Проектирование сверхширокополосных приемных антенных систем с учетом дифракционных искажений структуры измеряемого поля тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат технических наук Негробов, Владимир Владимирович

• Негробов, Владимир Владимирович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Негробов, Владимир Владимирович

Содержание

Введение

1. Анализ современного уровня развития техники в области создания сверхширокополосных антенных систем, а также методов повышения эффективности их функционирования

1.1. Обзор технических средств и анализ перспектив совершенствования современной аппаратуры радиомониторнига, радиопеленгации и связи

1.2. Анализ перспективных методов формирования «виртуальных» антенных решеток, использующихся в различных технических приложениях

1.3. Выводы по первой главе 5

2. Разработка и исследование путей минимизации влияния дифракционных искажений наблюдаемого электромагнитного поля на качество функционирования антенных систем мобильного и портативного базирования

2.1. Исследование методов аппроксимации компонент электромагнитного поля вблизи антенной решетки с помощью степенных рядов, а также классических принципов электродинамики

2.2. Исследование метода описания поля вблизи антенной решетки мобильного базирования суперпозицией полей вспомогательных источников и исследование его на устойчивость к изменению геометрии носителя

2.3. Исследование физико-математической адекватности методов аппроксимации поля

2.4. Разработка методов формирования «виртуальных» антенных решеток, обладающих повышенной устойчивостью к погрешностям измерения поля приемной антенной системой

71

78

2.5.Исследование возможности аппроксимации фазовой структуры электро-

магнитного поля вблизи антенной решетки портативного базирования

2.4. Выводы по второй главе

3. Разработка и исследование приемных антенных решеток, построенных на основе сверхширокополосных направленных элементов, а

также методов учета дифракционных искажений наблюдаемого поля

3.1. Исследование возможности оптимизации процедуры калибровки стационарной радиопеленгаторной антенной решетки

3.2. Разработка и исследование сверхширокополосных печатных элементов, используемых для построения линейных антенных решеток

3.3. Исследование влияния подстилающей поверхности на характеристики направленности гибридного печатного элемента

3.4. Выводы по третьей главе

4. Разработка и экспериментальное исследование сверхширокополосных многолучевых антенн на основе плоской линзы Люнеберга 144 4.1 Разработка и исследование антенн, основанных на возбуждении усеченного биконуса с помощью плоской линзы Люнеберга

4.2. Исследование конструкций антенн, основанных на возбуждении плоской линзой Люнеберга системы ТЕМ-рупоров или антенн Вивальди

4.3. Макетирование и натурные исследования линзы Люнеберга,

состоящей из концентрических металлических колец

4.4. Выводы по четвертой главе 165 Заключение 166 Список цитируемых источников 168 Приложение 1. Акт внедрения результатов диссертации в

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 178 Приложение 2 Акт внедрения результатов диссертации в ЗАО «ИРКОС» 180 Приложение 3 Акт внедрения результатов диссертации в НТКБ «Феррит» 181 Приложение 4 Акт внедрения результатов диссертации в Воронежском институте правительственной связи (филиале) академии ФСО РФ

4

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Проектирование сверхширокополосных приемных антенных систем с учетом дифракционных искажений структуры измеряемого поля»

Введение

Актуальность темы. Одним из важных направлений развития современных радиотехнических систем является совершенствование аппаратных и программных средств, предназначенных для приема и обработки сигналов в сверхширокой полосе частот. Это не только системы военного и специального назначения - радиолокации, радиопеленгации, радионавигации, связи и телекоммуникации, но и портативная аппаратура телекоммуникации гражданского применения - мобильные телефоны, радиомодемы доступа в Интернет, персональные компьютеры (стандарты LTE, UWB и др.).

Для приема сигналов в сверхширокой полосе частот используются различные типы антенн. Антенны Вивальди, ТЕМ- рупоры, вибраторы с плечами конической или полукруглой формы могут в малой степени искажать временную структуру принимаемых сигналов; однако антенные решетки, составленные из этих элементов, могут в сильной степени искажать пространственное распределение электромагнитного поля.

Тонкие вибраторные элементы и решетки, составленные из них, широко используются в аппаратуре радиоконтроля, несмотря на то, что подобные антенны могут сильно искажать временную структуру принимаемых сигналов. Аналогичная проблема возникает и с антенными системами современных мобильных телефонов, часто сформированными из F- антенных элементов в печатном исполнении.

Серьезной проблемой, в существенной степени затрудняющей использование современных методов обработки принимаемых сигналов (в частности, методов пространственного сверхразрешения источников радиоизлучения), является искажение пространственной структуры поля корпусом мобильного (или бортового) носителя антенной системы, а в случае портативной аппаратуры -телом пользователя (мобильный телефон).

В работах крупнейших специалистов по обработке сигналов в приемных антенных системах: Tuncer Е., Friedlander В., Chandran S., Belloni F., Pesavento

М. и др., описано множество подходов и методов калибровки приемных антенных решеток; тем не менее, не во всех радиотехнических системах возможно использование этих достаточно сложных и трудоемких процедур. В частности, проведение процедуры калибровки принципиально невозможно в мобильном телефоне; геометрия и материальные свойства мобильных и бортовых носителей приемных антенных систем могут изменяться в процессе эксплуатации, следствием чего является необходимость частого повторения данной дорогостоящей и трудоемкой процедуры.

Поэтому актуальным является создание и исследование сверхширокополосных антенных решеток, пригодных для использования в современных аппаратно-программных комплексах приема и обработки сигналов в стационарном, мобильном (или бортовом), а также в портативном исполнении; весьма актуальной задачей является создание и исследование методов автокалибровки сверхширокополосных приемных антенных систем без использования какой-либо информации о геометрии и материальных свойствах их носителей (или пользователей).

Обозначенные обстоятельства обусловливают актуальность темы настоящего исследования, выполненного в ходе ряда госбюджетных НИР кафедры радиоэлектронных устройств и систем ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» в соответствии с одним из основных научных направлений «Перспективные радиоэлектронные и лазерные устройства и системы передачи, приема, обработки и защиты информации».

Объектом исследования являются сверхширокополосные приемные антенные системы для стационарных и мобильных комплексов радиопеленгации, а также портативной аппаратуры телекоммуникации.

Предметом исследования являются дифракционные искажения поля, вносимые приемной антенной системой и ее носителем, а также методы их компенсации на основе формирования «виртуальной» антенной решетки или калибровки приемной антенной системы.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы являются

развитие и исследование методов аппроксимации электромагнитного поля вблизи приемной антенной системы, не требующих априорной информации о геометрии и материальных свойствах ее носителя, а также разработка и исследование приемных сверхширокополосных антенных систем с учетом дифракционных искажений измеряемого поля их элементами.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

- проведения анализа современного состояния и выявления проблем в области создания сверхширокополосных приемных антенных систем стационарного, мобильного (бортового) и портативного базирования;

- развития и исследования методов формирования «виртуальных» антенных решеток, обладающих повышенной устойчивостью к погрешностям измерения поля с помощью приемной антенной системы, расположенной на корпусе носителя и вблизи тела пользователя;

- разработки и исследования сверхширокополосных приемных антенных систем с учетом дифракционных искажений, вносимых в измеряемое поле;

- экспериментального исследования созданных сверхширокополосных антенн и разработки методики их проектирования с учетом технологических особенностей производства.

Методы исследования. При проведении исследований использовались методы анализа и синтеза антенн, вычислительные методы электродинамики, методы математического моделирования, методы экспериментальных измерений характеристик антенн.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана методика определения области и условий применения методов формирования «виртуальных» антенных решеток, отличающаяся переходом от анализа исходной трехмерной электродинамической задачи рассеяния волн на «реальной» антенной системе и корпусе ее носителя к эквивалентной двумерной задаче, и дающая возможность аналитически описать распределение поля на плоскости, проходящей через центры антенных элементов;

- разработан и исследован метод формирования «виртуальной» антенной

решетки, отличающийся использованием процедуры квазирешения и обладающий повышенной устойчивостью к погрешностям измерения поля реальной приемной антенной системой;

- разработана методика синтеза и анализа полосковых антенных элементов, построенных на основе неоднородной щелевой линии с нагрузкой в виде симметричного вибратора с плечами эллиптической формы, позволяющая создавать кольцевые и линейные антенные решетки, функционирующие в полосе частот с коэффициентом частотного перекрытия, достигающего 3;

- разработана методика синтеза и анализа сверхширокополосных антенных систем с коммутационным сканированием, построенных на основе плоских модификаций линзы Люнеберга, отличающаяся возможностью создания многолучевых сверхширокополосных антенн с диаграммами направленности (ДН) игольчатого вида, ориентированными в азимутальной плоскости.

Практическая значимость работы заключается в создании антенных систем и математического обеспечения, позволяющих значительно повысить точностные характеристики и характеристики разрешения по угловым координатам радиопеленгаторных комплексов мобильного базирования.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты работы использованы в ЗАО «ИРКОС» (г. Москва), НКТБ «Феррит» (г. Воронеж). Ряд результатов внедрен в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», а также Воронежского института правительственной связи (филиала) академии ФСО РФ (г. Воронеж).

