Сіткові моделі електродинамічних об'єктів складної конфігурації для визначення місцеположень антен

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний авіаційний університет

УДК 621.396.676 (045)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Сіткові моделі електродинамічних об`єктів складної конфігурації для визначення місцеположень антен

05.12.17 - Радіотехнічні та телевізійні системи

Вишнівський Олександр Володимирович

Київ 2009

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Встановлення антен декількох радіоелектронних засобів (РЕЗ) на металевому корпусі об`єкта (літака, штучного супутника Землі, спеціального автомобіля тощо) загострює проблему забезпечення можливості їх одночасного функціонування без взаємних радіозавад, тобто їх електромагнітної сумісності (ЕМС).

Місця раціонального розташування бортових антен систем радіозв`язку дотепер розраховують з застосуванням спрощених моделей фюзеляжів і на основі експериментальних випробувань на натурних об'єктах або їх фрагментах. Такий метод є неточним, консервативним і дорогим. Тому розробка коректної методики оперативного прогнозування якості електромагнітної обстановки (ЕМО) у точках можливого розміщення штирьових антен (без проектування власне антен) програмними методами є актуальною і перспективною задачею.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота написана з застосуванням даних НДР 006-ДБ01 (№0101U002727), у якій автор був розробником сіткових моделей складних об`єктів.

В межах цієї роботи автором розроблено метод побудови сіткових моделей тіл геометрично складної форми, створено банк даних тривимірних тіл складної конфігурації. Надалі автор досліджував взаємовплив штирьових антен, встановлених на фюзеляжі літака, з метою забезпечення електромагнітної сумісності РЕЗ, до яких вони належать.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - виявлення на геометрично складній поверхні корпуса (фюзеляжа) об`єкта особливих точок, розміщення в яких пари штирьових антен незалежних засобів радіозв`язку забезпечує їх електромагнітну сумісність найкращим чином за однакових умов.

Задачі дослідження:

- встановлення залежності коефцієнтів зв`язку між будь-якою парою штирьових антен з урахуванням геометричних особливостей поверхні, на якій їх розміщують;

- розробка та реалізація алгоритмів виявлення на корпусі об`єкта таких точок, в яких значення коефіцієнтів зв`язку між антенами має мінімальні або припустимі значення.

Об'єкт дослідження - ЕМС антен бортових засобів радіозв`язку.

Предмет дослідження - вибір місць оптимального розташування антен незалежних систем радіозв`язку на фюзеляжі літака (без проектування антен).

Методи дослідження - сіткове моделювання струмопровідних об`єктів довільної форми, процедури чисельного розв`язку інтегрального рівняння Поклінгтона відносно струмів в елементах сіткових моделей електродинамічних об`єктів.

Наукова новизна одержаних результатів. Створено метод автоматизованої побудови сіткових моделей електродинамічних об`єктів довільної геометричної форми та отримання координат їх вузлів. Удосконалено метод чисельного розв'язання інтегрального рівняння Поклінгтона відносно густини струмів сіткової моделі об'єкту геометрично складної форми. Отримано вираз, який дозволяє обчислювати коефіцієнт взаємовпливу незалежних вібраторних антен за струмами, які у цих антенах збуджуються, з урахуванням топології електродинамічного об`єкта, на якому їх встановлюють, і просторового рознесення антен.

Практичне значення одержаних результатів. Створено алгоритмічно-програмний комплекс, який дозволяє обчислювати коефіцієнт зв`язку між парою бортових антен довільної конфігурації з урахуванням топології тривимірного електродинамічного об`єкта, на якому їх встановлюють, ще у процесі проектування рухомого об`єкту. Застосування цього комплексу дає можливість створити частотно-просторове рознесення антен з метою забезпечення ЕМС РЕЗ, до яких вони належать.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійно виконаною працею. У роботах, виконаних у співавторстві, здобувачеві належать створення оригінального метода побудови сіткових моделей тіл геометрично складної форми [2], а також ідея використання нульової функції Уолша, записаної в неперервній формі, для розв`язання інтегрального рівняння Поклінгтона [1].

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень висвітлено на таких конференціях:

1. Перша міжнародна наукова конференція «Теорія та методи обробки сигналів», НАУ, 25-27 травня 2005 р.

2. VІI міжнародна науково-технічна конференція «Авіа-2006», НАУ, 24-26 вересн. 2006 р.

3. VIII міжнародна науково-технічна конференція «Авіа-2007», НАУ, 20-23 вересн. 2007 р.

4. Друга міжнародна наукова конференція «Теорія та методи обробки сигналів», НАУ, 20-23 травня 2008 р.

5. The third world congress «Aviation in the XXI-st century».«Safety in aviation and space technology». IEEE Microwaves, radar and remote sensing symposium (MRRS-2008), September 22-24, 2008, Kyiv, Ukraine.

Публікації. За темою дисертації видано 9 друкованих праць, з них у виданнях Вищої атестаційної комісії України - 5.

Впровадження результатів роботи. Розроблені за результатами дисертаційної роботи матеріали лабораторної роботи на тему «Тривимірне моделювання в електроніці» впроваджено в навчальний процес кафедри радіоелектроніки ФЕЛ ІЕСУ Національного авіаційного університету по дисципліні «Інтерактивні системи проектування в електроніці». Тему заняття відображено у розроблених автором роботи навчальній та робочій навчальній програмах даної дисципліни для спеціальностей 7/8.090803 «Електронні системи».

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літератури, що містить 101 найменування, та шести додатків. Робота містить 182 ілюстрації, 4 таблиці. Загальний обсяг роботи складає 208 сторінок, у тому числі 151 сторінку основного тексту.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, наведено мету, наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі наведено огляд методів розв`язання електродинамічної задачі по визначенню ЕМО у точках можливого розміщення антен на струмопровідних об`єктах складної форми, а саме розглянуто: метод сіткового моделювання, метод інтегральних рівнянь, метод кінцевих елементів, метод Релея-Рітца, метод найменших квадратів, метод скінчених різниць (FDTD - finite difference time domain method) та один з методів геометричної теорії дифракції.

Розглянуто електродинамічну сутність виникнення проблеми електромагнітної сумісності (ЕМС) декількох близькорозташованих антен, яка може проявитися, наприклад, як ефекти блокування, інтермодуляції і перехресних спотворень у радіоприймальному пристрої. Обгрунтовано концепцію урахування впливу n - ної кількості антен, розташованих на загальній поверхні, на штатну антену; висвітлено визначення проблеми, постановку задачі та обгрунтування шляхів її практичного розв`язання.

Задачу оперативного прогнозування якості ЕМО програмними методами можна розв'язати, якщо електродинамічний об'єкт подати як провідну сіткову модель. Антени вважають особливими елементами загальної сіткової моделі.

Довжина елементів загальної сіткової моделі не повинна перевищувати значень 0,1 min, де min - мінімальна довжина хвилі, на якій досліджують електромагнітні зв'язки між антенами окремих бортових РЕЗ. Просторові координати вузлів сіткової моделі закладаються в пам'ять ПК. За випромінювальними властивостями сіткова модель повинна бути адекватною оригіналу. Для цього у загальному випадку необхідно забезпечити ненульову товщину провідних елементів моделі.

Характеристики спрямованості (ХС) антен, що встановлені на провідних поверхнях довільної форми, їх поляризаційні властивості, вхідні опори та опори випромінювання відрізняються від показників таких само антен, розміщених у вільному просторі.

Відомо, що на поверхні ідеального провідника тангенційна складова напруженості електричного поля дорівнює нулю. Тому на поверхні будь-якого стрижня сіткової моделі:

,

тобто

(1)

Припустимо, що елемент L з невідомою густиною струму орієнтовано вздовж вісі z. Зв'язок густини струму з відомою випромінювальною функцією g(z), яка визначена в точці z на поверхні циліндричного провідника - елемента сіткової моделі, описує рівняння Фредгольма:

, (2)

де z - координата точки спостереження; - координата точки на повздовжній вісі сегмента, в якій розташовано джерело струму; - ядро рівняння.

