Друкована антена є вузькосмуговою і може бути встановлена практично на будь-якому рухомому об'єкті, якщо до неї не висуваються вимоги широкосмуговості.
У додатках представлені графічні результати багатопараметричної оптимізації двозаходного конічного спірального випромінювача, схема і програмне забезпечення вимірювального комплексу, програма розрахунку характеристик випромінювання багатозаходної конічної спіральної структури в пакеті MathCAD 2001; наведені копії документів про впровадження у виробництво результатів роботи.
ВИСНОВКИ
Дисертаційна робота є завершеним науковим дослідженням, в якій вирішується актуальна наукова задача зменшення поляризаційних втрат шляхом застосування антен з керованою поляризацією поля випромінювання для підвищення ефективності радіозасобів, застосовуваних на рухомих об'єктах. Мета та задачі роботи досягаються за рахунок більш повного використання потенційних властивостей електромагнітного поля. Це дало змогу знизить рівень втрат, викликаних поляризаційною неузгодженістю, до 3 дБ.
У дисертаційній роботі отримано такі основні результати:
1. Запропоновано метод побудови малогабаритних антен з керованою поляризацією, суть якого полягає в тому, що для зниження рівня втрат, викликаних поляризаційною неузгодженістю до 3 дБ, необхідно та достатньо, щоб:
- антена могла випромінювати (узгоджено приймати) електромагнітне поле із чотирма основними видами поляризації (дві ортогональні лінійні і дві ортогональні кругові) за певних умов збудження;
- амплітудні ДС при цьому повинні мати у всіх режимах однакові параметри (напрямок максимуму, ширина за рівнем -3 дБ, рівень бічних і задніх пелюстків);
- коефіцієнт еліптичності на краю ДС (за рівнем -3 дБ) для режиму кругової поляризації не повинен бути менше 0,7, а для режиму лінійної поляризації не повинен бути більше 0,2.
2. Розроблено математичні моделі нерегулярних конічно-еліптичних спіральних випромінювачів з довільними геометричними параметрами, що дозволило розширити можливості побудови антен, які формують необхідну поляризацію поля випромінювання, задані спрямовані властивості малогабаритної антени в широкій смузі частот.
3. Проведено теоретичне дослідження характеристик конічного спірального випромінювача. Встановлено, що оптимальним кутом при вершині конічного спірального випромінювача можна вважати кут у межах 10...20 град, при якому забезпечується мінімальний рівень заднього випромінювання й максимальний КЕ поля випромінювання в осьовому напрямку. Для режиму осьового випромінювання зміна щільності намотування приводить до зміни ширини ДС у межах 40...170 град, причому максимальна спрямованість випромінювання досягається при високій щільності намотування спіралі.
Для одержання поляризації випромінювання, близької до кругової в широкому діапазоні частот, необхідно застосовувати дво- і N -заходні конічні спіральні антени, тому що поздовжній розмір випромінюючих областей у цьому випадку зменшується в N раз.
4. Виведено співвідношення для розрахунку і аналізу поля випромінювання, вхідного опору друкованого випромінювача з одновходовим (лінійна поляризація) і двовходовим (кругова поляризація) порушенням.
5. У результаті теоретичних досліджень встановлено, що, вибираючи діелектричну проникність підкладки  =2,5, можна домогтися зменшення габаритних розмірів на 50 %. Подальше збільшення  менш ефективно. Так, збільшення  у два рази приводить до зниження габаритних розмірів лише на 25 %.
Експериментально доведена можливість розширення робочої смуги частот друкованого випромінювача за рахунок додавання пасивних елементів. Розширення смуги частот відбулося з 8 % до 25 %.
6. Розроблені варіанти конструкцій чотиризаходної конічної спіральної антени, а також двовходової друкованої антени, які дозволяють здійснювати керування поляризацією поля випромінювання.
7. Розроблено автоматизований вимірювальний стенд для вимірів характеристик антен в умовах відкритого полігона. Проведено комплексні експериментальні дослідження характеристик випромінювання антенами, їхнього вхідного опору.
8. Розроблено прикладне програмне забезпечення (MathCAD 2001), що дозволяє здійснювати розрахунки та моделювання характеристик друкованих і конічних спіральних антен.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Лобкова Л.М., Лукьянчиков А.В. Особенности формирования поля излучения печатных антенн в двухчастотном режиме // Электроника и Связь. – 2004. – т.9, №22 – с. 129 – 135.
Автором отримані замкнуті вирази для розрахунку поля випромінювання ДА. Проведено теоретичний розрахунок і аналіз отриманих даних.
2. Лукьянчиков А. В., Шестаков А.Г., Щебетовский В.Г. Экспериментальное исследование характеристик микрополосковых излучателей // Вестник СевГТУ: Информатика, электроника, связь: Сб. науч. тр. – Севастополь: Севастоп. гос. тех. ун-т. – 2005. – Вып. 68. – С. 122 – 126.
Автором проведені експеримент і аналіз його результатів.
3. Лукьянчиков А. В., Шестаков А.Г., Щебетовский В.Г. Особенности поляризационной структуры поля печатных излучателей // Вестник СевГТУ: Информатика, электроника, связь: Сб. науч. тр. – Севастополь: Севастоп. гос. тех. ун-т. – 2004. – Вып. 60. – С. 193 – 197.
Автором отримані замкнуті вирази для аналізу поляризаційної структури поля випромінювання ДА, написана програма в пакеті MathCAD.
4. Лукьянчиков А. В., Комаров П.А., Редин М.И. Анализ влияния геометрических параметров конического спирального излучателя на характеристики излучения // Вестник СевГТУ: Информатика, электроника, связь: Сб. науч. тр. – Севастополь: Севастоп. гос. тех. ун-т. – 2003. – Вып. 47. – С. 126 – 130.
Автором проведені аналіз і чисельне моделювання, побудовані номограми для визначення геометричних параметрів. Розроблено конструкцію антени.
5. Проценко М.Б., Лукьянчиков А.В. Анализ геометрии коническо-эллиптических спиральных антенн // Вестник СевГТУ: Информатика, электроника, связь: Сб. науч. тр. – Севастополь: Севастоп. нац. тех. ун-т. – 2001. – Вып. 32. – С. 71 – 76.
Автором виведені формули для геометричного опису конічного спірального випромінювача, проведене математичне моделювання.
6. Проценко М.Б., Степанов Л.Н., Лукьянчиков А.В. Анализ направленных и поляризационных свойств конической спиральной антенны // Вестник СевГТУ: Информатика, электроника, связь: Сб. науч. тр. – Севастополь: Севастоп. гос. тех. ун-т. – 1999. – Вып. 18. – С. 154 – 158.
Автором проведені чисельні розрахунки характеристик випромінювання досліджуваних спіральних антен, розроблені їхні макети, проведені експериментальні дослідження і аналіз отриманих результатів.
7. Проценко М. Б., Лукьянчиков А.В. Широкополосная антенна с управляемой поляризацией излучения // Мат. 15-й Меж. Крымской конф. (КрыМиКо-2005), “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”, 12-16 сент. 2005. – Севастополь, Украина. – 2005. – С. 388 – 389.
Автором проведене чисельне моделювання характеристик випромінювання антени з керованою поляризацією. Розроблено макет, проведені експеримент і аналіз отриманих результатів.
8. Лукьянчиков А.В., Комаров П. А., Редин М.И. Частотные свойства входного сопротивления нерегулярных конических спиральных антенн // Мат. 8-го Меж. Молодежного форума “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”, 13-15 апреля 2004. – Харьков, Украина. – 2004. – С. 20.
Автором проведено аналіз характеристик вхідного опору конічної спіральної антени. Розроблено конструкцію антени.
9. Лукьянчиков А. В., Шестаков А.Г., Щебетовский В.Г. Математическая модель поля излучения прямоугольной микрополосковой антенны // Мат. 8-го Меж. Молодежного форума “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”, 13-15 апреля 2004. – Харьков, Украина. – 2004. – С. 21.
Автором розроблена програма для розрахунку поля випромінювання ДА. Проведено математичне моделювання характеристик ДА
10. Lukyanchikov A. V., Protsenko M. B. Multiparameter Optimization of a Conic Spiral Antenna with a Variable Winding Deseness // Proc. of the International Conf. “Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science” (TCSET’2004). – Lviv-Slavsko, Ukraine. – 24-28 Feb. 2004. – P.468 – 470.
Автором проведена оптимізація геометричних параметрів антени. Розроблено макет, проведені експеримент і аналіз отриманих результатів.
11. Проценко М.Б., Лукьянчиков А.В., Исаенко А.И., Редин М.И. Принцип построения широкополосной антенны с вращающейся поляризацией на основе конического спирального излучателя // Мат. 13-й Меж. Крымской конф. (КрыМиКо-2003), “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”, 8-12 сент. 2003. –Севастополь, Украина. – 2003. – С. 434 – 435.
Автором виконана вступна частина й розроблено макет антени, також проведені експериментальні дослідження.