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

- выяснено, что исследованные и разработанные методы аппроксимации пространственного распределения поля применимы для значений отношения радиусов «виртуальной» и «реальной» антенной решеток, вплоть до 2ч-3 - для мобильных (или бортовых) носителей и до 1.5-т-З - для мобильного телефона, находящегося вблизи головы пользователя, при числе элементов «реальной» антенной решетки от 7 до 18;

- метод формирования «виртуальной» антенной решетки, отличающийся

использованием процедуры квазирешения, в которой число используемых вспомогательных источников поля не равно числу элементов «реальной» антенной решетки, построенной на основе минимизации целевой функции, аргументами которой являются комплексные амплитуды вспомогательных источников;

- методика построения сверхширокополосных приемных линейных антенных решеток, основанная на использовании элементов в виде неоднородной щелевой линии, нагруженной на симметричный вибратор с плечами эллиптической формы, или сверхширокополосных вибраторов специальной формы, размещенных над проводящим экраном, позволяющая существенно ослабить взаимное влияние элементов решетки на их направленные свойства и входное сопротивление;

- методика построения сверхширокополосных приемных антенных структур с коммутационным сканированием или многолучевым режимом диаграммо-образования в азимутальной плоскости, основанная на возбуждении усеченного биконуса, а также ТЕМ - рупоров или антенн Вивальди, с помощью плоской линзы Люнеберга.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих научных конференциях и семинарах: VI Международном семинаре «Физико-математическое моделирование систем» (Воронеж, 2009), XVI Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация и связь» (Воронеж, 2010), XVI Международной научно-технической конференции «Инноватика 2011» (Сочи, 2011), IV Международной научно-технической конференции «Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации» (Суздаль, 2011), ежегодных научно-технических конференциях и семинарах профессорско-преподавательского состава, научных работников, студентов и аспирантов ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» (Воронеж, 2009 - 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 10 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю

принадлежат: [47, 48, 51-53, 57, 58] - проведение численных экспериментов, математическое моделирование; [26, 27, 42] -поиск и предварительный анализ публикаций; [55] - разработка методики проведения исследования; [62, 67, 70, 96] -изготовление макетов антенн, проведение натурных испытаний; [81] - разработка сверхширокополосных печатных антенн.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 96 наименований и четырех приложений. Основная часть работы изложена на 177 страницах, содержит 89 рисунков и 12 таблиц.

В первой главе проведен анализ современного состояния в области создания сверхширокополосных приемных антенных систем стационарного, мобильного (бортового) и портативного базирования. Показано, что существует потребность в развитии электродинамических методов формирования «виртуальных» антенных решеток и в создании новых методов, более устойчивых к погрешностям измерения комплексных амплитуд поля. Сделан вывод о необходимости учета дифракционных искажений поля, вносимой сверхширокополосной антенной системой в наблюдаемое поле, путем создания процедуры ее адекватной калибровки.

Во второй главе исследованы методы аппроксимации пространственного распределения поля вблизи корпуса носителя антенной решетки или иных близлежащих рассеивателей, не требующие использования информации о структуре и материальных свойствах рассеивателей. Показано, что использование данных методов в радиопеленгаторных системах позволяет существенно повысить точность определения направления на источник радиоизлучения. Проведена разработка метода формирования «виртуальной» антенной решетки, отличающегося использованием процедуры квазирешения. Показано, что данный метод более устойчив к погрешностям измерения амплитуд и фаз на элементах физически существующей антенной решетки, а также, пригоден для использования в более широкой полосе частот, чем метод, основанный на решении системы линейных алгебраических уравнений. Путем численного модели-

рования показана высокая степень инвариантности методов формирования «виртуальной» антенной решетки к изменению геометрии корпуса носителя аппаратуры радиопеленгования. Выяснено, что наличие или отсутствие в крыше носителя люка непосредственно под антенной решеткой или вблизи нее, не приводит к снижению полезного эффекта от использования методов формирования «виртуальной» антенной решетки. Приведено обоснование метода «виртуальной» антенной решетки с физической точки зрения, основанное на использовании электродинамического принципа эквивалентности источников полей. Исследована возможность использования методов аппроксимации поля вблизи антенных систем портативного базирования на примере антенной системы мобильного телефона. Выяснено, что применение метода формирования «виртуальной» антенной решетки, основанного на процедуре квазирешения, позволяет относительно успешно аппроксимировать фазовую структуру наблюдаемого электромагнитного поля на расстояниях, до трех раз превышающих радиус антенной решетки, расположенной на корпусе мобильного телефона. Указано, что данные аппроксимированные отсчеты можно использовать как дополнительные «виртуальные» каналы приема, повысив, тем самым, помехоустойчивость связи.

В третьей главе исследована возможность оптимизации процедуры калибровки стационарной радиопеленгаторной антенной решетки, путем формирования базы данных эталонных сигналов с большим шагом по угловым координатам и дальнейшей интерполяцией полученных результатов рядом Котель-никова. С использованием данных численного моделирования и натурных измерений показано, что возможно полностью устранить ошибку пеленгования при использовании данной процедуры. Исследована возможность построения сверхширокополосных приемных линейных антенных решеток, основанных на использовании печатных элементов. В частности, гибридных элементов, представляющих собой неоднородные щелевые линии, нагруженные на симметричные вибраторы с плечами эллиптической формы, а также сверхширокополосных вибраторов специальной формы, размещенных над проводящим экраном, позво-

ляющим существенно ослабить взаимное влияние элементов решетки на их направленные свойства и входное сопротивление. Получены зависимости основных характеристик данных антенных элементов в одиночном исполнении и в составе двухэлементных антенных решеток. Исследовано влияние подстилающей поверхности в виде идеального проводника на форму диаграммы направленности гибридного элемента в вертикальной плоскости, а также возможность снижения данного влияния. Проведено исследование качества функционирования радиопеленгаторной антенной решетки полноазимутального обзора, состоящей из 7 пар гибридных элементов. Исходя из анализа полученных результатов сделан вывод о необходимости калибровки данной антенной решетки.

В четвертой главе разработаны и исследованы сверхширокополосные антенные системы с коммутационным сканированием, построенные на основе плоских модификаций линзы Люнеберга. Отмечено, что разработанные конструкции отличаются высокой технологичностью и возможностью построения на их основе многолучевых сверхширокополосных антенн с игольчатым видом диаграмм направленности в азимутальной плоскости. Исследована возможность оптимизации геометрии разработанных конструкций с целью расширения рабочей полосы частот по критерию равномерности коэффициента усиления, а также с целью снижения уровня заднего лепестка в диаграмме направленности. Проведено описание экспериментальных исследований макета антенны. На основе анализа зависимостей, полученных в ходе натурных испытаний макета и численных экспериментов, сделан вывод о корректности построенных моделей.

1. Анализ современного уровня развития техники в области создания сверхширокополосных антенных систем, а также методов повышения эффективности их функционирования

1.1. Обзор технических средств и анализ перспектив совершенствования

современной аппаратуры радиомониторнига, радиопеленгации и связи

В данном подразделе проанализировано современное состояние технических идей в сфере создания антенн для стационарных и мобильных комплексов радиопеленгации, а также их конструкторской и технологической реализации на примерах серийно выпускаемых антенных устройств и систем мировых лидеров в данной области - фирм Rohde&Schwarz (Германия) и TCI (США) [1,2]. Кроме того, проведен анализ современного состояния в сфере широко используемых конструкций антенн для портативных устройств связи (мобильных телефонов).

Актуальность проведения настоящего анализа связана с тем, что имеют место следующие тенденции развития теории, техники и технологии производства радиопеленгаторных антенн:

- расширение частотного диапазона функционирования стационарных и мобильных комплексов радиопеленгации, требующее разработки антенных элементов, обладающих стабильными направленными свойствами в сверхширокой полосе частот;

- расширение динамического диапазона функционирования аппаратуры радиопеленгации, требующее совершенствования характеристик активных антенных элементов, а также разработки радиопеленгаторных антенных систем, состоящих из направленных сверхширокополосных элементов;

- повышение требований к точности измерения угловых координат источников радиоизлучения, требующее создания математического и программного обеспечения стационарных и мобильных аппаратно-программных комплексов радиопеленгации, позволяющих компенсировать систематические по-

грешности пеленгования, вызванные рассеянием принимаемых электромагнитных волн произвольной поляризации на антенной системе, опорной мачте, корпусе мобильного носителя и других близлежащих предметах.

Фирмы Rohde&Schwarz и TCI выбраны для анализа потому, что они выпускают наиболее широкий спектр аппаратуры радиопеленгации и устройств, использующихся в стационарных и мобильных комплексах радиопеленгации. При этом характеристики аппаратуры и устройств, выпускаемых названными производителями, отличаются весьма высокими показателями, что дает основание считать фирмы Rohde&Schwarz и TCI мировыми лидерами в области теории и техники радиопеленгации.

Начнем анализ с наиболее простых в конструктивном отношении антенн вибраторного типа фирмы Rohde&Schwarz, которые наиболее часто интегрируются с высокочастотными усилителями, функционирующими в сверхширокой полосе частот (с коэффициентом перекрытия до 104 и более) и обладающими очень большим динамическим диапазоном - до 120 дБ и более.

Диапазон рабочих частот активной приемной антенны НЕ010 (рис. 1.1,а), устанавливаемой на корпусе мобильного носителя (или ином противовесе) составляет от 10 кГц до 80 МГц. Антенна предназначена для приема вертикально-поляризованного радиоизлучения и измерения напряженности поля.

Коэффициент калибровки антенны (antenna factor) /ф /л/], определяемый как отношение напряженности электрического поля в точке наблюдения Е к напряжению на выходе антенны U, характеризуемой выходным импедансом 50 Ом:

и 1д

где

1д - действующая длина антенны,

часто измеряемый в дБ (относительно величины [l/лф:

к[дБм~1 ] = -29.8 + 20 • lg(/) - G,

где

/ - частота, МГц,

G - коэффициент усиления антенны, дБ,

характеризующий антенну НЕ010, принимает свое максимальное значение, равное 17дБ.

Уровень коэффициента стоячей волны по напряжению в стандартном коаксиальном тракте с волновым сопротивлением 50 Ом не превышает 3.

Высота антенного устройства -1000 мм, максимальный диаметр (у основания) - 120 мм. Масса антенны - 0.9 кг. Максимальная скорость ветра, при которой допустима эксплуатация антенны - 188 км/ч.

а) б)

Рис. 1.1 - Активные приемные вибраторные антенны (R&S):

а) -НЕ010; б) -НЕ016

Модификация НЕ016 активной антенны состоит из вертикального монополя, записываемого относительно опорной мачты, и двух горизонтальных диполей, рис. 1.16). Данная антенна позволяет осуществлять прием электромагнитных волн с произвольной поляризацией с любого направления.

Антенные устройства НЕ010 и НЕ016 могут быть использованы как в качестве одиночных антенных элементов, так и в составе антенных решеток. Их отличает простота конструкции, возможность приема волн в полосе частот с коэффициентом перекрытия до 8000ч-10000, а также возможность компенсации крайне низкой действующей длины на нижних частотах функционирования за счет тщательно спроектированного высокочастотного усилителя с высоким коэффициентом усиления, низким уровнем собственного шума и нелинейных искажений принимаемых сигналов.

Антенная система R&S ADD 011, выпускаемая фирмой Rohde&Schwarz (рис. 1.2), предназначена для функционирования в составе стационарных комплексов радиопеленгации в диапазоне частот от 0.3/1 МГц до 30 МГц, использующихся для измерения угловых координат вертикально-поляризованных источников поверхностных радиоволн и направлений прихода пространственных радиоволн с произвольным видом эллиптической поляризации и углами места

#<85°, рис. 1.3. Используемый метод пеленгования - корреляционно-интерферометрический.

Антенная система R&S ADD 011 состоит из девяти антенных элементов, в качестве которых используются вертикальные несимметричные вибраторы (предназначенные для приема вертикально-поляризованных поверхностных волн), пространственно совмещенные с двумя рамками (предназначенными для приема пространственных волн с двумя ортогональными линейными поляризациями), расположенными во взаимно-перпендикулярных вертикальных плоскостях. Антенны располагаются на окружности диаметром 50 м. Высота антенных элементов составляет 3.5 м, масса - 32 кг. Чувствительность активных приемных элементов в диапазоне частот от 1 МГц до 30 МГц изменяется в пределах от 1 мкВ/м до 0.2 мкВ/м, соответственно. Среднеквадратическая погрешность

пеленгования источников радиоизлучения в указанной выше полосе частот не 1 о

превышает 1 .

Рис. 1.2 - Внешний вид элементов радиопеленгаторных антенных систем

R&S ADD 011 и R&S ADD 012

Рис. 1.3 - Вид пространственных зон обзора элементов R&S HP 011 антенной системы R&S ADD 011 на вертикальной и горизонтальной поляризациях

Антенная система R&S ADD 012 состоит из подобных по виду антенных элементов несколько уменьшенных размеров (высота 2 м, масса - 14 кг) и

предназначается для функционирования в составе стационарных и мобильных радиопеленгаторов диапазона частот от 0.3/1 МГц до 30 МГц, предназначенных для оценки угловых координат вертикально-поляризованных источников радиоизлучения. Обе рамки и вибратор в антенных элементах системы R&S ADD 012 запитаны синфазно, образуя симметричный широкополосный монополь, которые, в свою очередь, используются попарно, запитанные противофазно, образуя антенные элементы Эдкока. Восемь пар подобных монополей располагаются на окружности диаметра 20 м для функционирования в полосе частот от 0.3/1 МГц до 12 МГц (среднеквадратическая погрешность пеленгования в данной полосе частот составляет 1°); оптимальное значение диаметра решетки для функционирования в полосе частот от 12 до 30 МГц составляет 7 м (среднеквадратическая погрешность пеленгования составляет 2°). В антенной системе R&S ADD 012 реализован метод пеленгования Ватсона-Ватта, что позволяет реализовать высокую скорость обзора зоны наблюдения.

Компактная (габаритные размеры - 1100x1100x232 мм , масса - 25 кг) радиопеленгаторная антенная система R&S ADD 119 (рис. 1.4) для диапазона частот от 0.3/1 МГц до 30 МГц характеризуется чувствительностью (являясь активной приемной антенной системой) от 4 мкВ/м до 2.5 мкВ/м в основном диапазоне частот от 1 МГц до 30 МГц.

Антенная система предназначена для оценки угловых координат вертикально-поляризованных источников поверхностных волн, а также - пространственных волн, излучаемых источниками, находящимися под достаточно малыми

углами возвышения над горизонтальной плоскостью {в- 90°).

Благодаря использованию в антенной системе двух ортогонально расположенных рамок и активного диполя, в ней реализован метод пеленгования Ватсона-Ватта, что позволяет достичь высокой пропускной способности радиопеленгатора при значении среднеквадратическои погрешности пеленгования 2 .

Несомненным достоинством антенной системы R&S ADD 119 является весьма высокая ее чувствительность, достигнутая при столь малых электрических размерах ее элементов в рабочей полосе частот.

Рис. 1.4 - Компактная радиопеленгаторная антенная система R&S ADD 119 для диапазона частот от 0.3/1 МГц до 30 МГц

Антенные системы R&S ADD 170 и R&S ADD 070М, показанные на рис. 1.5 и 1.6, предназначены для функционирования в полноазимутальных радиопеленгаторах дециметрового диапазона волн.

Рис. 1.5 - Радиопеленгаторная антенная система R&S ADD 170 для оценки угловых координат пользователей мобильных радиотелефонов стандарта

GSM

Антенная система R&S ADD 170 состоит из 8 печатных сверхширокополосных вибраторов с плечами почти квадратной формы, расположенных по кольцу диаметром около 400 мм и ориентированных вертикально. Подобная форма плеч вибраторов выбрана для компенсации реактивной составляющей их входного сопротивления: благодаря повышенному значению (относительно «классического» биконического вибратора с углами вершин конусов 90°) емкости Свибр существенно уменьшается соответствующая величина реактивного

сопротивления l/(ico0Свибр) и входное сопротивление вибратора существенно

меньше изменяется в рабочей полосе частот / е [800;2000] МГц. Кроме того,

повышается действующая длина вибраторов благодаря выравниванию амплитудного распределения тока по их плечам. Чувствительность антенной системы R&S ADD 170 с активными элементами составляет от 5 до 10 мкВ/м в рабочей полосе частот.

Рис. 1.6 - Радиопеленгаторная антенная система R&S ADD 070М для оценки угловых координат источников радиоизлучения с произвольной поляризацией, функционирующих в диапазоне частот 1300-3000 МГц

Центральный дискоконусный вибратор, приподнятый относительно элементов кольцевой антенной решетки, используется в качестве опорного. В ра-

диопеленгаторе с антенной системой R&S ADD 170 реализован корреляционно-интерферометрический метод пеленгования, позволяющий достичь высокой точности оценки угловых координат источников радиоизлучения (среднеквад-ратическая погрешность пеленгования составляет 2 ).

Антенная система R&S ADD 170 характеризуется габаритными размера-

о

ми 455x455x393 мм и массой 11 кг.

Антенная система R&S ADD 070М (рис. 1.6) отличается возможностью полноазимутального пеленгования источников радиоизлучения с произвольной поляризацией, функционирующих в диапазоне частот 1300-3000 МГц. В качестве элементов данной антенной системы использованы 8 пар печатных бико-нических вибраторов (в состав каждой пары входят вертикальный и горизонтальный вибраторы с углом раскрыва около 80°; фазовые центры данных вибраторов совмещены), расположенных над металлическими экранами. Ширина экранов приблизительно равна полной длине вибратора; высота экранов приблизительно в 3 раза больше полной длины вибратора, очевидно, с целью сужения диаграммы направленности элементов в вертикальной плоскости.

Разработчики антенной системы R&S ADD 070М успешно использовали тот факт, что, варьируя форму плеч вибраторов (в частности - скругляя его границы), а также - изменяя величину зазора между вибратором и экраном, удается минимизировать величину вариации ширины главного лепестка диаграммы направленности вибраторов в рабочей полосе частот с коэффициентом перекрытия до 2ч-2.5, а также - сохранить приемлемый уровень их согласования с фидерной линией.

К сожалению, при большей ширине полосы частот главный лепесток диаграммы направленности подобного широкоугольного вибратора над экраном «рассыпается» - в главном лепестке возникает провал, увеличивающийся при отклонении частоты от некоторого центрального значения, быстро растет уровень боковых лепестков, поэтому при коэффициенте частотного перекрытия, превышающего 2.5, данное схемное решение является уже непригодным.

В радиопеленгаторах, оснащенных данной антенной системой, используется корреляционно-интерферометрический метод пеленгования; в качестве опорного элемента по очереди используются все элементы решетки. Средне-квадратическая погрешность пеленгования составляет 2° в рабочей полосе частот. Чувствительность активных элементов антенной системы R&S ADD 070М изменяется от 3 до 10 мкВ/м в рабочей полосе частот.

Антенная система R&S ADD 70М характеризуется габаритными размерами 455x455x364 мм и массой 11 кг.

Радиопеленгаторная антенная система R&S ADD 153 SR (рис. 1.7) предназначена для оценки угловых координат вертикально-поляризованных источников излучения в диапазоне частот 20-1300 МГц с использованием ее в составе корреляционно-интерферометрического пеленгатора.

<Ей§>

I ... Г

Рис. 1.7 - Радиопеленгаторная антенная система R&S ADD 153 SR для диапазона частот 20-1300 МГц

В качестве элементов антенной системы использованы симметричные вибраторы с емкостными нагрузками на торцах. Антенные элементы выполнены в печатном исполнении. Их максимально допустимая высота ограничена

значением около -/L на максимальной частоте рабочего диапазона; в действи-

тельности длина их плеч приблизительно на треть меньше указанного выше значения.

Данное обстоятельство существенно ограничивает чувствительность антенной системы с простыми (с плечами без разрывов, в которые обычно включаются p-i-n диоды или реактивные элементы) вибраторными элементами, функционирующую в полосе частот с коэффициентом перекрытия, равным 75. Данный компромисс между шириной полосы рабочих частот и чувствительностью радиопеленгаторных антенных решеток с простыми вибраторными элементами является неизбежным в силу расщепления их главного лепестка на достаточно высоких частотах, когда длина плеча стремиться к длине волны.

Чувствительность активных элементов составляет от 11 до 0.5 мкВ/м в рабочей полосе частот; среднеквадратическая погрешность пеленгования составляет 2° в полосе частот от 20 до 80 МГц и Io - в полосе частот от 80 до 1300 МГц.

Габаритные размеры антенной системы составляют 1100x1100x450 мм ; масса антенны - 31 кг.

