Анотація
Проценко М.Б. Аналіз і синтез дротових антен криволінійної форми. ¾ Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.12.07 ¾ Антени та пристрої мікрохвильової техніки. ¾ Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2005.
Дисертаційна робота присвячена теоретичному й експериментальному дослідженню закономірностей і особливостей формування поля випромінювання криволінійними дротовими антенами, а саме ¾ рамковими та спіральними антенами різної конфігурації, включаючи визначення їх поляризаційних характеристик, вхідного опору; одержання на цій базі нових антен і антенних систем з поліпшеними характеристиками.
У дисертаційній роботі розроблена теорія аналізу і конструктивного синтезу криволінійних дротових антен, їх експериментального дослідження. Розроблено прикладне програмне забезпечення в пакетах MathCAD 7,0 і Borland Delphi для розрахунку, автоматизованого аналізу та моделювання характеристик рамкових і спіральних антен, а також антенних систем на їх основі, з використанням узагальненого методу наведених ЕРС. Одержані аналітичні апроксимуючі співвідношення та складені номограми, що описують взаємозв'язок електродинамічних характеристик антен з їх геометричними параметрами. Виявлено закономірності та особливості формування поля випромінювання розглянутих рамкових та спіральних антен.
Розроблені, теоретично й експериментально досліджені: еліптичні рамкові випромінювачі та малоелементні решітки, що складаються з них; спіральні випромінювачі та їх модифікації, що дозволяють сформувати поле випромінювання з різними видами поляризації.
Ключові слова: рамкові антени; малоелементні антенні решітки; спіральні антени; зиґзаґоподібні антени; антени з керованою поляризацією випромінювання; обертова поляризація; метод наведених ЕРС; узагальнений метод наведених ЕРС; аналіз і синтез.
Аннотация
Проценко М.Б. Анализ и синтез проволочных антенн криволинейной формы. ¾ Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.12.07 ¾ Антенны и устройства микроволновой техники. ¾ Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2005.
Диссертационная работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию закономерностей и особенностей формирования поля излучения проволочными антеннами криволинейной формы, а именно, рамочными и спиральными антеннами различной конфигурации, включая определение их поляризационных характеристик, входного сопротивления; получение на этой базе новых антенн и антенных систем с улучшенными характеристиками.
В диссертационной работе разработана теория анализа и конструктивного синтеза криволинейных проволочных антенн, их экспериментального исследования. Обоснована применимость метода наводимых ЭДС для расчета и анализа характеристик рамочных излучателей, впервые предложен вариант развития данного метода с использованием итерационной процедуры. Впервые предложен и разработан алгоритм расчета характеристик спиральных антенн на основе уравнения Харрингтона для криволинейных тонкопроволочных излучателей в совокупности с обобщенным методом наводимых ЭДС.
Установлена взаимосвязь поляризационных параметров поля излучения антенн с вращающейся поляризацией при его разложении в линейном и круговом поляризационных базисах, а также с учетом дифракционных параметров радиоканала. Предложены и разработаны методы измерений направленных и поляризационных характеристик антенн с вращающейся поляризацией: на основе амплитудного метода двух антенн с круговой поляризацией (“относительный” метод), с учетом неидеальности вспомогательных антенн, а также их влияния на погрешность вычисления коэффициента эллиптичности поля излучения исследуемых антенн; обобщенный метод 3-х антенн (“абсолютный” метод).
Разработаны новые математические модели поля излучения, входного сопротивления, волнового сопротивления эллиптического рамочного излучателя (ненагруженного и с нагрузкой), малоэлементной антенной решетки из рамочных излучателей. Выявлены потенциальные широкополосные свойства режима осевого излучения для ненагруженных рамок, их изменение в зависимости от геометрических параметров рамки эллиптической формы; наличие широкополосного режима обратного осевого излучения с кардиоидной формой ДН для эллиптических рамок с нагрузкой (P/l£0,8…1,0); влияние взаимного расположения рамочных излучателей в составе антенной решетки на направленные, поляризационные и входные характеристики антенн. Установлено, что для двухэлементной антенной решетки, состоящей из идентичных рамочных излучателей круглой формы (волновые рамки ¾ 2pa=l0), наблюдается расширение полосы частот по входному сопротивлению в 1,52 раза при аксиальном расположении излучателей на расстоянии da опт=0,64l0 и в 1,12 раза при компланарном их расположении входными зажимами друг к другу, также на расстоянии dk опт=0,64l0, где l0 ¾ средняя длина волны, благодаря взаимосвязи излучателей.
