Содержание к диссертации
Введение
1 Разработка методики проектирования антенн подвижной радиосвязи и телевещания, размещаемых в диэлектрических укрытиях, с учетом температурной нестабильности 19
1.1 Классификация антенн с точки зрения специфики проблем, обусловленных температурной нестабильностью 19
1.2 Выбор и обоснование метода электродинамического анализа излучающей структуры антенны. Разработка электродинамической модели антенны в диэлектрическом укрытии 21
1.3 Разработка метода термокомпенсации за счет противополож ного действия геометрических и электрофизических изменений 32
1.4 Разработка методики проектирования 45
1.5 Выводы по разделу 52
2 Разработка технологии настройки крупногабаритных антенн, временно размещаемых в процессе производства в частично проводящих укрытиях 55
2.1 Анализ проблем, возникающих при промежуточных измерени ях и настройках в процессе производства антенн 55
2.2 Обоснование возможности и целесообразности проведения тестовых измерений и настроек по методу сравнения 57
2.3 Разработка методики измерений в условиях частично проводящего укрытия 2.4 Разработка технологии контрольных проверок и настройки антенн в условиях частично проводящего укрытия 71
2.5 Выводы по разделу 83
3 Разработка технологии эксплуатации подземных антенн диапазона вч, размещаемых в неразборных диэлектрических укрытиях 85
3.1 Классификация подземных антенн. Анализ основных проблем, возникающих при их эксплуатации 85
3.2 Разработка методики проверки коэффициента усиления антенны 91
3.3 Разработка методики проверки согласования антенны 98
3.4 Разработка методик оценивания целостности излучающей структуры и периодического контроля общей работоспособности антенны 114
3.5 Разработка технологии эксплуатации подземных антенн диапазона ВЧ, размещаемых в неразборных диэлектрических укрытиях 122
3.6 Выводы по разделу 126
4 Практическая реализация разработанных me- тодик и технологий 129
4.1 Разработка размещаемой в диэлектрическом укрытии малогабаритной низкопрофильной антенны абонентского терминала подвижной радиосвязи диапазона ОВЧ 129
4.2 Разработка размещаемого в диэлектрическом укрытии низкопрофильного панельного излучателя на IV-V телевизионные диапазоны. 149
4.3 Реализация технологии настройки в рамках общей технологии производства логопериодических и турникетных излучателей для ан-тенной решетки радиолокационной станции диапазона ОВЧ 158
4.4 Экспертиза подземных антенн в неразборных укрытиях на ряде действующих радиоцентров диапазона ВЧ 167
4.5 Выводы по разделу 185
Заключение 187
Список литературы 192
- Выбор и обоснование метода электродинамического анализа излучающей структуры антенны. Разработка электродинамической модели антенны в диэлектрическом укрытии
- Обоснование возможности и целесообразности проведения тестовых измерений и настроек по методу сравнения
- Разработка методик оценивания целостности излучающей структуры и периодического контроля общей работоспособности антенны
- Реализация технологии настройки в рамках общей технологии производства логопериодических и турникетных излучателей для ан-тенной решетки радиолокационной станции диапазона ОВЧ
Введение к работе
Актуальность темы и состояние вопроса
Современный этап развития в области техники и технологий антенн и антенно-фидерных устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения, как, впрочем, и для большинства областей техники телекоммуникаций, характеризуется тенденцией к снижению роли экстенсивных факторов развития и удовлетворению возрастающих требований к техническим и технико-экономическим характеристикам изделий преимущественно на основе использования новых материалов, передовых технологий и других инновационных решений.
Не является исключением и область технологий создания и эксплуатации антенн ВЧ, ОВЧ и УВЧ диапазонов, размещаемых в укрытиях. Главной особенностью этого класса антенн, при всем многообразии конкретных конструкций и функций укрытия (защита антенны от воздействия неблагоприятных факторов, снижение аэродинамического сопротивления, маскирование и т.д.) является присутствие в непосредственной близости от излучающей системы достаточно протяженных диэлектрических тел, оказывающих заметное влияние на характеристики антенны.
В свете упомянутых выше тенденций настоятельно необходимо создание технических решений и технологий, обеспечивающих не только максимальный учет влияния укрытия, но и целенаправленное формирование его геометрических, электрофизических и иных свойств в целях улучшения характеристик антенны.
Таким образом, в настоящее время существует актуальная научно-техническая проблема совершенствования методик и технологий проектирования, настройки и эксплуатации антенн диапазонов ВЧ, ОВЧ и УВЧ, размещаемых в укрытиях.
Состояние вопроса в рассматриваемой области характеризуется следующими основными достижениями.
Распространенным типом антенн с укрытиями являются низкопрофильные антенны абонентских станций подвижной радиосвязи (включая специальную), размещаемые на подвижных объектах. Жесткие требования к параметрам назначения таких антенн и одновременно - к массогабаритным характеристикам и пр. обусловливают использование в составе таких антенн компактных узкополосных излучателей высокой добротности. При этом резко возрастает чувствительность характеристик назначения к параметрам укрытия и к температурным изменениям этих параметров.
Аналогичные, по сути, проблемы возникают и при создании современных широкополосных панельных излучателей для передающих антенных систем телевизионного вещания (включая цифровое) в IV-V телевизионных диапазонах. И в этом случае повышенная температурная нестабильность
параметров укрытия приводит к трудностям реализации заданных характеристик назначения антенны.
В связи с большой потребностью в подобных антеннах направление теории и техники низкопрофильных малогабаритных антенн с укрытиями интенсивно развивается. Активно публикуются патенты и патентные заявки на низкопрофильные антенны, среди которых можно отметить патенты А.Л. Бузова, Л. С. Казанского, X. Тамаоки (Н. Tamaoka) и др. Наряду с патентами на изобретения в настоящее время активно изучаются новые свойства и возможности использования таких антенн. Наиболее популярными по количеству публикаций и использования на практике являются низкопрофильные всенаправленные излучатели семейства планарных инверсных L- и F-образных антенн. Среди таких работ можно отметить работы А.С. Мальцева, М.А. Петрова, В.И. Слюсара и др.
«Острая» настройка низкопрофильных малогабаритных антенн требует более тщательного расчета их характеристик, влияющих на согласование антенн. Это ужесточает требования к расчетным методам анализа как антенн в целом, так и влияния диэлектрического колпака и особенно его температурной нестабильности.
Среди всего многообразия методов решения подобных задач следует выделить предложенный Л.С. Казанским и развитый в работах других авторов (М.А. Минкин, Е.В. Бондарь) метод обобщенной эквивалентной цепи (ОЭЦ). Метод ОЭЦ обеспечивает достаточную эффективность при анализе электрически толстых проводников и достаточно универсален в смысле формы поперечного сечения. Метод, имея точность, соответствующую методам решения интегральных уравнений, позволяет получить явную зависимость между физическими параметрами и величинами элементов эквивалентной цепи.
Кроме того, метод ОЭЦ позволяет на единой методологической основе и в рамках единой модели обеспечить анализ электродинамических систем, содержащих как металлические, так и диэлектрические элементы, в том числе - анализ температурной стабильности характеристик системы и учет влияния технологических допусков на основе использования аппарата теории параметрической чувствительности. Так как в данной работе предполагается исследование сложных тел, в частности, антенн, располагаемых в защитных диэлектрических укрытиях, то применение метода ОЭЦ здесь особенно удобно.
В то же время, разработанные до настоящего времени на этой основе методики проектирования антенн и антенно-фидерных устройств ориентированы исключительно на выбор оптимальных геометрических, электрофизических и теплофизических параметров проводников. Параметры диэлектрических элементов при этом не варьируются, а нередко и не учитываются. Поэтому автором была разработана методика проектирования антенн под-
вижной радиосвязи и телевещания, размещаемых в диэлектрических укрытиях, с учетом температурной нестабильности.
В рамках рассматриваемой проблематики следует также отметить большой класс задач, где укрытие, не входя в состав собственно антенны, тем не менее, оказывается существенной неотъемлемой частью излучающей системы в рамках технологии производства антенн. Подобная ситуация возникает при необходимости обеспечения проверки и настройки антенны в ходе ее изготовления в условиях производственного помещения. Проведение измерений с периодическим перемещением антенны на открытый полигон или в безэховую камеру представляет собой весьма затратный и крайне нетехнологичный вариант решения проблемы, особенно для крупногабаритных антенн. Для этого автором была разработана технология, обеспечивающая адекватность результатов проверки и настройки в присутствии укрытия, причем в данном случае укрытие (помещение) представляет собой систему диэлектрических тел с проводящими фрагментами.
