CC BY
105. Лядова Е. Ф., Крылова О. С. Средства аналитики и гибкой визуализации состояния, событий и процессов эксплуатации специализированных систем связи и передачи данных // Славянский форум: Материалы международной научно-практической конференции «Развитие инфокоммуникационных технологий. Теория и практика» (г. Бургас, Болгария, 5 декабря 2019 года). - Бургас: ИГНЭИТ, 2019. - С. 216-226.
6. Лядова Е. Ф. Философия эволюционного развития специализированной системы связи и передачи данных в условиях глобальных угроз // Славянский форум: Материалы международной научно-практической конференции «Развитие инфокоммуникационных технологий. Теория и практика» (г. Бургас, Болгария, 5 декабря 2019 года). - Бургас: ИГНЭИТ, 2019. - С. 227-237.
7. Плотников П. Моделирование антенны. Отчёт о НИР. - М.: Huawei, 2014. - 65 c.
References:
1. Kochkarov A. A. et al. Assessment of the continuity of information interaction and communication in monitoring systems with a dynamic structure / Kochkarov A. A., Timoshenko A. V., Litvinov A. V., Lyadova E. F., Gaychuk Yu N. // Electromagnetic waves and electronic systems. - 2019. - No. 8. - P. 66-71.
2. Lyadova E. F. Creation of a multi-parameter model of the total cost of ownership (TCO) of products of the electronic industry and IT // Proceedings of international scientific and practical conferences. - M.: Center for Scientific Development "Big Book", 2019. - P. 30-35
3. Lyadova E. F. Technique for optimizing technical and economic indicators in the evolutionary modernization of communication and data transfer systems // High Technologies and Innovations in Science: a collection of selected articles of the International Scientific Conference (St. Petersburg, September 2019). - SPb.: GNII "National Development", 2019. - P. 148-153.
4. Lyadova E. F., Volkov A. N. Modeling of resource needs of evolutionary development and flexible reconfiguration of a specialized communication and data transmission system // Slavic Forum: Materials of the international scientific-practical conference "Development of infocommunication technologies. Theory and practice" (Burgas, Bulgaria, December 5, 2019). - Burgas: IGNEIT, 2019. - P. 59-68.
5. Lyadova E. F., Krylova O. S. Means of analytics and flexible visualization of the state, events and processes of operation for specialized communication and data transmission systems // Slavic Forum: Materials of the international scientific-practical conference "Development of infocommunication technologies. Theory and practice" (Burgas, Bulgaria, December 5, 2019). - Burgas: IGNEIT, 2019. - P. 216-226.
6. Lyadova E. F. The philosophy of evolutionary development of a specialized communication and data transmission system under global threats // Slavic forum: Materials of the international scientific-practical conference "Development of infocommunication technologies. Theory and practice (Burgas, Bulgaria, December 5, 2019). - Burgas: IGNEIT, 2019. - P. 227-237.
7. Plotnikov P. Modeling of the antenna. Report on research. - M .: Huawei, 2014. - 65 p.
МОДЕЛИРОВАНИЕ БОРТОВОЙ АНТЕННОЙ РЕШЁТКИ ЛА И КА С ВОЛНОВОДНЫМ ИЗЛУЧАТЕЛЕМ И ФОРМИРОВАНИЕМ ЛУЧЕЙ
Дыбля Александр Юрьевич
Конструктор НТЦ-2 АО «НПК «ВТиСС» 127083, РФ, г. Москва, ул. 8 марта, дом 10, строение 1 Самойлов Василий Валентинович Ведущий специалист НТЦ-2 АО «НПК «ВТиСС» Непочатов Антон Юрьевич Ведущий специалист НТЦ-2 АО «НПК «ВТиСС»
Аннотация. В статье рассматривается моделирование бортовой антенной решётки летательных и космических аппаратов с волноводным излучателем и формированием лучей.
Abstract. This article discusses the modeling of the onboard antenna array of aircraft and spacecraft with a waveguide emitter and beam formation.
Ключевые слова: антенная решетка, летательный аппарат, космический аппарат, косинусный излучатель, излучатель.
Keywords: antenna array, aircraft, spacecraft, cosine emitter, emitter.
Целью работы является начальное моделирование фазированной антенной решётки для систем связи, радио- и радиотехнического мониторинга наземного и космического базирования [1, с. 67-70].
Помимо оценки возможных технических характеристик решётки, одной из задач моделирования является определение мероприятий по обеспечению требований электромагнитной совместимости [2, с. 328-338, 3, с. 1-124, 4, с. 1-48, 5, с. 1-119]. Рассмотрение вопросов развёртывании и эксплуатации новых воздушных и космических комплексов с антенными решётками выполняется с позиций системно-кибернетического подхода [6, с. 361-374, 7, с. 372-382].
Основные параметры моделирования антенной решетки с волноводным излучателем и beamforming использованы из работы [8, стр. 14-20]:
• единичный излучатель: двухмодовый волноводный излучатель, данные для построения диаграммы направленности импортированы из HFSS и преобразованы из системы координат phi-pheta в систему azimuth-elevation;
• решетка: квадратная 32*32 элемента, с равномерной сеткой, расстояние между излучателями равняется половине длины волны;
• параметры сигнала: частота несущей 10 ГГц, полоса сигнала 20 МГц;
• алгоритм формирования луча: подполосная обработка на основе фазового сдвига (subband phase shift beamforming), разделение сигнала на 64 полосы (схема, эквивалентная сдвигу фаз перед FFT в передатчике и после FFT в приемнике).
Диаграммы направленности волноводного единичного излучателя с нулевым углом поворота в системе координат phi-theta показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Диаграммы направленности в phi-theta
Диаграммы направленности единичного волноводного излучателя в системе координат azimuth -elevation представлены на рисунках 2-5.
Azimuth Cut (elevation angle = 0.0°) Elevation Cut (azimuth angle = 0.0°)
Azimuth Angle (degrees)
Рисунок 2. Диаграммы направленности в azimuth-elevation
Azimuth Cut (elevation angle = 0.0 )
Elevation Cut (azimuth angle = 0.0 ) -90 0
Normalized Power (dB), Broadside at 0.00 degrees
Normalized Power (dB), Broadside at 0.00 degrees
Рисунок 3. Диаграммы направленности в azimuth-elevation
-90
0
80
0
180
0
90
90
Рисунок 4. Диаграммы направленности в azimuth-elevation
Рисунок 5. Диаграммы направленности в azimuth-elevation
Диаграммы направленности волноводного единичного излучателя с ненулевыми углами поворота в системе координат phi-theta показаны на рисунках 6-8.
Диаграммы направленности единичного волноводного излучателя в полярной системе координат azimuth-elevation представлены на рисунках 9-14.
Диаграммы направленности единичного волноводного излучателя в линейной системе координат azimuth-elevation приведены на рисунках 15-20.
Для иллюстрации работы алгоритма формирования диаграммы направленности будем использовать следующие конфигурации антенной решетки 32х32 с волноводными излучателем и beamforming (на основе максимальных требований в ТЗ):
1) азимут 0°, возвышение 0°;
2) азимут 32.5°, возвышение 32.5°;
3) азимут 65°, возвышение 0°;
4) азимут 65°, возвышение 65°.
При расчетах диаграмм направленности антенны к весам антенны применялся tapering с двумерным окном Тэйлора. Элементом антенной решетки является волноводный излучатель с нулевым углом поворота. Соответствующие диаграммы показаны на рисунках 21-32.
Рисунок 6. Угол поворота -30° и угол поворота -20°
Рисунок 7. Угол поворота -10° и угол поворота 10°
Рисунок 8. Угол поворота 20° и угол поворота 30°
Рисунок 9. Угол поворота -30°
Рисунок 10. Угол поворота -20°
Рисунок 11. Угол поворота -10°
Рисунок 12. Угол поворота 10°
Рисунок 13. Угол поворота 20°
Рисунок 14. Угол поворота 30°
Рисунок 15. Угол поворота -30°
Рисунок 16. Угол поворота -20°
Рисунок 17. Угол поворота -10°
Рисунок 18. Угол поворота 10°
Рисунок 19. Угол поворота 20°
Рисунок 20. Угол поворота 30°
0 -10 -20
m
? -30 i
£ -40
Ij -50
ЕЁ
-60 -70 -80
-200 -150
-100 -50 0 50
Azimuth Angle (degrees)
100 150 200
-100 -50 0 50 Elevation Angle (degrees)
100 150 200
Рисунок 21. Азимут 0°, возвышение 0°
Azimuth Cut (elevation angle = 32.5 )
10 0 -10 -20
s
S -30 § -40
Q.
