Добірка наукової літератури з теми "Антенне поле"

Статья посвящена исследованию антенно-согласующего устройства малогабаритной антенны в среднем волновом диапазоне частот. Антенно-согласующее устройство является ключевым узлом при построении малогабаритной мобильный штыревой антенны, длина которой во много раз меньше рабочий длины волны. Антенна согласующее устройство совместно с штыревым излучателем предназначено для установки на транспортное средство и при работе с приемопередатчиком может выполнять функцию привода летательных аппаратов. Теоретическое и практическое исследование разработанного антенно-согласующего устройства показало его эффективность, несмотря на малые геометрические размеры. Выполнено исследование влияние свойств подстилающих поверхности на дальность радиосвязи и исследование напряженности поля, который создаёт разработанный макет антенны на расстоянии 150 км от точки излучения при распространении радиосигнала поверхностной волны.

В статье предложена многодиапазонная антенна с копланарным волноводным питанием для Wi-Fi и 5G приложений. Для получения требуемых частот в работе использовался инновационный метод, включающий в себя использование полос частотного сдвига FSS (frequency shifting strips) и U-образной щели. Для моделирования спроектированной антенны использовано программное обеспечение ANSYS HFSS, где моделирование электромагнитного поля выполнялось методом конечных элементов FEM (finite elements method). Разработанная антенна предназначена для работы в диапазонах частот 5G: 28, 35 и 37 ГГц с максимальным усилением 11,61 дБ и коэффициентом полезного действия 92%. Для проверки эффективности моделированного проекта результаты сравнивались с результатами измерений. В данной работе проведено сравнение характеристик предлагаемой антенны с характеристиками других существующих антенн. В работе представлена информация об усилении антенны, КСВН, распределениях поля, ширине полосы, распределениях поверхностного тока (поля E и H), и других характеристиках разработанной антенны.

Представлено методику оцінювання статистичних характеристик поля випромінювання апертурних антен із довільною формою розкриву, амплітудно-фазового розподілу та кореляційної функції фазових помилок, зручну для аналізу статистики антенних решіток з осьовою симетрією. На прикладі циліндричної кругової антенної решітки визначені основні середні та флуктаційні характеристики в межах прямої зовнішньої задачі статистичної теорії антен. Проведено оцінювання середньої діаграми спрямованості за потужністю та дисперсії відведення напрямку головного максимуму решітки та порівняння з відомими результатами. Показано, що за оціненими статистичними характеристиками кругові циліндричні решітки займають проміжне положення між лінійними та кільцевими.

Для реалізації вимог щодо широкосмужності приймально-передавальної антени найбільш придатним є антенний елемент, який являє собою антену з розширюючою щілиною TSA (Tapered Slot Antenna). Форма розімкнутої щілини визначає смугу частот, причому її енергетичну спрямованість характеризує вузький головний промінь та практична відсутність бокових пелюсток у діапазоні частот 2-6,5 ГГц. Попереднє формування в системі чіпу у вигляді моноциклу Гаусу унеможливлює виникнення енергетичних втрат, що виникають за рахунок неузгодженості сигналу в широкій смузі частот та обмежують радіус розповсюдження надширокосмугового інформаційного сигналу. Тому формування надширокосмужного чипу здійснюють шляхом збудження моноімпульсного сигналу у розташованих поряд двох антенних елементах, кожний з яких являє собою антену TSA. Мета роботи пов'язана з розробкою методу випромінювання надширокосмугового сигналу шляхом поділу сигналу навпіл, одну частину якого послідовно інвертують, затримують на час, який дорівнює половині тривалості моноімпульсу та обома моноімпульсними сигналами збуджують відповідно обидві поряд розташовані на єдиній діелектричній основі антени. Розроблена турнікетна модель антени доводить, що біполярний імпульс випромінювання електромагнітного поля у 9,5 разів перевищує радіус дії у порівнянні з радіотехнічними системами, які працюють з використанням уніполярного моноімпульсу та у 2,37 разів у порівнянні із системами, які працюють з використанням гармонійних коливань. Розроблена імітаційна модель антени в середовищі програмування HFSS, яка дозволяє проводити оптимізацію технічних характеристик антени

Получены оценки среднеквадратических ошибок установки луча прямоугольной фазированной антенной решётки с треугольным расположением излучателей по результатам анализа фазового распределения поля по апертуре антенны.

