Антенны декаметрового диапазона для сетей наземного радиозондирования ионосферы широкополосными сигналами

• Автор: Павлов, Вячеслав Владимирович
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Йошкар-Ола
• Количество страниц: 189 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Методы и средства повышения эффективности технологий радиозондирования ионосферы
1.1 Особенности распространения декаметровых радиоволн, влияние
поверхности земли на диаграмму направленности антенн
1.2 Методы и средства реализации технологий радиозондирования
ионосферы широкополосными сигналами
1.3 Антенны, используемые для радиозондирования ионосферы
1.3.1 Простые декаметровые антенны
1.3.2 Синфазные горизонтальные диапазонные антенны (СГД)
1.3.3 Ромбические антенны
1.3.4 Антенны бегущей волны
1.3.5 Логопериодические антенны
1.4 Существующие противоречия, цели и задачи диссертации
1.5 Выводы
2 Методики расчета характеристик направленности антенн для обеспечения эффективной работы сети ЛЧМ ионозондов
2.1 Методы и программные средства для расчета характеристик антенн
2.2 Методика получения характеристик направленности антенн для анализа
эффективности связи по всем азимутальным направлениям
2.3 Способ интерпретации объемной ДН в виде трехмерной цветной
сферической развертки
2.4 Методика оценки направленности антенн путем обработки
экспериментально полученных ионограмм
2.5 Выводы
3 Техника эксперимента и результаты численного моделирования
3.1 ЛЧМ ионозонд нового поколения
3.2 Измерение отношения сигнал-шум ЛЧМ ионозондом и оценка мощности
связного сигнала
3.3 Определение оптимальной конструкции дельта антенны по диаграммам направленности для вертикального зондирования ионосферы
3.4 Макет дельта антенны с широкополосными согласующими элементами
3.5 Блок антенного переключателя
3.5.1 Фильтр верхней частоты
3.5.2 Работа АП в режиме передачи сигнала
3.5.3 Работа АП в режим приема сигнала
3.5.4 Исследование прохождения сигналов с управляющих входов
3.5.5 Макет блока антенного переключателя
3.6 Выводы
4 Натурные и численные эксперименты по апробации предложенных методов и устройств
4.1 Результаты натурных экспериментов, полученных с помощью ЛЧМ
ионозонда
4.2 Результаты натурных измерений характеристик антенного
переключателя
4. 3 Результаты натурных измерений характеристик антенной системы для
вертикального зондирования ионосферы
4.4 Моделирование и исследование направленности декаметровых антенн
для зондирования ионосферы по заданным азимутальным направлениям
4.4.1 Результаты моделирования характеристик направленности антенн
для радиолиний протяженностью до 300 км
4.4.2 Результаты моделирования характеристик направленности антенн
для радиолиний протяженностью от 300 до 2000 км
4.4.3 Результаты моделирования характеристик направленности антенн для радиолиний протяженностью от 2000 до 3000 км и от 3000 до
6000 км
4.4.4 Результаты определения оптимального азимутального направления антенны для работы в режиме ЛЧМ зондирования ионосферы
4.4.5 Результаты определения влияния параметров поверхности земли на диаграмму направленности широкополосного горизонтального
диполя
4.5 Выводы и рекомендации по повышению эффективности технологии вертикально-наклонного радиозондирования ионосферы
широкополосными сигналами
Заключение
Список литературы

Введение
В настоящее время на фоне интенсивного развития высокоэффективных кабельных, радиорелейных и спутниковых систем связи, значение декаметровой (ДКМ) связи не теряет своей актуальности. Стоимость ДКМ радиоканалов на порядок ниже, а помехозащищенность в условиях конфликтных ситуаций выше в сравнении со спутниковыми каналами связи. ДКМ радиосвязь является единственным средством связи в областях, не имеющих инфраструктуры, в труднодоступных районах, поэтому является актуальным ее использование в ведущих отраслях экономики, таких как нефтяная и газовая промышленность, морское судоходство, аэронавигация и геология. Однако изменчивость состояния ионосферы, которая оказывает существенное влияние на условия распространения радиоволн ДКМ диапазона, приводит к необходимости диагностики состояния линии связи, определяя и прогнозируя в реальном времени ее основные характеристики, а по ним возможно оценивать и прогнозировать информационно-технические характеристики систем связи [1].
ДКМ радиолиния способна обеспечить пространственной волной связь за пределами прямой видимости на расстоянии до 4000 ч 6000 км и более. Стоимость ДКМ радиоканалов на порядок ниже, а «живучесть» в условиях конфликтных ситуаций выше в сравнении со спутниковыми каналами связи. ДКМ радиоканал является единственным средством связи в областях, не имеющих инфраструктуры, в труднодоступных районах.
Однако изменчивость состояния ионосферы, которая оказывает существенное влияние на условия распространения радиоволн ДКМ диапазона, приводит к необходимости диагностики состояния линии связи, определяя и прогнозируя в реальном времени ее основные радиотехнические характеристики, а по ним оценивать и прогнозировать информационно-технические характеристики систем.
Основными информационно-техническими характеристиками систем декаметровой радиосвязи являются: помехоустойчивость (зависящая в общем случае от радиотехнических параметров каналов: рабочей частоты, отношения сигнал-шум, максимальных межмодовых задержек и разности доплеровского смещения частоты принимаемых лучей), максимальная скорость передачи информации (зависящая от межмодовых задержек), минимальная мощность излучения связного сигнала, диапазон рабочих частот связи (простирающийся от наименьшей наблюдаемой частоты до максимально наблюдаемой частоты радиолинии).

Рис. 1.17. Шунтовый диапазонный вибратор: а) - конструкция; 6) - упрощенная эквивалентная
схема
Для работы в широком непрерывном диапазоне волн применяют вибраторы с пониженным волновым сопротивлением (диполь Надененко), диапазонные шунто-вые вибраторы и плоские самодополнительные вибраторы.
Шунтовые диапазонные вибраторы (рис. 1.17, а), применяемые на декаметровых волнах, могут выполняться как в проволочном, так и в жестком варианте. Шунт 3-4-7 одновременно выполняет функции крепления. Упрощенная эквивалентная схема антенны представлена на
рис. 1.17, б. При соответствующем подборе геометрических размеров вибратора и шунта реактивная составляющая разомкнутого отрезка эквивалентной линии 3-5-6-4 компенсируется реактивным входным сопротивлением замкнутого отрезка 3-7-4. При этом удается получить удовлетворительное согласование (КБВ > 0,3) примерно в пятикратном диапазоне волн (0,15 < /Д < 0,65). Угол добычно не превосходит 45°, причем с увеличением этого угла возрастает неравномерность ДН в Я-плоскости (максимум излучения направлен в сторону, противоположную шунту).
Для уменьшения массы вибраторов при большом их диаметре в декаметровом диапазоне целесообразнее использовать провода, расположенные по образующей цилиндра (так называемый диполь Надененко, рис. 1.18). При расчете входного сопротивления диполя Надененко его можно заменить сплошным цилиндром с эквивалентным диаметром
, — Изоляторы
d3KB = d Цпд/d , гдей- число проводов (обычно п = 6 -S-8); 8 - диаметр проводов; d -диаметр диполя Надененко.
При питании диполя Надененко линией с волновым
сопротивлением 300 Ом в диапазоне 0,16 < /Д < 0,65 значение КБВ не падает ниже 0,3, в более чем четырехкратном диапазоне. Улучшение согласования может быть достигнуто применением проволочного варианта шунтового питания.

Рис. 1.18. Диполь Надененко