! -50 ЕЁ -60
-70 -80
Elevation Cut (azimuth angle = 32.5 )
-200 -150
-100 -50 0 50
Azimuth Angle (degrees)
100 150 200
-100 -50 0 50 Elevation Angle (degrees)
100 150 200
Рисунок 22. Азимут 32.5°, возвышение 32.5°
Azimuth Cut (elevation angle = 0.0 )
Elevation Cut (azimuth angle = 65.0 )
-80-
-200 -150 -100
10
0
-10
-20
со -30
s -40
o.
к -50
ЕЁ -60
-70
-80
-100
-50 0 50
Azimuth Angle (degrees)
100 150 200
-200 -150
-100 -50 0 50 100
Elevation Angle (degrees)
150 200
Рисунок 23. Азимут 65°, возвышение 0°
Azimuth Cut (elevation angle = 65.0 )
-60
-70 — -200
10 0 -10 -20
m
S -30 aj
Ё -40
Q.
n -50 ЕЁ -60
о Z
-70 -80 -90
Elevation Cut (azimuth angle = 65.0 )
-100 -50 0 50
Azimuth Angle (degrees)
100 150 200
-200 -150
-100 -50 0 50
Elevation Angle (degrees)
100 150 200
Рисунок 24. Азимут 65°, возвышение 65°
-10
-20
$ -
-50
-60
-70
-200 -150
-80
0
-10
-20
-50
-60
-70
-100
-200 -150
аз -20
-30
-40
Z -50
-100
Azimuth Cut (elevation angle = 0.0 ) -90 о
Elevation Cut (azimuth angle = 0.0 )
-90 0
120 ^ 60 90
Normalized Power (dB), Broadside at 0.00 degrees
120 ^______——60
90
Normalized Power (dB), Broadside at 0.00 degrees
Рисунок 25. Азимут 0°, возвышение 0°
Azimuth Cut (elevation angle = 32.5 ) -90 „
Elevation Cut (azimuth angle = 32.5 ) -90 „
Normalized Power (dB), Broadside at 0.00 degrees
Normalized Power (dB), Broadside at 0.00 degrees
Рисунок 26. Азимут 32.5°, возвышение 32.5°
Azimuth Cut (elevation angle = 0.0 ) -90 „
Elevation Cut (azimuth angle = 65.0 ) -90 „
120 ^______60
90
Normalized Power (dB), Broadside at 0.00 degrees
120 ^______—60
90
Normalized Power (dB), Broadside at 0.00 degrees
Рисунок 27. Азимут 65°, возвышение 0°
Azimuth Cut (elevation angle = 65.0 ) -90 0
Elevation Cut (azimuth angle = 65.0 ) -90 0
Normalized Power (dB), Broadside at 0.00 degrees
Normalized Power (dB), Broadside at 0.00 degrees
Рисунок 28. Азимут 65°, возвышение 65°
180
180
180
0
180
0
90
90
180
0
180
0
0
180
0
90
90
Рисунок 29. Азимут 0°, возвышение 0°
Рисунок 30. Азимут 32.5°, возвышение 32.5°
Рисунок 31. Азимут 65°, возвышение 0°
Рисунок 32. Азимут 65°, возвышение 65°
По результатам моделирования волноводного излучателя и антенной решетки на его основе можно сделать следующие предварительные выводы:
1) данные с рассчитанными диаграммами направленности излучателя успешно интегрированы в МАТЬАВ, преобразованы в систему координат азимут-возвышения и используются для моделирования антенной решетки и алгоритма формирования луча;
2) диаграмма направленности отдельного излучателя имеет выраженный главный лепесток при углах поворота в диапазоне -20..20°, при угле поворота около 30° диаграмма раздваивается, что затрудняет использование такого излучателя. По всей видимости, требуется дополнительная оптимизация излучателя;
3) диаграмма направленности отдельного излучателя имеет задний лепесток с уровнем около -7 дБ относительно основного лепестка, это усложняет формирование узкого луча решеткой. Это приводит к появлению паразитных лучей решетки с уровнем -10..0 дБ относительно главного, а также к паразитному расширению главного луча и снижению коэффициента усиления антенны;
4) алгоритм Ьеатйзгш^ способен работать с антенной решеткой с волноводными излучателями, но требуются дополнительные исследования для моделирования совместного отклонения луча как отдельным элементом, так и решеткой с помощью цифрового Ьеат£эгт1^. Расчёты могут быть выполнены в МАТЬАВ и результаты будут близки к ожидаемым в реальности, т.к. используются диаграммы направленности, измеренные в HFSS.
Список литературы:
1. Кочкаров А. А. и др. Оценка непрерывности информационного взаимодействия и доведения информации в системах мониторинга с динамической структурой / Кочкаров А. А., Тимошенко А. В., Литвинов А. В., Лядова Е. Ф., Гайчук Ю. Н. // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2019. -№ 8. - С. 66-71.
2. Давыдов А. Б., Лядова Е. Ф. Философия управления гибкой реконфигурацией специализированной сети связи и передачи данных // Славянский форум: Материалы международной научно-практической конференции «Развитие инфокоммуникационных технологий. Теория и практика (г. Бургас, Болгария, 5 декабря 2019 года). - Бургас: ИГНЭИТ, 2019. - С. 328-338.
3. Литвинов А. В. и др. Конверсия радиочастотного спектра. Вопросы технического регулирования / Литвинов А. В., Байгутлина И. А., Замятин А. Ю., Лядова Е. Ф. - М. : ООО «Сам полиграфист», 2019. -124 с.
4. Литвинов А. В. и др. Конверсия радиочастотного спектра. Вопросы электромагнитной совместимости / Литвинов А. В., Зайковский А. В., Замятин А. Ю., Лядова Е. Ф., Яковлев К. В. - М. : ООО «Сам полиграфист», 2019. - 48 с.
5. Литвинов А. В. и др. Контроль конверсии радиочастотного спектра / Литвинов А. В., Байгутлина И. А., Замятин А. Ю., Лядова Е. Ф. - М. : Изд-во «Горячая линия - Телеком», 2019. - 212 с.
6. Лядова Е. Ф. Научно-техническое обеспечение эволюционного развития систем связи и передачи данных (Часть 1). Состав научного потенциала и введение в системно-кибернетический подход к его накоплению и реализации // Славянский форум: Материалы международной научно-практической конференции «Развитие инфокоммуникационных технологий. Теория и практика (г. Бургас, Болгария, 5 декабря 2019 года). - Бургас: ИГНЭИТ, 2019. - С. 361-371.
7. Лядова Е. Ф. Научно-техническое обеспечение эволюционного развития систем связи и передачи данных (Часть 2). Реализация системно-кибернетического подхода к накоплению и реализации научного потенциала // Славянский форум: Материалы международной научно-практической конференции «Развитие инфокоммуникационных технологий. Теория и практика (г. Бургас, Болгария, 5 декабря 2019 года). - Бургас: ИГНЭИТ, 2019. - С. 372-382.
8. Плотников П. Моделирование антенны. Отчёт о НИР. - М.: Huawei, 2014. - 65 c.
References:
1. Kochkarov A. A. et al. Assessment of the continuity of information interaction and communication in monitoring systems with a dynamic structure / Kochkarov A. A., Timoshenko A. V., Litvinov A. V., Lyadova E. F., Gaychuk Yu. N. // Electromagnetic waves and electronic systems. - 2019. - No. 8. - P. 66-71.
2. Davydov A. B., Lyadova E. F. Philosophy of managing flexible reconfiguration of a specialized communication and data network // Slavic Forum: Materials of the international scientific-practical conference "Development of infocommunication technologies. Theory and practice" (Burgas, Bulgaria, December 5, 2019).
- Burgas: IGNEIT, 2019. - P. 328-338.
3. Litvinov A. V. et al. Conversion of the radio frequency spectrum. Issues of technical regulation / Litvinov A. V., Baygutlina I. A., Zamyatin A. Yu., Lyadova E. F. - M.: Sam Polygraphist Ltd, 2019. - 124 p.
4. Litvinov A. V. et al. Conversion of the radio frequency spectrum. Questions of electromagnetic compatibility / Litvinov A. V., Zaykovsky A. V., Zamyatin A. Yu., Lyadova E. F., Yakovlev K. V. - M.: Sam Polygraphist Ltd, 2019. - 48 p.
5. Litvinov A. V. et al. Control of conversion of the radio frequency spectrum / Litvinov A. V., Baygutlina I. A., Zamyatin A. Yu., Lyadova E. F. - M.: Publishing house "Hot line - Telecom ", 2019. - 212 p.
6. Lyadova E. F. Scientific and technical support for the evolutionary development of communication and data transmission systems (Part 1). The composition of the scientific potential and an introduction to the system-cybernetic approach to its accumulation and implementation // Slavic Forum: Materials of the international scientific-practical conference "Development of infocommunication technologies. Theory and practice" (Burgas, Bulgaria, December 5, 2019). - Burgas: IGNEIT, 2019 . - P. 361-371.
7. Lyadova E. F. Scientific and technical support for the evolutionary development of communication and data transmission systems (Part 2). Implementation of a system-cybernetic approach to the accumulation and implementation of scientific potential // Slavic Forum: Materials of the international scientific-practical conference "Development of infocommunication technologies. Theory and practice" (Burgas, Bulgaria, December 5, 2019).
- Burgas: IGNEIT, 2019. - P. 372-382.
8. Plotnikov P. Modeling of the antenna. Report on research. - M .: Huawei, 2014. - 65 p.
МОДЕЛИРОВАНИЕ БОРТОВОЙ АНТЕННОЙ РЕШЁТКИ ЛА И КА С КОСИНУСНЫМ ИЗЛУЧАТЕЛЕМ
Волков Артем Николаевич
Младший специалист НТЦ-2 АО «НПК «ВТиСС» 127083, РФ, г. Москва, ул. 8 марта, дом 10, строение 1
Дыбля Юрий Викторович Главный специалист НТЦ-2 АО «НПК «ВТиСС» Зайковский Александр Владимирович Ведущий специалист НТЦ-2 АО «НПК «ВТиСС»
Аннотация. В статье рассматривается моделирование бортовой антенной решетки летательных и космических аппаратов с косинусным излучателем.
Abstract. This article discusses the modeling of the on-board antenna array of aircraft and spacecraft with a cosine emitter.
Ключевые слова: антенная решетка, летательный аппарат, космический аппарат, косинусный излучатель, излучатель.
Keywords: antenna array, aircraft, spacecraft, cosine emitter, emitter.
Выполняемые исследования направлены на создание высокоэффективных антенных систем для средств связи, радио- и радиотехнического мониторинга воздушного (в пилотируемом и беспилотном вариантах) и космического базирования [1, с. 67-70].
Изучение основных аспектов создания новых комплексов воздушного и космического базирования с антенными решётками выполняется с позиций системно-кибернетического подхода [6, с. 361-374, 7, с. 372382].
При моделировании антенной решётки использовались технические решения, отработанные при реализации проекта VAS4ME [4, с. 299-309, 5, с. 310-318].
Вопросы технического регулирования и электромагнитной совместимости в рамках выполняемых работ рассматривались в соответствии с положениями работ [6, с. 1-124, 7, с. 1-140].
Проектирование законченных систем связи и мониторинга, а также рассмотрение вопросов эксплуатации воздушных и наземных комплексов с использованием рассматриваемых антенных решёток выполняется с использованием подходов [8, с. 328-338, 9, с. 284-293, 10, с. 216-226].
Основные параметры рассмотренного в статье моделирования антенной решётки с косинусным излучателем [11, стр. 14-20]:
