Скачать 225.87 Kb.
|
На правах рукописи Безуглов Юрий Дмитриевич СИНТЕЗ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК В УСЛОВИЯХ МНОГОЛУЧЕВОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН 01.04.03 – Радиофизика А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук РОСТОВ-НА-ДОНУ 2006 Работа выполнена на кафедре «Радиоэлектроника» ГОУ ВПО Ростовский институт сервиса Южно-российского государственного университета экономики и сервиса.
Защита состоится «20» октября 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.10 в РГУ (344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге 5, РГУ, физический факультет, ауд. 247). С диссертацией можно ознакомится в научной библиотеке РГУ по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская 148. Автореферат разослан «___»_________________ 2006 г. Ученый секретарь диссертационного совета Д.212.208.10 доктор физико-математических наук, профессор Г.Ф. Заргано ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. В настоящее время в России, как и во всем мире, продолжается развитие сетей и систем подвижной радиосвязи (СПР). Это относится как к сетям общего пользования (преимущественно сотовым), так и к профессиональным (ведомственным, технологическим) сетям. Продолжают развиваться и совершенствоваться СПР специального назначения, в том числе с использованием ИСЗ. В ближайшей перспективе ожидается интенсификация внедрения сетей подвижной радиосвязи третьего поколения. Указанные процессы во многом определяют новые дополнительные требования к антеннам (антенным системам) базовых станций (БС) и радиоцентров СПР. С учетом общих тенденций повышения требований к качеству связи в условиях непрерывно усложняющейся электромагнитной обстановки ужесточаются требования к основным параметрам антенн. С другой стороны, массовое использование антенн БС СПР диктует не менее жесткие требования к их техническо-экономическим показателям. Для действующих и перспективных СПР выделены участки радиочастотного спектра в самых различных частях ОВЧ - и УВЧ-диапазонов, что предопределяет относительное разнообразие типов и технических решений применяемых антенн БС СПР. Не менее существенным фактором в этом отношении оказываются специфические технические требования, возникающие при построении корпоративных и специальных СПР, и предполагающих многообразие пространственных, энергетических и поляризационных характеристик антенн. Кроме излучения и приема электромагнитных волн, антенная система стала выполнять ряд дополнительных функций, включая пространственную, временную и пространственно-временную обработку принятых сигналов, самонастройку для обеспечения помехозащищенности и электромагнитной совместимости радиосистем. Такое расширение круга задач стимулировало интенсивное развитие антенных систем и проведение исследований по широкому кругу вопросов, связанных с теорией и техникой антенн. Речь идёт о создании многофункциональных антенных систем для базовых станций сотовой связи и радиоцентров СПР. Ещё более высока актуальность применения многофункциональных антенных систем в области спутниковой связи. Многофункциональные антенные системы могут выполняться на основе антенных решеток с различной геометрией излучающего раскрыва. Такие антенны образуют сложные излучающие структуры, путем изменения параметров которых возможно решение широкого круга задач, связанных с формированием диаграмм направленности (ДН) заданной формы, ЭМС радиоэлектронных средств, приемом сигналов при многолучевом распространении и рядом других задач. Решение этих задач неразрывно связано с разработкой различных алгоритмов оперативного управления характеристиками этих систем. Проведение исследований по различным направлениям теории антенн включает в себя и решение вопросов радиофизики, в частности, оценку влияния электродинамических факторов на качество управления характеристиками многофункциональной антенной решетки (АР), исследование структуры и характера распределения электромагнитного поля, сформированного АР, учет многолучевого распространения радиоволн в городских условиях и в условиях пересеченной местности. При всем многообразии исследований, посвященных решению задач синтеза АР различной конфигурации, в настоящее время отсутствуют эффективные методы, обеспечивающие оперативное (в реальном времени) определение комплексных весовых коэффициентов (КВК), необходимых для формирования ДН с заданным количеством, уровнем, положением, фазой и формой лучей, а также уровнем боковых лепестков. Разработка таких методов является на сегодня актуальной проблемой и может служить целью научного поиска. Целью работы является создание комплекса новых эффективных и развитие существующих методов и алгоритмов параметрического синтеза АР для расширения функциональных возможностей и улучшения различных характеристик антенных решеток, функционирующих в условиях многолучевого распространения радиоволн. Для достижения данной цели предполагается решение следующих задач:
Научная новизна полученных в диссертации результатов определяется поставленными задачами, разработанными новыми методами (способами и алгоритмами) оперативного управления характеристиками направленности многофункциональных антенных решеток с различной геометрией излучающего раскрыва и впервые полученными результатами:
Основные положения и результаты, выносимые на защиту.
Обоснованность и достоверность полученных в работе результатов подтверждается запатентованными методами расчетов, прошедшими государственную экспертизу, полнотой и корректностью постановки задачи, а также путем сравнения с известными результатами, построением синтезированных ДН и сравнением их с заданными ДН. Практическая значимость работы. В работе разработаны алгоритмы, а также способы, применяемые при решении задач синтеза, позволяющие оперативно управлять параметрами многофункциональных антенны. Результаты решения задач синтеза, приведенные в работе, показали не только возможность формирования многолучевых диаграмм направленности, но и возможности регулировки ширины главного луча и уровня боковых лепестков диаграммы, изменение формы главного луча, формирование нулей диаграммы направленности в направлении помехи, а так же независимое управление фазовыми диаграммами отдельных лучей для синфазного приёма сигналов при многолучевом распространении. Несомненно, что решение задач, приведенных в работе, существенно расширит функциональные возможности антенных решеток с различной геометрией раскрыва. Разработанные алгоритмы и способы, а так же созданный на их основе программно - вычислительный комплекс могут быть использованы для управления многофункциональными АР с различной геометрией раскрыва в радиотехнических системах. Апробация диссертационной работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Перспективные направления теории и практики построения радиотехнических и оптоэлектронных систем», проходившей в РВИ РВ, 2003г, на Международных научных конференция «Излучение и рассеяние ЭМВ ИРЭМВ-2003», «Излучение и рассеяние ЭМВ – ИРЭМВ-2005» (г.Таганрог, Россия, 2003 г., 2005 г.), а также на I Межрегиональной научно-практической конференции «Современные проблемы радиоэлектроники» (г. Ростов-на-Дону, Россия, 2006 г.). Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 1 статья в журнале «Антенны», 9 в сборниках трудов и тезисов докладов на научных конференциях, а так же в 2 отчетах по НИР. По материалам диссертационных исследований получено два патента РФ, а также подана заявка на предполагаемый патент РФ. Основные научные и практические результаты использованы в научной работе и учебном процессе в РВИ РВ. Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и заключения. Она содержит 159 страниц машинописного текста, 56 рисунков, 12 таблиц и список использованных источников, включающий 105 наименований. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены ее цели и задачи, показана практическая значимость и научная новизна полученных результатов, сформулированы основные положения и результаты, выносимые на защиту, а также представлено краткое содержание работы. В первой главе, состоящей из трех частей, проведен обзор и краткий анализ существующих на сегодняшний день стандартов и антенных систем подвижной радиосвязи, а также основных методов синтеза антенных решеток. Первая часть посвящена обзору основных стандартов подвижной радиосвязи и используемых в них антенных систем. Во второй части сформулированы основные требования к антенным системам перспективных стандартов подвижной радиосвязи. В третьей части проведен обзор основных методов синтеза антенных решеток. Показано, что для расширения функциональных возможностей существующих антенных решеток необходимо создать новые, а также развить существующие методы и алгоритмы синтеза многофункциональных антенных решеток. Указаны методы синтеза, выбранные для решения поставленной задачи. Вторая глава диссертации посвящена разработке алгоритма управления КВК плоской многофункциональной антенной решетки на основе метода парциальных диаграмм, аппроксимируемых функциями Котельникова. С учетом того, что коэффициенты разложения распределения тока в ряд Фурье являются одновременно коэффициентами разложения множителя решетки в двумерный ряд Котельникова, функции Котельникова ортогональны в области видимых углов, и число контролируемых при синтезе функций Котельникова должно равняться числу излучателей, получена система линейных алгебраических, матрица которой унитарна. Это позволило найти ее обратную матрицу путем эрмитова сопряжения и тем самым получить в замкнутой форме алгоритм управления КВК в элементах решетки с номерами : . (1) Здесь - число элементов решетки, , . Для синтеза многолучевой ДН с регулируемой фазой лучей требуется