CC BY
27
УДК 621.396.4
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-139-143
НОВЫЕ АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА СРЕДСТВ РАДИОРЕЛЕЙНОЙ СВЯЗИ НА ОСНОВЕ ИСТОРИЧЕСКОГО ОПЫТА ИХ СОЗДАНИЯ
Д.А. Антропов
Обоснована актуальность разработки новых конструкций широкополосных антенн радиорелейной связи. Предложены технические решения, позволяющие существенно улучшить электрические характеристики перспективных антенно-фидерных устройств средств радиорелейной связи в сложной электромагнитной обстановке.
Ключевые слова: антенно-фидерные устройства, электромагнитная обстановка, радиочастотный ресурс, радиорелейная связь.
Важнейшим условием интенсивного социально-экономического развития нашей страны является всестороннее развитие и совершенствование инфраструктуры управления и связи всех ее регионов.
С учетом больших территориальных размеров российских регионов, зачастую их весьма сложных природно-климатических условий, традиционно большое внимание уделяется развитию и внедрению систем связи радиодиапазона, позволяющих с высоким качеством передавать большие объемы информации.
При этом особое место в ходе освоения и совершенствования современных беспроводных высокоскоростных технологий управления и связи уделяется системам, комплексам и средствам радиорелейной связи.
По сравнению с системами проводной и волоконно-оптической линий связи стоимость развертывания радиорелейных линий и сетей связи значительно ниже. Кроме того, средства радиорелейной связи позволяют достаточно быстро и без значительных материальных затрат изменять направления ранее организованных линий и сетей беспроводной связи, обеспечивать передачу информации через различные водные и иные преграды, труднопроходимые участки и территории со сложным рельефом.
Вместе с тем, в ходе развертывания и эксплуатации множества различных излучающих радиоэлектронных средств различного назначения в условиях острого дефицита радиочастотного ресурса во многих регионах складывается весьма сложная радиоэлектронная обстановка. Одним из направлений решения этой актуальной проблемы для обеспечения эффективной работы средств радиорелейной связи является дальнейшее совершенствование их антенно-фидерных устройств.
Проведенный научно-технический анализ исторического опыта разработки ведущими предприятиями антенн высокочастотных диапазонов длин волн как в нашей стране так и за рубежом показал следующее.
В настоящее время ученым в области телекоммуникационных технологий и специалистам предприятий - разработчиков антенно-фидерных устройств наряду с широко распространенными антеннами метрового и дециметрового диапазонов длин волн известна конструкция антенны [1], содержащая антенну «волновой канал», состоящую из четырех больших пассивных одиночных симметричных директоров, расположенных на диэлектрической штанге, активной вибрационной системы из шести параллельных малых симметричных вибраторов, подключенных параллельно к собственной двухпроводной собирательной линии, однопроводного оконечного симметричного рефлектора, а также логопериодиче-скую антенну, состоящую из симметричных вибраторов, находящихся в той же плоскости, что и вибраторы антенны «волновой канал», питаемую от собственной двухпроводной распределительной линии, причем длина самого короткого симметричного вибратора логопериодической антенны приблизительно равна половине длины волны самой высокой частоты рабочего диапазона, а длина самого длинного симметричного вибратора логопериодической антенны приблизительно равна половине длины волны самой низкой частоты рабочего диапазона, при этом рефлектор антенны типа «волновой канал» конструктивно совмещен с равным ему по геометрической длине дополнительно установленным вибратором логопери-одической антенны - диполем верхних частот, геометрическая длина которого в свою очередь равна длине самого короткого симметричного вибратора логопериодической антенны, а также установлен дополнительный вибратор - диполь нижних частот, размещенный параллельно после самого длинного симметричного вибратора логопериодической антенны и равный его геометрической длине. Эта антенна может быть использована для обеспечения радиорелейной связи, а также для формирования различных фазированных антенных решеток, входящих в состав радиолокационных станций метрового и дециметрового диапазонов длин волн [2-5].
Вместе с тем, в условиях интенсивного воздействия групповых радиоэлектронных помех природного и особенно искусственного происхождения практически не всегда достаточно требуемого количества запасных радиочастот, которые можно использовать в сложной электромагнитной обстановке [610].
Для устранения указанных недостатков в рассмотренной выше антенне, выбранной в качестве прототипа [1], содержащей антенну «волновой канал», состоящую из четырех больших пассивных оди-
ночных симметричных директоров, расположенных на диэлектрической штанге, активной вибрационной системы из шести параллельных малых симметричных вибраторов, подключенных параллельно к собственной двухпроводной собирательной линии, однопроводного оконечного симметричного рефлектора, а также логопериодическую антенну, состоящую из симметричных вибраторов, питаемую от собственной двухпроводной распределительной линии, причем длина самого короткого симметричного вибратора логопериодической антенны приблизительно равна половине длины волны самой высокой частоты рабочего диапазона, а длина самого длинного симметричного вибратора логопериодической антенны приблизительно равна половине длины волны самой низкой частоты рабочего диапазона, при этом рефлектор антенны «волновой канал» конструктивно совмещен с равным ему по геометрической длине дополнительно установленным вибратором логопериодической антенны - диполем верхних частот, геометрическая длина которого в свою очередь равна длине самого короткого симметричного вибратора логопериодической антенны, а также установлен дополнительный вибратор - диполь нижних частот, размещенный параллельно после самого длинного симметричного вибратора логопериодической антенны и равный его геометрической длине дополнительно применяется вторая логопериодическая антенна, равная по геометрическим размерам первой логопериодической антенне, располагаемая в плоскости, перпендикулярной к плоскости размещения первой логопериодической антенны, ортогональная ей по поляризации, питаемая от собственной симметричной распределительной линии. Указанное ортогональное размещение обеспечивает поляризационную развязку двух логопериодических антенн, используемых в общей конструкции антенны.
Дополнительная логопериодическая антенна состоит из симметричных вибраторов, питаемых от собственной двухпроводной распределительной линии, причем длина самого короткого симметричного вибратора логопериодической антенны приблизительно равна половине длины волны самой высокой частоты рабочего диапазона, а длина самого длинного симметричного вибратора логопериодической антенны приблизительно равна половине длины волны самой низкой частоты рабочего диапазона, дополнительно установленного симметричного вибратора логопериодической антенны - диполем верхних частот, геометрическая длина которого в свою очередь равна длине самого короткого симметричного вибратора логопериодической антенны, а также установлен дополнительный симметричный вибратор -диполь нижних частот, размещенный параллельно после самого длинного симметричного вибратора ло-гопериодической антенны и равный его геометрической длине.
Таким образом, заявляемое устройство отличается от прототипа наличием новых блоков в конструкции антенны и эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии технических решений критерию «новизна». В тоже время, как признаки, отличающие технические решения от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемым техническим решениям соответствие критерию «существенные отличия».
На рис. 1 изображен общий вид известной антенны, выбранной в виде прототипа.
17 — /V
Рис. 1. Комбинированное антенное устройство
Эта антенна содержит четыре больших пассивных одиночных симметричных диполей 2, расположенных на диэлектрической штанге 1, активный вибратор 3 в виде системы из шести в рассматриваемом примере параллельных активных отдельных вибраторов 4, подключаемых параллельно к собствен-
ной двухпроводной собирательной линии 5, а также однопроводный оконечный симметричный вибратор, называемый рефлектором 6, диполь дополнительной верхней частоты 7, сливаемый в единый конструкторский элемент с рефлектором 6, вибраторы с 8 по 14 логопериодической структуры, а также дополнительный диполь нижней частоты 15, фидер 16 и симметричную питающую линию 17.
На рис. 2 изображен общий вид предложенной новой конструкции антенны для организации линий и сетей радиорелейной связи.
Рис. 2. Новая конструкция антенны
Такая антенна включает в себя четыре больших пассивных одиночных симметричных диполей 2, расположенных на диэлектрической штанге 1, активный вибратор 3 в виде системы из шести параллельных активных отдельных вибраторов 4, подключаемых параллельно к собственной двухпроводной собирательной линии 5, однопроводный оконечный симметричный вибратор - рефлектор 6 антенны «волновой канал», сливаемый в единый конструкторский элемент с равным ему по геометрической длине дополнительным диполем верхней частоты 7 первой логопериодической антенны, вибраторы с 8 по 14, дополнительный диполь нижней частоты 15, фидер 16, симметричную питающую линию 17 первой логопериодической антенны, а также диполь дополнительной верхней частоты 18, вибраторы с 19 по 25, дополнительный диполь нижней частоты 26, фидер 27 и симметричную питающую линию 28 второй логопериодической антенны.
