 дБ и 17,5 дБ для крайних направлений; максимальная эффективность 55 % на частоте 61,5 ГГц; размеры конструкции 50x100x3,4 мм3, 16 ЦГСС слоев;

4) микрополосковые ФАР на многослойных подложках, в частности, решетка 2x4 размерами 18,8x18,6 мм2 с КУ 17 дБ, сканирующая в секторе ±30°; решетка из 32 модулей имеет КУ 31 дБ.

Для аппаратуры транспортных сетей между точками доступа и базовыми станциями - в виде соединений типа точка-точка в V- и E-диапазоне (71-86 ГГц) требуются остронаправленные антенны с линейной поляризацией и переключаемой в секторе до ±6° ДН шириной порядка единиц градусов и КУ от 30 дБ, причем размеры антенны ограничены 100*100*50 мм3. Соответственно, в рамках проекта [10-12] были разработаны:

1) линзовая антенна с диэлектрической линзой (напечатанной на 3D-принтере) диаметром 80 мм, облучаемая микрополосковой решёткой из пяти патч-антенн, с фиксированной ДН и КУ до 24 дБ в полосе частот 57-66 ГГц (рисунок 1.12);

2) линзовая антенна с плоской микрополосковой линзой, с фиксированной ДН и КУ до 33 дБ, и с линзой, облучаемой 5-элементной микрополосковой решёткой - с электрическим переключением ДН в секторе ±6,1° и КУ до 26 дБ в полосе частот 57-66 ГГц (рисунок 1.13);

3) щелевая антенная решетка (32 протяженных щели) комбинированной конструкции на основе алюминиевого блока с параллельным волноводным делителем мощности и микрополосковой секторной зеркальной антенны, с фиксированной ДН и максимальным (по результатам компьютерного моделирования) КУ 31 дБ в полосе частот 71-86 ГГц, а также сканирующий вариант с переключением ДН на 4 направления в секторе ±7° с предполагаемым КУ до 20 дБ (рисунок 1.14).

Рисунок 1.10 - Микрополосковая линейная решетка с линзой Ротмана

Рисунок 1.11 - Щелевая антенная решетка с дискретным сканированием ДН

Рисунок 1.12 - Антенна с диэлектрической линзой

Рисунок 1.13 - Антенна с плоской линзой с дискретным переключением ДН

Рисунок 1.14 - Щелевая антенная решетка с дискретным сканированием

ДН

В заключительном докладе о выполнении проекта MiWaveS отмечено, что полученные результаты подтвердили реализуемость доступа и транспортных сетей, как внутри, так и вне помещений, с использованием недорогих и экономичных приемопередатчиков [12].

1.4 Гетерогенные беспроводные сети передачи информации специального назначения

В отношении разработок ГБСПИ специального назначения следует отметить, что, например, еще в 2009 году Министерство обороны Великобритании выдвинуло концепцию MANET, основанную на использовании радиолиний, работающих в окрестности частоты 60 ГГц, для создания беспроводных систем передачи информации. Такие системы, отличающиеся повышенной помехоустойчи-

востью и скрытностью, должны дополнять существующие «низкочастотные» системы и предоставлять большую свободу действий подразделений различных силовых структур в условиях потенциальной угрозы радиоперехвата средствами наземной, авиационной и космической радиоразведки [7]. Подобные исследования проводились и продолжаются и в других странах, например, в США [24]. На данный момент уже разработана и испытана аппаратура ближней радиосвязи КВЧ прямой видимости. Такая аппаратура, обеспечивающая радиосвязь на уровнях взвода или роты на расстояниях не менее нескольких километров, включает в себя ручные, укрепляемые на защитном шлеме устройства с ненаправленным излучением, бинокулярные устройства (с шириной ДН порядка углового поля зрения оптического прицела - до 7°) , а также поясные устройства, конвертирующие сигналы штатных радиостанций ОВЧ и УВЧ в сигналы диапазона КВЧ [24]. При этом в качестве ненаправленных антенн применены биконические рупоры, а в качестве направленных (для бинокулярных систем) - конические рупоры, диэлектрические линзовые антенны круговой или линейной поляризации. Для связи между точками доступа разработаны системы, работающие в диапазонах 35, 60 и 94 ГГц, обеспечивающие скорости передачи информации более 34 Мбит/с [24]. Однако работы в данной области носят преимущественно закрытый характер, поэтому в открытой печати доступны весьма скудные сведения о таких проектах и достигнутых результатах.

Значительный прогресс в части разработок и производства полупроводниковых приборов (особенно интегральных микросхем) диапазона КВЧ [30] позволяют размещать компактные приемопередатчики и антенны КВЧ в снаряжении сотрудника спецподразделения. Другим важным аспектом применения систем КВЧ является возможность обеспечения информационного превосходства над противником при проведении спецопераций за счет передачи по беспроводным каналам связи практически любой информации, начиная от речевых сообщений вплоть до телевизионных изображений в формате телевидения высокой четкости в режиме реального времени [7]. В состав экипировки военнослужащего или со-

трудника спецподразделения полиции обязательно входит защитный шлем с компактными мониторами карты местности и видео в реальном времени от других членов команды; набор физиологических датчиков, контролирующих работу сердца, температуру тела и подвижность; множество биохимических датчиков, обнаруживающих опасные газы, а также приборы ночного и видения и тепловизоры. Применение таких устройств, несомненно, улучшает ситуативную осведомленность, причем как для командного центра, так и для всех сотрудников, участвующих в спецоперации, рисунок 1.15 [7].

Рисунок 1.15 - Пример использования MANET на ограниченной территории

Естественно, что для реализации ГБСПИ специального назначения также требуется целый комплекс антенн КВЧ с различными ДН и функциональными возможностями - как в плане формирования ДН заданной формы, так и в плане обеспечения ее секторного или кругового сканирования в азимутальной плоскости.

1.5 Выводы

Анализ существующих и перспективных образцов специальной техники и РТСПИ КВЧ диапазона показал, что в части антенно-фидерных устройств уже используемой и перспективной аппаратуры применяются самые разнообразные технические и технологические решения. Ассортимент антенн весьма обширен и включает как сравнительно простые микрополосковые патч-антенны, так и апер-турные (рупорные, рупорно-линзовые и зеркальные) антенны, щелевые и микро-полосковые антенные решетки с фиксированной ДН, а также многолучевые антенны и ФАР, зачастую имеющие довольно сложные, низкотехнологичные и громоздкие конструкции.

Вместе с тем, с точки зрения производителя антенно-фидерной техники, как возможного соисполнителя разработок и производства устройств спецтехники и комплексов аппаратуры для ГБСПИ КВЧ, было бы рационально иметь унифицированные комплексы антенн, построенные на основе подходящих по совокупности характеристик базовых антенных элементов. С этой целью в следующей главе работы сформулированы обобщенные технические требования к антеннам и предложения по выбору базовых элементов для таких унифицированных комплексов.

2. ТРЕБОВАНИЯ К АНТЕННАМ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УНИФИЦИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ И ВЫБОР БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

2.1 Требования к антеннам аппаратуры спецтехники, систем и сетей передачи информации

Проведенный в главе 1 анализ характеристик устройств спецтехники и аппаратуры РТСПИ КВЧ показал, что перспективные антенны должны иметь высокотехнологичные конструкции минимально возможного объема и массы и обладать следующими характеристиками и функциональными возможностями.

1. Антенны для охранных и контрольно-измерительных устройств должны иметь относительную полосу рабочих частот от 0,5 до 2 % и обеспечивать формирование фиксированной ДН с уровнем боковых лепестков не более -17 дБ и КУ при линейной поляризации не менее 30 дБ.

2. Антенны для аппаратуры наземных телевизионных сетей должны иметь относительную полосу рабочих частот до 5-7 % и обеспечивать формирование:

- круговой азимутальной ДН и КУ при линейной поляризации не менее 810 дБ;

- фиксированной игольчатой ДН и КУ при линейной поляризации не менее 30 дБ;

- переключаемой в азимутальной плоскости секторной ДН шириной не более 90° и КУ при линейной поляризации не менее 10 дБ;

3. Антенны для автомобильных радаров должны иметь относительную полосу рабочих частот порядка 1 % и обеспечивать формирование многолучевой или сканирующей в азимутальной плоскости в угловом секторе не менее ±(20-30)° ДН и КУ при линейной поляризации не менее 24-28 дБ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кузнецов Анатолий Васильевич, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вишневский, В. Миллиметровый диапазон как промышленная реальность / В. Вишневский // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. - 2011. - № 1. -С. 90-97.

2. Вишневский, В., Фролов, С., Шахнович, И. Радиорелейные линии связи в миллиметровом диапазоне: новые горизонты скоростей / В. Вишневский, С. Фролов, И. Шахнович // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. - 2010. - № 3. - С. 70-79.

3. Huang, Kao-Cheng. Millimetre Wave Antennas for Gigabit Wireless Communications: a Practical Guide to Design and Analysis in a System Context / Kao-Cheng Huang, David J. Edwards. - JohnWiley & Sons Ltd, 2008 . - 271 P.

4. Millimeter-Wave Enhanced Local Area Systems: A High-Data-Rate Approach for Future Wireless Networks / Amitava Ghosh [et al.] // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. - June 2014. - V. 32. - No. 6. - P. 1152-1163.

5. Elkashlan, M. Millimeter-Wave Communications for 5G: Fundamentals: Part I [Guest Editorial] / M. Elkashlan, M. T. Q. Duong, H.-H. Chen. // IEEE Communications Magazine. - 2014. - V. 52. - No. 9. - P. 52-54.

6. Elkashlan, M. Millimeter-Wave Communications for 5G - Part 2: Applications / M. Elkashlan, M. T. Q. Duong, H.-H. Chen. // IEEE Communications Magazine. - 2015. - V. 53. - No. 1. - P. 166-167.

7. Cotton, Simon L. Millimeter-Wave Soldier-to-Soldier Communications for Covert Battle-field Operations / Simon L. Cotton, G. Scanlon William // IEEE Communications Magazine, October 2009. - P. 72-81.

8. Беспроводные системы связи [Электронный ресурс]. - URL: http : //dokltd.ru/products

9. Ando, M. Planar Waveguide Arrays for Millimeter Wave Systems / M. Ando // IEICE Trans. Commun. - V. E93-B. - No. 10, October 2010. - P. 25042513.

10. EU project MiWaveS launched to develop future 5G cellular mobile networks [Электронный ресурс]. - URL: https://www.microwavejournal.com/articles/22894-eu-project-mi waves-l aunched-to-devel op-future-5g-cel l ul ar-mobi l e-networks

11. Millimeter-Wave Evolution for Backhaul and Access [Электронный ресурс]. - URL: http s: //www. miweba.eu/wp-content/uploads/2014/08/MiWEBA D1.2 v1.5.pdf

12. Nokia, Intel and European telcos behind MiWaveS small cell project for 5G [Электронный ресурс]. - URL: https://www.telecomtv.com/content/5g/nokia-intel-and-european-telcos-behind-miwaves-small-cell-proiect-for-5g-11686/

13. АБРИС-01 [Электронный ресурс]. - URL: http://sb-78.ru/product/abris-ap-200-01-300-m-dvukhpozitsionnyi-mikrovolnovoi-izveshchatel-vsepogodnyi

14. ТСО: Средства обнаружения [Электронный ресурс]. - URL: http: //nicohrana.ru/sredstva-obnaruzheniya. html

15. Двухпозиционные радиоволновые охранные извещатели [Электронный ресурс]. - URL: http://www.umirs.ru/catalog/two-positions-radio-signals/

16. Сысоева, С. Актуальные технологии и применения датчиков автомобильных систем активной безопасности / С. Сысоева // Компоненты и технологии. - 2007. - № 3. - C. 34-44.

17. Millimeter-wave technology for automotive radar sensors in the 77 GHz frequency band / J. Hasch [et al.] // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. - 2012. - Vol. 60. - No. 3. - P. 845-860.

18. A 77-81-GHz 16-Element Phased-Array Receiver With 50 Beam Scanning for Advanced Automotive Radars / B.-H. Ku [et al.] // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. - 2014. - Vol. 62. - No. 11. - P. 2823-2832.

19. Технические характеристики вибродатчика RVS-36P [Электронный ресурс]. - URL: http://www.kit-site.ru/equipment/RVI/tech vibr/

20. Бесконтактный радиоволновой вибродатчик RVS-36P [Электронный ресурс]. - URL: http: //www. kit-site. ru/equipment/RVI/

21. Радарные уровнемеры [Электронный ресурс]. - URL: http : //теплоприбор .рф/produkcij a/radarnye-urovnemery/

22. RVM-94P радиоволновой измеритель на частоте 94 ГГц [Электронный ресурс]. - URL: http : //www. pribor-service. ru/catalog/analiz-kontrol-izmerenie/Izm_vibraciy/rvm-94p.htm

23. Об использовании радиоэлектронными средствами фиксированной службы полосы радиочастот 58,25-63,25 ГГц: Решение ГКРЧ при Министерстве информационных технологий и связи Российской Федерации от 20 декабря 2011 года № 11-13-06-1.

24. Bains, A. S. An Overview of Millimeter Wave Communications for Military Applications / A. S. Bains // Defense Science Journal. - 1993. - Vol. 43. - No. 1. -Р. 27-36.

25. Пат. 2517724 C1 Российская Федерация, МПК7 H01Q13/28, H01P3/16. Плоская антенна вытекающей волны / Д. Н., Борисов, А. В. Золотухин, А. И. Климов, Ю. Б. Нечаев, В. И. Юдин; заявитель и патентообладатель Воронежский государственный университет. - № 2012144897/08; заявл. 22.10.2012; опубл. 27.05.04, Бюл. № 15.

26. Кузнецов, А.В. Сравнительный анализ характеристик плоских антенных решеток КВЧ / А. В. Кузнецов // Охрана, безопасность, связь - 2017 : Сб-к статей. - Вып. 3. - Часть 2. - Воронеж : Воронежский институт МВД России, 2017. - С. 63-66.

27. Кузнецов, А .В. Сравнительный анализ сканирующих антенных решеток диапазона КВЧ / А. В. Кузнецов, А. И. Климов, Ю. Б. Нечаев // Радиолокация, навигация, связь: сборник трудов XXIV Международной научно-технической конференции (17-19 апреля 2018 г.). В 5-и томах. - Воронеж : 2018. - Т. 4. - С. 256-266.

28. Педжман Рошан, Джонатан Лиэри. Основы построения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11. Руководство Cisco = 802.11 Wireless Local-Area Network Fundamentals. - Москва : «Вильямс», 2004. - С. 304.

29. IEEE 802.11ad (WiGig) [Электронный ресурс]. - URL: http://www.tadviser.ru/index.php:IEEE 802.11ad (WiGig)

30. RF & Microwave [Электронный ресурс]. - URL: https://www.analog.com/en/landing-pages/001/analog-devices-welcomes-hittite-microwave-corp.html

31. Климов, А. И. Разработка и исследование плоских дифракционных антенн СВЧ и КВЧ диапазонов с электрически управляемыми характеристиками.

- Воронеж : Научная книга, 2010. -117 с.

32. Nechaev, Ju. B., Borisov, D. N., Klimov, A. I. Planar Leaky-Wave Antenna Arrays for Millimeter Wave Application / Ju. B. Nechaev, D. N. Borisov, A. I. Klimov / Recent Advances in Circuits, Systems, Telecommunications and Control: Proceedings on the 1st WSEAS International Conference on Wireless and Mobile Communication Systems (WMCS"13), Paris, France, 29-31 Oct., 2013. - P. 85-89.

33. Кузнецов, А. В. Плоские антенны вытекающей волны СВЧ и КВЧ с пониженным уровнем бокового излучения / А. В. Кузнецов // Проблемы техники и технологий телекоммуникаций: сборник трудов XVIII Международной научно-технической конференции (20-24 ноября 2017 г.). - В 2-х томах. - Казань : 2017.

- Т. 2. - С. 154-157.

34. Кузнецов, А. В. Эффективность излучения плоских антенн вытекающей волны / А. В. Кузнецов // Физика и технические приложения волновых процессов: материалы XVI Международной научно-технической конференции (1014 сентября 2018 г.). - Миасс : 2018. - С. 82-84.

35. Ерошенко, Д. А., Климов, А. И., Кузнецов, А. В. Плоская антенная решетка диапазона КВЧ с высоким коэффициентом усиления / Д. А. Ерошенко, А. И. Климов, А. В. Кузнецов // Вестник Воронежского института МВД России. -2017. - № 4. - С. 175-181.

36. Антенны для беспроводных систем и сетей передачи информации: монография / А. И. Климов, Ю. Б. Нечаев, К. А. Разинкин, А. В. Ситников. Воро-

неж : ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет». -Воронеж : 2016. - 163 с.

37. Шестопалов, В. П. Физические основы миллиметровой и субмиллиметровой техники. Т. 1. Открытые структуры. - Киев : Наук. думка, 1985. -216 с.

38. Уолтер, К. Антенны бегущей волны / Под ред. А.Ф. Чаплина. -Москва : Энергия, 1970. - 448 с.

39. Oliner, A. A. Leaky-wave Antennas / A. A. Oliner, D. R. Jackson / In J. L. Volakis (Ed.), Antenna Engineering Handbook. - New York, NY : McGraw-Hill, 2007. - 1755 р.

40. Baccarelli, P. 1-D Periodic Leaky-Wave Antennas: Radiation Properties and Design Aspects / P. Baccarelli // Roma: Italy. - April 26-29, 2011. - 65 p.

41. Baccarelli, P. Full-wave Analysis of Printed Leaky Wave Phased Arrays / P. Baccarelli [et al] // Int. J. RF Microwave Computer Aided Engineering, 2002. - V. 12. - P. 272-287.

42. Burghignoli, P. Analysis and Optimization of Leaky-Wave Radiation at Broadside from a Class of 1-D Periodic Structures / P. Burghignoli, P. G. Lovat, D. R. Jackson // IEEE Trans. Antennas and Propagation. - 2006. - Vol. 54. - №. 9. - P. 2593-2603.

43. Пастернак, Ю. Г. Математическое моделирование, оптимизация и автоматизированное проектирование дифракционных и вибраторных мобильных антенных решеток / Ю. Г. Пастернак; под ред. В.И. Юдина. - Воронеж : Изд-во Воронежского государственного технического университета, 1999. -257 с.

44. Останков, А. В. Ретроспективный анализ возможностей, конструкций и основных характеристик дифракционных антенн вытекающей волны // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. -Т. 6. - № 8. - С. 75-81.

45. Борисов, Д. Н. Исследование характеристик плоских антенных решеток вытекающей волны, рассчитанных для режима нормального излучения /

Ю. Б. Нечаев, Д. Н. Борисов, А. И. Климов, А. В. Золотухин // Известия вузов. Радиоэлектроника, 2013. - Т. 56. - № 10. - С. 3-12.