Рассматривается антенная система для сетей пятого поколения частот 37 ГГц (миллиметровый диапазон радиоволн). Предлагается установка антенны на задней стенке устройства, а излучение радиоволн происходит через стеклянную заднюю панель устройства. Для функционирования в сетях пятого поколения была разработана MIMO антенная решетка, которая состоит из четырех элементов и способна функционировать в «умном» режиме. Благодаря этому возможно формирование луча в антенной системе (beamforming). Для анализа характеристик антенной системы были получены коэффициенты корреляции огибающей, диаграммы направленности, картины электрических полей, получены зависимости эффективной изотропно излучаемой мощности (EIRP), построены графики кумулятивных функций распределения EIRP в линейном и логарифмическом масштабе. Для определения влияния излучения на человека были построены картины удельного коэффициента поглощения (SAR) в соответствии с европейскими нормами на 10 грамм тканей. Все полученные результаты показывают высокую эффективность разработанной конструкции антенной решетки для сетей пятого поколения. Антенные элементы обладают малой взаимной корреляцией, позволяют обеспечить формирование луча, кумулятивные функции распределения показывают высокий уровень покрытия сферы эффективной изотропно излучаемой мощности радиоволнами. Также было показано, что разработанная антенная система обладает малым уровнем удельного коэффициента поглощения, что доказывает безопасность сетей пятого поколения миллиметрового диапазона радиоволн. Развитие современных систем связи позволяет достичь высокой безопасности и эффективности при получении информации The article discusses an antenna system for networks of the fifth generation of 37 GHz frequencies (millimeter-wave radio waves). We propose to install the antenna on the rear wall of the device, radio waves are emitted through the glass rear panel of the device. For functioning in networks of the fifth generation, a MIMO antenna array was developed, which consists of four elements and is capable of functioning in a "smart" mode. This makes it possible to form a beam in the antenna system (beamforming). To analyze the characteristics of the antenna system, we obtained the correlation coefficients of the envelope, directional patterns, patterns of electric fields, the dependences of the effective isotropically radiated power (EIRP), and we plotted the graphs of the cumulative distribution functions of EIRP on a linear and logarithmic scale. To determine the effect of radiation on a person, we built pictures of the specific absorption rate (SAR) in accordance with European standards for 10 grams of tissue. All the results obtained show the high efficiency of the developed design of the antenna array for fifth generation networks. Antenna elements have low cross-correlation, allow for beam formation, cumulative distribution functions show a high level of coverage of the sphere of effective isotropically radiated power by radio waves. We also show that the developed antenna system has a low level of specific absorption coefficient, which proves the safety of fifth-generation networks of millimeter-wave radio waves. The development of modern communication systems makes it possible to achieve high security and efficiency in obtaining information

Приведена классификация известных решений граничной задачи Пекериса, полученных в различных модельных постановках, и дана их сравнительная оценка. Для верификации различных модельных решений выполнено экспериментальное исследование энергетической и пространственной структуры звукового поля в условиях мелкого моря в инфразвуковом диапазоне частот 2—20 Гц, заведомо меньших первой критической частоты модельного волновода Пекериса. Анализируются результаты экспериментальных исследований звуковых полей с использованием комбинированных приёмников, образующих вертикально ориентированную 3-элементную антенну. По результатам анализа вертикальной структуры звукового поля был сделан вывод о том, что звуковое поле на предельно низких частотах инфразвукового диапазона сформировано неоднородными волнами Рэлея—Шолте, регулярной и обобщённой. С увеличением частоты уменьшается глубина проникновения звуковой волны в донное полупространство и возрастает роль неоднородных волн волновода Пекериса, возбуждаемых комплексным угловым спектром источника. Такие волны появляются как гибридные, но только при обобщённом описании звукового поля в несамосопряжённой модельной постановке. Анализируются кинематические характеристики звукового поля при уточнённом определении групповой скорости как скорости переноса энергии. Обсуждаются механизмы существенного замедления скорости переноса энергии в волноводе на низких частотах.

