Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 90

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

где _ _ _

Zpp= (E - Spp)-1 (E + Spp),

ф = (E - Spp)- 2Sp.*Uinc. Далее подсоединим к системе многополюсник ЛМ-2 с размерностью 2N, который описывает линейные элементы моделей переключающих элементов, входящих в нели­нейную подсхему, и линейные элементы согласующих цепей, входящих в состав РАЭ. ЛМ-2 соединяется с нелинейным многополюсником в сечении а - а . Режимы групп вхо­дов многополюсника ЛМ-2 будем характеризовать векторами нормированных токов и напряжений. Он состоит из идентичных четырехполюсников и описывается матрицей импедансов ZS

Z S

В результате выражение (2) преобразуется к виду

ua= zL- ia+ ФЕ . (3) Соотношение (3) представляет собой полный закон Ома в матричной форме, из чего следует, что в данном случае Z - это матрица собственных и взаимных сопротивленийлинейной подсхемы со стороны сечений а а, а ф - вектор, описывающий источники

ЭДС, пересчитанные к этим сечениям.

Представленные выше выражения позволяют перейти к составлению уравнений со­стояния. В дальнейшем они также могут быть использованы для расчета параметров РАЭ. Для получения уравнений состояния системы, представленной на рис.1, воспользу­емся методикой, предложенной в [6]. В качестве переменной состояния выбирается (а). Связь между векторами      (') и 1^ (') можно записать в виде

1^ (') = 9?{и^ (')}. (4) Преобразуем выражение (4) к более удобному виду:

1а(') + 9?{1а 0. (5)

Если в качестве переменных состояния выбрать вектор 1а(*п), то уравнение со­стояния РАЭ во временной области имеет вид:

б(>п),') = ^8п\а{упУ*-' + 9?{ |^ааГ>п+ ФЕ('){ = 0. (6)

п=— N Уп=—Ы {

Решение этого уравнения позволяет найти переменные состояния и перейти к опре­делению вектора выходных параметров РАЭ. Определим систему выходных уравнений РАЭ. Отклик РАЭ может зависеть от уровня входного воздействия, а также в нем могут содержаться новые частотные составляющие, так как в составе РАЭ присутствуют нели­нейные элементы, что приводит к необходимости описания РАЭ большим числом пара­метров, чем традиционные антенны, которые являются линейными устройствами. Систе­ма выходных уравнений РАЭ в матричной форме имеет вид:

ЪУ(У„)

u r ш )

V ZSa     ZSS J

(7)

Это соотношение является матричной записью системы выходных уравнений и описывает реакцию РАЭ в сечениях у-у и S — S на заданные входные воздействия.

Таким образом, для предложенной нелинейной модели РАЭ, учитывающей свойст­ва переключающих элементов, получены уравнения состояния, позволяющие определить его нелинейный режим, и соотношения для определения параметров многополюсников, входящих в его схему.

Литература

1. Ягофаров Т. IDF Spring 2007: репортаж из столицы Подне-бесной // Компьютер­ное Обозрение. 2007. № 17-18 (586). С. 24-39.

2. Марчук Л.А. Пространственно-временная обработка сигналов в линиях радиосвя­зи. ВАС.- 1991. - 136 с.

3. Huff G.H., Feng J., Zhang S., Cung G., Bernard J.T. Directional Reconfigurable An­tennas on Laptop Computers: Simulation, Measurement and Evaluation of Candidate Integra­tion Positions // IEEE Trans. on AP. - 2004. - Vol. 52. - No. 12. - pp. 3220-3227.

4. RF Technologies for Low Power Wireless Communications // Ed. by T.Itoh, G.Haddad, J.Harvey. - N.Y.: J. Willey & Sons, 2001. - 468 p.

5. Шифрин Я.С., Лучанинов А.И. Антенны с нелинейными элементами. - Глава 10 в кн. Справочник по антенной технике // Под ред. Л.Д.Бахраха и Е.Г. Зелкина. - М.: ИПРЖР, 1997. - c. 207-234.

6. Лучанинов А. И., Шифрин Я. С. Математическая модель антенны с сосредото­ченными нелинейными элементами // Успехи современной радиоэлектроники. 2007. № 9.

С. 3-21.

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 90

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАМОЧНЫХ АНТЕНН В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ

В СОСТАВЕ ГРУППЫ

Чекан С.А.