Форма рівняння (2), що безпосередньо пов`язана з сітковою моделлю електродинамічного об`єкта, відома як рівняння Поклінгтона:

(3)

де - кругова частота;

Ф/м - електрична стала;

- функція Гріна;

- хвильове число (коефіцієнт фази);

- довжина хвилі;

- відстнь між точками повздовжньої вісі та циліндричної поверхні елемента сіткової моделі електродинамічного об`єкта;

а - радіус стрижня сіткової моделі;

- лінійний струм в точці ;

- тангенційна складова напруженості електричного поля хвилі, що падає на поверхню стрижня сіткової моделі в точці спостереження z (1), що вже не дорівнює нулю, оскільки є віднесеною від його поздовжньої вісі (перпендикулярно до неї) на відстань а.

Розв'язування рівняння (3) за методом моментів зручно здійснити у такому порядку :

- невідомі розподіли струмів І(z) вздовж вісі z будь-якого фрагменту сіткової моделі розкладають за системою базисних функцій так, що

, (4)

де невідомі постійні коефіцієнти Іп належать визначенню;

- в рівнянні (3) після підстановки в нього (4) виділяють невідомі величини Іп :

; (5)

- у лівій та правій частинах (5) створюють скалярні добутки за типом

,

де та - деякі функції;

t - змінна, від якої вони залежать.

Такий добуток дозволяє встановити взаємний вплив двох будь-яких сегментів сіткової моделі. Один з множників скалярного добутку називається ваговою функцією Wm і відноситься до m-го сегменту сіткової моделі, якій взаємодіє з n-м сегментом.

Тепер співвідношення (5) набуває виду:

(6)

Застосовуючи метод Галеркіна, рекомендовано обирати вагові функції Wm такі ж, як базисні функції :

.

У співвідношенні (6) підінтегральна частина має одиницю вимірювання Ом. Тому її позначають zmn і називають узагальненим імпедансом. Права частина (6) має зміст узагальненої напруги збудження і позначається Um. При цьому вираз (3) стає еквівалентним формальній системі лінійних рівнянь:

(7)

де zmn - взаємні опори елементів сіткової моделі; znn - їх власні опори.

Таким чином рівняння Поклінгтона, формалізоване у систему рівнянь (7), можна вважати основою для визначення сили струмів у сітковій моделі об`єкта будь-якої складності і взаємних опорів.

Система рівнянь (7) може бути записана у матричній формі :

, (8)

де [z] - матриця узагальнених імпедансів; [I] - матриця-стовбець невідомих коефіцієнтів розкладу (4); [U] - матриця-стовбець джерел збудження.

Розв'язок (8) здійснюють за спеціальними програмами після попереднього перетворення до форми

.

Створення необхідних програм є одним із завдань дослідження.

Другий розділ присвячено вибору методу аналіза впливу близькорозташованих металевих об`єктів на якісні характеристики вібраторних (штирьових) антен.

Якість ЕМО визначається відношенням між потужністю корисного сигнала та потужністю сукупної завади при заданому захисному відношенні для конкретного радіоприймального пристрою (РПП) радіоелектронної системи:

, (9)

де- потужність завади;- мінімальна потужність сигналу на вході приймача-рецептора завади; - захисне відношення, яке залежить від класу сигналу.

Співвідношення (9) може виступати як критерій вибору оптимальних місць розташування антен на фюзеляжі літака з множини можливих варіантів.

Коефіцієнт зв`язку за струмами між двома антенами, що належать радіопередавачу та радіоприймачу пари незалежних радіотехнічних систем, між якими необхідно забезпечити ЕМС, можна визначити за співвідношенням:

, дБ, (10)

де - потужність, що підводиться до антени передавача першого РЕЗ та характеризує неумисну заваду для другого РЕЗ;- потужність на виході антени РПП другого РЕЗ;- сила струму в антені передавача першого РЕЗ;- сила струму на виході антени РПП іншого РЕЗ.

Потужності та записані у відносних одиницях дБВт.

Відсутність математичної моделі умов поширення електромагнітного поля між близькорозташованими антенами з урахуванням особливостей “рельєфа“ корпуса металевого об`єкта обмежених розмірів вже було відмічено. Таким чином виясняємо, що відомі класичні способи оцінки з метою виявлення способів його зменшення, є неприйнятними для задачі, що розглядається. У зв`язку з цим виникає необхідність у розробці методики оцінки характеру та значень для антен, які розміщені на провідній поверхні об`єкта складної конфігурації - корпусі повітролітального апарата, який практично можна реалізувати. Враховуючи інтерференційний, тобто пульсний характер (10), вибору місця установки другої антени по відношенню до місця установки першої антени необхідно приділити особливу увагу. Іншу антену доцільно встановлювати в точках провалів функції .

Третій розділ висвітлює методу сіткового моделювання об`єктів складної форми, особливості чисельного розв`язку інтегральних рівнянь та визначення струмів у сітковій моделі.

Для автоматизованої побудови сіткових моделей 3D-об`єктів використовуємо графічний пакет 3dsMax. Він дозволяє реалізувати сіткові моделі практично будь-яких типів тривимірних об`єктів - від простих геометричних фігур до 3D-об`єктів довільної конфігурації (літак, гелікоптер, автомобіль, хвилевід). Верхня межа стосовно кількості елементів сіткової моделі залежить від потужності ПК й може сягати мільйонів одиниць. При побудові складних об`єктів автор застосовує метод композиції геометричних примітивів (сфера, куб, паралелепіпед, конус і т.д.). Наприклад, спрощену модель літака можна побудувати, використавши сім примітивів - циліндр, конус, та п`ять паралелепіпедів. У такій сітковій моделі фюзеляж гіпотетичного літака будують за допомогою стандартного основного примітиву 3dsMax «Cylinder» (циліндр), носова частина - за допомогою стандартного основного примітиву 3dsMax «Cone» (конус), а для створення інших елементів застосовують примітив 3dsMax «Box» (паралелепіпед). Це потрібно для подальшої обробки сіткової моделі вмонтованим у пакет 3dsMax середовищем програмування MaxScript, яка дозволяє обчислити координати вузлів сіткової моделі, що у свою чергу потрібно для знаходження струмів у сегментах цієї сіткової моделі об`єкта і, зрештою, - коефіцієнтів взаємовпливу пари або n - ї кількості штатних антен, які встановлюють на об`єкті, представленому даною сітковою моделлю.

Під час створення сіткової моделі примітиву є можливість встановити кількість її сегментів вздовж усіх трьох координатних вісей і тим самим врахувати вимогу щодо виконання нерівності , де l - довжина сегмента сіткової моделі, - довжина хвилі. Є також можливість досягти кондуктивного зв`язку між елементами сіткової моделі за допомогою операції «Weld» («зварювання»).

Згідно із законами електромагнітного поля розв`язання електродинамічної задачі найчастіше зводять до розв`язання інтегрального рівняння Поклінгтона. На практиці інтегральне рівняння Поклінгтона розв`язують за допомогою методу моментів. За використання методу моментів необхідно обчислювати елементи матриці узагальнених імпедансів

де - інтегральний оператор. Якщо всі необхідні інтегрування проводити за допомогою чисельних методів, - обчислювання елементів стає надзвичайно громіздким та потребує великих затрат машинного часу. Від цієї складності можна частково позбутися, якщо як вагові функції обрати дельта-функції Дірака :

(11)

де S - відстань від деякого початку відліку; - відстань до точки, у якій необхідно задовольнити граничні умови. Нижній індекс біля поля, що падає, (11) показує, що зшивання проводиться у точці m. Із застосуванням такого підходу все інтегрування зводиться лише до обчислення інтегрального оператора .

Для розв`язання задачі, що поставлена у даній роботі, в як базисні функції (6) взято кусково-постійні функції.

Їх можна подати у неперервній формі:

.

сітковий модель електродинамічний об`єкт

Для розв`язку поставленої задачі обрано спочатку частковий (в межах одного елемента сіткової моделі), а потім повний геометричний базис (в межах усієї сіткової моделі металевого об`єкта).