На рис. 1.8 показана трехлитерная радиопеленгаторная антенная система, расположенная на опорной матче с растяжками, предназначенная для полноазимутального наблюдения и оценки угловых координат источников радиоизлучения в диапазоне частот от 20 до 3000 МГц. Антенная система R&S ADD 153 SR в данной комплектации интегральной антенной системы, использующаяся для пеленгования вертикально-поляризованных источников в полосе частот от 200 до 1300 МГц, расположена наверху опорной мачты и закрыта радиопрозрачным колпаком. Антенная система R&S ADD 070 расположена под точками подсоединения растяжек к опорной мачте и предназначена для пеленгования источников с произвольной поляризацией в полосе частот от 1300 до 3000 МГц. В центре расположена антенная система R&S ADD 050, предназначенная для пеленгования источников с вертикальной поляризацией в полосе частот от 20 до 200 МГц.

Особенностью данной трехлитерной антенной системы является перекрытие полос частот антенных решеток R&S ADD 153 SR (20-1300 МГц) и R&S ADD 50 (20-200 МГц). Благодаря большей базе и действующей длине элементов антенная система R&S ADD 50 обладает существенно большей чувствительностью, чем R&S ADD 153 SR в соответствующей полосе частот: от 2.5 до 1 мкВ/м и вдвое меньшей инструментальной погрешностью измерения угловых координат источников радиоизлучения: Io. Существенным преимуществом антенной решетки R&S ADD 50 является также возможность существенного повышения точности пеленгования в условиях многолучевого распространения радиоволн, излучаемых источником.

Рис. 1.8 - Трехлитерная радиопеленгаторная антенная система, состоящая из антенных решеток R&S ADD 153 SR, R&S ADD 070 и R&S ADD 50

Габаритные размеры антенной системы составляют 3000x3000x800 мм ; масса антенны - 70 кг.

Несомненным достоинством антенных систем R&S ADD 153 SR, R&S ADD 070 и R&S ADD 50 является удобство их размещения на опорной мачте, малое аэродинамическое сопротивление и возможность их использования как в комплексе, так и в отдельности. При этом антенные системы R&S ADD 153 SR и R&S ADD 070 могут быть использованы как в стационарных, так и в мобильных радиопеленгаторах.

Рассмотрим особенности структурной схемы радиопеленгатора R&S DDF ОхЕ, приведенной на рис. 1.9. Приведенная структурная схема иллюстрирует концепцию использования «виртуальных» приемных устройств (concept of virtual receivers) в радиопеленгаторах фирмы Rohde&Schwarz. Суть данной концепции заключается в том, что количество используемых приемных устройств является значительно меньшим, чем количество элементов антенной системы. Один из вибраторов (первый, показанный светлым кружком на рис. 1.9) используется в качестве опорного (относительно которого измеряются значения фаз колебаний на выходах остальных антенных элементов); выходные сигналы с элементов (2-5) последовательно во времени подаются на приемное устройство 1, выходные сигналы с элементов (6-9) - на приемное устройство 2. Цикл последовательного измерения амплитуд и фаз на выходах элементов (2-5) и (6-9) имеет временную длительность не более нескольких десятых долей миллисекунды, что обеспечивается использованием приемных устройств (1-3) с высокой пропускной способностью. В результате в аппаратно-программном комплексе радиопеленгации R&S DDF ОхЕ соблюдается определенный компромисс между довольно высокой пропускной способностью и небольшим числом используемых приемных устройств, существенно меньшим количества антенных элементов.

В блоке аналогово-цифровой обработки (DF processor) принятые сигналы оцифровываются (блок A/D) и, на основе измеренных величин амплитуд AI,...,А9 и фаз (p\,...,q>9 принятых колебаний вычисляются азимут а и угол места £ источника радиоизлучения. Для этой цели наиболее часто использует-

ся либо метод Ватсоиа-Ватта, либо интерференционно-корреляционный метод пеленгации.

Receiver DF processor

N

9

Azimuth а Elevation е

Рис. 1.9- Структурная схема радиопеленгатора R&S DDF ОхЕ

Используемая концепция «виртуальных» приемных устройств является ни чем иным, как разновидностью одного из методов последовательной обработки сигналов в многоканальных радиосистемах, с точки зрения научной и технической новизны в ней нет ничего неординарного.

Приемники (1-3) в каждой частотной литере радиопеленгаторного комплекса функционируют синхронно благодаря использованию общего синтезатора частот и контроллера в блоке конвертора каждого частотного диапазона, рис. 1.10.

HF BF Converter R&S EH 110

Digital Processing Unit ft&S EBB668

Antenna control and DC supply

External reference 10 MHz GPS Compass

Рис. 1.10- Структурная схема аппаратно-программного радиопеленгаторного комплекса с тремя частотными литерами

Структура аппаратно-программного комплекса является достаточно гибкой: в частности, существует возможность использования необработанных данных (Raw data) - амплитуд и фаз принятых колебаний для реализации алгоритмов данных, используемых оператором (например, реализующих методы сверхразрешения источников радиоизлучения в пространственно-угловой области). Использование сигнальных процессоров для оценки угловых координат источников позволяет существенно повысить пропускную способность радиопеленгатора.

Учитывая сложную геометрию носителей радиопеленгаторных антенных решеток (на рис. 1.11аи 1.116 показаны варианты расположения антенных систем непосредственно на крыше автомобиля и на телескопической опорной мачте, прикрепленной к задней стенке микроавтобуса), а также широкий диапазон длин волн функционирования комплексов радиопеленгации, в котором имеют место многочисленные собственные резонансы корпуса носителя, опорной мачты, непосредственно самой антенной системы, актуальной является задача реально-временной коррекции дифракционных искажений наблюдаемого поля, приводящих к существенным ошибкам измерения угловых координат источников радиоизлучения - вплоть до нескольких десятков градусов.

Наиболее часто компенсация влияния дифракционных искажений наблюдаемого поля осуществляется с помощью записи и хранения в памяти компьютерного устройства обработки информации частотно-угловых зависимостей амплитуд и фаз принятых колебаний, используемых в дальнейшем в качестве эталонных зависимостей, с которыми производится сравнение соответствующих параметров принятых сигналов (для чего наиболее часто используется корреляционно-интерференционный метод пеленгации).

а) б)

Рис. 1.11 - Антенная система R&S ADD 119 на крыше автомобиля (а) и развернутая антенная система радиопеленгатора мобильного базирования

R&S DDF ОхЕ (б)

Тем не менее, у вышеописанного способа имеется ряд существенных недостатков, в ряде случаев делающих неэффективным, либо невозможным его использование:

- весьма сложной и дорогой процедурой является сбор эталонных частотно-угловых зависимостей амплитуд и фаз принятых колебаний с учетом изменяющегося угла места источника радиоизлучения;

- операция формирования базы опорных колебаний для бортовых радиопеленгаторов (при использовании в качестве носителя самолета или вертолета) требует существенных затрат времени и сопровождается значительными техническими трудностями;

- принимаемые электромагнитные волны имеют неизвестный вид и параметры поляризации, установить значения которых весьма сложно - в настоящее время отсутствует эффективная методика измерения наклона большей оси эл-

липса поляризации, величины отношения большой и малой осей и т.д., так как при дифракции электромагнитных волн на носителе весьма существенным фактором является деполяризация рассеянных волн;

- строго говоря, геометрия носителя и его материальные свойства могут изменяться с течением времени: деформации корпуса, появление или пропадание гальванических контактов деталей корпуса, не говоря уже о том, что могут быть открыты или закрыты двери, люки и др.

Поэтому задача компенсации влияния дифракционных искажений наблюдаемого поля на точность пеленгования является весьма актуальной и требует разработки принципиально новых методов и способов, вообще не требующих знания какой-либо информации о геометрии носителя и его материальных свойствах.

Как следует из проведенного выше анализа, для радиопеленгаторных антенных систем, выпускаемой фирмой Ко1к1е&8с11\¥аг7, является характерным реализация классических, проверенных десятилетиями, принципов построения отдельных антенных элементов и составленных из них антенных решеток: симметричные и несимметричные электрические вибраторы и рамки используются не только в КВ и УКВ диапазонах волн, но и на более высоких частотах, вплоть до СВЧ диапазона.

На частотах выше 1 ГГц весьма эффективным может являться использование в радиопеленгаторных антенных системах элементов Вивальди и ТЕМ-рупоров, характеризующихся возможностью функционирования в полосе частот с коэффициентом перекрытия более 10 и удовлетворительными направленными свойствами. Кроме того, при использовании кольцевых и секторных антенных решеток, состоящих из элементов Вивальди и ТЕМ- рупоров, существует возможность реализации амплитудно-фазовых методов пеленгования, что позволяет совместить три важные преимущества подобных антенных систем: габаритные размеры, не большие, чем у вибраторной антенной решетки; существенно большую чувствительность; высокую точность оценки угловых координат источников радиоизлучения. Ценой использования подобных антенных

элементов является некоторое усложнение конструкции антенной системы и применение более сложного алгоритма обработки принимаемых сигналов; однако, применение современных быстродействующих сигнальных процессоров позволяет избежать существенно снижения пропускной способности радиопе-ленгаторных комплексов, оснащенных подобными антенными системами.

Рассмотрим далее особенности построения радиопеленгаторных антенных систем фирмы TCI, для которой характерно широкое использование сверхширокополосных направленных антенных элементов, не имеющих фазового центра.

Антенная система TCI 643 (рис. 1.12) предназначена для использования в интерференционно-корреляционных радиопеленгаторах, функционирующих в диапазоне частот от 20 до 3000 МГц.

Рис. 1.12 - Радиопеленгаторная антенная система ТС1 643, функционирующая в режиме приема волн с вертикальной и горизонтальной поляризацией

в диапазоне частот от 20 до 3000 МГц

Ее особенностью является использование кольцевой антенной решетки,

о л

состоящей из 9 пар, ортогонально расположенных в каждой паре, «плавниковых» ТЕМ- рупоров. Подобные антенные элементы являются в достаточной степени «прозрачными» - в том смысле, что они не слишком сильно экранируют антенны, расположенные в области их боковых и заднего лепестков. Центральный биконический вибратор используется в качестве опорного (также он

может использоваться для функционирования комплекса в режиме радиомониторинга).

Каждый из используемых антенных элементов характеризуется отсутствием фазового центра, что создает определенные трудности при создании математического и программного обеспечения, предназначенного для получения оценки азимутальной координаты источников радиоизлучения в реальном масштабе времени. Тем не менее, благодаря использованию процедуры интерференционно-корреляционного пеленгования и базы данных, состоящей из частотно-угловых зависимостей амплитуд и фаз принимаемых колебаний, в радиопеленгаторах, оснащенных антенной системой TCI 643, удается достичь среднеквадратическои погрешности пеленгования, не превышающей 2 .

На горизонтально-ориентированные элементы достаточно сильное влияние оказывает подстилающая поверхность, что приводит к отклонению их главных лепестков в угломестной плоскости и существенному уменьшению чувствительности на горизонтальной поляризации. По-видимому, этот недостаток можно в определенной степени исправить (по крайней мере - в высокочастотной области рабочего диапазона) за счет использования горизонтальных элементов, в большей степени концентрирующих поле внутри щели - например, антенны Вивальди.

На рис. 1.13 антенная система TCI 643 показана в двух вариантах: а) - на опорной мачте и б) - на телескопической мачте, расположенной на крыше автомобиля.

Диаметр антенной системы TCI 643 в радиопрозрачном защитном кожухе составляет 1321 мм, высота-711 мм.

а) б)

Рис. 1.13 - Варианты базирования антенной системы ТС1 643

Следует указать на невозможность пеленгования с помощью описываемой антенной системы источников радиоизлучения, расположенных вблизи зенитного направления (вообще говоря, данный недостаток является присущим абсолютному большинству радиопеленгаторных антенных систем).

Тем не менее, использование в серийно выпускаемых радиопеленгаторах направленных антенн без фазового центра, позволяет существенно повысить их чувствительность и является серьезным новаторским шагом в технике радиопеленгования. Здесь же отметим, что возможность и эффективность использования направленных антенн без фазового центра (ТЕМ-рупоров и антенн Вивальди) была показана в работе [3]. Отметим также, что в работах [4-8] предложены пути дальнейшего повышения чувствительности радиопеленгаторных комплексов и расширения их зоны обзора.

В радиопеленгаторном комплексе ТС1 803 С (рис. 1.14) использована аналогичная антенная система, состоящая из 9 пар ортогональных ТЕМ- рупоров пирамидальной формы. Данный комплекс позволяет оценивать угловые координаты источников радиоизлучения с вертикальной и горизонтальной поляризацией в диапазоне частот от 20 до 3000 МГц со среднеквадратической погрешностью не более 2°.

Рис. 1.14 - Радиопеленгаторный комплекс TCI 803 С для пеленгования источников радиоизлучения с вертикальной и горизонтальной поляризацией в

диапазоне частот от 20 до 3000 МГц

Используемая антенная система отличается существенно уменьшенным взаимодействием между элементами по внешнему полю благодаря локализации энергии электромагнитного поля, преимущественно, внутри ТЕМ-рупоров (антенная система TCI 643 представляет собой отрезок нерегулярной линии передачи с потерями, существенно более «открытой», чем в конструкции, примененной в радиопеленгаторном комплексе TCI 803 С). Однако, антенная система комплекса TCI 803 С существенно в большей степени искажает наблюдаемую картину поля, поэтому ее инструментальная точность приблизительно такая же, как у TCI 643.

Более простая антенная система TCI 641 (рис. 1.15) предназначена для пеленгования вертикально-поляризованных источников радиоизлучения в диапазоне частот от 20 до 3000 МГц и состоит из 9 ТЕМ-рупоров с плоскими лепестками секторной формы и биконического вибратора.

Рис. 1.15 - Антенная система TCI 641, предназначенная для пеленгования вертикально-поляризованных источников радиоизлучения в диапазоне частот

от 20 до 3000 МГц

Коэффициент направленного действия элемента, находящегося в составе антенной решетки, изменяется в рабочем диапазоне частот от 20 до 3000 МГц в пределах от 2 до 9 дБ. Инструментальная точность измерения угловых координат источников радиоизлучения с вертикальной поляризацией характеризуется

W» л 0 УЧ

среднеквадратичной погрешностью 1 . Столь высокая точность оценки пеленгов достигнута благодаря использованию базы частотно-угловых зависимостей амплитуд и фаз опорных колебаний, с которыми сравниваются измеренные амплитудно-фазовые распределения на выходах антенных элементов при реализации процедуры интерференционно-корреляционного пеленгования.

Радиопеленгаторная антенная система TCI 641 M/F (рис. 1.16а), предназначенная для размещения на мобильном носителе или на опорной мачте, имеет диаметр 1.3 м и высоту 0.7 м, при этом ее масса составляет 37 кг. Ее модификация TCI 641 F (рис. 1.166), устанавливаемая на опорной мачте и характеризующаяся существенно большей чувствительностью в низкочастотной области функционирования, имеет диаметр 2.7 м и высоту 1.5 м, при этом ее масса составляет 180 кг.

а) б)

Рис. 1.16 - Антенная система TCI 641 M/F мобильного и стационарного базирования (а); антенная система TCI 641 F стационарного базирования (б)

Анализируя приведенные выше материалы, можно констатировать, что ведущие мировые разработчики и производители аппаратуры радиопеленгации - фирмы Rohde&Schwarz и TCI ориентируются на использование как классических конструкций антенных элементов: несимметричных и симметричных электрических вибраторов, рамочных антенн, (Rohde&Schwarz и TCI), так и сверхширокополосных направленных антенн, не имеющих фазового центра: антенн Вивальди, ТЕМ- рупоров (TCI).

Результаты проведенного патентного поиска [9-25] также подтверждают перспективность использования сверхширокополосных антенн, не имеющих фазового центра, в качестве элементов радиопеленгаторных антенных решеток стационарного и мобильного базирования. Наиболее перспективными конструкциями сверхширокополосных антенных элементов, пригодных для построения линейных и кольцевых радиопеленгаторных антенных решеток, являются различные модификации ТЕМ- рупоров и антенн Вивальди.

В частности [9], интересные варианты конструкций кольцевых радиопеленгаторных антенных решеток, состоящих из несимметричных ТЕМ- рупоров, образованных совокупностью радиальных проволочных излучателей, показаны на рис. 1.17, 1.18.

а) б)

Рис. 1.17 - Вариант конструкции однолитерной антенной решетки, состоящей из несимметричных проволочных ТЕМ- рупоров

а) б)

Рис. 1.18 - Вариант конструкции двухлитерной антенной решетки, состоящей из несимметричных проволочных ТЕМ- рупоров

Авторы патента [9] показали, что в низкочастотной области функционирования каждый элемент в составе решетки характеризуется квазитороидальной диаграммой направленности, постепенно трансформирующейся, с ростом частоты, в игольчатую (характеризующуюся значением коэффициента усиления до 10-11 дБ). Таким образом, данное техническое решение позволяет существенно расширить частотный диапазон одной литеры антенной решетки и повысить чувствительность радиопеленгатора в высокочастотной области его функционирования благодаря направленным свойствам ТЕМ- рупоров.

Использование данной антенной решетки [9] дает возможность эффективной реализации процедуры амплитудно-фазового пеленгования: на первом

этапе, с помощью амплитудного метода пеленгования, грубо определяется угловая координата источника радиоизлучения; на втором этапе значение пеленга уточняется с использованием зависимостей фаз наведенных напряжений на выходах антенных элементов от угла падения волны и частоты колебания.

Наряду с очевидными преимуществами описанных выше вариантов антенных решеток, состоящих из несимметричных проволочных ТЕМ- рупоров (простоты конструкций, расширения полосы рабочих частот и чувствительности с ростом частоты, низкого аэродинамического сопротивления), очевидными являются и следующие недостатки: невозможность оценки угловых координат источников с горизонтальной поляризацией и наличие широкой «мертвой» зоны в окрестности зенитного направления.

Весьма высокая точность пеленгования в стационарных и, что особенно важно, в мобильных радиопеленгаторных комплексах (среднеквадратическая погрешность пеленгования не превышает 1-2°) достигается за счет использования баз данных калиброванных угло-частотных зависимостей амплитудно-фазовых распределений напряжений на выходах антенных элементов [1,2].

В ряде радиопеленгаторных комплексов (как стационарного, так и мобильного базирования) имеется возможность оценки угловых координат не только вертикально-поляризованных источников, но и горизонтально-поляризованных источников [1,2, 9-25].

Вместе с тем, ряд важных для практических потребностей задач является еще не решенным или решенным нерационально [26, 27]:

- базы данных калиброванных угло-частотных зависимостей амплитудно-фазовых распределений напряжений на выходах антенных элементов создаются для конечного набора определенных видов подстилающих поверхностей, в то время, как реальная подстилающая поверхность является непредсказуемо неоднородной, что может приводить к существенным погрешностям пеленгования;

- измеренные амплитуды и фазы напряжений, составляющие базу данных в рабочем диапазоне функционирования радиопеленгатора, могут эффективно использоваться в качестве эталонных (опорных) напряжений в том случае, ко-

гда геометрия и материальные свойства носителя и опорной мачты являются неизменными, в то время, как открытие дверей и люков, механические повреждения носителя, коррозия и т.д. могут привести к непредсказуемому изменению свойств рассеивателя электромагнитных волн;

- актуальным является создание методов и алгоритмов обработки принимаемых сигналов, не использующих баз опорных данных и позволяющих существенно уменьшить погрешность пеленгования, вызванную рассеянием волн на корпусе носителя, опорной мачте и самой антенной системе, а также на других близлежащих рассеивателях, в условиях априорной неизвестности относительно материальных и геометрических свойств носителя, а также вида поляризации принимаемых электромагнитных волн;

Что касается обзора современных антенных систем для портативных средств связи (мобильных телефонов), то можно отметить работы [28-30], в которых проведен анализ развития электрически малых антенн (ЭМА), начиная с теоретических аспектов разработки самых первых антенн данного класса [28] и заканчивая обзором конструкций антенн, широко использующихся в современных мобильных телефонах [29,30].

Так, в работе [30] указано, что в настоящее время в области построения малогабаритной антенной техники для мобильных средств связи наблюдается бурное развитие и внедрение антенн типа PIFA, то есть планарных F-образных антенн (Planar Inverted-F Antennas). Данное обстоятельство обусловлено достоинствами данного вида антенн, к числу которых можно отнести достаточно широкую полосу частот (до 10% от резонансной несущей), высокую эффективность (отношение излучаемой мощности к подводимой), достигающую 65%, сравнительно малые габаритные размеры и поддержку многодиапазонности. Кроме того, PIFA характеризуются достаточно высоким усилением как в вертикальной, так и горизонтальной плоскостях поляризации, именно поэтому данные антенны перспективны для использования в средствах беспроводной связи и беспроводных компьютерных технологиях.

На рис. 1.21 представлено схематичное изображение однодиапазонной

планарной F-антенны.

Рис. 1.19 - Однодиапазонная планарная F-антенна (PIFA)

Планарные «повёрнутые» F-антенны (PIFA) обычно состоят из планар-ных полосковых прямоугольных элементов, расположенных выше по отношению к плоскости экрана (рис. 1.19). При этом планарный элемент имеет два отвода, с помощью одного из них осуществляется запитка антенны, а с помощью другого (закорачивающей пластины) - электрический контакт с экраном. PIFA является вариантом монополя, у которого верхняя часть антенны расположена так, чтобы быть параллельной плоскости экрана.

Поляризация PIFA скорее эллиптическая, чем линейная, осевым отношением редко достигающим 20 дБ. Таким образом, антенна позволяет осуществлять прием как вертикально, так и горизонтально поляризованные электромагнитные волны, что имеет значение в помещениях, где деполяризация является доминирующим фактором.

Электрические характеристики PIFA зависят от размеров верхней излучающей пластины, соотношения длин ее сторон, высоты этой пластины над экраном, размеров и положения вертикальной заземляющей стенки, точки запит-ки антенны [30]. Малые размеры PIFA возможны благодаря тому, что резонансная частота определяется, главным образом, полупериметром излучающей

пластины. Ширина полосы пропускания PIFA напрямую зависит от ширины D вертикальной закорачивающей пластины. Наибольшая полоса соответствует случаю совпадения ширины вертикальной пластины D и длины контактирующей с ней стороны горизонтального излучателя W (рис. 1.19). В однодиапазон-ной PIFA возможно достижение ширины полосы частот, составляющей 8% от частоты несущей по критерию значения коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) не более 2. Дальнейшее расширение рабочей полосы частот достигается с помощью использования различных геометрических конфигураций антенны получающихся с помощью процедур оптимизации на основе генетического алгоритма.

Кроме однодиапазонных планарных повернутых F-антенн широко используются многодиапазонные антенны. Зависимости КСВН данных антенн обладают областями частот, в которых наблюдаются значения не превышающие 2-2.5. Данные частотные области подбираются таким образом, чтобы соответствовать рабочим частотным диапазонам стандартов GSM, DCS, UMST и т.д.

На рис. 1.20 изображена конструкция простейшей четырехдиапазонной PIFA [30].

Экран

Заключение диссертации по теме «Антенны, СВЧ устройства и их технологии», Негробов, Владимир Владимирович

4.4. Выводы по четвертой главе

Разработаны и исследованы различные варианты построения диаграммо-образующих схем на основе модификаций плоской линзы Люнеберга для построения антенных систем с многолучевой диаграммой направленности или возможностью коммутационного сканирования в азимутальной плоскости. Получены основные зависимости, отражающие как направленные свойства разработанных антенн, так и характер их согласования с подводящим трактом.

Рассмотрены возможные пути снижения уровня заднего лепестка в диаграмме направленности разработанной антенны с полистироловыми кольцами путем использования вместо сплошных образующих биконусов системы ТЕМ-рупоров или антенн Вивальди, коммутируемых в зависимости от требуемого азимутального направления приема или излучения с помощью р-ьп диодов. Показано, что использование ТЕМ-рупоров позволяет снизить на 2-3 дБ уровень заднего лепестка и повысить усиление антенны в нижней части рабочего диапазона.

Проведено макетирование антенны с ДОС из металлических концентрических колец в масштабе 1:2 относительно первичной разработанной модели. В результате экспериментальных исследований выяснено, что получаемые результаты в ходе численного моделирования являются адекватными получаемым при натурных исследованиях. Следовательно, разработанные модели также являются адекватными с точки зрения принципов и законов электродинамики и теории антенн.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Негробов, Владимир Владимирович, 2011 год

Список цитируемых источников

1. www.rohde-schwarz.com.

2. www.tcibr.com.

3. Ашихмин А.В. Проектирование и оптимизация сверхширокополосных антенных устройств и систем для аппаратуры радиоконтроля. М.: Радио и связь, 2005. 486 с.

4. Ашихмин А.В., Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А. Амплитудно-фазовое пеленгование источников СВЧ- радиоизлучения с произвольной поляризацией с помощью кольцевой антенной решетки из ТЕМ- рупоров и антенн Вивальди // Антенны. 2008. № 3(130). С. 44-49.

5. Ашихмин А.В., Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А. Теория «виртуальных» антенных решеток и ее применение для повышения точности пеленгования источников радиоизлучения / III Всероссийская НТК «Радиолокация и радиосвязь». 2009. М.: ИРЭ РАН. Т. 1. С. 84-88.

6. Рембовский Ю.А. Разработка и исследование антенной системы мобильного радиопеленгатора с повышенной чувствительностью и возможностью приема волн с произвольной поляризацией // Антенны. 2008. № 7-8(134-135). С. 16-27.

7. Ашихмин А.В., Пастернак Ю.Г., Попов И.В., Рембовский Ю.А. Использование электрических вибраторов, запитываемых щелевыми линиями, для повышения чувствительности и снижения числа литер приемной антенной системы // Антенны. 2008. № 7-8(134-135). С. 36-43.

8. Ашихмин А.В., Пастернак Ю.Г., Попов И.В., Рембовский Ю.А. Пла-нарная антенная система для полноазимутального пеленгатора волн с горизонтальной поляризацией с возможностью формирования квазиигольчатых и квазитороидальных парциальных диаграмм направленности // Антенны. 2008. № 10(137). С. 47-51.

9. Broadband fan cone direction finding antenna and array: US Patent 6198454, H01Q 013/00 /, Eugene D. Sharp, Sandy W. His. - 1998.

10. Antenna system and method for direction finding: US Patent 6239747, GO IS 3/46 (20060101), GO IS 3/02 (20060101), GO IS 3/14 (20060101) / Walter Joseph Kaminsk. - 2001.

11. Antenna system for radio direction-finding: US Patent 6211846, H01Q 001/12 / Jean-Pierre Gouin. - 2001.

12. Conformal, high-frequency, direction-finding antenna: US Patent 6570543, H01Q 007/04 H01Q 001/52 / Ruell F. Solberg, Jr., Steven P. Saulnier, C. Nils Smith, William G. Guion. - 2003.

13. Deep depression angle calibration of airborne direction finding arrays: US Patent 6806837, H01Q 128 / Norman D. Paul, Norman E. Saucier. - 2004.

14. Direction finder and device for processing measurement results for the same: US Patent 6278406, GO IS 005/02 / Kuwahara, Yoshihiko. - 2001.

15. Direction finding method and system using digital directional correlators: US Patent 6914559, G01S005/02 / Maury I. Marks. - 2005.

16. Direction finding system: US Patent 5822050, G01B 011/26 / Ohtomo Fu-mio, Tokuda Yoshikatu, Yoshino Kenichiro. - 1998.

17. Direction finding system using body-worn antenna: US Patent 6771224, H01Q 112 / Apostolos John T. - 2004.

18. Direct sequence spread spectrum direction finder: US Patent 5465097, GO IS 005/04 / Fry, Robert J. - 1995.

19. Dual polarization antenna array with inter-element coupling and associated methods: US Patent 7221322, H01Q 1/38 / Timothy E. Durham, Anthony M. Jones,Griffin K. Gothard, Sean Ortiz. - 2007.

20. Electronically scanning direction finding antenna system: US Patent 6987489, H01Q 13/00, H01Q 19/17 / Arsen Melconian, David Steward, Gregory Lackmeyer, John Longyear, Paul Crane. - 2006.

21. Method and apparatus for loop direction finding with no ambiguity: US Patent 4724442, G01S 3/14 (20060101), G01S 3/40 (20060101), G01S 3/02 (20060101), G01S 3/12 (20060101) / Dennis D. King. - 1988.

22. Method and device for co-operative radio direction-finding in transmission:

US Patent 6693591, GO IS 3/74 (20060101), GO IS 3/02 (20060101) / Anne Ferreol, Fran.cedilla.ois Delaveau. - 2004.

23. Method and system for obtaining direction of an electromagnetic wave: US Patent 6407702, GO IS 003/46 / Jan Bergman, Tobia Carozzi, Roger Karlsson. -2002.

24. Near field to far field DF antenna array calibration technique: US Patent 7119739, GO IS 7/40, H01Q 3/26 / Keith A. Struckman. - 2006.

25. Radio-wave arrival-direction estimating apparatus and directional variable transceiver: US Patent 6897807, G01S005/02 / Takaaki Kishigami, Takashi Fuka-gawa, Yasuaki Yuda, Masayuki Hoshino. - 2005.

26. Ашихмин A.B., Козьмин B.A., Негробов B.B., Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А. Анализ современного состояния и перспективные направления развития антенных систем, использующихся в комплексах радиопеленгации и радиомониторинга. // Проектирование радиоэлектронных и лазерных устройств и систем: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2009. С. 22-36.

27. Ашихмин А.В., Козьмин В.А., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А. Анализ перспективных направлений развития методов оценки угловых координат источников радиоизлучения // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5. № 9. С. 47-55.