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Республика Беларусь , 220013, Минск, ул. П.Бровки, д.6, кафедра антенн и устройств СВЧ, тел.: +375(17) 2938927; Е-mail: chekans@rambler.ru With use of a method of integral equations performances and loop aerial parameters in a regime of transfer as a part of group numerically are analysed. Agency of the passive loop aerial on performances active is explored. The analysis of isolation ratio between interrelating anten­nas is carried out.

Введение. Цель работы - исследовать характеристики и параметры рамочной ан­тенны в режиме передачи, расположенной в составе группы, а также степень взаимодей­ствия между рамочными антеннами. Анализ характеристик и параметров антенны в со­ставе группы требуется проводить при решении ряда задач электромагнитной совмести­мости. В ряде случаев рамочные антенны расположены в группах и взаимодействуют между собой через ближнее поле, что приводит к изменению их характеристик и пара­метров. В качестве основного параметра, характеризующего влияние антенн друг на дру­га, используется коэффициент развязки. Это величина, равная отношению мощности на входе активной рамочной антенны к мощности на входе пассивной рамочной антенны, выраженная в децибелах. Исследуется коэффициент развязки при различных случаях взаимного расположения взаимодействующих антенн.

Метод численного анализа. Расчет проволочных антенн предполагает решение двух задач - внутренней и внешней. Внутренняя задача заключается в нахождении рас­пределения тока в проводниках антенны по заданным их форме и размерам, длине волны и заданному способу возбуждения. По распределению тока может быть найдено входное сопротивление антенны. Зная распределение тока в проводниках антенн, можно вычис­лить коэффициент развязки между этими взаимодействующими антеннами. Внешняя за­дача заключается в определении поля излучения антенны в дальней зоне, по которому определяются диаграмма направленности, коэффициент направленного действия, поля­ризационные параметры антенны в режиме передачи.

Для решения внутренней задачи в работе использовался метод интегральных урав­нений. Используется интегральное уравнение Поклингтона для тока в тонком проводнике [1]. Интегральное уравнение сводилось к системе линейных алгебраических уравнений методом Галеркина с использованием кусочно-постоянных функций в качестве базисных и весовых. В результате численного решения системы линейных алгебраических уравне­ний для тока в проводнике определяется ток в каждом сегменте. По распределению тока в проводнике и заданному напряжению в зазоре возбуждения определяется входное со­противление. По распределению тока и геометрии проводника численно определяются поле проводника в пространстве в любой зоне и основные характеристики и параметры антенны - диаграмма направленности, коэффициент направленного действия.

Численное исследование проводилось с помощью разработанной программы чис­ленного моделирования проволочных антенн, в которой реализована математическая мо­дель проволочной антенны в режиме излучения.

Вначале проводилась оптимизация конструкции одиночной рамочной антенны -рис.1 А. Подбирались размеры проводников таким образом, чтобы была равна нулю реак­тивная часть входного сопротивления антенны, а активная была равна 50 Омам. Иссле­довалась рамочная антенна с двойной рамкой, длина периметра каждой рамки близка к длине волны. Рамки соединены параллельно и расположены в одной плоскости.

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 9 1

Рис. 1. Анализируемые конструкции

В процессе численного моделирования изменялись следующие размеры рамочной антенны:

рефлектор в виде системы параллельных проводников с размером в плоскости Х2 (плоскости Е) - Пв ; расстояние между плоскостью рефлектора и рамкой - ; расстоя­ние между проводниками рефлектора - й ; число проводников рефлектора - Ыт ;

в рамках изменялся зазор возбуждения - Ь\, длина стороны - Ьр и угол при вер­шине - в.

Геометрия рамочной антенны была оптимизирована на частоте 300 МГц, на кото­рой проводились все исследования.

Исследовалось взаимодействие двух рамочных антенн при различном взаимном расположении - антенны располагались в плоскости Е (рис. 1С), в плоскости Н (рис. Ш), а также при разном угле между их осями при первоначальном взаимном расположении в плоскости Е (рис. 1В). В каждом из этих случаев исследовался коэффициент развязки между антеннами, а также параметры активной рамочной антенны.

Результаты численного анализа. Оптимизированная рамочная антенна имеет сле­дующие размеры: Ь\ =16 мм; Ьр =252 мм; /? =68°;Ыт =9; й=106 мм; Пв =600 мм;

=150 мм; радиус всех проводников антенны 3 мм. Диаграммы направленности в плоскостях Е и Н антенны показаны на рис.2. На рисунке приведены также значения ко­эффициента усиления (О), отношения коэффициента усиления в прямом и обратном на­правлениях (Г/В), активной и реактивной частей входного сопротивления (Я, X) и коэф­фициента стоячей волны в линии с волновым сопротивлением 50 и 75 Ом.

