Разработка антенных систем для высокоскоростного обмена данными Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070

4. Шейкин А.Е, Добшиц Л.М. Цементные бетоны высокой морозостойкости - Л.: Стройиздат. 1989. 128 с.

5. Бабков В.В., Полак А.Ф., Комохов П.Г. Аспекты долговечности цементного камня // Цемент. 1988. №3. С.14-16

6. Степанов С.В., Морозов Н.М., Хозин В.Г. Влияние комплексного ускорителя твердения на режим тепловой обработки мелкозернистого бетона // Известия Казанского государственного архитектурностроительного университета. 2014.№ 1 (27). С. 164-169.

7. Сальников А.В., Хозин В.Г., Морозова Н.Н., Демьянова В.С. Влияние комплексного модификатора на свойства цементного вяжущего// Строительные материалы. 2004. № 8. С. 36-37.

8. Морозов Н.М., Степанов С.В., Хозин В.Г. Ускоритель твердения бетона на основе гальванического шлама // Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8 (34). С. 67-71.

© И.В. Боровских, С.В. Степанов, А.Ф. Искандарова, 2015

УДК 621.396.67

В.Е. Драч

к.т.н., доцент кафедры ЭИУ1-КФ КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана И.В. Чухраев к.т.н., доцент, зав.каф. ЭИУ2-КФ КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана Р.О. Бут

студент 5 курса факультета ЭИУК КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана г. Калуга, Российская Федерация

РАЗРАБОТКА АНТЕННЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ОБМЕНА ДАННЫМИ

Аннотация

Обоснована актуальность использования диапазона 60 ГГц с целью высокоскоростного обмена данными. Описан вариант реализации антенной системы и проведён выбор её элемента - излучателя. Выполнено моделирование волноводно-щелевого излучателя, получены диаграммы направленности для нескольких частот.

Ключевые слова

антенна, ФАР, излучатель, диаграмма направленности, 60 ГГц

В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция к росту объемов данных, передаваемых между мобильными устройствами беспроводным способом. Применение систем мобильной связи 3-го и 4-го поколения (3G и 4G) обеспечило возможность высокоскоростной передачи данных и относительно недолго удовлетворяло всем требованиям пользователей. Однако потребности абонентов постоянно растут, что приводит к необходимости постоянного поиска технических решений для еще большего увеличения скорости передачи данных. Решением данной проблемы является переход к миллиметровому диапазону длин волн, для которого следует выбирать свободный некоммерческий диапазон частот (доступный без лицензии в большинстве географических локаций). В настоящее время известны новые решения по организации беспроводной передачи данных на частотах около 60 ГГц [1]. Примером могут служить стандарты Wireless Gigabit Alliance (WiGig) и WirelessHD, которые обеспечивают беспроводную передачу больших объемов данных со скоростью 7-28 Гбит/с.

Безусловно, диапазон 60 ГГц позволяет передавать данные с ультравысокой скоростью, что обуславливается потенциально широкой полосой пропускания; однако уже ясны и физические ограничения

27

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070

[2]. Например, стены зданий являются серьезным препятствием для прохождения сигнала. Кроме того, молекулы кислорода начинают поглощать электромагнитную энергию на данной частоте. Возможно даже отражение луча от человеческого тела, которое является радиопрозрачным на более низких частотах.

Вариантом решения проблемы является применение алгоритмов формирования направленных лучей, которые помогли бы преодолеть существующие ограничения. Вместо распространения сигнала во всех направлениях, как это делают обычные передатчики (например, в сетях WiFi), средства формирования направленных лучей сосредоточивают всю энергию сигнала в узком секторе, охватывающем приемник. Таким образом, в качестве антенных систем, функционирующих в диапазоне 60 ГГц, рациональным следует считать применение фазированных антенных решеток, обладающих направленными свойствами.

Некоторые конструкции ФАР миллиметрового диапазона на данный момент уже известны, однако вопрос их широкополосности остается открытым. Например, инженеры из Японии не только спроектировали, но и изготовили ФАР для диапазона 60 ГГц, представляющую собой массив из 16х16 элементов, с измеренным коэффициентом усиления 32,4 dBi и шириной полосы 9%. Антенная система показала КПД порядка 83% [3]. Приведенная на рис. 1 антенная система конструктивно состоит из 16 ячеек, расположенных в два ряда. Каждая ячейка представляет собой короткозамкнутый с двух сторон отрезок стандартного волновода с расположенными симметрично относительно продольной и поперечной оси щелевыми излучателями.

Рисунок 1 - Изготовленная двухслойная ФАР (слева) и ее архитектура (справа) [3].

Одним из ключевых элементов подобной антенной системы является волноводно-щелевой излучатель (ВЩ,И), параметры которого существенно влияют на итоговое совокупное излучение - в первую очередь именно излучатель обуславливает ее узко- или широкополосность [4,5].

В данной работе проведено моделирование ВЩИ антенной системы [3] с целью улучшения ее интегральных технических характеристик. Моделирование проводилось в пакете программ HFSS от компании ANSYS, зарекомендовавшим себя надежным инструментом анализа СВЧ-устройств с высокой достоверностью результатов [6]. Трехмерная модель исследуемого ВЩИ представлена на рис. 2, а результаты моделирования его диаграммы направленности (ДН) на частоте 60 ГГц - на рис. 3.