28. Слюсар В. 60 лет теории электрически малы антенн. Некоторые итоги // Электроника: НТБ. 2006. №7. С. 10-19.

29. Слюсар В. Многодиапазонные антенны мобильных средств связи // Электроника: НТБ. 2006. №8. С. 90-96.

30. Слюсар В. Антенны PIFA для мобильных средств связи. Многообразие конструкций // Электроника: НТБ. 2007. №1. С. 64-74.

31. В. Friedlander. Direction finding with an interpolated array. // Proc. IEEE Int. Conf. Acoust., Speech, Signal Processing, Apr. 1990.

32. M. Pesavento, A. B. Gershman, and Zhi-Quan Luo. Robust array interpolation using second-order cone programming. IEEE Signal Processing Letters, vol. 9 no. l,pp. 8-11, Jan. 2002.

33. M. Buhren, М. Pesavento, and J. F. Bohme. A new approach to array interpolation by generation of artificial shift invariances: interpolated ESPRIT. Proceedings IEEE Int. Conf. Acoustics, Speech, and Signal Proces. (ICASSP), vol. 5, pp. 205-208, 2003.

34. Hyberg P. Antenna Array Mapping for DOA Estimation in Radio Signal Reconnaissance. PhD thesis. — Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden. —2005.

35. F. Belloni, A. Richter, and V. Koivunen. Reducing Excess Variance in Beamspace Methods for Uniform Circular Array. In Proceedings of the IEEE Workshop on Statistical Signal Processing (SSP), Bordeaux, France, July 17-20, 2005.

36. F. Belloni, and V. Koivunen. Beamspace Transform for UCA: Error Analysis and Bias Reduction. IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 54 no. 8, pp. 3078-3089, August 2006.

37. Belloni F., Richter A., Koivunen V. DOA Estimation via Manifold Separation For Arbitrary Array Structures // IEEE Trans. Signal Processing, 2007, vol. 55, № 10, pp. 4800-4810.

38. Advances in Direction-of-Arrival Estimation / S. Chandran. Norwood: ARTECH HOUSE. 2006. 474 P.

39. Tuncer E., Friedlander B. Classical and Modern Direction-of-Arrival Estimation. USA: AP. 2009. 429 P.

40. Antenna Array Including Virtual Antenna. P. van Rooyen, P. Roux. Patent US 7,605,755B2, 20.10.2009 (prior publication data US 2008/0303719 Al, 11.12.2008).

41. Глазьев В.И., Зацерковский P.A., Смидович O.B. Метод фантомов в теории антенных решеток / Материалы акустического симпозиума «Консонанс-2003». Киев. 2003. Изд-во НАН Украины. С. 67-72.

42. Макаров Е.С., Негробов В.В., Рембовский Ю.А. Анализ перспективных и использующихся в различных технических приложениях методов формирования «виртуальных» антенных решеток. / Телекоммуникации. 2011. № 2. С. 25-31.

43. Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А. Структура поля в области расположения кольцевой антенной решетки мобильного базирования / Антенны. 2007. № 1(116). С. 30-34.

44. Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А. Метод восстановления электромагнитного поля на плоскости вблизи трехмерного рассеивателя / Антенны. 2007. № 7(122). С. 43-48.

45. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. -М.: Наука, 1973. - 832 с.

46. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. -М.: Наука. - 1987. 598 с.

47. Ашихмин A.B., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А. Использование степенных рядов для формирования «виртуальных» антенных решеток вблизи рассеивателей сложной формы / Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5. № 8. С. 166-170.

48. Ашихмин A.B., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А. Исследование возможности описания пространственного распределения поля вблизи антенной системы мобильного радиопеленгатора с помощью ряда Лорана / Телекоммуникации. 2009. № 11. С. 18-23.

49. Миттра Р., Ли С. Аналитические методы в теории волноводов. М.: Мир. 1974. 327 с.

50. Марков Г.Т., Петров Б.М., Грудинская Г.П. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Сов. радио. 1979. 374 с.

51. Ашихмин A.B., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А. Повышение точности определения азимутальных координат источников радиоизлучения мобильными радиопеленгаторами путем аппроксимации поля с помощью интеграла Кирхгофа / Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5. № 8. С. 35-38.

52. Ашихмин A.B., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А., Сысоев Д.С. Аппроксимация компонент электромагнитного поля вблизи рас-

сеивателей сложной формы. Материталы VI Международного семинара «Физико-математическое моделирование систем». Воронеж. 2009. Ч. 3. С. 59-66.

53. Ашихмин A.B., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А., Сысоев Д.С. Повышение точностных характеристик комплексов радиоразведки на основе аппроксимации электромагнитного поля с использованием метода вспомогательных источников. "Информация и безопасность". №1. 2011. С. 133136.

54. Никольский В. В., Никольская Т. И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1989. 453 с.

55. Ашихмин A.B., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Попов И.В., Рембовский Ю.А. Исследование эффективности метода «виртуальной» антенной решетки при изменении геометрии корпуса носителя мобильного радиопеленгатора / Антенны. 2010. № 1(152). С. 49-54.

56. Weiland Т. A discretization method for the solution of MaxwelFs equations for six-component fields // Electronics and Communication, 1977. V. 31. PP. 116-120.

57. Ашихмин A.B., Негробов B.B., Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А. Исследование физико-математической модели, описывающей «виртуальную» антенную решетку, сформированную вблизи трехмерного рассеивателя. Антенны. №6(157). 2010. С. 43-59.

58. Ашихмин A.B., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г. Физико-математическое обоснование методов формирования "виртуальных" антенных решеток // Труды РНТОРЭС им. А.С.Попова. Серия: "Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации". Выпуск: IV.-M.,2011.C. 102-105.

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

60. Алексидзе М.А. Фундаментальные функции в приближенных решениях граничных задач. М.: Наука, 1991. 352 с.

61. К. Levenberg A Method for the Solution of Certain Problems in Least Squares. Quart. Appl. Math. 2. 1944. pp 164-168.

62. Ашихмин A.B., Негробов A.B., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Попов И.В., Рембовский Ю.А. Исследование кольцевой радиопеленгаторной антенной решетки, состоящей из экспоненциально расширяющихся щелевых элементов, нагруженных широкополосными электрическими вибраторами. // Антенны. 2010. №6 (157). С. 60-66.

63. Ашихмин A.B., Пастернак Ю.Г., Попов И.В., Рембовский Ю.А. Синтез и анализ антенной системы полноазимутального комплекса пеленгования источников радиоизлучения СВЧ- диапазона волн с произвольной поляризацией // Системы управления и информационные технологии. 2007. № 3.1 (29). С. 112-118.

64. Рембовский Ю.А. Разработка и исследование антенной системы мобильного радиопеленгатора с повышенной чувствительностью и возможностью приема волн с произвольной поляризацией // Антенны. 2008. № 7-8(134-135). С. 16-27.

65. Ашихмин A.B., Пастернак Ю.Г., Попов И.В., Рембовский Ю.А. Использование электрических вибраторов, запитываемых щелевыми линиями, для повышения чувствительности и снижения числа литер приемной антенной системы // Антенны. 2008. № 7-8(134-135). С. 36-43.

66. Ашихмин A.B., Негробов A.B., Пастернак Ю.Г., Попов И.В., Рембовский Ю.А. Макетирование одиночных антенных элементов, входящих в состав радиопеленгаторных антенных решеток, работающих в сверхшироком диапазоне волн. // Проектирование радиоэлектронных и лазерных устройств и систем: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ. 2009. С. 15-21.

67. Ашихмин A.B., Негробов A.B., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А. Разработка и исследование антенной системы для скрытной передачи информации в режиме приема и излучения сверхкоротких видеоимпульсов. "Информация и безопасность". №1 2011. С. 91-96.

68. A.B. Ашихмин, Ю.Г. Пастернак, И.В. Попов, Ю.А. Рембовский. Моделирование сверхширокополосных гибридных вибраторно-щелевых антенных элементов и кольцевых радиопеленгаторных антенных решеток, составленных

на их основе // 9-я международная НТК «Кибернетика и высокие технологии XXI века». Воронеж. Изд-во ВГУ. 2008. Т. 1. С. 529-539.

69. Ашихмин А.В., Пастернак Ю.Г., Попов И.В., Рембовский Ю.А. Моделирование антенных решеток из симметричных электрических вибраторов, возбуждаемых с помощью неоднородных щелевых линий с потерями на излучение // Системы управления и информационные технологии. 2007. № 4.1 (30). С. 108-118.

70. Ашихмин А.В., Негробов А.В., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Попов И.В., Рембовский Ю.А. Экспериментальное исследование кольцевой радиопе-ленгаторной гибридной антенной решетки в сверхшироком диапазоне волн. // 16-я международная НТК «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж. Изд-во ВГУ. 2010. Т. 2. С. 1634-1645.

71. Yangvesson K.S., Schaubert D.H., Korzeniowsky T.L., etc. Endfire tapered slot antennas on dielectric substrates // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1985. № 12 (33). P. 1392-1400.

72. Yangvesson K.S., Johansson J.F., Kollberg E.L. A new integrated slot element feed array for multibeam systems // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1986. № 11 (34). P. 1372-1376.

73. Popovic N. Novel feedline for lineary tapered slotline antenna (LTSA) // Electron. Lett. 1986. № 24 (23). P. 1285-1286.

74. Janaswamy R., Schaubert D. Analysis of the tapered slot antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1987. № 9 (35). P. 1058-1065.

75. Li Tianming, Rao Yuping, Niu Zhongxia Analysis and Design of UWB Vivaldi Antenna // Microwave, Antenna, Propagation and EMC Technologies for Wireless Communications, International Symposium, 16-17 August. 2007 . P. 579581.

76. Sims, M., Lawrence, D.E., Halladay, R. A fully-integrated Vivaldi phased array for seeker applications // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 3-8 July 2005. Vol. 2B, P. 445-448.

77. Li Ying, Chen Ai-xin Design and application of Vivaldi antenna array // Antennas, Propagation and EM Theory ISAPE 2008, 8th International Symposium, 2-5 November. 2008. P. 267-270.