СРРСН'2008

1-ч. 2 - 92пл.Е

Частстга= 300.0 МГц С =3.63 дБ 60      №13.02 дБ

30

пл.Н

130

1=1=   43.3 Ом

180 КСВ/75И.50

Х=   0.4 Ом КСВ/50И.01 Рис. 2. ДН изолированной рамочной антенны

При расположении в ближней зоне второй (пассивной) рамочной антенны такой же геометрии, расположенной по отношению к активной антенне в плоскости Е (рис. 1С, расстояние между центрами антенн 1)=0,7Л), диаграмма направленности активной ра­мочной антенны искажается. Главный максимум отклоняется от пассивной антенны (рис. 3), уменьшается коэффициент усиления в направлении, перпендикулярном плоско­сти рамки.

На рис.4 показана зависимость коэффициента развязки активной рамочной антенны в присутствии пассивной рамочной антенны такой же геометрии от волнового расстояния между ними Б/Х. Показаны две зависимости при расположении антенн друг относитель­но друга в плоскости Е и в плоскости Н. Как видно, с увеличением волнового расстояния между взаимодействующими антеннами коэффициент развязки увеличивается, соответ­ственно при этом уменьшается влияние пассивной антенны на характеристики активной.

Рис. 3. ДН в плоскости Е

Рис. 4. Зависимость коэффициента развязки 812 от Б/Х

Взаимодействие между антеннами в плоскости Е сильнее, чем в плоскости Н. На рис. 5 показан график зависимости коэффициента развязки (КР) от М - отношения между размерами взаимодействующих антенн. Расстояние между центрами антенн равно Л, антенны расположены в плоскости Е. На рис.6 показана аналогичная зависимость при расположении антенн в плоскости Н. Как видно из этих зависимостей, наименьший ко­

СРРСН'2008

1-ч. 2 - 9 ффициент развязки, следовательно, наибольшее взаимодействие наблюдаются при оди­наковых размерах взаимодействующих антенн.

 

 

і      ■ і

-1-■-1-■-

Є5

 

 

60

 

 

55

-

 

 

сч

і- 50

 

 

45

-

 

 

 

..........

 

 

 

 

 

 

40

 

 

35

 

і і

і              і і

Рис. 5. Зависимость КР от М, пл. Е

0,4

0 о

■1=

1,0

1,2

М

Рис. 6. Зависимость КР от М, пл. Н

На рис. 7 показана зависимость коэффициента развязки от угла между осями взаи­модействующих антенн. В этом пункте исследований пассивная рамочная антенна перво­начально располагалась в плоскости Е на расстоянии Л по отношению к активной ра­мочной антенне. Проводился поворот активной антенны вокруг оси ОУ (рис. 1В).

Рис. 7. Зависимость КР от угла между осями антенн

Выводы. Методом интегральных уравнений исследовано влияние пассивной ра­мочной антенны на характеристики активной рамочной антенны в случае их взаимного расположения в составе группы в ближней зоне. Показано, что взаимодействие двух ра­мочных антенн сильнее при их расположении в плоскости Е. Минимальный коэффициент развязки имеет место при одинаковых размерах рамочных антенн, т.е. рассчитанных на одну и ту же среднюю частоту. Взаимодействие рамочных антенн проявляется в замет­ном изменении их диаграммы направленности, коэффициента усиления и незначитель­ном изменении входного сопротивления. Степень изменения параметров активной ра­мочной антенны увеличивается с уменьшением волнового расстояния между антеннами.

Литература

1. Вычислительные методы в электродинамике. Под. ред. Р.Митры. - М.: Мир,

1977, 485 с.

СРРСН'2008

1-ч. 2 - 94

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДУЛЬНОЙ 10-ЛУЧЕВОЙ ЦИФРОВОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ

Чистюхин В.В., Лялин К.С., Орешкин В.И., Чиркунова Ж.В. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный институт электронной техники

(технический университет)» 124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д.5, кафедра МРТУС, Тел. (+7 495) 530-95-41, e-mail: mrtus@miee.ru This report proposes research results under designing of 2.4 - 2.45 GHz multibeam modu­lar 12-element Digital Antenna Array (DAA or Smart Antenna). Problems such as quadrature division method choosing, ADC parameter analysis and element parts selection for DAA which occur during DAA design process and their overcoming results are presented. In conclusion the appearance of DAA are presented too.

Введение. В настоящее время бурными темпами идет развитие беспроводных сис­тем связи и беспроводных сетей передачи данных. Одними из основных проблем являют­ся ограниченное использование частотных ресурсов и вопросы помехозащищенности ра­диоканалов. Решением проблем такого рода может выступать использование технологий пространственного разделения каналов, на базе цифровых антенных решеток (ЦАР) с возможностью цифрового диаграммообразования (ЦДО).

ЦАР представляет собой антенную решетку, в которую интегрированы цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, а также процессор, которые решают задачу анализа и обработки сигнала и радиообстановки в целом с последующим построе­нием необходимой диаграммы направленности (ДИ) для адаптивного подавления помех и пространственного разделения каналов. В конечном итоге, путем решения этих про­блем ЦАР позволяет улучшить характеристики покрытия и увеличить емкость сетей пе­редачи данных.

Основная часть. В данном докладе рассмотрена система адаптивного приёма с пространственным разделением сигналов на базе многолучевой цифровой антенной ре­шётки (ЦАР) диапазона частот 2400...2450 МГц. В качестве макета системы адаптивного приёма была выбрана 12-тиэлементная 10-лучевая антенная решётка, принимающая сиг­налы от 10 независимых приёмопередатчиков. Для решения задачи пространственного разделения пользователей необходимо сформировать 10 независимых лучей, другими словами необходимо реализовать алгоритм получения диаграммы направленности задан­ной формы. Проектируемая 12-элементная решетка состоит из трех независимых 4-элементных модулей, что предполагает возможность наращивания количества элемен­тов или использование каждого из модулей отдельно.

Задача создания 10 лучей на сегодняшний день крайне трудно реализуема в АФАР, поскольку требует параллельного подключения 10 высокочастотных фазовращателей, что приводит к падению уровня входного сигнала как минимум на 10 дБ, по каждому каналу, и необходимости создания сложной системы управления. В ЦАР падение усиле­ния по каждому лучу не происходит, поскольку разделение каналов осуществляется по­средством копирования цифрового кода без потерь уровня.

Прежде всего, при разработке подобной системы необходимо определиться с часто­той дискретизации сигнала и схемой канала ЦАР, поскольку от них напрямую зависит элементная база системы. ^пример, схема, в которой сигнал дискретизируется на про­межуточной частоте, потребует более быстрого АЦП, а схема с дискретизацией на низ­кой частоте не так требовательна к АЦП, но требует максимальной идентичности кана­лов, чего при использовании аналоговых устройств в канале не легко добиться. Кроме выбора частоты, также следует определить, где будет происходить выделение квадратур­ных составляющих, до или после оцифровки сигнала.

Рассмотрим два наиболее общих способа получения квадратурных составляющих:

СРРШ'2008

I-ч. 2 - 9 5

- получение квадратур аналоговыми средствами и далее преобразование каждой из квадратур в цифровой вид с помощью аналого-цифрового преобразования;

- выполнение аналого-цифрового преобразования, и разделение на квадратуры в цифровом виде.

Построение цифрового приемника с разделением квадратур аналоговыми средства­ми имеет свои недостатки:

- из-за применения аналоговых смесителей и фильтров трудно получить одинако­вые характеристики для двух квадратур;

- нарушается ортогональность преобразования, вследствие возможной нестабиль­ности синтезаторов;

- неравномерность фазовой характеристики из-за наличия нелинейных элементов. В данном случае требования к скорости преобразования АЦП невысокие и в основ­ном определяются шириной информационного спектра.

Вариант построения цифрового приемника с разделением квадратур цифровыми средствами лишен недостатков предыдущей схемы, и предоставляет широкий спектр возможностей по цифровой обработке сигнала, а вследствие того, что цифровой фильтр обладает значительно большей по сравнению с аналоговым фильтром крутизной, это по­зволяет с большей точностью выделять сигнал цифровыми методами. Но такая схема требует применения широкополосного быстродействующего АЦП и быстродействующих схем цифровой обработки.

Учитывая вышесказанное, важной задачей является выбор АЦП, использующихся в системе. Искажение сигнала при оцифровывании напрямую зависит от параметров АЦП. Поэтому, при проектировании ЦАР проводилось исследование, с целью определить ми­нимальное количество уровней квантования необходимое для оцифровки сигнала с ми­нимальными искажениями. Кроме того, на требуемую величину количества уровней квантования влияет количество элементов решетки, поэтому при проектировании антен­ны следует помнить, что для достижения заданного динамического диапазона может по­требоваться большее количество уровней квантования, при уменьшении количества эле­ментов решетки.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа