CC BY
13
УДК 621.391
Харисов И.И.
сотрудник Академии ФСО России Россия, г. Орел
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ СКАНИРУЮЩИХ АНТЕНН ДЛЯ БОРЬБЫС ПОМЕХАМИ В ДИАПАЗОНЕ 2,4-2,5 ГГЦ
Аннотация:
Основное внимание в статье уделено анализу возможностей сканирующих антенн для борьбы с помехами в диапазоне волн 2,4-2,5 Ггц. В качестве антенных устройств рассмотрена фазированная антенная решётка (ФАР) с микрополосковым излучателем.
Ключевые слова:
Сканирующие антенны, методы борьбы с помехами, микрополосковые излучатели, широкополосный беспроводный доступ.
Введение
Обеспечение современными услугами связи в различных сферах и областях жизни государства, является одной из основных задач телекоммуникационных компаний, структурных подразделений и силовых ведомств страны. Одним из наиболее применяемых средств в системах связи общего пользования являются радиосредства широкополосного беспроводного доступа (ШБД). Реализованы они на радиорелейных средствах ШиРидиапазона (2,4-2,5 ГГц), применяемые в составе различных узлов связи для образования территориально-распределенных широкополосных сетей беспроводного доступа. В качестве антенных устройств используется фазированная антенная решетка с микрополосковыми излучателями.
Актуальность вопроса в следующем, радиосредства широкополосного беспроводного доступа в различных силовых и других ведомствах часто используется для построения систем связи в кризисных ситуациях. Так как эти системы разворачиваются на базе ранее существующих сетей и систем связи, появляется необходимость в адаптации их к существующей электромагнитной обстановке. Диапазон 2,42,5 ГГц достаточно чувствителен к помехам от других источников излучения, расположенных на местности, и в связи с этим происходит ухудшение качества связи. Данную проблему позволяет решить использование сканирующих антенн, способных уходить от помех, вносимых в канал связи.
Основная часть
Применение ФАР для построения сканирующих антенн позволяет реализовать высокую скорость обзора пространства и позволяет своевременно определить направления на все источники излучения, как санкционированного, так и несанкционированного излучения.
Источник несанкционированного излучения - источник, который нарушает правила разграничения доступа и вносит помехи в канал связи своим излучением. Данные источники способны подавлять полезные сигналы
и создавать помехи радиосредствам, работающим в данном диапазоне частот, что существенно может ухудшить качество предоставляемых услуг при выполнении задач по планированию и предоставлению связи.
Одной из основных задач при планировании и организации связи является оценка
issn 2410-6070
международный научный журнал «инновационная наука»
№ 3-2 / 2023
электромагнитной обстановки (ЭМО) и обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиосредств, размещенных
на участке местности, в том числе на наличие источников излучения, способных оказать негативное влияние на выполнение задач.
Основными характеристиками фазированных антенных решеток являются: дальность сканирования, коэффициент усиления антенны, рабочая полоса частот, поляризация поля излучения, направленность действия и энергетические характеристики. При этом данный тип антенн может отличаться друг от друга по виду антенной решетки, по расположению излучателей относительно друг друга, по типу применяемого излучателя, по способу возбуждения или запитывания излучателей, а также по способу обеспечения режима сканирования.
Для борьбы с помехами необходимо принимать специальные меры, направленные на снижение потерь информации при ее передаче по каналам радиосвязи.
К основным методам борьбы с помехами можно отнести следующее: снижение уровня помех в полосе пропускания приемника; увеличение энергии сигнала; оптимальная обработка сигналов в приемнике; выбор оптимальной структуры сигнала; применение сложных сигналов; кодирование сигналов с целью повышения их помехоустойчивости; применение различных компенсационных методов, в том числе и антенных компенсаторов.
Для борьбы с помехами в сканирующих антеннах необходимо реализовать такую диаграммообразующую схему (ДОС), которая позволила бы осуществлять управление диаграммой направленности с учетом направления прихода несанкционированного излучения или мешающего сигнала (рис. 1).
ДОС - это разновидность радиочастотных устройств, предназначенных для формирования требуемых амплитудно-фазовых распределений высокочастотного сигнала на излучающие элементы антенных решеток.
Рисунок 1 - Иллюстрация борьбы с помехами
Основные способы построения матричной ДОС, представлены в виде матрицы Батлера (Рис. 2, а) и матрицы Бласса (Рис. 2, б).
Рисунок 2 - Матричные ДОС. а) матрица Батлера; б) матрица Бласса
Матрица Батлера выполнена таким образом, что длина фидерного тракта от любого входа до любого излучателя одинакова. Ее принцип построения предусматривает возможность использования любого количества лучей.
Матрица Бласса построена так, что при подаче сигнала на ее входы все излучатели будут возбуждаться синфазно, так как длины путей от этого входа до каждого излучателя кратны длине волны в линии передачи.
Так же возможно использовать гибридную матричную ДОС, т.к. она является более надёжной в работе, простой в реализации и в обслуживании. Такая ДОС представляет собой устройство, реализованное на основе совмещения принципов построения матриц Батлера и Бласса.
Гибрид этих двух видов матриц в ДОС может быть использован в активной фазированной решётке (АФАР), которая позволит реализовать алгоритм работы антенного компенсатора для борьбы с помехами в фиксированной беспроводной связи в диапазоне 2,4-2,5 ГГц.
Рисунок 3 - Модель ФАР и ее диаграмма направленности
Для визуального представления возможности использования ФАР в диапазоне 2,4 ГГц, был
смоделирован единичный элемент с параметрами: длина (¿) 4,9 см и ширина (Ш) 4,1 см, толщина (Н) составляет 2 мм. Питание на элемент подаётся с тыльной стороны, диаметр питающего разъёма равен 5 мм, а высота расположения от основания излучателя 1,4 см. При этом был получен коэффициент усиления единичного элемента порядка 4 дБ, что в целом соответствует теоретическим расчетам. Затем было произведено моделирование антенной решётки из 64 излучателей с теми же параметрами, внешний вид и диаграмма направленности (ДН) полученной антенны представлены на рисунке 3.
Максимальное значение коэффициента усиления антенны основного лепестка при равных значениях фаз излучателей равно 26,5 дБ.
Вывод
Таким образом, в дальнейшей исследовательской работе будет продолжаться совершенствование параметров при разработке и моделировании сканирующей антенны в диапазоне от 2,4 ГГц и до 2,5 ГГц с учетом использования ДОС, работающей по гибридной схеме. Также будет прорабатываться задача по использованию АФАР не только для смещения ДН в пространстве, но и для построения её таким образом, чтобы помеха, определенная после оценки ЭМО местности, приходила в нуль ДН. Список использованной литературы:
1. Р.Хансен «Сканирующие антенные системы СВЧ»;
2. В.С. Филиппов, Л.И. Пономарев «Антенны и устройства СВЧ»;
3. О.Г. Вендик, М.Д. Парнес «Антенны с электрическим сканированием»;
© Харисов И.И., 2023