46. Пат. № 2435260 Российская Федерация, МПК7 H01Q13/00. Плоская антенна / Ю. Б. Нечаев, А. И. Климов, Н. С. Хохлов, В. И. Юдин, П. Н. Радько; заявитель и патентообладатель: ОАО «Концерн «Созвездие». - 2010100683/07; за-явл. 11.01.2010; опубл. 27.11.2011, бюл. № 33.

47. Planar Single-Layer Leaky-Wave Antenna Array / D. N. Borisov, D. A. Eroshenko, A. I. Klimov, Yu. B. Nechaev / Proc. of 24th Int. Conf. "SHF Technique and Telecommunication Technologies" 7-13 Sept. 2014, Krimea, Sevastopol : Vol. 1. - P. 509-510.

48. Кузнецов, А. В. Оптимизация излучающего раскрыва плоской сканирующей антенны вытекающей волны / Д. А. Ерошенко, А. И. Климов, Ю. Б. Нечаев, А. В. Кузнецов // Радиотехника. - 2016. - № 5.- С. 54-57.

49. Однослойные антенные решетки вытекающей волны с центральным питанием / Д. Н. Борисов, Д. А. Ерошенко, А. И. Климов, Ю. Б. Нечаев, В.И. Юдин // Вестник Воронежского государственного технического университета. -2015. - Т. 11. - № 1. - С. 74-78.

50. Кузнецов, А. В. Антенны вытекающей волны терагерцового диапазона / А. В. Кузнецов, А. И. Климов, Ю. Б. Нечаев // Радиолокация, навигация, связь: сборник трудов XXIV Международной научно-технической конференции (17-19 апреля 2018 г.). - В 5-и томах. - Воронеж : 2018. - Т. 4. - С. 13-18.

51. Кузнецов, А. В. Антенная решетка терагерцового диапазона / А. И. Климов, А. В. Кузнецов, Ю. Б. Нечаев // Вестник Воронежского института МВД России. - 2018. - № 1. - С. 66-72.

52. Planar center-fed leaky-wave antenna arrays for millimeter wave systems / A. I. Klimov, Yu. B. Nechaev, D. N. Borisov, I. V. Peshkov // 2015 International Conference on Antenna Theory and Techniques: Dedicated to 95 Year Jubilee of Prof. Yakov S. Shifrin, ICATT 2015. Proceedings of International Conference on Antenna

Theory and Techniques, 21-24 April, 2015, Kharkiv : Ukraine. - P. 211-213. DOI 10.1109/ICATT.2015.7136832.

53. Антенны для систем ближней радиосвязи и охранных устройств диапазона КВЧ / Э. К. Алгазинов, Д. Н. Борисов, Д. А. Ерошенко, А. И. Климов, Ю. Б. Нечаев, / Сб. докл. 25-й Междунар. конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» 6-12 сентября 2015 г., Севастополь : С. 361-363.

54. Modifications of Planar Leaky Wave Antenna Arrays / D. N. Borisov, D. A. Eroshenko, A. I. Klimov, Yu. B. Nechaev / 2015 International Siberian Conference on Control and Communications, SIBCON 2015 - Proceedings, 2015. - P. 884888.

55. Климов, А. И. Математические модели дисперсионных характеристик структур вытекающей волны / С. А. Антипов, Д. А. Ерошенко, А. И. Климов // Вестник Воронежского государственного университета. - 2015. - Т. 11. - № 6. -С. 112-116.

56. Исследование характеристик плоских антенных решеток СВЧ и КВЧ диапазонов на основе ленточных структур вытекающей волны / С. А. Антипов, Д. Н. Борисов, Д. А. Ерошенко, А. И. Климов, Ю. Б. Нечаев // Радиотехника. - 2014. - № 6. - С. 78-81.

57. Однослойные антенные решетки вытекающей волны с центральным питанием / Д. Н. Борисов, Д. А. Ерошенко, А. И. Климов, Ю. Б. Нечаев, В. И. Юдин // Вестник Воронежского государственного технического университета. -2015. - Т. 11. - № 1. - С. 74-78.

58. Кузнецов, А. В. Плоская сканирующая антенна вытекающей волны / А. В. Кузнецов // Проблемы техники и технологий телекоммуникаций: сборник трудов XVIII Международной научно-технической конференции (20-24 ноября 2017 г.). В 2-х томах. - Казань : 2017. - Т. 2. - С. 150-153.

59. Кузнецов, А. В. Характеристики сканирования плоской антенны вытекающей волны / М. А. Галуза, А. И. Климов, А. В. Кузнецов // Вестник Воронежского института МВД России. - 2018. - № 4. - С. 119-129.

60. Климов, А. И., Ерошенко, Д. А., Нечаев, Ю. Б. Анализ дисперсионных характеристик периодических структур вытекающей волны / Д. А. Ерошенко, А. И. Климов, Ю. Б. Нечаев // Радиотехника. - 2016. - № 5. - C. 54-57.

61. Teshirogi, T. Dielectric Leaky Wave Antenna / T. Teshirogi [et al.]: United States Patent Application Publication. - Pub. No.: US 2008/0303734 A1, Pub. Date: Dec. 11, 2008.

62. Kawamura, T. Dual-Layer Parallel-Plate Waveguide Feed for Dielectric Leaky-Wave Antenna / T. Kawamura [et al.] // Proceedings of ISAP2007. - 2007. - Ni-igata, Japan. - P. 117-120.

63. Teshirogi, T. Experiments on Dielectric Leaky-Wave Antennas with Parallel-Plate Waveguide Feed / T. Teshirogi [et al.] // ISAP2008, 27-28 October 2008. -No.1C06-1. - P. 36-42.

64. Podilchak, Simon K. A Printed "Bull-Eye" Leaky-Wave Antenna Fed by a Non-Directive Surface Wave Launcher / Simon K. Podilchak [et al] // Proceedings of the 2nd European Wireless Technology Conference, Rome : Italy, 28-29 September, 2009. - P. 81-83.

65. Ogusu, K. Propagation Properties of a Planar Dielectric Waveguide with Periodic Metallic Strips / K. Ogusu // IEEE Trans. MTT, 1981. - Vol. 29. - No. 1. -P. 16-21.

66. Ghomi, М. Full-Wave Analysis of Microstrip Leaky-Wave Antenna / М. Ghomi, H. Baudrand // Electron. Lett. - 1989. - Vol. 25. - No. 13. - P. 870-871.

67. Kaganovsky, Y. Analysis of Radiation From a Line Source in a Grounded Dielectric Slab Covered by a Metal Strip Grating / Y. Kaganovsky, R. Shavit // IEEE Trans. AP. - 2009. - Vol. 57. - No. 1. - P. 135.

68. Encinar, J. A. Mode-Matching and Point-Matching Techniques Applied to the Analysis of Metal-Strip-Loaded Dielectric Antennas / J. A. Encinar // IEEE Trans. Ant. And Propag., 1990. - Vol. 38. - No. 9. - P. 1405-1412.

69. Encinar, J. A. Analysis and CAD Techniques for Periodic Leaky-Wave Printed Antennas: Numerical and Experimental Results / J. A. Encinar // Int. Journal of

Microwave and Millimeter-Wave Computer-Aided Engineering, 1994. - Vol. 4. -No 1.

- P. 88-99.

70. Matsumoto, M., Tsutsumi, M., Kumagai, N. Radiation of Millimeter Waves from a Leaky Dielectric Waveguide with a Light-Induced Grating Layer / M. Matsumoto, M. Tsutsumi, N. Kumagai // IEEE Trans. Microwave Theory and Techn. - 1987. - Vol. 35. - No. 11. - P. 1033-1041.

71. Matsumoto, M., Tsutsumi, M., Kumagai, N. Millimeter-Wave Radiation Characteristics of a Periodically Plasma-Induced Semiconductor Waveguide / M. Matsumoto, M. Tsutsumi, N. Kumagai // Electron. Lett. - 1986. - Vol. 22. - No. 6. - P. 710-711.

72. Pat. WO 209/014446 A1 (WO), H 01 Q 13/28. Leaky Wave Antenna Using Waves Propagating between Parallel Surfaces / A. Neto [et al]. (IT.NL). -No. 071131338: 25.07.2007; Int. Publ. Date 29.09.2009.

73. Solbach, K. Microstrip-Franklin Antenna / K. Solbach // IEEE Trans. Antennas and Propag. - 1982. - Vol. 30. - No. 4. - P. 773-775.

74. Pat. 7518554 B2 (US), H 01 Q 1/38. Antenna Arrays and Method of Making the Same / R. Bancroft, B. Bateman / № 11/382190 : 08.05.2006; Date of Patent 14.04.2009.

75. Bancroft, R. An Omnidirectional Planar Microstrip Antenna / R. Bancroft, B. Bateman // IEEE Trans. Antennas and Propag. - 2004. - Vol. 52. - No. 11. - P. 3151-3153.

76. Bancroft, R. Design Parameters of an Omnidirectional Planar Microstrip Antenna / R. Bancroft // Microwave and Optical Technology Letters. - 2005. - Vol. 47.

- No. 5. - P. 414-418.

77. Bancroft, R. An Omnidirectional Planar Microstrip Antenna with Low Sidelobes / R. Bancroft, B. Bateman // Microw. Opt. Technol. Lett. - 2004. - Vol. 42. -No. 1. - P. 68-69.

78. Bancroft, R. Radiation Properties of an Omnidirectional Planar Microstrip Antenna / R. Bancroft // Microwave and Optical Technology Letters. - 2008. - Vol. 50.

- No. 1. - P. 55-58.