Предложены новые математические модели спиральных излучателей, размещенных на различных поверхностях, в том числе, на плоскости, в частности: равноугольный однозаходный спиральный излучатель, расположенный на эллиптическом цилиндре (частные случаи ¾ однозаходный цилиндрический спиральный излучатель, зигзагообразный излучатель); равношаговый двухзаходный спиральный излучатель, расположенный на полусфере; двухзаходный плоский спиральный излучатель с переменной плотностью намотки; двухзаходный спиральный излучатель, расположенный на эллиптическом конусе (вид намотки спирали ¾ равношаговый, равноугольный, с переменной плотностью намотки). Разработана обобщенная математическая модель поля излучения эллиптической спирали, получены аналитические соотношения для инженерного выбора оптимальных геометрических параметров спиральных и зигзагообразных антенн.
Создано прикладное программное обеспечение в пакетах MathCAD 7,0 и Borland Delphi для расчетов, автоматизированного анализа и моделирования характеристик рамочных и спиральных антенн, а также антенных систем на их основе. Решена задача комплексного анализа характеристик спиральных антенн (включая входное сопротивление, угловые зависимости поляризационных параметров поля излучения) в зависимости от их геометрических параметров. Получены аналитические аппроксимирующие зависимости и составлены номограммы, описывающие взаимосвязь электродинамических характеристик спиральных антенн с их геометрическими параметрами. Выявлены закономерности и особенности формирования поля излучения рассмотренных рамочных и спиральных антенн. Разработаны, теоретически и экспериментально исследованы: нагруженный рамочный излучатель; малоэлементные антенные решетки из рамочных излучателей (четырехэлементная антенная решетка из круглых рамок, двухэлементная антенная решетка из эллиптических рамок, восьмиэлементные антенные решетки из нагруженных полурамок эллиптической формы); эллиптическая, полусферическая, плоская и коническая спиральные антенны.
Разработаны, теоретически и экспериментально исследованы оригинальные конструкции: высоконаправленных антенн линейной и круговой поляризации на основе зигзагообразных структур (зигзагообразной антенны с двумя взаимно пересекающимися полотнами и крестообразной антенны из зигзагообразного проводника); ненаправленной антенны с вращающейся поляризацией излучения на основе двухзаходной спирали, расположенной на совмещенных полусферической и цилиндрической поверхностях; антенны с управляемой поляризацией излучения в виде плоской спиральной антенны с двухканальным возбуждением, а также совмещенной цилиндрической спиральной антенны на основе двух встречных заходов, у которой возможность формирования линейно-поляризованного излучения, а также управления плоскостью поляризацией излучения достигается за счет включения и изменения величины реактивного сопротивления нагрузки.
Ключевые слова: рамочные антенны; малоэлементные антенные решетки; спиральные антенны; зигзагообразные антенны; антенны с управляемой поляризацией излучения; вращающаяся поляризация; метод наводимых ЭДС; обобщенный метод наводимых ЭДС; анализ и синтез.
ANNOTATION
Protsenko M. B. The analysis and synthesis of wire antennas with curved shape. ¾ Manuscript.
Thesis for the Doctor of Technical Sciences degree by speciality 05.12.07 ¾ Antennas and Microwave Components. – The National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, 2005.
The dissertation is devoted to the theoretical and experimental investigations of creation peculiarities and regularities of radiation field of curved wire antennas with diverse configuration, including the input impedance and polarization characteristics; to the creation of high performance antennas and antenna systems on the basis of new development work.
The theory of analysis and constructive synthesis of loop and spiral antennas and experimental investigation methods are developed in the dissertation. The application software was created with program packages MathCAD 7,0 and Borland Delphi for the calculation, automated analysis and modeling of characteristics of loop and spiral antennas, and antennas systems based on them, with help of generalized induced EMF method. The analytical approximated dependencies and the nomographs describing the correlation between the antenna's electrodynamic characteristics and geometrical parameters were made. The peculiarities and regularities of radiation field creation for the analyzed loop and spiral antennas were discovered.
They are developed and theoretically and experimentally investigated: loop radiators and their few element arrays; helical and spiral radiators and their modifications, allowing to form the radiation field with diverse polarization types.
Key words: loop antennas; few quantity elements antenna arrays; helical and spiral antennas; zigzag antennas; antennas with controlled radiation polarization; rotating polarization; induced EMF method; generalized induced EMF method; analysis and synthesis.
Підписано до друку 22.03.2005 р. Формат 60х901/16. Папір офсетний.
Гарнітура Таймс. Умовн. друк. аркуш. 2,2. Тираж 100 экз. Замовл. №17.
Видавництво СевНТУ, НМЦ.
99053, м. Севастополь, Стрілецька балка, Студмістечко, 4-й учбовий корпус.