Предмет изучения в статье является излучение плазменной антенны, в которой продольная неоднородность представляет собой страты, то есть зоны повышенной и пониженной плотности плазмы. Цель: вычисление диаграмм направленности и коэффициентов трансформации энергии поверхностной волны плазменного цилиндра в энергию излучения. Задание: анализ зависимости диаграмм направленности и коэффициентов трансформации энергии поверхностной волны от геометрических параметров антенны (радиусов плазменного цилиндра и диэлектрической оболочки), плотности плазмы, частоты излучения, диэлектрической проницаемости и др. Методы: спектральный метод, метод перевала для вычисления асимптотик интегралов, метод последовательных приближений для решения системы интегро -дифференциальных уравнений. Получены следующие результаты: показано, что при небольшом количестве страт плазменная антенна излучает под малыми углами к оси антенны. Вычислены диаграммы направленности для практически важных параметров антенны. Получены зависимости коэффициента трансформации энергии в излучение от глубины модуляции стационарных страт и страт, амплитуды которых изменяются. Выводы: проведенные в статье исследования показали, что стратифицированный плазменный столб может быть применен в качестве антенны. Максимум главного лепестка диаграммы направленности, которая имеет небольшую ширину на пол высот, и расположенный под малыми углами к оси антенны. Приведенные примеры показывают, что коэффициент превращения энергии в излучение достигает 10 – 30 %.

В статье представлена компактная двухдиапазонная двухмодовая антенна двойной поляризации DBDMDP (dual-band dual-mode and dual-polarized) на основе асимметричной Y-образной микрополосковой линии питания вместе с кольцевым излучателем квадратного сечения. Нагрузкой конструкции являются две пары L-полосок для расширения полосы пропускания низшей моды (центральная частота fc = 9,36 ГГц). Этот сегмент использован для изменения распределения электромагнитного поля и получения дипольного ненаправленного линейно поляризованного LP (linearly polarized) излучения. Секция питания асимметричной Y-образной микрополосковой линией использована для формирования направленного излучения круговой поляризации CP (circular polarization) на более высокой моде (fc = 12,13 ГГц). Результаты измерений показали, что полоса частот по входному сопротивлению по уровню –10 дБ для режима диполя и режима патч-антенны составляет 730 МГц (7,72%, fc = 9,45 ГГц) и 1648 МГц (14,26%, fc = 11,56 ГГц), соответственно. При этом моделированное значение полосы пропускания по коэффициенту эллиптичности в режиме работы патч-антенны по уровню 3-дБ составляет 1280 МГц (10,74%, центральная частота полосы CP fCP = 11,92 ГГц). Максимальные значения коэффициентов передачи для двух мод на частотах fc = 9,36 и 12,13 ГГц составили 1,44 и 2,62 дБи, соответственно. Максимальное пиковое значение коэффициента передачи составило 3,32 дБи на частоте 12,27 ГГц. Данная патч-антенна с одним облучателем может быть использована в приложениях беспроводной связи благодаря своей компактной структуре, значительной ширине полосы, стабильной диаграмме направленности и поляризационно-разнесенному приему.

Предметом изучения в статье являются процессы управления поляризацией поля антенных систем для решения прикладных задач распознавания радиолокационных целей. Целью является получение матричных выражений для пересчета элементов поляризационной матрицы рассеяния (ПМР) цели из произвольного базиса в ортогональный. Задачи: повышение скрытности и помехозащищенности работы РЛС; проанализировать существующий математический аппарат для получения матричных выражений; выбрать эффективный алгоритм его применения. Используемыми методами являются: математические модели оптимизации, методы решения матричных задач. Получены следующие результаты. В общем виде получены матричные выражения, позволяющие производить пересчет элементов ПМР цели, измеренных в произвольном поляризационном базисе РЛС, с учетом характеристик этого базиса, в линейный ортогональный базис. Выводы. Научная новизна полученных результатов состоит в следующем: получены матричные выражения позволяющие по измеренным при управлении поляризацией поля антенн РЛС, элементам ПМР цели и характеристикам данного поляризационного базиса, рассчитать элементы ПМР цели в ортогональном поляризационном базисе РЛС; при проведении расчетов необходимо учитывать возможные ошибки получения элементов ПМР в заданном ортогональном поляризационном базисе. Эти ошибки обусловлены приближением ортов разных поляризаций, на передачу и прием, друг к другу при управлении поляризацией антенн.

Метою роботи є аналіз технологічних параметрів антенних решіток, опис математичної моделі та проведення комп’ютерного моделювання. Робота присвячена аналізу та розробці нееквідистантної фазованої антенної решітки наземного базування, призначеної для досліджень в області пошуку і виявлення малогабаритних об'єктів, що знаходяться на навколоземній орбіті. В рамках виконання даної роботи були виконані численні електродинамічні і математичні розрахунки, проведено порівняльний аналіз і обрана оптимальна структура суматора НВЧ потужності для живлення антенної решітки, а також було визначено АФР її елементів.

Метою роботи є аналіз застосування антенних решіток у системах радіозв’язку та інших радіотехнічних системах, визначення напрямків удосконалення таких систем. В ході виконання кваліфікаційного проєкту була розроблена фазована антенна решітка для метеорологічних радіолокаційних комплексів. Для даної антенної решітки також був спроектований і розроблений випромінювач, оцінені його електродинамічні характеристики, обґрунтовано застосування такого типу випромінювача. На основі цього випромінювача була синтезована антенна решітка, були проведені розрахунки і моделювання антенної решітки, були отримані основні електродинамічні характеристики, що дозволяє робити висновки про те, що дана антенна решітка може бути використана в існуючих метеорологічних комплексах, і володіє хорошими електродинамічними характеристиками.

Исследовано поглощение мощности электромагнитного поля тканями головы человека в микроволновом диапазоне. Расчет электрического поля в тканях головы, индуцированного элементарной антенной, основано на применении функций Грина слоистых сред. Два вида излучателей, таких как полуволновый диполь и петлевая антенна сравниваются с точки зрения глубины проникновения электромагнитной энергии. Рассчитана мощность, поглощаемая в различных слоях модели головы человека. В заключении сделан вывод о преимуществе применения криволинейных токов, таких, как формируемых плоской спиралью. Рассмотрено влияние проводящего экрана на эффективность излучения антенны. Полученные результаты предполагается использовать при разработке эффективных сенсоров для микроволновой радиометрии мозга.
The power absorbed by human head tissues in the microwave range is investigated. Calculation of the electric field induced in the head tissues by antenna probe is based on the use of the Green’s functions of the stratified media. Two types of emitters such as a half-wave dipole and a loop antenna are compared in terms of the depth of electromagnetic energy penetration. The power absorbed by different layers of the human head model is calculated. The conclusion is made on the best efficiency of antenna with an annular current, such as a flat helix. The effect of the conducting screen on the efficiency of the antenna is studied. The data were obtained for designing effective field sensors for the microwave radiometry of the brain.