задать комплексные значения , амплитуды которых соответствуют уровням лучей, номера и - их ориентации, а фаза – требуемым фазам лучей. Очевидно, что алгоритм обладает высокой оперативностью. Проведено численное моделирование применения метода для формирования многолепестковых ДН, ДН сложной формы, показана возможность регулировки фазовой диаграммы в направлениях максимумов многолепестковой диаграммы направленности, регулировки уровня боковых лепестков, а также возможность формирования нулей диаграммы в направлении помехи. Исследована зависимость КНД многолепестковой АР от положения лучей, а так же диапазонные свойства синтезированных ДН. Выполнен анализ распределения синтезированных токов в каналах излучателей многолепестковой АР. Выявлены закономерности изменения КНД при синтезе многолепестковых ДН. В частности, в случае двухлепестковой (3-х лепестковой) ДН при ориентации одного из лепестков в области нормали к раскрыву и отклонении второго лепестка на угол от нормали, КНД второго лепестка убывает существенно медленнее, чем , хотя при этом уменьшается и КНД первого лепестка. В качестве примера применения алгоритма на левом поле рис. 1 для АР, лежащей в плоскости , приведены конические сечения трехлепестковой ДН с весами лепестков 1, 0,707 и 0,5. Каждый лепесток объемной ДН образован пятью функциями Котельникова (углы и отсчитываются от соответствующих осей). На правом поле рис. 1 приведено коническое сечение косекансной ДН плоской АР. На этом же графике для примера изображена кривая .
Рис. 1 – Синтез трехлепестковой и косекансной ДН на основе метода парциальных диаграмм. Результаты исследований, выполненные во второй главе, опубликованы в работах [1], [15]. |
Программа конференции включает в себя ряд мероприятий Институт земного магнетизма ионосферы и распространения радиоволн Российской Академии Наук | Численное моделирование ионосферных предвестников сильных землетрясений... Западное отделение Учреждения ран «Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова» ран | ||
«Распространение радиоволн. Радиолокация. Понятие о телевидении. Развитие средств связи» ... | Атмосфера планет, моделирование, мониторинг, электромагнитное излучение,... Феры, микрофизические и оптические характеристики атмосферного аэрозоля, теория переноса излучения в атмосфере, теория распространения... | ||
Журнала ... | Тема. Принятие решений в условиях неопределенности Образовательная дать знания о Кибертерроризме, путях их распространения, об антивирусных программах и способах их использования на... | ||
Название деятельности и организатор Приращение профессиональной компетентности учителей начальных классов оу в условиях разработки, реализации и распространения современных... | Программа дисциплины дпп. Ф. 10 Органический синтез цели и задачи... Курс «Органический синтез» проводится после изучения систематического курса органической химии и выполнения практических работ малого... | ||
Программа дисциплины «Распространение радиоволн и антенно-фидерные... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки / специальности... | Рабочая программа по преподаванию курса «Музыка в формировании духовной... Курс «Синтез искусств» базируется на программе Неменского Б. М. «Изобразительное искусство и художественный труд 1-9 класс» | ||
Рабочей программы дисциплины «Корпоративное управление» Цель дисциплины Цель дисциплины – формирование у будущего специалиста навыков к профессиональной деятельности в условиях конкурентной среды и распространения... | Учебная программа по дисциплине " информационное обеспечение управления " Изучение теоретических, методических и практических вопросов разработки, внедрения и совершенствования информационного обеспечения... | ||
П. Глоба Анализ и синтез гороскопа Издательство Роспринт Санкт-Петербург... Некоммерческого партнерства специализированных организаций нефтехимической и нефтегазовой промышленности | Задачи : Дать достоверную информацию о вич-инфекции и спиде, способах... ... | ||
Радиофизический факультет Содержание дисциплины направлено на изучение физических принципов построения волноведущих и антенных устройств и базируется на знаниях... | Методическое пособие для воспитателей и педагогов. М. М-синтез, 2005... Программа воспитания и обучения в детском саду. /под редакцией М. А. Васильевой, В. В. Гербовой, Т. С. Комаровой./ Москва. Мозаика-Синтез,... |