CC BY
69
УДК 621.396
ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКИЕ ВИБРАТОРНЫЕ АНТЕННЫ С УЛУЧШЕННЫМИ ДИАПАЗОННЫМИ СВОЙСТВАМИ
Д.А. Антропов
Обоснована актуальность разработки новых видов конструкций логопериоди-ческих вибраторных антенн и предложены технические решения, позволяющие существенно улучшить диапазонные свойства таких антенн в низкочастотной и высокочастотной областях используемого диапазона длин волн.
Ключевые слова: логопериодические вибраторные антенны, конструкция антенны, коэффициент бегущей волны, вибратор-директор, вибратор-рефлектор, диапазонные свойства, радиоэлектронные средства.
Логопериодические вибраторные антенны (ЛПВА) предназначены для качественного приема и передачи радиосигналов преимущественно дециметровых и метровых волн при широком перекрытии диапазона частот. В этих диапазонах в ЛПВА формируются узконаправленные диаграммы направленности (30...45 градусов) в азимутальной плоскости и коэффициентами усиления (7.14 дБ) в зависимости от числа используемых вибраторов [1-7].
Как правило, вибраторы ЛПВА присоединены к симметричной двухпроводной собирательной линии при отношении периода структуры 0,7.0,9 [8-10]. Чем ближе эта величина к единице, чем меньше угол при вершине треугольника, в который могут быть вписаны вибраторы, и тем больше будут коэффициенты усиления антенны, а также ее габариты и масса [11]. Наиболее полно методика расчета конструкции ЛПВА приведена в [2, 12-17].
На рис. 1 представлена конструкция ЛПВА из вибраторов ¡1 - ¡8, подключаемых к симметричной собирательной линии, выполненных из полых металлических трубок квадратного поперечного сечения.
Рис. 1. Типовая конструкция логопериодической вибраторной антенны
.11
При расчетах длина самого длинного симметричного вибратора ЛПВА, состоящего из левой и правой частей, выбирается приблизительно равной длине волны, соответствующей самой низкой частоте рабочего диапазона длин волн. Соответственно, длина самого короткого симметричного вибратора, также состоящего из левой и правой частей, выбирается приблизительно равной длине волны, соответствующей самой высокой частоте рабочего диапазона ЛПВА. Такая схема ЛПВА была принята за исходную конструкцию.
В целом исходная конструкция ЛПВА (рис. 1) включает симметричную собирательную линию, симметричные вибраторы, состоящие из левой и правой частей каждый, а также устанавливаемую на конце собирательной линии коротко-замыкающую перемычку, длина которой приблизительно равна 0,18 длины максимальной длины волны рабочего диапазона. В ЛПВА используется фидер в виде радиочастотного несимметричного коаксиального кабеля питания (рис. 1), проложенного внутри полости одного из металлических проводов собирательной линии. Кабель выходит с противоположной стороны полости для электрического подключения центральной жилы кабеля к металлу второй половины собирательной линии, а оплетки (экрана) к металлу первой половины этой линии.
Основным недостатком такого типа антенн является резкий линейный спад согласования, и, соответственно, коэффициента бегущей волны (КБВ, под которым понимают отношение наименьшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля бегущей волны в линии передачи к наибольшему), на краях рабочего диапазона в высокочастотной (дециметровой) и низкочастотной (метровой) части диапазона частот (рис. 2).
КБВ
0.8 0.6 0,4 0.2
100 200 300 400 ?00 600 700 300 900 р. МГц
Рис. 2. КБВ ЛПВА базовой конструкции
Это приводит к тому, что при одновременной работе многочисленных группировок радиоэлектронных средств (РЭС) в дециметровом и метровом диапазонах длин волн не обеспечиваются необходимые условия электромагнитной совместимости (ЭМС).
31
Как известно [1, 2, 12-18], диапазон рабочих частот определяется интервалом частот/тт ... /шах, в пределах которого ни один из требуемых параметров антенны не выходит из заданных пределов, при этом рабочий диапазон наиболее часто определяется по постоянству направленных свойств и входного сопротивления. ЛВПА, обеспечивающие работу в полосе частот меньше 10%, называют узкополосными (узкодиапазонными или резонансными), а при полосе больше 10% - широкодиапазонными.
Целью проведенного исследования являлось обоснование и исследование перспективных конструкций ЛВПА, обеспечивающих максимальное значение характеристик диапазонных свойств ЛВПА.
Для устранения отмеченных недостатков, выражающихся в снижении КБВ в высокочастотной области рабочего диапазона, предлагается удлинить ранее используемую конструкцию ЛПВА в высокочастотной области антенны еще на один более короткий вибратор структуры - директор ¡а (рис. 3), длина которого выбирается равной длине предыдущего вибратора (¡а = ¡8) [19].
Внесенные в конструкцию ЛВПА изменения приводят к увеличению КБВ в высокочастотной области (рис. 4).
КБВ
о.з 0.6 0.4 0.2
100 200 300 400 ?00 600 700 S00 900 F. МГц
Рис. 4. КБВ антенны с дополнительным вибратором-директором
32
Недостаток ЛПВА, заключающийся в снижении КБВ в низкочастотной области рабочего диапазона устраняется путем удлинения конструкции ЛПВА в ее низкочастотной области еще на один (более длинный) вибратор 1г (вибратор-рефлектор) с последующим уменьшением его длины до длины предыдущего (наибольшего) вибратора ¡г = ¡1 (рис. 5).
вибратором-рефлектором
Увеличение КБВ ЛВПА с дополнительным вибратором-рефлектором в низкочастотной области показано на рис. 6.
КБВ
0.8 0.6 0.4
0.2
100 200 300 400 500 600 700 800 900 Р, МГц
Рис. 6. КБВ ЛВПА с дополнительным вибратором-рефлектором
Проведенные раздельные удлинения конструкции ЛПВА могут быть одновременно реализованы в конструкции антенны (рис. 7).
и рефлектором
33
Значения КБВ для такой конструкции JIB ПА показаны на рис. 8.
КБ В 0.8 0.6 0,4 0.2
100 200 300 400 ^00 600 "00 800 900 F. МГц
Рис. 8. График КБВ ЛВПА с директором и рефлектором
Таким образом (рис. 2, 4, 6, 8), применение новых конструкций ЛВПА позволит улучшить диапазонные характеристики антенн, улучшить их основные характеристики в среднем на 10.15%, что расширяет возможности практического применения ЛВПА на объектах связи различного назначения и базирования.
Список литературы
1. Антропов Д.А., Перфилов О.Ю., Фидельман В.Е. Разработка новых видов логопериодических вибраторных антенн с улучшенными техническими характеристиками // Антенны. 2018. № 9. С .16-20.
2. Сверхширокополосные антенны. М.: Мир, 1964. 416 с.
3. Open'ko P.V., Drannyk P.A., Kobzev V.V., Brovko M.B., Zalevsky
G.S. Substantiation of reliability requirements for mobility means of surface-to-air missile systems // Advances in Military Technology. 2017. Vol. 12. № 1. P. 91-99.
4. Разиньков С.Н., Федоров А.В. Электродинамическая модель и анализ кольцевой решетки логопериодических вибраторных антенн // Антенны. 2017. № 6 (238). С. 10-16.
5. Zalevsky G.S., Sukharevsky O.I. Secondary emission characteristics of resonant perfectly conducting objects of simple shape // 9th International Conference on Antenna Theory and Techniques, ICATT 2013. P. 145-147.
6. Волхонская Е.В., Коротей Е.В., Кужекин Д.В. Сравнительный анализ направленных свойств логопериодической вибраторной антенны стандарта GSM-900 по результатам модельного и натурного экспериментов // Радиотехника, 2014. № 2. С. 95-98.
7. Будяк В.С., Давыдович А.В., Кисмерешкин В.П., Косточкина
H.А. Логопериодические антенны вертикальной поляризации // Динамика систем, механизмов и машин, 2017. Т. 5. № 4. С. 10-13.
8. Антропов Д.А., Вассерман И.Б. Использование перспективных технологий для повышения эффективности связи // Морской сборник. 2013. Т. 1996. № 7. С. 59-64.
9. Sukharevsky O.I., Zalevsky G.S. Unified fast numerical algorithm for calculation of em field of dipole located at arbitrary distance from the boundary of dielectric media // International Conference on Antenna Theory and Techniques: ICATT 2015 - Proceedings 10. 2015. P. 7136793.
10. Антропов Д.А., Перфилов О.Ю., Фидельман В.Е. Разработка высокоэффективных защищенных широкополосных пластинчатых антенн у границы материальных сред "воздух-земля" с улучшенными диапазонными свойствами и электрическими характеристиками // Антенны, 2014. № 7. С. 49-53.
11. Фещенко К.Б., Козлов В.Е., Богомолов А.В., Волобуев А.П., Рудаков С.В. Методика оценивания продолжительности метрологического обслуживания измерительных приборов и аппаратных средств в условиях разомкнутых метрологических цепей // Информационно-измерительные и управляющие системы, 2007. Т. 5. № 1. С. 54-60.
12. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. М.: Связь, 1972. 472 с.
13. А.с. 1054853 СССР Широкополосная направленная антенна / Ю.Э.Бондаренко. Опубл. 15.11.1983. БИ № 42.
14. Давыденко Ю.И., Нечаев Н.Т. Особенности распространения метровых радиоволн. Воениздат, 1960. 171 с.
15. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. М.: Советское радио, 1974. 536 с.
16. Лавров А.С., Резников Г.Б. Антенно-фидерные устройства. М.: Советское радио, 1974. 368 с.
17. Белоцерковский Г.Б. Антенны. М.: Советское радио, 1969. 328 с.
18. Рудаков И.С., Рудаков С.В., Богомолов А.В. Методика идентификации вида закона распределения параметров при проведении контроля состояния сложных систем // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2007. Т. 5. № 1. С. 66-72.
19. Патент 2189676 РФ. Логопериодическая вибраторная антенна / В.Е. Фидельман, 2000. Опубл. 20.09.2000. Бюл. № 26.
Антропов Дмитрий Алексеевич, канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник, vnkantropov@mail.ru, Россия, Москва, Военная академия Генерального штаба Вооруженных Сил Российской Федерации.
LOGO-PERIODIC VIBRATOR ANTENNAS WITH IMPROVED RANGE PROPERTIES
D.A. Antropov
The urgency of the development of new types of log-periodic dipole antenna designs is justified, and technical solutions are proposed to significantly improve the range properties of such antennas in the low-frequency and high-frequency regions of the used wavelength range.
Key words: log-periodic dipole antennas, antenna design, traveling wave ratio, vibrator-director, vibrator-reflector, range properties, radio-electronic means.
35
Antropov Dmitry Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, senior researcher, vnkantropov@mail. ru, Russia, Moscow, Military Academy of the General Staff of the Armed Forces of the Russian Federation
УДК 004.932
ПРИМЕНЕНИЕ ДИСКРЕТНЫХ ОРТОГОНАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ДЛЯ СЖАТИЯ БИНАРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
С.И. Бабаев, Б.В. Костров, Н.В. Лукина
Рассматривается сжатие документов для хранения и передачи в информационных системах, позволяющее устранить информационную избыточность содержащихся в них изображений в зависимости от целевого назначения системы и характеристических показателей восстановленных изображений.
Ключевые слова: бинарное изображение, ортогональное преобразование Уол-ша, компрессия/сжатие изображения.
В современных информационных системах особое место занимает проблема хранения и передачи между участниками информационных процессов различных видов документов. Эти документы, как правило, представляют из себя структурированный текст с включением стилизованных изображений в виде эмблем, логотипов, изображений наград и т.п. При большом объеме документооборота задача сжатия и быстрой передачи накопленной информации становится весьма актуальной. Отличительной особенностью данного вида информационного обслуживания, является факт приближения хранимых документов к бинарным изображениям. Применение ортогональных преобразований к таким изображениям наталкивается на проблему сходимости разложения в ряд по семейству ортогональных функций. Для решения этой задачи необходимо использовать преобразования, построенные на нетригонометрических базисных функциях. Поэтому цель данной работы заключается в теоретическом и практическом обосновании необходимости использования преобразования Уолша-Адамара для передачи документов, сжатых до уровня обеспечения необходимого качества, по вычислительным корпоративным сетям при обеспечении соответствующей пропускной способности каналов передачи данных и уменьшения объема хранимой информации.
Таким образом решение поставленной задачи приводит к использованию аппарата теории представления сигналов на конечных интервалах, которая основывается на замкнутости области определения, введении понятия невещественного сдвига и системы базисных функций более общих чем дискретные экспоненциальные функции (ДЭФ), являющиеся основой для построения дискретного преобразования Фурье. Такой системой,
36