У роботі розроблено методологію побудови малоелементних антенних систем радіомоніторингу з розширеними функціональними можливостями, яка охоплює методи компенсації та адаптації для придушення та фільтрації завадового випромінювання. Наведені складові методології надають можливість підвищувати ефективність антенних систем радіомоніторингу в процесі вимірювання основних характеристик досліджуваної електромагнітної хвилі під час дії на систему завадового випромінювання на частоті близькій до частоти корисного сигналу.За допомогою розробленої методології побудови антенних решіток з пристроєм первинної обробки сигналів стає можливим одночасне виконання низки важливих функцій для систем радіомоніторингу: автоматизований огляд простору та виявлення джерела випромінювання, автоматичне визначення кутових координат джерел випромінювання, придушення завади на частотах близьких до частоти контрольованого радіовипромінювання, вимірювання напруженості електричного поля, вимірювання параметрів поляризації поля випромінювання. У дисертаційній роботі розроблено новий метод розрахунку характеристик точності вимірювання параметрів електромагнітного поля антенною системою радіомоніторингу. Метод базується на представленні структурної схеми антенної системи у вигляді математичної моделі, в якій обмежено кількість змінних інформативних напруг для забезпечення прозорих функціональних зв’язків. Отримані наукові результати дисертаційної роботи можуть бути використані у науково-дослідних організаціях та експлуатаційних підрозділах служб з радіомоніторингу та контролю за використанням радіочастотного ресурсу.
The thesis is dedicated to solve scientific-engineering problem of increasing the efficiency of the radio monitoring antenna systems. A methodology for constructing low-element antenna systems for radio monitoring with advanced functionality has been developed in this work. The methodology covers compensation and adaptation methods for suppressing and filtering interference emissions. The components of the methodology provide an opportunity to increase the efficiency of antenna radiomonitoring systems in the process of measuring the main characteristics of the investigated electromagnetic wave when the system is exposed to interference radiation at a frequency close to the frequency of the useful signal. The methods of constructing structural diagrams have been improved and the parameters of low-element antenna systems have been estimated with the suppression of the influence of interference when using the principles of amplitude and phase compensation, as well as the principles of adaptation. Adaptive antenna arrays separate the useful signal by electrical beamforming with minima in the directions of incidence of electromagnetic interference waves. In the case of antenna systems with filtering and interference cancellation, both electrical and mechanical beamforming can be used. For antenna systems of radio monitoring stations, mechanical beamforming is the most rational, since it allows to reduce errors in determining the angular position of both the useful signal and the interference signal. With the help of the developed methodology for constructing antenna arrays with a primary signal processing device, it becomes possible to simultaneously perform a number of important functions for radio monitoring systems: automated space survey and identification of the radiation source, automatic determination of the angular coordinates of radiation sources, interference suppression at frequencies close to the frequency of controlled radio emission, measurement of electric field intensity, measurement of the polarization parameters of the radiation field. For the developed scheme of the antenna system, the advantage of using mechanical scanning of space has been substantiated. During electrical scanning, a deformation of the radiation pattern occurs, which can lead to significant complications in determining the useful signal in the presence of interference at frequencies close to the frequency of the useful signal. When using mechanical scanning, the shape of the radiation pattern remains unchanged. This provides better accuracy of aiming at the radiation source than with electrical scanning. At the same time, the phase shift in electrical scanning depends on the meridional angle. This makes it difficult to determine the azimuth bearing of the radiation source. Considering these disadvantages, it is advisable to use mechanical control of the antenna position in space, in which the radiation pattern remains unchanged when viewing space in the range from 0o to 360o . In the thesis, a new method for calculating the accuracy characteristics of measuring the parameters of the electromagnetic field by a radio-monitoring antenna system has been developed. The method is based on the representation of the structural diagram of the antenna system in the form of a mathematical model, in which the number of variable informative voltages is limited to ensure transparent functional connections. From the analysis of the accuracy characteristics of the fourelement antenna system, it follows that the angular resolution depends both on the radiation pattern of the antenna array and on the accuracy of establishing the distances between the phase centers of real and virtual dipoles. The operating frequency range of the antenna array is limited not only by the deformation of the radiation pattern, but also by errors in the design of the antenna structural elements. The obtained scientific results of the thesis can be used in research organizations and operational divisions of radio monitoring and control over the use of the radiofrequency resource.

В ходе эксперимента FENICS-2019 по зондированию Земной коры полем контролируемого источника в КНЧ диапазоне (0.3-94 Гц) регистрировалось пять компонент электромагнитного поля в средней зоне линейных антенн. По измеренным компонентам электрического и магнитного поля были рассчитаны приведенные поверхностные импедансы, используемые в методиках электромагнитного зондирования литосферы. Было показано, что частотные изменения импеданса в основном объясняется простой двухслойной моделью Земной коры. Для более детального исследования Земной коры необходимо использовать не только амплитуды полей, но и их поляризационные характеристики. При этом необходимо учитывать вклад ионосферы на распространение поля.