За використання часткового геометричного базису кожен елемент сіткової моделі розбито на сім сегментів, точки зшивання взято рівномірно вздовж елемента, чисельне інтегрування рівняння (3) проведено за методом прямокутників. Натомність у випадку повного геометричного базису взято по одній точці зшивання на кожен елемент сіткової моделі. В обох випадках досягнуто доброї збіжності розв`язку.

Значення коефіцієнта взаємовпливу тут наведено для випадка сіткової моделі куба з ребром 3 м та встановленим на його верхній грані диполем Герца довжиною 0,3 м.

Розрахунок проводився для частоти 100 МГц. Антена-рецептор: диполь Герца, який встановлено у вузлі сіткової моделі куба №1 по нормалі до її поверхні. Для сіткових моделей інших електродинамічних об`єктів, які досліджено в даній праці (конус, літак та ін.), отримано якісно тотожні результати.

Час розрахунку за використання повного геометричного базису зріс у порівнянні з варіантом часткового геометричного базису більш як у сто разів, склавши для різних об`єктів та частот від десяти хвилин до години й більше.

Таким чином, матриця узагальнених імпедансів у (11) за використання часткового геометричного базису містила 49 елементів, а у випадку повного геометричного базису - N елементів (за кількістю сегментів сіткової моделі об`єкта). Імпеданси обчислювались згідно з формулою

. (12)

Тут L - довжина елементу сіткової моделі.

Для конуса, пораховано характеристики спрямованості на різних частотах за установлення чвертьхвильової випромінювальної антени на його торці. Результати розрахунку за співвідношеннями (10, 11, 12) практично співпадають з результатами, наведеними у літературі [Митра. Р. Вычислительные методы в электродинамике /под ред. Р. Митра. - М.: Мир, 1977. - 488 с.].

У четвертому розділі дисертації розглянуто процедури визначення коефіцієнта взаємовпливу пари вібраторних антен, встановлених на електродинамічних об`єктах довільної конфігурації.

За допомогою розробленого програмного забезпечення та згідно з формулою (10) пораховано значення коефіцієнта взаємовпливу цієї антени на таку саму, але вже пасивну антену, яка встановлюється на літак у вузлах сіткової моделі по нормалі до його поверхні і для якої необхідно знайти оптимальне місце розташування з урахуванням впливу випромінювальної антени та фюзеляжу літака. Розрахунки виконано за несною частотою (у межах спектру сигналу).

Коефіцієнт взаємовпливу має складну залежність від номерів вузлів сіткової моделі. Одне з можливих раціональних розміщень антени-рецептора розташоване в носовій частині фюзеляжу в околі точок №8-12. Тут дБ.

Розглянемо дві випромінювальні антени, встановлені на літаку. На килі об`єкта встановлено чвертьхвильову для частоти 120 МГц штирьову антену (масштаб не збережено), розподіл струму вздовж якої відомо. У носовій частині фюзеляжу встановлено другу випромінювальну штирьову чвертьхвильову антену, розподіл струму вздовж якої теж відомо. Антена-рецептор: чвертьхвильова для частоти 120 МГц штирьова антена.

У додатках наведено програму обчислення координат вузлів сіткової моделі електродинамічного об`єкта, програму обчислення координат вузлів сіткової моделі антени, лістинг програми обчислення коефіцієнтів взаємовпливу антен, лістинг підпрограми обчислення струмів, акт впровадження результатів дисертаційної роботи, перелік зв`язного обладнання, яке встановлене на літаку Ан-148.

Основні результати та висновки

1. Проблеми забезпечення ЕМС бортових РЕЗ у процесі їх експлуатації і вибору оптимального розташування антен на корпусі електродинамічного об'єкта доцільно розв'язувати ще на етапі проектування об'єкта. Але коректні методики прогнозування і кількісної оцінки можливої якості ЕМО у точці розташування окремої антени обраної конструкції дотепер не були створені з причини труднощів урахування впливу конструктивних особливостей електродинамічних об'єктів складної конфігурації на результівне електромагнітне поле. Тому розробка коректної методики оперативного прогнозування якості ЕМО програмними методами є перспективною й актуальною задачею.

2. Вперше розроблено метод визначення коефіцієнту взаємовпливу між парою вібраторних антен, розміщених на електродинамічному об`єкті довільної форми, з урахуванням впливу цього тіла. Достовірність результатів, отриманих за даним методом, підтверджена: а) дослідженням ЕМС пари вібраторних антен на об`єктах простої геометричної форми (куб, сфера, конус); б) шляхом порівняння розрахункових ХС чвертьхвильової антени, встановленої на струмопровідному конусі, з експериментальними даними, наведеними у літературі; в) експериментальними дослідженнями із з`ясування взаємовпливу на частоті 48,8 МГц шунтового та петлевого вібраторів, що розташовані на спільній траверсі обмеженої довжини; г) порівнянням розрахункових ХС чвертьхвильової для частоти 3,289 ГГц антени, встановленої на струмопровідному диску радіусу 0,5 м, з експериментальними даними, отриманими автором, у тому числі із застосуваням ускладнення відповідної сіткової моделі шляхом встановлення на диск у довільних місцях струмопровідної усіченої піраміди та струмопровідного циліндра.

3. Показано, що обраний варіант методу моментів, де як вагові функції обирають дельта-функції Дірака, а як базисні - кусково-постійні функції, може забезпечити достатню збіжність розв`язку. Запропоновано подавати кусково-постійні функції, які використовують у методиці зшивання в точках, у вигляді нульової функції Уолша, записаної з неперервній формі, зручній для програмування.

4. Граничну частоту, на якій можливий розрахунок коефіцієнту взаємовпливу між парою вібраторних антен, розміщених на літаках типу Ан-148, Ан-140, Ан-70 збільшено до 500 МГц.

5. Вперше застосований пакет 3ds Max для моделювання електродинамічних об`єктів та отримання координат вузлів їх сіткових моделей.

6. На базі пакету 3ds Max створена інтерактивна експертна система знаходження раціональних місць установки антен на борту сучасного літака, яка використана для розв`язання задачі ЕМС вперше.

7. Коефіцієнт взаємовпливу антен має складну інтерференційну залежність від номерів вузлів сіткової моделі літака і лежить у діапазоні від 0 дБ до -100 дБ.

8. Згідно з проведеними дослідженнями, якщо випромінювальна чвертьхвильова антена (діапазон частот 120-135 МГц) встановлюється на килі літака, раціональним місцем встановлення антени-рецептора є носова частина літака. Тут сягає -87 дБ.

9. Розроблена в дисертації автоматизована експертна система прогнозує, що коли дві випромінювальні чвертьхвильові антени (діапазон 120-135 МГц) встановлюються на килі та у носовій частині літака літака, то раціональне місцеположення антени-рецептора - це середня частина фюзеляжу. Тут сягає -77 дБ.

10. Для випадку двох випромінювальних чвертьхвильових антен (частота 40 МГц), встановлених на килі та на крилі літака, можливе раціональне місце встановлення антени-рецептора - це також середня частина фюзеляжу, або інше крило. В даному випадку сягає -79 дБ.

11. Створено порівняльні таблиці значень коефіцієнтів штирьових антен, встановлених на літаках типів Ан-148, Ан-70 та Ан-140.

12. В результаті проведеної роботи розв`язано важливу наукову задачу з визначення точок, за розміщеня в яких окремих антен забезпечують мінімальний зв`язок між незалежними штирьовими антенами, що має практичне значення для забезпечення ЕМС між різноманітними РЕЗ, які розташовуються на сучасному літаку: створено автоматизовану експертну систему, що дозволяє прогнозувати раціональні місця для установки цих РЕЗ з урахуванням впливу поверхні фюзеляжу.

13. Доцільно використовувати розроблену програму «Антена 3.3» під час прогнозування ЕМС радіоапаратури, яку встановлюють на повітролітальних та супутникових апаратах.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Іванов В.О., Вишнівський О.В. Процедури синтезу функцій Уолша в неперервній формі : матеріали V Міжнародної науково-технічної конференції [«Авіа-2003»] (Київ, 23-25 квітня 2003 р.) / М-во освіти і науки України, Національний авіаційний університет. - К. : НАУ, 2003. - Т.1. - С.13.1-13.4.