Техническим результатом новой конструкции антенны является увеличение по сравнению с прототипом в 2-3 раза количества запасных рабочих частот за счет обеспечения возможности поляризационной отстройки от радиопомех.
Указанный результат может быть использован при выполнении комплекса мероприятий радиоэлектронной защиты при воздействии групповых радиоэлектронных помех различного происхождения на вход антенны.
Предложенная конструкция антенны работает следующим образом. При подключении основного передатчика метрового (дециметрового) диапазона длин волн, настроенного на штатную рабочую частоту, ко входу главного питающего фидера 5, высокочастотное напряжение антенны типа «волновой канал» ЩК затем распределяется по всем симметричным кабелям отдельных излучателей 4. В случае оперативной необходимости возможен автоматический либо ручной переход на одну из заранее настроенных (не более четырех) запасных частот. Однако при воздействии групповых радиоэлектронных помех этого количества запасных частот в антенне типа «волновой канал» может оказаться недостаточно. Поэтому, не разрушая имеющуюся структуру фазированных антенных решеток, их излучающие элементы,
к работе антенны по мере усложнения помеховой обстановки последовательно подключаются в автоматическом или ручном режимах первая, а затем и вторая логопериодические вибраторные антенны, которые за счет широкополосности своих диаграмм направленности в горизонтальной плоскости, а также созданной поляризационной развязки обеспечивают увеличение количества запасных частот, создаваемых отдельными подключаемыми радиопередатчиками метрового (дециметрового) диапазона длин радиоволн, фидерами 16 и 27, обеспечивающими передачу высокочастотных напряжений Щвпа1 и илвпА2 на первую и вторую логопериодическую антенны соответственно.
Проведенные исследования доказали получаемый технический результат - расширение возможности противостоять воздействию групповых радиоэлектронных помех за счет увеличения количества запасных частот, размещенных по выделенному рабочему диапазону метровых (дециметровых) длин радиоволн, а также обеспечение технической возможности поляризационной отстройки от воздействия активных радиопомех.
На предложенную новую конструкцию антенны был получен патент на изобретение [11].
Таким образом, поставленная цель, связанная с увеличением эффективности функционирования средств радиорелейной связи и их антенно-фидерных устройств в условиях сложной помеховой обстановки - достигнута.
Технико-экономический эффект, обусловленный применением предложенной конструкции антенны, заключается в возможности повышения эффективности выполнения поставленных технических задач в условиях воздействия различных отрицательных факторов как естественного природного, так и искусственного происхождения.
Количественная величина технико-экономического эффекта от предложенного устройства зависит от способов организации линий и сетей радиорелейной связи.
Список литературы
1. Патент Российской Федерации на изобретение «Антенна», № 2742673, опубликовано 09.02.2021, Бюл. № 4.
2. Антропов Д.А., Перфилов О.Ю., Фидельман В.Е. Разработка новых видов логопериодиче-ских вибраторных антенн с улучшенными техническими характеристиками // Антенны. 2018. № 9 (253). С. 16-19.
3. Вестник ПВО (РЛС - П-8, РЛС - П-10, РЛС - П-12) [Электронный ресурс] URL: www.pvo.guns.ru (дата обращения: 10.05.2022).
4. Петухов С.И., Шестов И.В. История создания и развития вооружения и военной техники ПВО Сухопутных войск России. М.: Издательство ВПК, 1999. 320 с.
5. Михайлов Р.Л. Радиоэлектронная борьба в вооруженных силах США: военно-теоретический труд. Спб.: Наукоемкие технологии, 2018. 133 с.
6. 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.
7. Рудаков С.В., Богомолов А.В. Методика расчета напряженности электростатического поля в изоляции многожильных кабелей // Безопасность в техносфере. 2013. Т. 2. № 1. С. 39-43.
8. Перфилов О.Ю., Антропов Д.А., Фидельман В.Е. Защищенные конструкции антенно-фидерных устройств радиорелейной связи двойного назначения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 9. С. 192-201.
9. Bychkov E.V., Bogomolov A.V., Kotlovanov K.Yu. Stochastic mathematical model of internal waves // Bulletin of the South Ural State University. Series: Mathematical Modelling, Programming and Computer Software. 2020. Vol. 13. № 2. P. 33-42.
10. 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.
11. Патент Российской Федерации на изобретение «Антенна», № 2757803, опубликовано 21.10.2021, Бюл. № 30.
Антропов Дмитрий Алексеевич, канд. техн. наук, доцент, профессор, vnkantropov@mail. ru, Россия, Москва, Академии военных наук
NEW ANTENNA-FEEDER DEVICES OF MEANS RADIO RELAY COMMUNICATION BASED ON THE HISTORICAL EXPERIENCE OF THEIR CREATION
D.A. Antropov
The relevance of the development of new designs of broadband radio relay antennas is substantiated. Technical solutions are proposed to significantly improve the electrical characteristics of promising antenna-feeder devices of radio relay communication facilities in a complex electromagnetic environment.
Key words: antenna-feeder devices, electromagnetic equipment, radio frequency resource, radio relay communication.
Antropov Dmitry Alekseevich, сandidat of technical science, docent, professor, vnkantropov@mail. ru, Russia, Moscow, The Academy of military Sciences
УДК 681.3.068
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-143-148
ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
А.С. Белов, М.М. Добрышин, А.А. Горшков, Д.Е. Шугуров
Увеличение роли аппаратно-программных комплексов при управлении сложными процессами требует оценки надежности применяемого программного обеспечения. В работе на основании анализа основных причин возникновения отказов и сбоев программного обеспечения уточнен подход оценки ее работоспособности. Сформулированный подход позволяет производить оценку появления ошибок в программном обеспечении вызванных как ошибками программирования, так и ошибками совместимости с другими программами и их обновлениями.
Ключевые слова: надежность, эксплуатационные отказы и сбои, программное обеспечение.
Современный этап развития сложных технических систем (СТС) свидетельствует о том, что значительную часть из них занимают аппаратно-программные комплексы (АПК), которые выполняют функциональные задачи во многих сферах деятельности современного общества. Применение АПК обусловлено, в том числе стремлением исключить человеческий фактор из процесса принятия решений при обработке большого объема данных, в условиях неопределенности или риска. От надежности работы данных комплексов зависит устойчивое функционирование критических областей инфраструктуры (финансовый сектор экономики, энергетика, связь и др.) [1]. Как следствие требования к надежности этих средств также повышаются.
Анализ распределения эксплуатационных отказов и сбоев современных АПК показывает, что их целесообразно разделить на отказы и сбои аппаратной части и программного обеспечения (ПО). Причем статистические данные и практический опыт показывают, что значительную часть занимают сбои и отказы, вызванные некорректной работой ПО. В отличии от СТС, для ПО классифицируются по времени восстановления работоспособности. Если время восстановления меньше требуемого, что принято считать, что произошел сбой, в противном случае - отказ. Причем время восстановления работоспособности определяется требованиями слуг связи, которые предоставляются абонентам или пользователям ЭВМ [2]. Сущность понятия надежности ПО, и параметры его характеризующие отличается от понятия принятых при оценке СТС. Снижение надежности технической системы вызвано физическими процессами при ее функционировании (разрушение, старение, стирание, деградация и тд.) [3]. Основой причиной снижения надежности ПО является ошибки в программном коде. В качестве основных причин сбоев или некорректной работы ПО можно выделить три основные группы [4-7]:
1. Ошибки и упущения при разработке (программировании) ПО.
- ошибки программирования;
- упущения при программировании и некорректная постановка задачи на разработку ПО;
- увеличение сложности разрабатываемого ПО;
- несовершенство среды программирования.
2. Ошибки в ходе эксплуатации ПО.
- неправильная установка ПО и его обновлений;
- несовершенство операционных систем;
- некорректная работа ПО совместно с другим ПО;
- некорректно введенные исходные данные или измененные форматы файлов (библиотеки) к которым обращается ПО при функционировании;
- отсутствие требуемых вычислительных ресурсов;
- злонамеренное изменение или модификация ПО (вирусы и т.п.);
3. Ошибки, вызванные сбоями и отказами в аппаратной части.
- сбои аппаратной части АПК;
- конфликтные ситуации из-за несовместимости отдельных аппаратных средств;
- ограничения аппаратной части или операционной системы.