12. Protsenko M. B., Lukyanchikov A.V., Troitskiy A.V., Komarov P.A. Modeling of the Multiple-arm Conical Spiral Antennas for various Applications // Proc. of IV-th International Conf. “Antenna Theory and Techniques”. – Sevastopol, Ukraine. – 9-12 Sept. 2003. - Р.491-492.
Автором проведені розрахунки характеристик випромінювання багатозаходних КСА.
13. Лукьянчиков А. В., Комаров П.А., Редин М.И. Анализ режимов излучения конических спиральных антенн // Мат. 7-го Меж. Молодежного форума “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”, 22-24 апреля 2003. – Харьков, Украина. – 2003. – С. 40.
Автором запропонована методика аналізу характеристик випромінювання КСВ.
14. Проценко М.Б., Лукьянчиков А.В., Комаров П.А., Редин М.И. Оптимизация геометрических параметров конических спиральных антенн по критерию требуемой ДН // Мат. 12-й Меж. Крымской конф. (КрыМиКо-2002), “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”, 9-13 сент. 2002. –Севастополь, Украина. – 2002. – С. 349 – 350.
Автором проведене чисельне моделювання характеристик випромінювання КСА в широкому діапазоні зміни як геометричних параметрів, так і умов її збудження.
15. Лобкова Л.М., Проценко М.Б., Лукьянчиков А.В. Синтез заданной диаграммы направленности малоэлементной решетки, состоящей из эллиптически-конических излучателей // Мат. 11-я Меж. Крымской конф. (КрыМиКо-2001), “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”, 10-14 сент. 2001. – Севастополь, Украина. – 2001.– С. 401 – 402.
Автором з метою зменшення параметрів КСА, що варіюються запропоновано розглядати режими роботи антен як вхідні параметри. Проведено теоретичне дослідження.
16. Stepanov L. N., Lukyanchikov A.V. Radiation characteristics of a multiple-arm conical helical antennas with two points excitation // Proc. of III-rd International Conf. “Antenna Theory and Techniques” (ICATT-99), 8-11 Sept.1999. – Sevastopоl, Ukraine. –1999. – P. 353 – 354.
Автором виконана вступна частина і розраховані залежності коефіцієнта захисної дії КСА, проведений їх аналіз.
17. Проценко М.Б., Степанов Л.Н., Лукьянчиков А.В. Исследование поляризационных характеристик поля конических спиральных структур с заданной геометрией // Мат. 8-я Меж. Крымской конф. (КрыМиКо-98), “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”, 14-17 сент. 1998. – Севастополь, Украина. – 1998. – Т.2. – С.492 – 493.
Автором розроблена програма і розраховані поляризаційні характеристики КСА.
Анотація
Лук’янчиков А.В. Малогабаритні антени з керованою поляризацією для рухомих об'єктів зв'язку. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.07 - Антени та пристрої мікрохвильової техніки. - Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2006.
У дисертації розглядається можливість підвищення ефективності радіоканалу мобільних систем радіозв'язку шляхом застосування на рухомих об'єктах малогабаритних антен з керованою поляризацією поля випромінювання для зниження поляризаційних втрат. Запропоновано метод побудови малогабаритних антен з керованою поляризацією, застосування якого при побудові малогабаритних антен для рухомих об'єктів радіозв'язку дозволить знизити рівень втрат, викликаних поляризаційною неузгодженістю до 3 дБ. Для реалізації цього методу на основі компромісного рішення обрані два типи випромінювачів: конічний спіральний і друкований випромінювач. Проведено теоретичні і експериментальні дослідження характеристик випромінювання та вхідного опору зазначених типів антен.
Ключові слова: конічна конічна спіральна антена, багатошарова друкована антена, керування поляризацією, математична модель поля випромінювання, амплітудно-фазовий розподіл струму.
Аннотация
Лукьянчиков А.В. – Малогабаритные антенны с управляемой поляризацией для подвижных объектов связи. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.07 – Антенны и устройства микроволновой техники. – Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2006.
В диссертации рассматривается возможность повышения эффективности радиоканала мобильных систем радиосвязи, путем применения на подвижных объектах малогабаритных антенн с управляемой поляризацией поля излучения для снижения поляризационных потерь. Предложен метод построения малогабаритных антенн с управляемой поляризацией, применение которого при построении малогабаритных антенн для подвижных объектов радиосвязи позволит снизить уровень потерь вызванных поляризационным рассогласованием до 3 дБ. Для реализации этого метода на основе компромиссного решения выбраны два типа излучателей: конический спиральный и печатный излучатель. Проведены теоретические и экспериментальные исследования характеристик излучения, входного сопротивления указанных типов антенн.
Предложены новые математические модели многозаходного конического спирального излучателя, выполненного в общем случае на эллиптическом конусе с произвольным видом намотки, объединяющей как известные, так и конструктивно новые варианты спиральных антенн. Выявлены общие закономерности и особенности формирования конической спиралью режимов излучения в зависимости от относительных геометрических параметров антенны, условий ее возбуждения. В частности, выявлено семь основных режимов излучения. Это режим двунаправленного поперечного излучения (режим малых рамок), режимы однонаправленного прямого осевого и обратного излучения, режимы воронкообразного излучения в прямом и обратном направлении, режимы двунаправленного осевого (режим “восьмерки”) и всенаправленного излучения. Выявлена взаимосвязь геометрических параметров излучателя, а также частотные свойства в пределах существования соответствующих выделенных режимов.
Предложен метод создания антенны с управляемой поляризацией излучения на основе конического спирального излучателя. Метод реализован на основе многозаходной конической спиральной антенны с оптимально подобранными конструктивными параметрами и соответствующем амплитудно-фазовым возбуждением заходов спирали.
Проведен качественный и количественный анализ характеристик печатного излучателя, включая формирование требуемой поляризации излучения, характеристик направленности антенны в зависимости от геометрических и электрических параметров излучателя при одночастотном и многочастотном возбуждении.
В результате численного моделирования характеристик печатного излучателя произвольной конфигурации выявлено следующее. Главное влияние на характеристики излучения оказывает расстояние между излучающими кромками. В зависимости от того, сколько полу волн (n,m=0,1,2…) укладывается между излучающими кромками, печатный излучатель работает в том или ином режиме. Необходимо отметить, что в режимах (0, 2n + 1) и (2m + 1,0) будет формироваться максимум в направлении нормали к излучателю, в то время, как (0, 2n+2) и (2m+2, 0), максимум излучения в направлении нормали отсутствует. Изменение размеров излучающих кромок не влияет на режим излучения, однако сказывается на ширине ДН, так при увеличении размеров излучателя, происходит сужение главного лепестка ДН, и наоборот. На широкополосные свойства излучателя существенное влияние оказывает толщина подложки. Размер излучающей кромки влияет на входное сопротивление антенны, так увеличение размеров излучающей кромки от  до  , требует перемещения точки возбуждения от  до  , то есть точка питания смещается от центра излучателя к его краю.
Разработаны оригинальные конструкции малогабаритных антенн с управляемой поляризацией излучения для подвижных объектов радиосвязи в виде: четырехзаходной конической спиральной антенны с широкополосным устройстве возбуждения и коммутации; двухвходовой печатной антенны, работающей как в одночастотном, так и двухчастотном режимах со схемой возбуждения и коммумации. Также разработаны автоматизированный измерительный стенд для сбора, обработки и отображения результатов измерений характеристик антенн, прикладное программное обеспечение для расчета, автоматизированного анализа и моделирования характеристик конических спиральных антенн произвольной конфигурации и без ограничений на их размеры, печатных антенн с многоточечным возбуждением.
Ключевые слова: коническая спиральная антенна, печатная антенна, управление поляризацией, математическая модель поля излучения, амплитудно-фазовое распределение тока.
ABSTRACT
Lukyanchikov A.V. – Small-size antennas with controlled polarization of radiated fields, for mobile vehicle radiocommunication.
Ph. D. thesis on speciality 05.12.07 – antennas and device of microwave engineering. – Sevastopol state technical university, Kharkov, 2006.
Possibility of the increasing of efficiency of radiochannel for mobile system of radiocommunication by the use of compact antennas with controlled polarization of radiated fields for the decrease of polarization losses on mobile vehicle is considered in the Ph. D. thesis. Method of construction of small-size antennas with controlled polarization is suggested.
Generalize mathematical model of radiation field of conical spiral radiator, with controlled polarization is developed. Generalize mathematical model of radiation field of patch radiator, with controlled polarization include one and two input is developed. The investigation of the polarization structure radiation field of conical spiral and patch antenna was carried out. The obtained numerical results are in a good agreement with experimental research. Thus, the right choice of the developed mathematical model of the antenna with controlled polarization construction is confirmed.
Key words: conical spiral antenna, patch antenna, polarization control, mathematical model of radiation fields, amplitude and phase distribution of current.
Підписано до друку 25.04.2006 р. Формат 60х901/16. Папір офсетний.
Гарнітура Таймс. Умовн. друк. аркуш. 1.0. Тираж 100 екз. Замовл. № 17.
Видавництво СевНТУ, НМЦ, 23-52-10.
99053, м. Севастополь, Стрілецька балка, Студмістечко.
| 
