Анотація
Овсяніков В.В. Аналіз і оптимізація перспективних випромінюючих систем з імпедансними елементами.–Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.12.07 – Антени і пристрої мікрохвильової техніки.– Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2003.
Дисертацію присвячено дослідженню і розвитку методів аналізу, синтезу й оптимізації перспективних одиночних і багатоелементних вібраторних, петльових, рамкових і спіральних антенних систем із провідних стрижнів із увімкнутими у випромінюючі гілки імпедансними елементами, а також випромінювачів із плазми газового розряду. При дослідженні застосовуються методи інтегрального рівняння і визначення екстремумів цільових функцій за заданими критеріями оптимізації й еквівалентної довгої лінії, об'єднані у єдину послідовність операцій аналізу, синтезу й оптимізації. Розроблений метод розрахунку широкого класу перспективних одиночних і багатоелементних малогабаритних, широкосмугових і багаточастотних вібраторних, петльових, рамкових і спіральних антенних систем з імпедансними елементами. Установлена загальна фізична закономірність для координат увімкнення у вібраторні випромінювачі зосереджених імпедансних елементів будь-якого типу з метою розширення частотного діапазону чи забезпечення багатодіапазонністі характеристик випромінювання й імпедансу. Виявлений і досліджений ряд нових фізичних закономірностей і на цій основі запропоновані нові типи антен з імпедансними елементами.
Ключові слова: антенна система, спіральна і турнікетна антени, плазмовий випромінювач, імпедансні елементи, мікрохвильовий діапазон, математична модель, синтез, аналіз і оптимізація, коефіцієнт стоячої хвилі по напрузі, коефіцієнт корисної дії, діаграма спрямованості.
Аннотация
Овсяников В.В. Анализ и оптимизация перспективных излучающих систем с импедансными элементами.– Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.12.07 – Антенны и устройства микроволновой техники.– Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2003.
Диссертация посвящена исследованию и развитию методов анализа, синтеза и оптимизации перспективных одиночных и многоэлементных вибраторных, петлевых, рамочных и спиральных антенных систем из проводящих стержней с включенными в излучающие ветви импедансными элементами, а также излучателей из плазмы газового разряда. При исследовании применяются методы интегрального уравнения, определения экстремумов целевых функций по заданным критериям оптимизации и эквивалентной длинной линии, объединенные в единую последовательность операций анализа, синтеза и оптимизации.
Разработан метод расчета широкого класса перспективных малогабаритных, широкополосных и многочастотных вибраторных, петлевых и спиральных равноугольных конических антенных систем с импедансными элементами. С помощью предложенного метода обнаружен и исследован ряд новых физических закономерностей, что было использовано для улучшения параметров антенн. Определены оптимальные координаты включения резонансных индуктивностей в малогабаритные вибраторные излучатели по критерию максимального КПД, получены новые результаты по КПД малогабаритных линейных и спиральных вибраторных излучающих устройств с индуктивными элементами. Найден максимально возможный предел увеличения электрической длины плеча электрически короткого излучателя за счет увеличения включенного в него индуктивного элемента, который не превышает половину длины рабочей волны. Исследованы характеристики перспективных излучателей с индуктивно-емкостными элементами и предложен метод их согласования с питающим высокочастотным трактом. По критериям требуемых уровней обратного излучения и КПД разработан метод оптимизации нового перспективного малогабаритного спирального равноугольного конического излучателя с размерами в два-три раза меньшими, чем у обычных излучателей этого типа. Изучены физические закономерности и разработан метод оптимизации двухчастотных одно- и двухвибраторных антенных систем с реактивными элементами; впервые обнаружено и исследовано значительное ухудшение диаграмм излучения данных антенных систем при нечетных соотношениях совмещаемых рабочих частот; установлена причина этого фундаментального ограничения и предложен метод его преодоления и соответствующая методика расчета и экспериментальной проверки. Установлено, що при длине виступающей части двухвибраторных двухчастотных излучателей с индуктивными елементами, меньшей половины длины волны верхней частоты, каждому значению длины выступающей части соответствует только одно решенение трансцендентного уравнения в виде пары значений, которая включает резонансную индуктивность и координату ее включения. Найдены погрешности определения начального приближения значений резонансной индуктивности и координаты ее включения в двухчастотные излучатели, которые не превышают 15%. Установлена общая физическая закономерность для координат включения в вибраторные излучатели сосредоточенных импедансных элементов любого типа с целью расширения частотного диапазона или обеспечения многочастотности характеристик излучения и входного импеданса. Эта закономерность заключается в том, что оптимальные координаты включения импедансных элементов составляют нечетное число четвертей короткой волны заданного диапазона от свободного конца излучателя, причем первый элемент включается на расстоянии от свободного конца, равном одной четверти короткой волны заданного диапазона.
