CC BY
73
УДК 621.396.67
РАЗРАБОТКА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАССИВНОЙ
ПРИЕМНОЙ АНТЕННЫ
А.Б. Антиликаторов, С.А. Антипов, Р.А. Дуров
Пеленгаторные устройства имеют ряд требований, таких как дальность действия, помехоустойчивость, надежность, экономичность, но самыми важными и проблемными требованиями являются высокая точность приема сигнала и чувствительность. Точность и чувствительность пеленгования в большей степени предопределяют технические возможности пеленгаторной аппаратуры. Эти два параметра взаимосвязаны, чем выше чувствительность пеленгатора, тем выше точность пеленга.
Для повышения точности пеленгования предлагается использовать в комплексе пассивную приемную антенну, обладающую высокими параметрами по чувствительности, линейности и динамическому диапазону. Кроме того, применение такой антенны обеспечивает направленный радиоприем от источника радиоизлучения.
В статье представлена разработка приемной антенны, входящей в состав пеленгаторной системы. Проведено моделирование исследуемой антенны. В ходе расчетов осуществлялось изменение рабочих частот и рассматривались показатели эффективности самой антенны, такие как активная и реактивная составляющие входного сопротивления антенны
Ключевые слова: пеленгаторная система, конструкция антенны, фидер, импеданс антенны
Введение
Пеленгаторные устройства имеют ряд требований, таких как дальность действия, помехоустойчивость, надежность, экономичность, но самыми важными и проблемными требованиями являются высокая точность приема сигнала и чувствительность.
Для повышения точности пеленгования предлагается использовать в комплексе пассивную приемную антенну, исследование эффективности которой на разных частотах необходимо провести. Кроме того, применение такой системы обеспечивает направленный радиоприем от источника радиоизлучения
Постановка задачи
При разработке пассивной приемной антенны входящей в состав пеленгаторной системы (ПАПМ), необходимо исходить из следующих требований:
- антенна должна иметь малые габариты и вес;
- иметь как можно меньше пристыковываемых деталей;
- быстро и просто устанавливаться в рабочее состояние.
На основании выдвинутых требований для повышения мобильности, антенну желательно транспортировать прикрепленной снаружи кузова, а фидера размещать на катушках внутри кузова.
Такое конструктивное решение позволяет при развертывании антенной системы осуществлять подключение фидера, вытащив его из катушки.
Конструктивно антенна состоит из:
Антиликаторов Александр Борисович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, e-mail: antilikatorov63@mail.ru Антипов Сергей Анатольевич - ВГТУ, д-р физ.-мат. наук, профессор, e-mail: antp54@mail.ru Дуров Роман Александрович - ВГТУ, студент, e-mail: roman.durov@mail.ru
- стойки, высотой 1,2 м с тремя опорными точками, которые обеспечивают крепление к грунту;
- согласующего устройства, являющегося идентичным для всех антенных элементов антенно-фидерной системы;
- разъемного вибратора длиной 4 м; -защитного кабельного дросселя,
устанавливаемого в 4,5 м от антенны [1].
Предложенный вариант можно реализовать, используя конструкцию, приведенную на рис. 1.
Рис. 1. Конструктивное исполнение антенны
На следующем этапе разработки было проведено моделирование предлагаемой антенны с использованием программы "ММАНА".
В ходе расчетов осуществлялось изменение рабочих частот и рассматривались показатели эффективности самой антенны, такие как активная и реактивная составляющие входного сопротивления антенны.
Результаты макетирования приведены на графике (рис. 2).
Рэ**-10 Рэфф/20
(2)
Рис. 2. Импеданс антенны ПАПМ-штырь
Для экспериментальной проверки варианта антенны в полевых условиях был изготовлен макет антенны ПАПМ-штырь.
Для измерения эффективности антенны-макета использовались:
-измерительная антенна FMA11; -селективный милливольтметр SMV11; -выносной излучатель сигналов ДГС-2 [2]. В ходе эксперимента выносной излучатель устанавливался на расстоянии 150-170 м от антенны макета. В 7-8 м от нее устанавливалась измерительная антенна, как показано на рис. 3.
Рис. 3. Расстановка оборудования в ходе эксперимента
Сигнал выносного излучателя принимался измеряемой антенной и определялся его уровень иа (дБ-мкВ) [3].
После этого, измерительной антенной определялось напряженность электрической составляющей электромагнитного поля излучателя ЕП (дБ-мкВ/м) в месте расположения измеряемой антенны. Полученные исходные данные позволяют рассчитать эффективность антенны по формуле (1):
Рэфф-иа - ЕГ
(1)
Учитывая, что расчетное значение эффективности получалось в дБ, для его перевода в метры использовалось выражение (2) [4]:
На рис. 4 приведен график изменения эффективности антенны ПАПМ-штырь по результатам эксперимента расчетов и измерений в диапазоне частот.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111Ш1415161718192021222324252627282930
1 Эфф.ЛАПМ (расчет) м-Эфф. ПАПМ (измерено), м
Рис. 4. Эффективность антенны ПАПМ-штырь расчетная и измеренная
Ввиду малой эффективности антенны ПАПМ-штырь на нижних частотах была предпринята попытка ее модернизации без значительного увеличения высоты. Поэтому было принято решение расположить в верхней части антенны «зонтик» - 3 дополнительных вибратора по 0,8 м каждый.