78. Thiele E., Taflove A., FD-TD analysis of Vivaldi flared horn antennas and arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1994. № 5 (42). P. 633641.

79. Schaubert D.H., Kasturi S., Boryssenko A.O., Elsallal, W.M. Vivaldi Antenna Arrays for Wide Bandwidth and Electronic Scanning // Antennas and Propagation EuCAP 2007, The Second European Conference, 11-16 November. 2007. P. 1-6.

80. Ашихмин A.B. Исследование и разработка сверхширокополосных антенн комплексов радиоконтроля: дис. д-ра техн. наук: 05.12.07 Москва, 2006 627 с. РГБ ОД, 71:07-5/8.

81. Ашихмин А.В., Власов М.Ю., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Рембовский Ю.А., Сысоев Д.С., Федоров С.М. Моделирование антенн для построения пеленгаторной антенной системы диапазона 3-8 ГГц.// 16-я Международная НТК "Системные проблемы надежности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в инновационных проектах" Инноватика -2011. Сочи. 2011. Ч. 2. С. 188-191.

82. http://www.ircos.ru

83. Luneberg R.K. Mathematical Theory of Optics // Brown University. 1944. Providence, Rhode Island. P. 189-213.

84. Rotman W., Turner R.F. Wide-Angle Microwave Lens for Line Source Applications // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1963. P. 623-632.

85. Панченко Б.А., Лебедева E.B. Антенные характеристики линзы Люне-берга // Антенны. 2010. № 12. С. 5-9.

86. Xidong Wu, Laurin, J.-J. Fan-Beam Millimeter-Wave Antenna Design Based on the Cylindrical Luneberg Lens // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2007. № 8 (55). P. 2147-2156.

87. Liang C.S., Streater D.A., Jian-Ming Jin, Dunn E., Rozendal T. A quantitative study of Luneberg-lens reflectors // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2005. № 2 (47). P. 30-42.

88. Liang C.S., Streater D.A., Jian-Ming Jin, Dunn E., Rozendal, T. Ground-plane-backed hemispherical Luneberg-lens reflector // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2006. № 1 (48). P. 37-49.

89. Pfeiffer C., Grbic A. A Printed, Broadband Luneburg Lens Antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2010. № 9 (58). P. 3055-3059.

90. Rotman R., Rotman S., Rotman W., Raz O., Tur M. Wideband RF beam-forming: the Rotman lens vs. photonic beamforming // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 3-5 July 2005. Vol. 2B, № 8. P. 23-26.

91. Kilic O., Dahlstrom R., Rotman lens beam formers for Army multifunction RF antenna applications // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 3-5 July 2005. Vol. 2B, № 8. P. 43-46.

92. Singhal P.K., Sharma P.C., Gupta R.D., Rotman lens with equal height of array and feed contours // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2003. № 8(51). P. 2048-2056.

93. Lambrecht A., Beer S., Zwick Т., True-Time-Delay Beamforming With a Rotman-Lens for Ultrawideband Antenna Systems // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2010. № 10 (58). P. 3189-3195.

94. Woosung Lee, Jaeheung Kim, Young Joong Yoon Compact Two-Layer Rotman Lens-Fed Microstrip Antenna Array at 24 GHz // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2011. № 2 (59). P. 460-466.

95. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1988.

432 с.

96. Ашихмин А.В., Власов М.Ю., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г., Сысоев Д.С. Полноазимутальная антенная решетка с коммутационным сканированием на основе модификаций плоской линзы Люнеберга // Труды РНТОРЭС им. А.С.Попова. Серия: "Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации". Выпуск: IV.-M.,2011.C. 64-67.

¿«йГА* ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВПО «ВГТУ», ВГТУ)

АКТ

о внедрении результатов диссертации в учебный процесс Воронежского государственного технического университета

Результаты диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук Негробова Владимира Владимировича, выполненной в Воронежском государственном техническом университете в рамках основного научного направления "Перспективные радиоэлектронные и лазерные устройства и системы передачи, приема, обработки и защиты информации", внедрены в учебный процесс ВГТУ на основании решения кафедры

"Радиоэлектронные устройства и системы" от "о£и 201! г.,

протокол № §.

1. Вид результатов внедренных в учебный процесс: результаты численного моделирования, практические рекомендации по проектированию сверхширокополосных приемных антенн диапазона СВЧ в печатном исполнении, а также исследованию их основных характеристик.

2. Область применения:

лабораторный практикум по дисциплине "Устройства СВЧ и антенны" основной образовательной программы подготовки специалистов по направлению 210300 "Радиотехника" специальности 210302 "Радиотехника";

3. Форма внедрения:

методические указания к лабораторной работе по дисциплине "Устройства СВЧ и антенны" [электрон, ресурс]. - Воронеж: ВГТУ, 2011. - 15 с. (№295-2011).

4. Эффект от внедрения:

повышение качества образования, заключающееся в новых знаниях, умениях и навыках, приобретаемых студентами и аспирантами, развитие их компетенций в области моделирования топологии перспективных сверхширокополосных печатных антенн СВЧ диапазона.

Руководитель основного научного направления

А.В. Муратов

« € » су^сА^к 2011 г.

Научный .руководитель

Ю.Г. Пастернак «су» 42. 2011г.

Автор

« »

В.В. Негробов 2011 г.

ачальник отдела методического обеспечения учебного процесса УМУ

«о7 » ^¿тЩ 2011 г.

Декан факультета _Ф^//_А В- Муратов

« € » 2011 г.

Заведующий кафедрой "Радио-электроннь^ устройства и системы"

Ю.С. Балашов

«оГ ».

2011 г.

«УТВЕРЖДАЮ» Директор ОСП ЗАО «ИРКОС» (г. Москва)

. Ахшхмин A.B.

.-//__2011 г.

АКТ ВНЕДРЕЮШ

результатов диссертации Негробова Владимира Владимировича, выполненной на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мы, члены комиссии, назначенной директором ОСП ЗАО «ИРКОС» Ашихминым A.B., в следующем составе: председателя комиссии - директора по научной работе ЗАО «ИРКОС», к.т.н., доцента Козьмина В.А., ведущего инженера ЗАО «ИРКОС», к.т.н., доцента Андрекова И.К. и ведущего инженера ЗАО «ИРКОС», к.т.н., доцента Токарева А.Б., подтверждаем, что перечисленные ниже .результаты, полученные Негробовым В.В внедрены в ЗАО «ИРКОС» (г. Москва).

ПЕРЕЧЕНЬ ВНЕДРЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Внедренные результаты Эффективность внедренных результатов

Метод аппроксимации компонент электромагнитного поля вблизи антенной системы, отличающийся использованием процедуры квазирешения, позволяющий повысить точность пеленгования в полосе частот с перекрытием 9. Расширение частотного диапазона функционирования методов аппроксимации поля на 25-30%, снижение систематической ошибки пеленгования в 2-4 раза в мобильных ра-диопеленгаторных комплексах.

Председатель комиссии

Члены комиссии

/ >/

Козьмин В. А.

Андреков И.К. Токарев А.Б.

«УТВЕРЖДАЮ»

главный конструктор ч<<НКТБ «Феррит»

Ю.В. Литвинов ■.>$>0, 2011г.

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы Негробова Владимира Владимировича «Проектирование сверхширокополосных приемных антенных систем с учетом дифракционных искажений структуры измеряемого поля»,

выполненной на соискание ученой степени кандидата технических наук

Комиссия в составе:

Председателя комиссии Кострова Н.А., главного инженера ФГУП

«НКТБ «Феррит»;

Членов комиссии Беляева В.И. - начальника отдела;

Лосева В.В. - главного технолога отдела составили настоящий акт в том, что результаты диссертационной работы Негробова В.В., изложенные в трудах научно-технических конференций: Физико-математическое моделирование систем, 2009 г.; Радиолокация, навигация, связь, 2010 г.; Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации, 2011 г.; Инноватика, 2011 г.; опубликованные в журналах Вестник Воронежского государственного технического университета № 8., № 9, 2009 г., Телекоммуникации, № 11, №2, 2009,2010 гг., Антенны. № 1(152), № 6 (157), 2010 г., Информация и безопасность, №1, 2011 г. внедрены в выполняемых НИОКР при разработке сверхширокополосных антенных систем комплексов радиомониторинга и радиопеленгации.

В качестве основных научных результатов необходимо отметить:

- метод снижения систематической погрешности пеленгования путем аппроксимации структуры электромагнитного поля вблизи пеленгаторной антенной решетки;

- методика проектирования сверхширокополосной антенной системы с возможностью коммутационного сканирования или многолучевого диаграммообразования в азимутальной плоскости на основе модификаций плоской линзы Люнеберга.

Внедрение указанных результатов позволило:

- повысить точность пеленгования по азимутальной координате радиопеленгаторных комплексов до 4-х раз;

- расширить функциональные возможности комплексов радиомониторинга мобильного базирования, оснащенных многолучевыми антеннами на основе модификаций плоской линзы Люнеберга.

Председатель комиссии Н. А. Костров

Члены комиссии Беляев

В.В. Лосев

Акт внедрения

результатов диссертационной работы Негробова Владимира Владимировича на соискание ученой степени кандидата технических наук

Комиссия Воронежского института правительственной связи (филиала) Академии Федеральной службы охраны Российской Федерации в составе: председателя - начальника 2, кафедры Тройнина A.M. и членов комиссии -заместителя начальника 2 кафедры Алиева Д.С., старшего преподавателя 2 кафедры Иванова A.B., составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы Негробова Владимира Владимировича, выполненной в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж), внедрены в учебный процесс по дисциплинам «Антенно-фидерные устройства», «Электрорадиоизмерения» в виде программно-методического комплекса для проведения практических работ по исследованию характеристик сверхширокополосных антенных элементов в печатном исполнении, используемых для построения линейных и кольцевых антенных решеток.

Председатель комиссии

Члены комиссии

A.M. Тройнин

Д.С. Алиев A.B. Иванов