Анализируются результаты экспериментальных исследований звукового поля, зарегистрированного комбинированными приемниками, образующими вертикально ориентированную трехэлементную антенну. Звуковое поле формировалось шумами НИС «Юрий Молоков» в инфразвуковом диапазоне частот. Глубина моря и рабочий диапазон частот исключали возможность возбуждения нормальных волн дискретного спектра в модельном волноводе Пекериса. По результатам спектрального анализа шумового сигнала получена оценка потенциальной помехоустойчивости комбинированного приемника при использовании полного набора информативных параметров, характеризующих энергетическую структуру звукового поля. По результатам анализа вертикальной структуры звукового поля был сделан вывод о том, что звуковое поле сформировано неоднородными нормальными волнами, локализованными на горизонте источника, которые относятся к обобщенным (гибридным) волнам. По результатам анализа вертикального волнового числа, которое принимает чисто мнимые значения в поле неоднородных волн, были получены оценки групповой скорости переноса энергии в рабочем диапазоне частот и выполнена идентификация неоднородных нормальных волн, формирующих суммарное звуковое поле. The results of experimental studies of the sound field recorded by combined receivers forming a vertically oriented three-element antenna are analyzed. The sound field was formed by the noise of the science ship «Yuri Molokov» in the infrasonic frequency range. The depth of the sea and the operating frequency range excluded the possibility of excitation of normal waves of the discrete spectrum in the model Pekeris waveguide. Based on the results of the spectral analysis of the noise signal, an estimate of the potential noise immunity of the combined receiver was obtained using a full set of informative parameters characterizing the energy structure of the sound field. Based on the results of the analysis of the vertical structure of the sound field, it was concluded that the sound field is formed by inhomogeneous normal waves localized at the source horizon, which are referred to as generalized (hybrid) waves. Based on the results of the analysis of the vertical wavenumber, which takes on purely imaginary values in the field of inhomogeneous waves, estimates of the group velocity of energy transfer in the operating frequency range were obtained and identification of inhomogeneous normal waves that form the total sound field was performed.

Анализируются результаты экспериментальных исследований звукового поля, зарегистрированного комбинированными приемниками, образующими вертикально ориентированную двухэлементную антенну. Звуковое поле формировалось дискретными составляющими вально-лопастного звукоряда шумового сигнала НИС «Юрий Молоков» в инфразвуковом диапазоне частот 2–20 Гц, а также буксируемым низкочастотным излучателем полигармонического сигнала в диапазоне частот 30–60 Гц. Глубина моря и рабочий диапазон частот 2–20 Гц исключали возможность возбуждения нормальных волн дискретного спектра в модельном волноводе Пекериса в этом диапазоне частот. По результатам спектрального анализа шумового сигнала получена оценка потенциальной помехоустойчивости комбинированного приемника при использовании полного набора информативных параметров, характеризующих энергетическую структуру звукового поля. По результатам анализа вертикальной структуры звукового поля в инфразвуковом диапазоне частот был сделан вывод о том, что звуковое поле сформировано неоднородными нормальными волнами Шолте, регулярной и обобщенной (гибридной). В дальней зоне источника доминирует регулярная волна Шолте, локализованная на границы раздела вода – морское дно. В ближней зоне источника возрастает роль обобщенной волны Шолте, локализованной на горизонте источника, а звуковое поле формируется парой волн Шолте, регулярной и обобщенной. The results of experimental studies of the sound field recorded by combined receivers forming a vertically oriented two-element antenna are analyzed. The sound field was formed by discrete components of the vane-blade scale of the noise signal of the science ship «Yuri Molokov» in the infrasonic frequency range of 2–20 Hz, as well as by a towed low-frequency emitter of a polyharmonic signal in the frequency range 30–60 Hz. The depth of the sea and the operating frequency range of 2–20 Hz excluded the possibility of exciting normal waves of the discrete spectrum in the model Pekeris waveguide in this frequency range. Based on the results of spectral analysis of the noise signal, an estimate of the potential noise immunity of the combined receiver was obtained using a full set of informative parameters characterizing the energy structure of the sound field. Based on the results of the analysis of the vertical structure of the sound field in the infrasonic frequency range, it was concluded that the sound field is formed by inhomogeneous normal Scholte waves, regular and generalized (hybrid). In the far zone of the source, a regular Scholte wave dominates, localized at the water – seabed interface. In the near-field zone of the source, the role of the generalized Scholte wave localized at the source horizon increases, and the sound field is formed by a pair of Scholte waves, regular and generalized.