CC BY
1
УДК 004.056.53
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-210-211
СИНТЕЗ ШИРОКОПОЛОСНОГО БАЗОВОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ С КОМБИНИРОВАННЫМИ НАГРУЗКАМИ
МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ РАЗНОСТЕЙ
В.А. Мешалкин, В.М. Игнатьев
В статье рассматриваются вопросы построения в единой электродинамической системе широкополосных антенн с комбинированными нагрузками, размещаемых на подвижных объектах. В качестве основного инструмента исследования характеристик направленности антенн на подвижных объектах выбран численный метод электродинамики конечных разностей во временной области.
Ключевые слова: базовый излучатель, численный метод электродинамики конечных разностей во временной области.
Исследование вопросов создания антенного комплекса сопряжено с решением ряда технических задач по достижению малых габаритов, простоты и прочности конструкции антенн, их высокой мобильности, широкополос-ности и эффективности. Сложность отмеченных задач определяется специфическими условиями эксплуатации антенн, а их решение нуждается в особом подходе при выработке требований к параметрам, оценке эффективности и учету специфики работы объекта с комплектом антенн.
Анализ значительного числа источников, содержащих результаты экспериментальных и аналитических исследований, а также численных расчетов, показывают перспективность применения различного типа нагрузок, сочетания которых исследованы при расчете тонких проволочных антенн. Проволочная аппроксимация линейных антенн с нагрузками в присутствии наземного подвижного объекта и проводимый расчет дает возможность решать задачу синтеза широкополосного базового излучателя с комбинированными нагрузками в рамках существенных допущений и ограничений. Более точное решение можно получить, если приблизить используемую расчетную модель к реальному объекту, рассматривая антенну и объект, как единую электродинамическую систему.
Такой подход обеспечивает более достоверный прогноз исследуемых характеристик. Кроме того, при этом возникает уникальная возможность использовать электродинамические свойства самого объекта. Решение подобных задач возможно на основе метода конечных разностей во временной области (КРВО), реализованного в программной среде CST STUDIO SUITE.
Основная часть. Как известно, согласование в широком диапазоне частот достигается разделением диапазона на частотные полосы, для каждой из которых определяется свой типоразмер антенны. Например, для работы в диапазоне от 30 до 120 МГц применяются три штыревые антенны с длинами 1.2, 1.5 и 2 м.
С целью перекрытия диапазона 30 - 120 МГц одной антенной проведены исследования, которые позволили разработать типоразмер широкополосной штыревой антенны. В ходе исследований в полотно антенны включались емкостные (Рис. 2а), индуктивные (Рис. 2б), комбинированные нагрузки (Рис. 2в), позволяющие влиять на её характеристики. При этом, выбор количества нагрузок, их комбинаций, мест включения и номиналов, был обусловлен необходимостью повышения широкополосности антенны, которая контролировалась в нижней части диапазона рабочих частот по входу, т.е. обеспечивалось требуемое согласование, а в верхней части - развалом амплитудной характеристики направленности.
Результаты моделирования представлены на рисунках 2, 5 (емкостные нагрузки, индуктивные нагрузки, комбинированные нагрузки).
V
Г} ,сг
IX
в"
i
Рис. 1. Антенны с нагрузками: а - емкостными; б - индуктивными; в - комбинированными
Рис. 2. Трехмерные диаграммы направленности антенны с емкостными нагрузками на частотах:
а - 30 МГц; б - 90 МГц; в -120 МГц
а
Проведенные исследования подтвердили преимущество антенн с комбинированными резонансными нагрузками по расширению полосы согласования в диапазоне частот и получению максимального значения КБВ на фиксированных частотах.
По результатам исследования предложена широкополосная антенна (Рис. 3), которая рекомендуется к применению на подвижных объектах. Она обеспечивает мгновенную ширину полосы пропускания 65 МГц с относительно низким КСВ и приемлемым коэффициентом усиления.
Рис. 3. Схема широкополосной антенны с комбинированными нагрузками
Здесь: L1 = 0,57^Гн, Q = 92, при 30 МГц, R1 = 150 Ом; L2 = 0,39^Гн, Q = 93, при 30 МГц,; й2 = 250 Ом, С = 34 пФ.
При включении в антенну ряда индуктивно-резистивных нагрузок будет изменяться ее электрическая длина. Это позволяет использовать её для обеспечения связи в диапазоне 30 - 108 МГц без настройки.
Результаты расчетов КСВ в диапазоне частот для антенны без нагрузок (I) и с комбинированными нагрузками (II) приведены на рисунке 5, при этом направленные свойства в рабочем диапазоне частот практически сохраняются (рисунок 4).
Farfieü Directivity Abs (Phi=90) О
180
Farfield Directivity Abs (Phi=90) 0
90 Phi
(i» '„,-■— \ \eo
1 Ч^Х'И'г 1
120 \ \ /"------ _____--""'■. / 120
15D
б
Рис. 4. Диаграммы направленности антенны с комбинированными нагрузками на частотах:
а - 30 МГц; б -108 МГц
Зависимости изменения КСВ от частоты представлены на рис. 5.