По приведенной выше методике был исследован вариант антенны с «зонтиком» на верхней части вибратора. Результаты расчета эффективности приведены на рис. 5. где видно, что показатели эффективности на нижних частотах возросли [5].
*
1
£ О'5 — *
/ *
/
^ /
& / .
! о.б
•У
а> *
О 0,4
/
/
и.: *
[¡КГ] от; .М Гц
о
\ 3 4 6 8 9 1« 11 -Р 1! дЗв 1? 14 -I 16 Г расчШ 18 [» 14 20 21 -- 23 24 25 26 2' 28 29 30
Рис. 5. Эффективности ПАМП с «зонтиком» вверху
Заключение
В ходе проведенного макетирования и экспериментального расчета можно сделать следующие выводы:
-расчет и измерения практически совпадают с точностью до КПД согласующе-симметрирующего устройства;
-аномальные отклонения эффективности измеренной на частотах 3, 4, 9, 14 и 15 МГц объясняются наличием отражений сигнала от местных переизлучателей.
В заключение можно сказать, что графики эффективности исследуемой антенны практически совпадают, что при расчете, что при макетировании. Следовательно, отпадает необходимость макетирования других вариантов антенн, и использовать в пеленгаторной системе предлагаемую модель антенны.
Воронежский государственный технический университет
PASSIVE RECEIVING ANTENNA DEVELOPMENT AND EFFECTIVENESS А^. Antilikatorov1, С.А. Antipov2, R.A. Durov3
'PhD, Associate Professor, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation
e-mail: antilikatorov63@mail.ru 2Full Doctor, Professor, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation
e-mail: antp54@mail.ru 3Student, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation e-mail: roman.durov@mail.ru
Direction finding devices have a number of requirements, such as range, noise immunity, reliability, efficiency, but the most important and problematic requirements are high accuracy of signal reception and sensitivity. Accuracy and sensitivity of direction finding predetermine technical capabilities of direction finding equipment. These two parameters are interrelated, the higher the direction finder sensitivity, the higher the bearing accuracy.
To improve the accuracy of direction finding it is proposed to use a passive receiving antenna in the complex, which has high parameters for sensitivity, linearity and dynamic range. In addition, using such an antenna provides a directional radio reception from a source of radio emission.
The article presents the development of a receiving antenna, which is part of the direction-finding system. Simulation of the antenna under study is carried out. During the calculations, the operating frequencies are changed and the efficiency indexes of the antenna itself are considered, such as the active and reactive components of the antenna input impedance
Key words: finding system, antenna design, feeder, antenna impedance
References
1. Stefanenko P.V. "Radio wave propagation and antennas. Manual" ("Rasprostranenie radiovoln i antenny: Metodicheskoe posobie"), Donetsk, Donbass State Technical University, 1998, 36 p.
2. Goncharenko I.V. "Antennas SB and USB. Part 1. Computer simulation MMANA" ("Antenny KV i UKV. Chast' 1. Komp'yuternoe modelirovanie MMANA"), 2004, 128 p.
3. Zyryanov Yu.A., Fedyunin P.A., Belousov O.I. "Antennas: manual" ("Antenny: uchebnoe posobie"), 2016, 416 р.
4. Grigorov I.N. "Antenna. Set up and coordination" ("Antenny. Nastroyka i soglasovanie"), 2015, 217 р.
5. Indenbom M.V. "Antenna arrays of mobile surveillance radars. Theory, calculation, design" ("Antennye reshyetki podvizhnykh obzornykh RLS. Teoriya, raschyet, konstruktsii"), 2015, 416 p.
1. Распространение радиоволн и антенны: метод. пособие/ под общ. Ред. доц. П.В. Стефаненко. - Донецк: Военная кафедра ДонГТУ, 1998.-36 с.
2. Гончаренко И.В. Антенны КВ и УКВ. Ч. 1: Компьютерное моделирование ММА№А И.В. Гончаренко. 2004.-128 с.
3. Зырянов Ю.А. Антенны: учеб. пособие / Ю.А. Зырянов, П.А. Федюнин, О.И. Белоусов. 2016.-416 с.
4. Григоров И.Н. Антенны. Настройка и согласование/ И.Н. Григоров. 2015.-217 с.
5. Инденбом М.В. Антенные решетки подвижных обзорных РЛС. Теория, расчет, конструкции/ М.В. Инденбом. 2015.-416 с.
