CC BY
14
Несмотря на то, что в сравнительном анализе используются ориентировочные данные, видно, что даже при большей мощности и более высоких затратах на электроэнергию, индукционные светильники экономически эффективнее, за счёт длительности срока службы.
В данной работе, отталкиваясь от вопросов энергосбережения и энергоэффективности, целью было найти современное решение этой проблемы. Так как освещение - это необходимая часть затрат, от которой невозможно исключить, решено рассмотреть альтернативные варианты используемого в данный момент осветительного оборудования - это индукционные лампы. Несмотря на то, что основной принцип работы таких систем был придуман ещё в прошлом веке, до недавнего времени он не находил воплощения в осветительных приборах. Изучив принцип работы, преимущества и недостатки, была попытка сделать расчет, чтоб показать экономическую выгоду использования индукционных ламп.
Приведённый расчет весьма поверхностный и в нём не учтено много факторов, таких как эксплуатационные затраты (монтаж), затраты на утилизацию и т.д. но тем не менее, видно, что светодиодная лампа не является пределом в энергосбережении. Сложно спрогнозировать, какие энергоэффективные технологии будут лидерами на рынке освещения, но уже сейчас есть выбор, и под каждый проект можно найти индивидуальное, оптимальное решение. Список использованной литературе:
1. Алдашева Н.Т., Кабатаев Д., Арзалиев Б. Исследование эффективного варианта управления энергетическими ресурсами промышленных предприятий. // Бюллетень науки и практики, 2021 № 10 - с. 282
2. Алексеев М.В. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности образовательных учреждений // The Scientific Heritage. 2021. №71-2. - с. 12.
3. Кнорринг Г.М., Проектирование осветительных установок. [Текст] // М. — Л., 1985. - 271 с.
4. Шамшиддинов М.К., Повышение энергоэффективности энергосберегающего светодиодного освещения // Universum: техн. науки. 2021. №4-4 (85). - с. 12.
© Ашыркул у. А., Турдалиев И.А., Эркин у. Б., 2023
УДК 621.37
Болятко Н.С., Мурашкин О.М.
Сотрудники Академии ФСО России
АНТЕННАЯ СИСТЕМА С ДИАГРАММООБРАЗУЮЩЕЙ СХЕМОЙ ЛИНЗОВОГО ТИПА
Аннотация
В статье синтезирована и проанализирована антенная система, в состав которой входит антенная решетка и диаграммообразующая схема на основе линзы Ротмана.
Ключевые слова
Линзовые антенные решетки, линза Ротмана, диаграммообразующая схема.
В настоящее время специалисты в области радиосвязи и разработчики антенной техники проявляют повышенный интерес к проблемам создания антенных систем (АС), обладающих высокими характеристиками направленности и достаточно малыми массогабаритными показателями [1]. При разработке и модернизации существующих АС предъявляются все более строгие требования по генерированию диаграммы направленности (ДН) специального вида, в том числе адаптивных. В
инфокоммуникационных комплексах и средствах следует применять антенные решетки (АР), способные образовывать в пространстве несколько единичных диаграмм направленности. В общем случае, такая АС представляет собой излучающие элементы расположенные определенным образом в плоскости АР и диаграммообразующую схему (ДОС), обеспечивающую формирование в антенне соответствующих амплитудно-фазовых распределений (АФР) [2].
Одним из возможных способов формирования и изменения положения ДН в пространстве и уменьшения массогабаритных показателей многолучевых АС является использование в роли ДОС, наряду с матричными схемами (Батлера, Бласса), волноводных и микрополосковых разновидностей радиочастотных линз, предложенных зарубежными специалистами Ротманом и Тернером. Такие устройства позволяют создавать практически реализуемые конструкции АС с одномерной многолучевой и сканирующей ДН, которые имеют оптимальные характеристики коэффициента направленного действия и коэффициента усиления в пределах необходимой рабочей полосы частот [2]. Таким образом, изменение направления и формы ДН может быть реализовано на основе решения технической задачи по совершенствованию существующих АС комплексов широкополосного беспроводного доступа на основе структурно-функционального внедрения в их состав ДОС на основе плоской линзы Ротмана.
Предлагаемая АС функционирует в диапазоне частот 5-6 ГГц и состоит из плоской АР с подрешетками, ДОС на основе линзы Ротмана и коммутатора СВЧ сигналов (рис.1).
Диаграммообразующая схема линзового типа определяет АФР, которая реализует ДН специального вида. Структура ДОС линзового типа представляет собой плоскую линзу Ротмана, которая имеет 5 портов на входной дуге (порты лучей) с подключаемыми к ним линиями передачи, выполненными по микрополосковой технологии, 4 порта на выходной дуге линзы (порты решеток) соединяющимися с плоской АР (рис. 2).
На текущий момент развития сканирующих и многоэлементных антенных массивов, линза Ротмана стала достаточно часто применяться в качестве формирователя диаграмм направленности при создании фазированных антенных массивов, включая миллиметровый диапазон длин волн.
Входные порты от передающего устройства
устройству
Рисунок 1 - Антенная система с диаграммообразующей схемой на основе линзы Ротмана
Рисунок 2 - Диаграммообразующая схема на основе линзы Ротмана
Применение линзы Ротмана предоставляет следующие преимущества: небольшие фазовые ошибки в линзе, простота изготовления, невысокая стоимость, малый вес и широкополосность [5]. АФР, создаваемая на выходе ДОС на основе линзы Ротмана, основывается на различной длине оптических путей распределение электромагнитной волны от портов лучей до портов элементов антенны, что гарантирует для каждого из портов элементов антенны различную величину линейного сдвига фазы[5].
Линза создает на выходной дуге такое распределение амплитуды и фазы электромагнитного поля, которое одновременно формирует несколько лучей, охватывающих разные секторы пространства в вертикальной или горизонтальной плоскости. Каждый луч, сформированный линзой Ротмана, в идеале имеет усиление, равное усилению одноэлементной антенной решетки аналогичного размера [3].
Микроволновый коммутатор выполняет функцию разделения сигнала от приемопередатчика на N выходов, соединенных с N портами лучей АР в режиме передачи. В режиме приема коммутатор микроволновых сигналов суммирует выходные сигналы с портов лучей АР на основе линзы Ротмана, и сигнал поступает на выход в приемопередающий тракт. Коммутатор микроволновых сигналов изготовлен с использованием полупроводниковых элементов и микрополосковой технологии, представляя собой широкополосный многоканальный микроволновый переключатель лучевого типа. Соединение элементов АФТ радиостанции с коммутатором микроволновых сигналов осуществляется с помощью коаксиальных кабелей или линий передачи на печатной плате.
Антенная решетка предназначена для формирования, изменения пространственной ориентации и формы диаграммы направленности, обеспечения требуемого (заданного) коэффициента направленного действия на основе реализованного в ней поля электромагнитной волны и геометрического расположения антенных элементов [4].
Данный вид АР обеспечивает высокую гибкость и эффективность в формировании и управлении ДН, что делает ее идеальным решением для широкого спектра приложений, таких как радиолокация, связь, радионавигация и других систем, требующих управления пространственным распределением электромагнитного поля. Благодаря своим преимуществам, линза Ротмана становится все более популярным выбором в разработке современных фазированных антенных решеток и многолучевых систем.
Плоская АР состоит из 64 вибраторов прямоугольной формы с экраном, для повышения направленных характеристик антенны. К линзе Ротмана подключаются при помощи линии передачи четыре подрешетки. Между входной и выходной дугой линзы располагаются по 4 балластных порта (всего 8), которые подключены к согласованной нагрузке равной 50 Ом и предназначены для уменьшения амплитудно-фазовых искажений, наблюдаемых в структуре поля АС [2].
«Ширина АС равна 410 мм, длина - 410 мм, толщина симметричной полосковой линии - 4,1 мм, толщина слоя меди - 0,018 мм, высота излучающего элемента - 20 мм, его ширина - 15 мм. Если расстояние между портами решетки более чем XI2, коэффициент отражения возрастает от выходных портов в сторону входных и балластных портов. В ходе оптимизации подбиралось такое расстояние между
issn 2410-6070
международный научный журнал «инновационная наука»
№ 5-1 / 2023
портами, чтобы обеспечить работу плоской АР в широкой полосе. После оптимизации получены следующие расстояния: между портами лучей - 30 мм, между антенными - 20 мм, между балластными портами - 30 мм» [2, с. 285].
Принцип работы предлагаемой АС заключается в том, что для формирования ДН необходимо знать АФР, поступающее на входы антенной решетки. Данное АФР возможно получить при помощи использования ДОС на основе линзы Ротмана и решения задачи нахождения коэффициентов на первой и второй преломляющей поверхности линзы. Задача решается при помощи зарегистрированной программы для ЭВМ «Программа моделирования пространственно-временного сигнала на выходе диаграммообразующей схемы линзового типа антенной решетки РЭС СВЧ-диапазона» № 2020660331 от 02.07.2020 г [1].
Рисунок 3 - Диаграммы направленности антенной системы с ДОС на основе плоской линзы Ротмана
На основе программы выбирают одно из доступных АФР, необходимое для формирования ДН, и далее сигнал по микрополосковым линиям от ДОС поступает на излучающие элементы каждой подрешетки, в результате чего происходит формирование ДН (рис. 3) [5]. Вывод
Таким образом, в предлагаемом техническом решении нет необходимости использовать большое число делителей, фазовращателей и аттенюаторов, которые для диапазона СВЧ достаточно дороги и допускают определенные потери энергии в каналах АР. При этом АС позволяет сформировать набор парциальных диаграмм направленности, обеспечить при управлении ДН минимизацию потерь коэффициента направленного действия антенны на основе выбора оптимальных геометрических размеров и расположения антенных излучателей и выбором амплитудно-фазового распределения. Список использованной литературе:
1. Патент. Способ формирования диаграммы направленности и антенная решетка для его осуществления (заявка № 2754653 от 06.09.2021 г.).
2. Математическая модель пространственного сигнала в антенной решетке с диаграммообразующей схемой линзового типа/ А.Е. Черкасов// Журнал «Известия ТулГУ. Технические науки» выпуск 2, -Тула, 2022 г. - С. 182-190. (рекомендован ВАК при Минобрнауки Росии).
3. Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки: 2-е изд. - М.: Техносфера, 2012. - 560 с.
4. Исследование диаграммообразующих устройств многолучевых антенных решеток на основе плоской линзы Ротмана / Д.Ю. Крюков, Ю.С. Курьян, Ю.Г. Пастернак// Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2014. - Т.10. - № 3-1. - С. 63-65.
5. Ershali S.E., Keshtkar A., Bayat A., Abdelrahman A.H., Xin H., Rotman lens design and optimization for 5 G applications. Internatioal Journal of Microwave and Wireless Technologies. 2018. V.10. № 9. P. 1048-1057.
© Болятко Н.С., Мурашкин О.М., 2023