79. Коноваленко, М. О. Микрополосковая коллинеарная антенна / М. О. Коноваленко, Ю. И. Буянов // Журнал радиоэлектроники. - 2012. - № 2. -7 с.

80. Herbert, M. Aumann. Maximum Directivity of a Series-Fed Microstrip Array Antenna for Wireless Application / M. Aumann Herbert, Kristan A. Tuttle, Francis G. Willwerth // 2011 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation (APSURSI), 3-8 July 2011. - P. 1327 - 1330.

81. Wei, K. P., Zhang, Z. J., Feng, Z. H. Design of a Dualband Omnidirectional Planar Microstrip Antenna Array / K. P. Wei, Z. J. Zhang, Z. H. Feng // Progress In Electromagnetics Research. - 2012. - Vol. 126. - P. 101 -120.

82. Li, J.-Y. An Omnidirectional Microstrip Antenna for WiMAX Applications / J.-Y. Li // IEEE Antennas and Wireless Propag. Lett. - 2011. - Vol. 10. - P. 167-169.

83. Seyed, Hassan Esmaeli1. Optimized Omnidirectional Microstrip Antennas (OMA) for WLAN Applications / Hassan Esmaeli1 Seyed, Khalaj Amirhosseini Mohammad, Hassan SedighyThree Seyed // Progress In Electromagnetics Research Letters.

- 2015. - Vol. 55. - P. 39-43.

84. Jianbiao, Qiu. A newly Designed Omnidirectional Microstrip Antenna for WiMAX Applicationas / Qiu Jianbiao, Pan Jin // 2009 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. - 1-5 June 2009. - 4 P.

85. Климов, А. И. Компактные линейные и плоские антенные решетки для систем радиосвязи диапазона КВЧ /А. И. Климов, А. В. Кузнецов, Ю. Б. Нечаев // Теория и техника радиосвязи. - 2016. - Вып. 2.- С. 70-78.

86. Климов, А.И. Исследование характеристик плоских антенных решеток СВЧ и КВЧ диапазонов на основе ленточных структур вытекающей волны /

С. А. Антипов, Д. Н. Борисов, Д. А. Ерошенко, А. И. Климов, Ю. Б. Нечаев // Радиотехника, 2014. - № 6. - С. 78-81.

87. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных ре-шеток: Учеб. пособие для вузов / Д. И. Воскресенский [и др.]; под ред. Д. И. Воскресенского. - Москва : Радиотехника, 2012. - 744 с.

88. Хансен, Р. С. Фазированные антенные решетки. Второе издание / Р. С. Хансен. - Москва : Tехносфера, 2012. - 560 с.

89. Volakis, J. L. Antenna Engineering Handbook / J. L. Volakis. - McGraw-Hill, 2007. - 1755 р.

90. Bahl, I. J. Microstrip Antennas / I. J. Bahl, P. Barthia. - Ed. Artech House, 1980. - 845 p.

91. James, J. R. Handbook on Microstrip Antennas / J. R. James, P. S. Hall. -London: Peter Peregrinus Ltd, 1989. - 1311 p.

92. Garg, R. Microstrip Antenna Design Handbook / R. Garg, P. Barthia, I. Bahl, A. Ittipiboon. - Ed. Artech House, 2001. - 685 p.

93. ANSYS HFSS [Электронный ресурс]. - URL: https:// an-sys.com/products/electronics/ansys-hfss

94. ANSYS HFSS - Tрехмерное ЭМ-моделирование [Электронный ресурс]. - URL: http : //www. orcada. ru/product/ansy s/ansys 63. html

95. CST MICROWAVE STUDIO [Электронный ресурс]. - URL: https://www. cst. com/products/cstmws

96. CST MICROWAVE STUDIO - система моделирования СВЧ трехмерных структур [Электронный ресурс]. - URL: http://eurointech.ru/eda/microwave design/cst/CST-MICROWAVE-STUDIO.phtml

97. Однослойные антенные решетки вытекающей волны с центральным питанием / Д. Н. Борисов, Д. А. Ерошенко, А. И. Климов, Ю. Б. Нечаев, В. И. Юдин // Вестник Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2015. - T. 11. - № 1. - С. 74-78.

98. Sutinjo, A., Okoniewski, M., Johnston, R.H. Beam Shaping Considerations in a Symmetric Leaky Wave Antenna for Broadside Radiation [Электронный ресурс]. - URL: http://ap-s.ei.tuat.ac.jp/isapx/2008/pdf/1644867.pdf (дата обращения: 12.06.2018).

99. Sutinjo, A., Okoniewski, M., Johnston, R. H. Designing a Linear Microstrip Array for Broadside Radiation Using the Leaky Wave Approach // [Электронный ресурс]. - URL: http://ap-s.ei.tuat.ac.jp/isapx/2008/pdf/1644852.pdf (дата обращения: 12.06.2018).