2. Іванов В.О., Вишнівський О.В. Методика побудови сіткових моделей тривимірних електродинамічних об`єктів / В. О. Іванов, О. В. Вишнівський // Вісник НАУ.- 2004. - №2. - С. 77-80.

3. Вишнівський О.В. Три принципи управління складними системами / О.В. Вишнівський // Проблеми інформатизації та управління: зб. наук. праць. - К.: НАУ, 2004. - С. 92-95.

4. Вишнівський О.В. Применение аппарата интегральных уравнений для решения внешних задач электродинамики /О.В. Вишнівський // Електроніка та системи управління. - 2004. - №2. - С. 47-50.

5. Вишнівський О.В. Методична база та розрахункові співвідношення визначення напруженості електричного поля, збудженого тривимірними об`єктами складної конфігурації / О.В. Вишнівський // Электроника и связь. - 2005. - №25. - С. 80-88.

6. Вишнівський О.В. Результати розрахунку коефіцієнтів непередбачуваного взаємовпливу пари антен, розміщених на деяких 3D-електродинамічних тілах : матеріали VIII міжнародної науково-технічної конференції [«Авіа-2007»] (Київ, 20-23 вересня 2007 р.) / М-во освіти і науки України, Національний авіаційний університет. - К. : НАУ, 2007. - Т.2. - С.22.259 - 22.262.

7. Вишнівський О.В. Деякі результати розрахунку коефіцієнта непередбачуваного взаємовпливу чвертьхвильових штирьових антен, розміщених на сітковій моделі літака типу Ан-148-100 на частоті 40 МГц. : матеріали ІІ Міжнародної наукової конференції [«Теорія та методи обробки сигналів»] (Київ, 20-22 травня 2008 р.) / М-во освіти і науки України, Національний авіаційний університет. - К. : НАУ, 2008. - С. 26-27.

8. Вишнівський О.В. Результати розрахунку коефіцієнта взаємовпливу чвертьхвильових штирьових антен, розміщених на літаку типу Ан-148 / О.В. Вишнівський // Електроніка та системи управління. - 2008. - №1. - С. 114-118.

9. Vishnevsky A.V. Computation Method of Mutual Impact Coefficient of the Quarter-wave Wire Antennas Placed on Airplane Wire-grid Model : Proceedings of the third world congress [«Aviation in the XXI-st century». «Safety in aviation and space technology». IEEE «Microwaves, radar and remote sensing symposium (MRRS-2008)»], (Kyiv (Ukraine), September 22-24, 2008) / М-во освіти і науки України, Національний авіаційний університет. - К. : НАУ, 2008. - С.279-282.

Анотація

Вишнівський О.В. Сіткові моделі електродинамічних об`єктів складної конфігурації для визначення місцеположень антен. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового степеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.17 - Радіотехнічні та телевізійні системи. - Національний авіаційний університет, Київ, 2009.

Запропоновано аналітичні основи знаходження раціональних місцеположень n - ї кількості антен, розташованих на тривимірному електродинамічному об`єкті довільної форми, які полягають в тому, що за допомогою розрахунку струмів - із застосуванням методу моментів (кусково-постійні базисні функції, вагові дельта-функції, повний геометричний базис у межах сіткової моделі об`єкта) - на елементах сіткової моделі тривимірного електродинамічного об`єкта довільної форми, знаходяться раціональні місцеположення антен-рецепторів.

Ключові слова: сіткова модель, електромагнітна сумісність, базисні функції, вагові функції, коефіцієнт взаємовпливу.

Summary

Vishnevsky A.V. The wire-grid models of complex form electrodynamical objects for antennas places determination. - Manuscript.

The thesis on competition for scientific degree of Cand. Tech. Sci. on speciality 05.12.17 - Radiotechnic and Television Systems. - National Aviation University. - Kyiv, 2009.

Rational placement аnalytical base for n antennas, installed on free-form 3D electrodynamical object, that consists of electrical currents calculation - by means of moments methods (piece-permanent base functions, weight delta-functions, full geometrical base on electrodynamical body wire-grid model) - on free-form electrodynamical body wire-grid model element has been given. As result, rational placement for aerials-receptors have been found out.