Наконец, важным, хотя и не столь распространенным типом антенн, размещаемых в укрытиях, являются подземные (защищенные) антенны высокой стойкости ВЧ диапазона. Их исследованиям посвящено большое количество работ, среди которых следует отметить как классические труды Г.А. Лаврова, А.С. Князева, Р. Кинга (R.W.P. King), так и современные Ю.И. Кольчугина, В.В. Юдина и др. При этом основное внимание в них уделяется моделированию таких антенн с учетом диэлектрических укрытий, определению их основных характеристик. Также рассматриваются вопросы обеспечения прочности к воздействию внешних разрушающих факторов и способы повышения эффективности защищенных антенн.
Однако, в данном случае, помимо необходимости учета параметров укрытия при создании антенны, возникают существенные проблемы обеспечения ее работоспособности (боеготовности) на протяжении всего жизненного цикла. Дело в том, что излучающая система такой антенны физически недоступна (монолитное неразборное укрытие), а применение типовых методов проверки электрических характеристик (с подачей на вход антенны каких-либо испытательных сигналов) не допускается предъявленными к антенне специальными требованиями. Для восполнения этого пробела автором был разработан ряд методик оценивания целостности излучающей структуры и периодического контроля общей работоспособности подземных антенн, а также определения основных характеристик антенн в пассивном режиме.
Цель работы - совершенствование методик проектирования антенн подвижной радиосвязи и телевещания ОВЧ-УВЧ диапазонов в части учета температурной нестабильности диэлектрических укрытий, совершенствование технологий производства крупногабаритных антенн, предполагающих промежуточные измерения и настройки в процессе изготовления, создание технологий эксплуатации защищенных подземных антенн спецсвязи диапа-
зона ВЧ, обеспечивающих повышение боеготовности систем связи.
Для достижения поставленной цели в работе выполнена следующая программа исследований
Разработка электродинамической модели антенн подвижной радиосвязи и телевещания в диэлектрических укрытиях.
Расчетные и экспериментальные исследования с целью обоснования возможности и целесообразности реализации термокомпенсации за счет противоположного действия геометрических и электрофизических изменений.
Разработка методики проектирования антенн подвижной радиосвязи и телевещания, размещаемых в диэлектрических укрытиях, позволяющей уже на ранних стадиях разработки исследовать эффекты, обусловленные температурной нестабильностью, и моделировать процессы термокомпенсации.
Разработка технологии настройки крупногабаритных антенн, временно размещаемых в процессе производства в частично проводящих укрытиях.
Разработка методики проверки коэффициента усиления недоступных подземных антенн.
Разработка методики проверки согласования недоступных подземных антенн.
Разработка методик оценивания целостности излучающих структур и периодического контроля общей работоспособности недоступных подземных антенн.
Разработка технологии эксплуатации недоступных подземных антенн диапазона ВЧ.
9. Практическая реализация разработанных методик и технологий.
Методы исследований
Методы вычислительной электродинамики, методы теории цепей и длинных линий, методы теории антенн, методы теории функций комплексного переменного.
Обоснованность и достоверность результатов работы
Обоснованность и достоверность результатов работы обеспечиваются адекватностью использованных методов и построенных на их основе расчетных моделей. Достоверность результатов работы подтверждается результатами сопоставления расчетных и экспериментальных данных и результатами практической реализации.
Научная новизна работы
1. Разработана новая методика проектирования антенн подвижной радиосвязи и телевещания, размещаемых в диэлектрических укрытиях, позволяющая уже на ранних стадиях разработки исследовать эффекты, обусловленные температурной нестабильностью, и моделировать процессы термокомпенсации.
Получены и экспериментально подтверждены новые результаты в части реализации термокомпенсации за счет противоположного действия геометрических и электрофизических изменений.
Разработана технология настройки крупногабаритных антенн, временно размещаемых в процессе производства в частично проводящих укрытиях, обеспечивающая существенное снижение издержек на проведение контрольных проверок и настроек.
Разработана технология эксплуатации подземных антенн диапазона ВЧ, размещаемых в неразборных диэлектрических укрытиях, включая частные методики проверки коэффициента усиления, согласования и оценки общей работоспособности, позволяющая осуществлять надежный контроль состояния недоступных антенн в процессе эксплуатации.
Личный вклад
Основные результаты диссертационной работы, обладающие научной новизной, получены автором лично.
Практическая ценность результатов работы
Разработанная методика проектирования антенн подвижной радиосвязи и телевещания позволяет уже на ранних стадиях проектирования исследовать эффекты, обусловленные температурной нестабильностью, и моделировать процессы термокомпенсации; в результате значительно повышается эффективность процесса проектирования в целом - сокращаются сроки разработки, затраты на экспериментальные исследования и доводку изделий и т.д.
Разработанная технология настройки крупногабаритных антенн в процессе их изготовления обеспечивает сокращение издержек на проведение контрольных проверок и настроек, что в свою очередь приводит к снижению числа технологических ошибок и их величин, к снижению риска появления неудовлетворительных экземпляров изделий (выявляемых на заводских испытаниях) и в конечном итоге к сокращению затрат на реализацию производственного цикла в целом.
Разработанная технология эксплуатации подземных антенн диапазона ВЧ, размещаемых в неразборных диэлектрических укрытиях, обеспечивает надежный контроль состояния недоступных антенн в процессе эксплуатации, повышая тем самым их коэффициент боевой готовности.
Реализация результатов работы
Результаты диссертационной работы внедрены при активном непосредственном участии автора в рамках выполнения работ в интересах государственных заказчиков. Использование результатов диссертационной работы позволило существенно повысить эффективность процессов проектирования, настройки и эксплуатации антенн диапазонов ВЧ - УВЧ, размещаемых в укрытиях. Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.
Апробация результатов работы
Основные результаты по теме диссертационного исследования докладывались на XV Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2009), IX Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Челябинск, 2010), 20-й Международной конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (Севастополь, 2010), XI Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Уфа, 2010), XVI, XVIII Российских научно-технических конференций ПГУТИ (Самара, 2009, 2011).
Публикации
По тематике диссертационных исследований автором (лично и в соавторстве) опубликовано 18 печатных трудов. Основные научные и прикладные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 статьях в периодических научных изданиях, в том числе 6 статей - в журналах, включенных в определенный ВАК «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата наук», и в 8 публикациях в форме текстов и докладов на международных и российских конференциях.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть работы содержит 130 страниц машинописного текста, 59 рисунков и 16 таблиц. Список литературы содержит 100 наименований.
Положения, выносимые на защиту
Методика проектирования антенн подвижной радиосвязи и телевещания, размещаемых в диэлектрических укрытиях, с учетом температурной нестабильности.
Новые результаты в части реализации термокомпенсации за счет противоположного действия геометрических и электрофизических изменений.
Технология настройки крупногабаритных антенн, временно размещаемых в процессе производства в частично проводящих укрытиях.
Технология эксплуатации подземных антенн диапазона ВЧ, размещаемых в неразборных диэлектрических укрытиях.
Выбор и обоснование метода электродинамического анализа излучающей структуры антенны. Разработка электродинамической модели антенны в диэлектрическом укрытии
В рамках метода эквивалентных источников, данный ток рассматривается в качестве эквивалентного — такого, что его поле излучения в вакууме строго совпадает с полем, рассеянным диэлектрическим телом (в этом смысле и понимается эквивалентность). Первое уравнение Максвелла для вакуума при наличии эквивалентного тока, записанное для области
Выражение справа в (1.6) есть правая часть первого уравнения Максвелла в среде с удельной проводимостью jn и абсолютной диэлектрической проницаемостью гап. Это означает, что токи в ветвях ОЭЦ суть эквивалентные токи, дающие тот же эффект возмущения поля, что и реальный диэлектрик с тепловыми потерями. Разработка электродинамической модели антенны в укрытии - это не построение модели конкретной антенны, а выработка правил построения моделей с учетом специфических особенностей антенн рассматриваемого класса. В числе упомянутых особенностей отметим, прежде всего, близость укрытия к излучающим металлическим элементам, что обусловлено стремлением к минимизации габаритов. Рассмотрим этот вопрос подробнее.
Диэлектрическое укрытие представляет собой определенным образом изогнутый лист диэлектрического материала. Электрическая толщина листа невелика. Это, в принципе, дает основание дляї предположения о возможности моделирования листа однослойной сеткой, т.е. не учитывать токи, текущие поперек основным поверхностям листа. Построение однослойной сетки схематично показано на рисунке 1.4, а).
Однако следует иметь в виду, что на значительном своем протяжении диэлектрический лист расположен в непосредственной близости от металлических излучающих элементовшараллельно их плоскостям. Это вызвано Стремлением разработчиков к уменьшению габаритов, и именно этим обусловлена проблема высокой термочувствительности. Тот же факт, что диэлектрический лист параллелен плоскости металла- означает относительную малость компонент поля, возбуждающих токи в однослойной сетке.
Обратимся к рисунку 1.4, б). Здесь схематично показана примерная картина поля в области однослойной сетки вблизи плоскости проводника. В соответствии с известным граничным условием силовые линии электрического ПОЛЯ подходят к поверхности металла по нормали; на поверхности металла тангенциальная, составляющая вектора Е равна нулю. Слой диэлектрика находится на электрически малом расстоянии от поверхности металла (воздушный» зазор, как уже говорилось минимизируется). Учитывая это обстоятельство, а также ожидаемую по физическим соображениям гладкость решения электродинамической задачи- (поле как функция координат), можно предположить, что на уровне диэлектрического слоя: вектор Ё, если и не будет строго нормален по t«X Лист диэлектрика а) построение однослойной сетки Сетка однослойная Силовые линии электрического ПОЛЯ Неучтенная компонента поля h«X \ Металл б) картина поля в области однослойной сетки
К вопросу о моделировании диэлектрического укрытия однослойной сеткой верхности металла, то будет близок к таковому. Следовательно, тангенциальная по отношению к диэлектрическому листу компонента будет мала по сравнению с нормальной компонентой. Но однослойная сетка учитывает только тангенциальную компоненту, нормальная же полностью игнорируется. И это происходит в областях, где диэлектрик приближен к металлическим элементам кс где он оказывает наиболее сильное влияние.
На основании такого качественного анализа автором было сделано предположение, что моделирование диэлектрического укрытия однослойной сеткой приведет к заметной ошибке, и потребуется, как минимум, двухслойная сетка. При этом дополнительно было сделано предположение, что можно ограничиться именно двухслойной сеткой, поскольку толщина диэлектрического листа мала по сравнению с длиной волны.
Для проверки данных предположений было выполнено электродинамическое моделирование антенн различных типов.в разных вариантах - без закрытия вовсе, с укрытием, моделируемым однослойной сеткой и сетками с числом: слоев два и более. Проведенные расчеты полностью подтвердили сделанные предположения. В качестве примера на рисунке 1.5 приведены результаты расчетов коэффициента стоячей волны напряжения (КСВН) укороченной F-оозразной антенны (антенна данного типа будет подробно описана ниже, в п. Пив п.4.1). Сплошная кривая соответствует варианту без диэлектрического ухсрытия. Штриховая кривая соответствует варианту с укрытием, которое моделигруется однослойной сеткой. Штрих-пунктирная кривая соответствует варианту с Ук рыгаем, которое моделируется двухслойной сеткой. Графики длл вариантов с сетками, содержащими более двух слоев, не показаны, так как совпадают с графической точностью с штрих-пуктирной кривой. Из представленных данных видно, что влияние укрытие вызывает заметное смещение частоты настройки, и это адекватно отображается двухслойной сеткой.
Обоснование возможности и целесообразности проведения тестовых измерений и настроек по методу сравнения
Реализация этой контрольной функции применительно к антеннам имеет свою специфику. Дело в том, что антенна принципиально является излучающим устройством (для приемных по назначению антенн здесь подразумевается принцип взаимности) и, следовательно; сама по себе не способна обеспечить заданные требования; Требуется; еще, чтобы, ближайшее окружение антенны отвечало определенными требованиям, которые сводятся к обеспечению І нормальных условий-излучения; В: связи с этим антенные измеренияшроводятна(: специальных антенных полигонах, в безэховых. камерах:или; в штатных.условиях размещения. Производственные же помещения ДЛЯЇЗТИХ; цел ешв;большинстве; случае не приспособлены..Віто; же время-неизлучающие радиотехнические устройства вполне могут быть обмерены в условиях производственных помещений.
Коль скоро-речьздесь идет о промежуточных измерениями настройках, яв-- ляющихся этапом; технологического цикла производства, штатные у ел овия размещения-(каковые имеют местошри эксплуатации) обеспечить невозможно; Перемещение же антенннаполигоныили в безэховые; камеры и обратно зачастую слишком- неудобно, и трудоемкое Даже в.случае-малогабаритных, антенн-; это: по понятным лричинамізаметно удорожает производство (транспортировка; потерт времена и т.д.). Еще в большей мере данная проблема актуализируется- при производстве крупногабаритных антенн; Под таковыми здесь понимаются-изделия; габариты! которых позволяют размещать их достаточно?просторных, помещениях, но не дают возможности выноса из помещений и заноса обратно в соб-ранномвиде. В?таких-.случаяхпри; перемещении на; антенные полигоны или без- эховые камеры, к; временным потерям и; издержкам: на транспортировку добавт ляются издержки на подготовительные операции — разборку и сборку изделия производственном помещении и на полигоне); Имеющийся у автора практичег ский опыт показывает, что эти дополнительные издержки могут быть превалирующими в общей структуре затрат.
Таким образом, в отличие от иных (неизлучающих) радиотехнических устройств для антенн характерно следующее: - как правило, отсутствуют регулировки, предназначенные для их использования в период эксплуатации; соответственно, регулировки, если и предусмотрены, то являются промежуточным технологическим этапом, после которого процесс изготовления продолжается; то же относится и к промежуточным контрольным проверкам, в том числе, и в тех случаях, когда штатные регулировочные средства не предусмотрены; - производственные помещения не приспособлены для антенных измерений; так как не обеспечивают нормальныеусловия излучения; для-обеспечения последних в производственных циклах организуются «окна», в течение которых антенны перемещаются на полигоны или в безэховые камеры, обмеряются и возвращаются обратно (зачастую с двумя циклами разборки и, сборки).
Между тем современные тенденции развития технологий производства изделий, антенной техники таковы, что все более иболееактуально&становится проблема снижения издержек вообще%и временных затрат вчастности. Исключение из технологических циклов, перемещений антенн на антенные полигоны или в безэховые камеры, сопровождающихся дополнительными- операциями по разборке и сборке представляет собой в этом смысле важныйресурс. Таким образом, весьма целесообразной организация промежуточных измерений и настроек непосредственно в. производственных помещениях. Проблема же заключается том, что, как уже отмечалось, данные помещения обычно не обеспечивают нормальных условий излучения. Это означает, что сопоставление результатов измерений с заданными требованиями (в технических условиях — ТУ) оказывается некорректным. Но это же означает принципиальную возможность сопоставлять результаты измерений с какими-то другими эталонными данными. В самом деле, изменение результатов измерений относительно таковых, полученных на полигоне (в безэховой камере), обусловлено, очевидно, изменением условий, в которых находится антенна. Следовательно, решение указанной проблемы так или иначе предполагает трансформацию требований — их изменение соответственно изменению условий.
Оговорим один момент. Здесь речь идет об изготовлении серий антенных устройств. Это, например, могут быть излучатели антенной решетки или партии антенн. В любом случае имеются-несколько экземпляров одного и того же изделия. При этом возникает возможность исследовать только один.экземпляр (эталонный) в условиях антенного полигона или безэховой камеры, а остальные экземпляры» сравнивать с ним уже в условиях производственных помещений.
В этом и состоит предложенный автором метод сравнения. Соответствие эталонного образца требованиям ТУ в условиях антенного полигона- или безэховой камеры свидетельствует о его правильной сборке и соответствии конструкторской документации (КД). Его экспериментальные исследования в условиях производственного помещения позволяет установить соответствие между электрическими характеристиками, получаемыми на антенном полигоне или в безэховой камере, и характеристиками, получаемыми в производственном помещении. Если любой другой образец антенны в условиях производственного помещения .показывает такие же характеристики, как и эталонный, тоэто озна-чает, что и он соответствует К Д.
Разработка методик оценивания целостности излучающей структуры и периодического контроля общей работоспособности антенны
Для измерения КБВ с помощью измерительной линии выход этой линии подключают ко входу фидера антенны, а вход — к генератору, после чего измеряется входное сопротивление фидера антенны, по которому рассчитывается КБВ. На передающих радиостанциях в качестве измерительной линии обычно используется участок открытого проволочного симметричного фидера, а в качестве генератора - передатчик при пониженной мощности, или специально предусмотренный маломощный передатчик. С помощью направленных ответвителей измеряют (при работе передатчика) амплитуды- падающей U0 и отраженной U волн, после чего вычисляют КБВ На этом принципе построены индикаторы КБВ большинства современных передатчиков. Измерение КБВ с помощью мостовых и подобных им измерителей полного сопротивлениям осуществляется аналогично. Все эти методы основаны на исследовании антенн в режиме передачи с подачей сигналов на частотах рабочего диапазонам поэтому они неприменимы в случаях, когда подача таких сигналов в нерабочем режиме недопустима (а здесь рассматриваются именно такие случаи). Импульсный метод занимает некое особое положение. Он предполагает подачу на вход антенного фидера коротких видеоимпульсов с частотой- следования, лежащей ниже минимальной частоты рабочего диапазона антенны, т.е., формально говоря, рабочая частота не подается. Частотная зависимость коэффициента отражениям (а затем - КБВ)» в пределах рабочего диапазона антенны определяется на основе преобразования Фурье. Однако это же означает наличие в спектре испытательного импульсного сигнала частот, лежащих в пределах рабочего диапазона, т.е. фактически рабочие частоты все-таки подаются на вход антенны. По этой причине импульсный метод также неприменим в рассматриваемых случаях. Таким образом, все рассмотренные методы осуществимы только при работе антенны на передачу с подачей сигналов, частоты, которых лежат в пределах рабочего диапазона, что недопустимо; Методов же измерения (проверки) КБВ в режиме приема в научно-технической и патентной литературе: автором? не обнаружено; Модифицировать известные методы так, чтобы они обеспечивали измерение КБВ в режиме приема, также не представляется? возможным. Поэтому в ходе выполнения данной работы была: разработана1, методика; основанная? на предложенном: авторе методе согласования; предполагающем?:проведение измерений!, в режиме приема.
Кратко, суть методики:проверки, согласования: состоит ВІ следующем; Исследуемая антенна принимает некоторый сигнал, уровень которого измеряется на.согласованной нагрузке. Приэтом перед;нагрузкой в тракт включается спе 100 циальное согласующее устройство, настройкой которого добиваются максимизации уровня измеряемого сигнала. Параметры настроенного согласующего устройства известны, ив них содержится вся необходимая информация.об им-педансных свойствах антенны.
Отдельно остановимся на весьма важном вопросе в рамках разрабатываемой методики, а именно на выборе состава и типа оборудования: для экспериментальной установки, а.также: обосновании соответствующих требований к-:. каждому из типовюборудованияї
В состава оборудования; для; проверки КБВ врежимеь приемам должны вхо-дить: высокочастотный;генератора вспомогательная антенна;. симметрирующий трансформатор (ЄТ), согласующее устройство1 (ЄУ); селективный, микровольтметр (MB), измеритель полных сопротивлений : Соответствующая схема: измерений показана на рис.3:4.
Для обоснования требования; включениям вь состав оборудования высокочастотного генераторами вспомогательной антенны рассмотрим возможные варианты; подачи сигнала в измеряемую антенну для? выполнения? проверки ее КБВ в приемном режиме. Вариант первый: использование штатного передатчиками его штатной антенны зенитного излучения;.расположенной;на:относительно небольшом удалении от проверяемой антенны (100;..300 км). При этом проверяемая антенна облучается почти вертикально падающей волной, отраженной от ионосферы, т.е. работает в штатном - режиме; Однако, отраженный1 от ионосферы, сигнал обычно подвержен замираниям, которые, естественно; затруднят отсчет уровней: сигнала. Вариант второй: использование штатного, например; возимого;.передатчика:сО Штатнойантенной;. обеспечивающей земную волну. В? этом варианте замирания? сигнала, будут отсутствовать, однако, поляризация; сигнала у поверхностной, волны; вертикальная; а направление прихода - вдоль горизонта, тогда как; у проверяемой-антенны поляризация горизонтальная, а направление излучения близко к зенитному
Реализация технологии настройки в рамках общей технологии производства логопериодических и турникетных излучателей для ан-тенной решетки радиолокационной станции диапазона ОВЧ
Предложенная автором методика проектирования1 размещаемых в диэлектрических укрытиях антенн с учетом температурной нестабильности реализована в рамках разработки низкопрофильного панельного излучателя (антенного модуля) для телевещания в IV-V телевизионных диапазонах.
Передающие телевизионные антенны дециметрового диапазона практически всегда снабжают защитными-диэлектрическими укрытиями для обеспечения надежной многолетней эксплуатации. Укрытия должны обладать соответствующими диэлектрическими и механическими свойствами, малой массой и широким температурным диапазоном эксплуатации. Однако зачастую именно эти элементы конструкции являются наиболее проблемными с точки зрения обеспечения термостабильности.
Отправной точкой при создании передающего телевизионного антенного модуля явилось наличие на предприятии технологии и соответствующего оборудования для изготовления диэлектрического колпака, который имеет размеры 300x200x80 мм и, в общем, подходит для использования в качестве диэлектрического укрытия для модуля. Данный колпак изготавливается в условиях высокотехнологичного производства, благодаря чему минимизируется его стоимость [37, 51]. Отчасти это обеспечено использованием метода прямого-прессо-вания без предварительного подогрева — наиболее простого технологического процесса, реализация которого связана с наименьшими затратами (по сравнению с другими методами — прямого прессования с предварительным подогревом и литьевого прессования).
G точки зрения обеспечения электрических характеристик существенное значение имеют габаритные ограничения, которые применительно к рассматриваемому колпаку выразились в относительно малой его глубине. Последняя лимитирует расстояние от рефлектора панели до излучающего элемента (вибратора), которое в данном» случае должно быть не более 60 мм. Это не соответ- . ствует общепринятым принципам, согласно которым расстояние от вибратора до апериодического рефлектора обычно выбирается в пределах 0,2 — 0,ЗА., где X — длина волны [1]. В рассматриваемом диапазоне частот при средней длине волны X = 0,5 м расстояние от рефлектора до вибратора должно составлять около 125 мм. При таком расстоянии возможно достаточно хорошее естественное согласование полуволнового вибратора в широкой полосе частот. Уменьшение же данного размера приводит к значительному уменьшению активной составляющей входного импеданса; при этом значения естественного КСВН на входе излучателя возрастают в несколько раз [1].
Таким образом, при использовании укрытия, не позволяющего удалить вибратор1 от рефлектора на расстояние более 60 мм, неизбежны серьезные трудности в обеспечении согласования. Однако ото позволит заметно улучшить массогабаритные показатели. А поскольку антенный, модуль фактически получается низкопрофильным (мало выступающим относительно плоскости рефлектора), дополнительно улучшаются показатели по стойкости к ветровым и гололедным нагрузкам. По этой же1 причине повышается скрытность изделия, что может представлять интерес, например, при размещении антенн на зданиях, искажение архитектурного облика которых нежелательно1.
В части базового антенного элемента наиболее подходящим оказался вариант исполнения на основе полуволнового петлевого вибратора, приближен-ного к апериодическому рефлектору. Такой вибратор в свободном пространстве имеет входное сопротивление около 300 Ом при достаточно малой реактивной. составляющей. Это позволяет при его приближении к рефлектору добиться приемлемых значений активной составляющей входного импеданса. Тем не менее, как показали исследования, уровень естественного согласования- в диапазоне при этом оказывается недостаточно высоким.
На рисунке 4.11 показана расчетная частотная характеристика КСВН петлевого вибратора, расположенного1 над плоским апериодическим рефлектором на расстоянии 60 мм; там же представлены расчетные диаграммы,направленности (ДН) данной антенны в плоскостях Н (слева) и Е (справа), формируемые на частоте 600 МГц (здесь и далее представлены результаты расчетов антенных характеристик, полученные путем компьютерного электродинамического моделирования методом ОЭЦ).