100. Борисов, Д. Н., Ерошенко, Д. А., Климов, А. И. Плоская антенная решетка миллиметровых волн с высоким коэффициентом усиления и низким уровнем боковых лепестков диаграммы направленности / Д. Н. Борисов, Д. А. Ерошенко, А. И. Климов // Вестник ВИ МВД России. - 2014. - № 1. - С. 15-24.

101. Использование короткого замыкания питающей линии в плоской дифракционной антенне / Ю. Б. Нечаев, Д. Н. Борисов, А. И. Климов, А. В. Золотухин // Физика и технические приложения волновых процессов: тр. XI Междунар. науч.-техн. конф., 26-28 сент. 2012 г. - Екатеринбург : 2012. - С. 221-222.

102. Advanced Connectivity Solutions [Электронный ресурс]. - URL: https: //www.rogerscorp.com/index.aspx

103. Gross, Frank B. Frontiers in Antennas: Next Generation Design & Engineering / Frank B. Gross. / NY : McGraw-Hill Comp., 2011. - 526 p.

104. Панченко, Б. А. Микрополосковые антенны / Б. А. Панченко, Е. И. Нефедов. - Москва : Радио и связь, 1986. - 144 с.

105. Фуско, В. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование / В. Фуско: под ред. В. И. Вольмана. - Москва: Радио и связь, 1990. - 298 с.

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

107. Ando, M. A Post-Wall Center-Feed Waveguide Circuit Consisting of T-Junctions for Reducing the Slot-Free Area in a Parallel Plate Slot Array Antenna / M. Ando, K. Hashimoto, J. Hirokawa // IEICE Transactions. - 2010. - P. 1047-1054.

108. Kumar, Arvind, Raghavan, S. A Review: Substrate Integrated Waveguide Antennas and Arrays / Arvind Kumar and S. Raghavan // Journal of Telecommunication, Electronic and Computer Engineering. - 2016. - Vol. 8. - No. 5. - P. 95-104.

109. Кузнецов, А. В. Унифицированный комплекс антенн для радиосистем диапазона КВЧ / А. И. Климов, А. В. Кузнецов, Ю. Б. Нечаев // Вестник Воронежского института МВД России. - 2018. - № 4. - С. 130-138.

110. Кузнецов, А. В. Линейные антенные решетки диапазона миллиметровых волн / А.В. Кузнецов // Физика и технические приложения волновых процессов: материалы XVI Международной научно-технической конференции (10-14 сентября 2018 г.). - Миасс :2018. - С. 84-86.

111. Программа расчета углов прихода сигнала плоской АР / А. В. Кузнецов, С. И. Тюленев, Н. А. Семенихин / Номер регистрации (свидетельства): 2019611219. Дата регистрации: 23.01.2019. Номер и дата поступления заявки: 2019610228 09.01.2019. Дата публикации и номер бюллетеня: 23.01.2019 Бюл. № 2.

112. Программа расчета углов прихода сигнала конформной АР / А. В. Кузнецов, С. И. Тюленев, Н .А. Семенихин / Номер регистрации (свидетельства): 2019611391. Дата регистрации: 25.01.2019. Номер и дата поступления заявки: 2019610188 09.01.2019. Дата публикации и номер бюллетеня: 25.01.2019 Бюл. № 2.

113. Бененсон, Л. С. Антенные решетки / Л. С. Бененсон, В. А. Журавлев, С. В. Попов, Г. А. Постов; gод ред. Л.С. Бененсона. Москва : Сов. Радио, 1966. - З68 с.

Приложение А. Акт о реализации результатов диссертационных исследований

о реализации в АО «Концерн «Созвездие» результатов диссертационных исследований Кузнецова Анатолия Васильевича

Комиссия в составе: председателя - научного референта, доктора технических наук, профессора H.H. Толстых, членов - руководителя проекта, доктора физико-математических наук А.Б. Муравника и специалиста Е.С Шумиловой установила, что результаты диссертационных исследований Кузнецова Анатолия Васильевича в части

- рекомендаций по составу и практической реализации унифицированных комплексов антенн КВЧ;

- методики проектирования и рекомендации по реализации плоских антенн вытекающей волны КВЧ с пониженным уровнем бокового излучения;

- результатов разработки и компьютерного моделирования полосковых антенных решеток КВЧ,

использованы в АО «Концерн «Созвездие» применительно к технической основе системы связи и управления при выполнении плановых НИОКР, а также ряда важнейших работ, заданных Решениями Президента и Правительства РФ, в частности, работ по темам, «Кассиопея», «Москва», «Созвездие-М», «Со-звездие-М2» и других для определения направлений и путей совершенствования систем связи и пунктов управления специального назначения.

УТВЕРЖДАЮ Научный руководитель АО «Концерн «Созвездие»

Председатель комиссии:

Члены комиссии:

H.H. Толстых

А.Б. Муравник

Е.С. Шумилова