Анализ результатов моделирования показал, что в главном максимуме коэффициент усиления достигает значения около 13,85 Дб, уровень боковых лепестков (УБЛ) составляет -10,3 Дб а приемлемый КСВН наблюдается в диапазоне частот от 62,5 до 64 ГГц. На основе этого можно сделать вывод об узкополосности данной конструкции.

28

Рисунок 2 - Внешний вид модели исследуемого ВЩИ в среде HFSS

■iH](rEK)Li*Vj

Рисунок 3 - Диаграмма направленности исследуемого ВЩИ на частоте 60 ГГц Для решения задачи обеспечения широкополосности антенной системы [3] было принято решение применить иной подход к конструированию излучателя и использовать нерезонансный ВЩИ. Данный ВЩИ, так же как и в [3], построен на базе стандартного волновода WR-15 с аналогичным расстоянием между щелями и их размерами. Оба конца модели излучателя открыты и на них установлены согласованные порты. Трехмерная модель разработанного ВЩИ представлена на рис. 4, а результаты моделирования его диаграммы направленности на частоте 60 ГГц - на рис. 5.

Рисунок 4 - Внешний вид модели разработанного ВЩИ

29

международный научный журнал «инновационная наука»

№8/2015

ISSN 2410-6070

Рисунок 5 - Диаграмма направленности разработанного ВЩИ на частоте 60 ГГц

Анализ результатов моделирования показал, что разработанный излучатель может устойчиво работать в диапазоне частот от 50 до 61 ГГц и таким образом его можно считать широкополосным. Диаграммы направленности разработанного ВЩИ для крайних частот представлены на рис. 6, а распределение электрического поля внутри него - на рис. 7.

а) б)

Рисунок 6 - Диаграммы направленности разработанного ВЩИ:а) на частоте 50 ГГц; б) на частоте 61 ГГц

Рисунок 7 - Распределение электрического поля внутри разработанного ВЩИ

В главном максимуме ДН на частоте 50 ГГц коэффициент усиления достигает значения около 13,2 Дб, УБЛ составляет -8,7 Дб. В главном максимуме ДН на частоте 61 ГГц коэффициент усиления достигает значения около 14,9 Дб, а УБЛ составляет -7,1 Дб. По сравнению с исследованным ВЩИ получен больший

30

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070

средний коэффициент усиления в рабочем диапазоне частот, но и больший УБЛ, что, однако, не является критичным параметром антенны для телекоммуникаций.

Таким образом, результатом проделанной работы стала конструкция нерезонансного ВЩИ антенной системы миллиметрового диапазона длин волн, обеспечивающая ее работоспособность в диапазоне 50-61 ГГц. Все полученные результаты являются предварительными и станут предметом дальнейших исследований.

Список использованной литературы:

1. Brown M. 60 GHz Wi-Fi: The Future of Wireless Networking // PC World; May 2013, Vol. 31, Iss. 5, P. 18.

2. Вишневский В., Фролов С., Шахнович И. Миллиметровый диапазон как промышленная реальность стандарт IEEE 802.15.3С и спецификация WirelessHD // Электроника: Наука, технология, бизнес. 2010. № 3. С. 70-79.

3. Zhang M., Hirokawa J., Ando M. An E-Band Partially Corporate Feed Uniform Slot Array With Laminated Quasi Double-Layer Waveguide and Virtual PMC Terminations, IEEE Transactions on antennas and propagation, V. 59, № 5, May 2011.

4. Чухраев И.В., Ларин А.А., Драч В.Е. Волноводно-щелевой излучатель с несимметричным амплитудным распределением // Радиопромышленность. 2014. № 4 (4). С. 137-150.

5. Драч В.Е., Ларин А.А., Родионов А.В., Чухраев И.В. Моделирование волноводно-щелевого излучателя с асимметричным амплитудным распределением // Электромагнитные волны и электронные системы. 2014. Т. 19. № 10. С. 45-49.

6. Белоусов А.Г., Ганичев А.А., Драч В.Е., Чухраев И.В. Рупорный облучатель с диаграммой направленности специальной формы // Вопросы радиоэлектроники. 2012. Т. 1. № 3. С. 43-50.

Светлой памяти А.Г. Белоусова посвящается.

© В.Е. Драч, И.В. Чухраев, Р.О. Бут, 2015

УДК 502.3

М.А. Вострикова

канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВПО «КГУКИ» г. Краснодар, Российская Федерация

В.В. Шкода

канд. пед. наук, профессор КВВАУЛ г. Краснодар, Российская Федерация

Я.М. Кашин

канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВПО «КубГТУ» г. Краснодар, Российская Федерация

ОБЗОР МЕТОДОВ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ОТ

ОКСИДОВ СЕРЫ И АЗОТА

Аннотация

В статье рассматривается остро стоящая проблема загрязнения атмосферы токсичными компонентами отработавших газов энергетических установок. Приведены методы очистки - абсорбционный, адсорбционный, каталитический. Описаны их достоинства и недостатки

Ключевые слова

атмосфера, загрязняющие вещества, оксид серы, токсичность, топливо, способы очистки.

Нарастающее загрязнение воздушного бассейна Земли примесями, имеющими антропогенную природу, является безотлагательной проблемой всего человечества. Важность решения задач защиты атмосферы от вредных выбросов энергетических установок определяется тем, что загрязнения от

31