Keywords: Wire-grid Model, Electromagnetic Compatibility, Base Functions, Weight Functions, Mutual Impact Coefficient.

Аннотация

Вишневский А.В. Сеточные модели электродинамических объектов сложной конфигурации для определения местоположений антенн. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.12.17 - Радиотехнические и телевизионные системы. - Национальный авиационный университет, Киев, 2009.

Диссертация посвящена вопросам электромагнитной совместимости n-го количества штыревых антенн, которые устанавливаются на токопроводящее тело произвольной формы (например, самолёт). Частотно-пространственное разделение штатных антенн летательного аппарата должно опираться на предварительные расчёты, которые целесообразно проводить ещё на этапе проектирования самолёта, что позволит получить соответствующий экономический эффект ввиду дороговизны и большой трудоемкости метода натурных испытаний.

В диссертационном исследовании предложен метод определения рациональных местоположений n-го количества штыревых антенн, расположенных на трёхмерном электродинамическом объекте произвольной формы, который состоит в том, что с помощью расчёта токов - благодаря применению метода моментов (кусочно-постоянные базисные функции, весовые дельта-функции, полный геометрический базис в пределах сеточной модели электродинамического тела) - на элементах сеточной модели трёхмерного электродинамического объекта произвольной формы, находятся точки рационального местоположения антенн-рецепторов.

В случае размещения излучающей антенны в хвостовой части фюзеляжа (например, на киле самолёта) - одним из рациональных мест размещения антенны-рецептора, согласно проведённым исследованиям, есть носовая часть летательного аппарата. Если излучающая четвертьволновая антенна установлена в носовой части - в этом случае, в соответствии с принципом взаимности, антенну-рецептор следует, в соответствии с рекомендацией разработанной в диссертации программы, установить в хвостовой части самолёта. Проведённые исследования показали, что для случая предварительно установленной пары четвертьволновых излучающих антенн, работающих на частотах 118-136 МГц и 400 МГц (Ан-148, Ан-70, Ан-140), - целесообразно установить аналогичную антенну-рецептор в средней части корпуса, сверху или снизу, либо на концах крыльев, также сверху или снизу.

Из всего многообразия методов математики и электродинамики для решения поставленной задачи были выбраны пять основных методов: 1) метод сеточного моделирования (необходимый для построения математической «дискретизированной» модели летательного аппарата); 2) метод интегральных уравнений (обладающий по сравнению с дифференциальным подходом - методом конечных разностей - важным преимуществом, заключающимся в автоматическом соблюдении граничных условий относительно тангенциальных составляющих вектора напряженности электрического поля на каждом элементе сеточной модели объекта исследования); 3) метод моментов (необходимый непосредственно для решения уравнения Поклингтона); 4) метод «сшивания по точкам» (благодаря его применению, используя дельта-функции Дирака, удалось избавиться от одного из двух численных интегрирований, выполнения которых изначально требовал двойной интеграл исходного интегрального уравнения); 5) наконец собственно метод численного интегрирования (был взят метод прямоугольников как самый простой).

Показано, что методика «сшивания по точкам», который использовался в диссертации для решения уравнения Поклингтона, проста и надёжна в реализации и обеспечивает достаточную сходимость решения при рациональном выборе точек сшивания на поверхности элемента сеточной модели самолёта.

Предложено использовать вместо кусочно-постоянных базисных функций нулевую функцию Уолша, представленную в непрерывном виде.

Проведённое в диссертации математическое моделирование позволило сделать заключение о сложной, интерференционной картине распределения значений коэффициента взаимовлияния антенн в зависимости от номеров узлов сеточной модели объекта исследования.

Созданная в диссертации автоматизированная экспертная система «Антенна 3.3» позволяет говорить о достигнутом прогрессе в решении задачи обеспечения электромагнитной совместимости между n-ным количеством штыревых антенн, устанавливаемых на летательный аппарат, с учётом влияния на их характеристики корпуса и крыла.

Ключевые слова: сеточная модель, электромагнитная совместимость, базисные функции, весовые функции, коэффициент взаимовлияния.

Размещено на Allbest.ru

...