Алгоритмическое и программное обеспечение для моделирования проводных антенн с сосредоточенными нагрузками

• Автор: Газизов, Тимур Тальгатович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОВОДНЫХ АНТЕНН

С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ НАГРУЗКАМИ.

1.1 Назначение антенн и их классификация

1.2 Основные задачи проектирования антенн.

1.3 Использование сосредоточенных нагрузок в проводных антеннах

1.4 Анализ теоретических основ учета нагрузок.

1.4.1 Модель Харрингтона

1.4.2 Модель Боаг

1.4.3 Модель Альтмана.

1.5 Подходы к решению задачи синтеза проводных антенн.
1.6 Обзор методов глобальной оптимизации
1.7 Сравнение основных методов эволюционных вычислений
1.7.1 Функция
1.7.2 Функция
1.7.3 Результаты сравнения методов
1.8 Комплексная оптимизация генетическими алгоритмами.
1.9 Постановка задач исследования.
1. Выводы по главе
2. КЛАССИФИКАЦИЯ И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ГЛОБАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ.
2.1 Классификация методов оптимизации.
2.2 Анализ рассмотренных методов глобальной оптимизации.
2.3 Недостатки и преимущества ГА
2.4 Выводы по главе.
3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОВОДНЫХ АНТЕНН С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ НАГРУЗКАМИ
3.1 Определение требований к программному обеспечению.
3.2 Библиотека i
3.3 Программная реализация работы ГА на примере тестовых функций
3.4 Структура программного обеспечения.
3.5 Информационное и алгоритмическое обеспечение.
3.6 Графическое отображение
3.7 Интерфейс использование диалогов
3.8 Исследование точности решения СЛАУ методом Гаусса
3.9 Тестирование.
3. Выводы по главе.
4. ОПТИМИЗАЦИЯ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ АГРУЗОК ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОВОДНЫХ I1
4.1 Методология снижения КСВ антенн за счет использования сосредоточенных нагрузок.
4.2 Поэтапная оптимизация отдельных параметров антенны на основе генетических алгоритмов
4.3 Снижение КСВ антенны за счет оптимизации расположения и параметров ПЗФ.
4.4 Оптимизация сосредоточенных нагрузок при моделировании проводных антенн с нагрузками.
4.5 Экспериментальное исследование быстроразвертываемых антенн ДКМВ диапазона на примере четырехпроводной антенны
4.5.1 Содержание экспериментатьнопрактической части
4.5.2 Особенности технологического исполнения четырехпроводной комбинированной антенны.
4.6 Выводы по главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Важной характеристикой любой антенны является рабочий диапазон частот. Мш) составляет примерно 2. Основными задачами теории антенн являются задача анализа и синтеза [3]. Задача анализа состоит в определении электромагнитного поля в любой точке окружающего антенну пространства (в том числе и на самой антенне). Источниками поля являются токи и заряды, распределенные по антенне. Закон этого распределения (зависимость амплитуды и фазы тока от координаты точки на поверхности антенны) обычно неизвестен. Задача анализа при заданной приложенной к антенне электродвижущей силе (ЭДС или сторонняя ЭДС) может быть решена строго, исходя из следующих условий: искомое поле должно удовлетворять уравнениям Максвелла; удовлетворять граничным условиям на поверхности раздела при переходе из одной среды в другую (воздух-металл, воздух-диэлектрик и т. Последнее означает, что на большом расстоянии от антенны поле должно представлять бегущую волну, амплитуда которой с увеличением расстояния г убывает как 1/г. Строгое решение данной задачи встречает обычно большие математические трудности: антенны, в основном, имеют сложные конфигурации; поверхности, на которых заданы граничные условия, как правило, не совпадают с координатными поверхностями ортогональных систем координат [4]. В связи с этим строгое решение задачи анализа получено только для некоторых частных случаев. Задача анализа состоит из двух частей: внутренней и внешней. Внутренняя задача заключается в определении распределения возбуждающего тока по самой антенне или распределения поля на произвольно выбранной замкнутой поверхности 5, ограничивающей объем V, в котором находятся источники поля. Эта задача решается приближенными методами, выбираемыми в зависимости от конкретных данных антенны. Например, часто задаются синусоидальным распределением тока вдоль линейных вибраторов, исходя из некоторой аналогии между вибратором и разомкнутой на конце длинной двухпроводной линией. Примером антенны с синусоидальным распределением тока является симметричный вибратор, используемый в диапазонах декаметровых, метровых и дециметровых волн. Эта антенна представляет собой цилиндрический провод, длина которого соизмерима с длиной волны (часто длина провода составляет половину длины волны). ЭДС. Для проволочных антенн, например, вибраторного типа, поле рассчитывается за счет мысленно разбиения антенны на ряд элементарных электрических вибраторов. В тех случаях, когда распределение тока по антенне либо неизвестно, либо является слишком сложным, внешнее поле целесообразно находить заданием векторов напряженности электрического и магнитного полей на замкнутой поверхности 5, охватывающей источники (при этом часто используют методы геометрической оптики). Этот способ широко применяется при анализе апертурных антенн (рупорных, линзовых, параболических и др. Если известны тангенциальные составляющие векторов Е и // на поверхности 5, то эти составляющие на основании известного из электродинамики принципа эквивалентности могут быть заменены фиктивными эквивалентными поверхностными электрическими и магнитными токами. Разбивая поверхность 5 на элементарные площадки и рассматривая каждую площадку как элемент Гюйгенса, находят полное поле во внешней области У5у суммируя поля, созданные отдельными элементами. Такой метод решения внешней задачи называется приближением Гюйгенса-Кирхгофа [6-8]. Таким образом, излучающая система (пространство, заполненное токами, возбуждающими электромагнитные волны) представляет собой не только реальные электрические токи, текущие по металлическим поверхностям, но и эквивалентные электрические и магнитные токи, распределенные на замкнутых поверхностях, окружающих антенну, а также поляризационные электрические и магнитные токи в объемах, занимаемых диэлектриками и магнитодиэлектриками. Задача синтеза антенн состоит в определении размеров и формы антенны и нахождении распределения источников поля на ней по заданным требованиям к электрическим характеристикам антенны (в основном по диаграмме направленности) [9].