Впервые обнаружен и исследован дополнительный последовательный резонанс в электрически коротких петлевых излучателях с емкостными нагрузками, предложен и реализован принцип использования этого резонанса для существенного уменьшения размеров петлевых антенн (в два и более раз), определены оптимальные координаты включения реактивных нагрузок в подобные излучатели, которые составляют 0,1…0,4 периметра плеча излучателя от центральной точки возбуждения ромбических и рамочных антенн.
Впервые установлено, что диаграммы направленности и входной импеданс плазменных излучателей в микроволновом диапазоне обладают существенно расширенной полосой пропускания (до одной октавы) по сравнению с обычными излучателями из проводников, предложено физическое объяснение этого свойства; впервые сформулирован метод определения проводимости плазменных излучателей в микроволновом диапазоне на основе сравнения экспериментальных входных импедансных характеристик плазменных излучателей с расчетными для неидеального проводника, а также предложен метод оценки КПД таких излучателей.
Решена задача синтеза и оптимизации двухчастотных турникетных антенных систем круговой (эллиптической) поляризации с импедансными элементами в виде отрезков длинной линии (шунтов), включаемых в излучатели. Исследован метод статистического анализа входных параметров антенных систем с импедансными элементами. Применение этого метода на практике при разработке антенн с импедансными элементами позволяет заблаговременно вычислять и задавать точности изготовления параметров импедансов и координат их включения в антенны.
Полученные в диссертационной работе результаты дают новое представление о сложных физических процессах в антенных системах с сосредоточенными и распределенными импедансными элементами.
Ключевые слова: антенная система, спиральная и турникетная антенны, плазменный излучатель, импедансные элементы, микроволновый диапазон, математическая модель, синтез, анализ и оптимизация, коэффициент стоячей волны по напряжению, коэффициент полезного действия, диаграмма направленности.
Annotation
Ovsyanikov V.V. The analysis and optimization of perspective radiating systems with impedance elements.– Manuscript.
Thesis for the Doctor of Technical Sciences degree by speciality 05.12.07 – Antennas and Microwave Components.– The National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, 2003.
The dissertation is devoted to the research and development of methods of analysis, synthesis and optimization of perspective single and multi-element dipole, loop, coil and spiral antenna systems made of conducting rods with impedance elements inserted into radiating branches as well as radiators of plasma of a discharge through gases. The methods of an integral equation and definitions of extremes of object functions by given criteria of optimization and equivalent long line combined into the unified operational sequence of the analysis, synthesis and optimization are applied in the research. With the help of designed method a series of new physical legitimacies are found out and studied.
New types of antennas with impedance elements are offered. The method of definition of conductance of plasma radiators is proposed on the basis of comparison of the input impedance characteristics of plasma radiators with computational input impedances for a not ideal conducting rods , and also the method of an estimation of efficiency of such radiators is offered.
Key words: the antenna system, spiral and turnstile antennas, plasma radiator, impedance elements, microwave bandwigth, mathematical model, synthesis, analysis and optimization, voltage standing-wave ratio, efficiency, pattern.
Підписано до друку 12 лютого 2003р.
Формат паперу 60 Х 90/16. Папір офсетний
Друк плоский. Ум. друк. арк. – 2,0
Замовлення 462. Тираж 100 прим. Безкоштовно.
49050, м. Дніпропетровськ, вул. Наукова, 5, ДНУ
| 