211
Шцг ШД* ВЛ (ПИЯ)
1
-\TftltL -«НО 1
—.......1 4------------
......1......
У II
Рис. 5. Зависимость изменения КСВ от частоты: а - емкокстные нагрузки; б - индуктивные нагрузки; в - комбинированные нагрузки; г - широкополосная антенна
Заключение. Преимуществом достаточно простых в изготовлении антенн с комбинированными нагрузками является их низкая стоимость, малые массогабаритные показатели, которые во многом предопределяют варианты размещения антенны на наземном подвижном объекте.
212
в
Применение данной широкополосной антенны исключает необходимость настроек и значительно увеличивает возможности радиоэлектронных средств по широкому внедрению перспективных режимов работы (ШПС) в линиях радиосвязи, что способствует повышению их помехоустойчивости.
Список литературы
1. Денискин С.В., Савицкий О.К. Расчет напряженности электромагнитного поля в замкнутом объеме методом конечных разностей во временной области для разработки методики рационального размещения технических средств в подвижном объекте // Информация и космос. № 1, 2009. С. 5-9.
2. S. Yee. «Numerical solution of initial boundary value problems involving Max-well's equations in isotropic in isotropic media» IEEE Trans. Antenna's Propagat. May 1966. Vol. AP-14. P. 302-307.
3. А. Зеленин. Вычисление электромагнитного поля в дальней зоне с использованием метода FDTD и интеграла Кирхгофа. [Электронный ресурс]. URL: www.zfdtd.narod.ru (дата обращения: 10.05.2023).
4. Григорьев А.Д. Методы вычислительной электродинамики. М.: Физматлит, 2013. 432 с.
5. Berenger J.P. Perfectly Matched Layer (PML) for Computational Electromagnetics. Synthesis Lectures on Computational Electromagnetics. Morgan & Claypool, France, 2007. 117 p.
Мешалкин Валентин Андреевич, старший научный сотрудник, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Научно-исследовательский центр Военной академии связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного,
Игнатьев Вячеслав Михайлович, старший научный сотрудник, Россия, Санкт-Петербург, Научно-исследовательский центр Военной академии связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного
SYNTHESIS OF A BROADBAND BASE EMITTER WITH COMBINED APPLICATIONS OF THE FINITE DIFFERENCE
METHOD
V.A. Meshalkin, V.A. Parfirov, V.M. Ignatiev
The article discusses the issues of constructing broadband antennas with combined loads, placed on moving objects, in a unified electrodynamic system. The numerical method of finite difference electrodynamics in the time domain was chosen as the main tool for studying the directivity characteristics of antennas on moving objects.
Key words: basic emitter, numerical method of finite difference electrodynamics in the time domain.
Meshalkin Valentin Andreevich, senior researcher, [email protected], Russia, St. Petersburg, Scientific Research Center of the Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny,
Ignatiev Vyacheslav Mikhailovich, senior researcher, Russia, St. Petersburg, Scientific Research Center of the Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny
УДК 004.921
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-213-214
ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕРНИСТСКИХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ОБУЧЕНИИ КУРСАНТОВ АВТОШКОЛЫ
С.И. Цехош, Б.В. Журавский
В современном мире невозможно представить работу без применения информационных и компьютерных технологий. Учебный и управленческий процесс в автошколах не стал исключением. Для данной работы применяется информационный сервис «Автошкола-Контроль», электронные ресурсы, мультимедийные презентации с реальными дорожными ситуациями, что позволяет преподавателю более наглядно проиллюстрировать материал и погрузить курсанта в реальные дорожные условия, не подвергая его опасности и подготовить его психологически к реальным дорожным ситуациям. В статье приведены данные технологии, которые имеют ряд достоинств, но имеют и недостатки. Приведены рекомендации как устранить недостатки и повысить качество работы при подготовке курсантов автошколы.
Ключевые слова: сервис Автошкола-Контроль, компьютерные технологии, дорожная ситуация, дорожные знаки.
Введение. Информационный сервис «Автошкола-Контроль» позволяет упростить управленческую работу и работу преподавателей автошкол. Данный сервис позволяет хранить большой объем информации и обрабатывать её. На рисунке 1 показана функция, которая позволяет провести анализ посещаемости курсантов. Для этого необходимо выбрать конкретного курсанта (рисунок 1 - а) затем перейти в раздел «теория» и выбрать подраздел «история занятий» (рисунок 1 - б). Система отразит дату, время и посещаемость (рисунок 1 - в).
Данная функция позволяет руководящему составу определять величину оплаты преподавателю за конкретное количество курсантов и проследить статистку их посещаемости, выявить проблему спада посещаемости. Преподавателю данная статистика позволяет проследить в дальнейшем результат сдачи контрольных точек. При анализе данных выявлено, что зачастую курсанты допускают ошибки в тех темах, которые проходили самостоятельно и пропустили очное занятие.
