Автоматизація вимірювань поляризаційних параметрів електромагнітних хвиль
Доведення теорем поляризаційного аналізу. Дослідження похибки вимірювання. Порівняння ортогональних поляризаційних базисів. Синтез вимірювачів параметрів поляризації. Характеристика поляризації антен. Програма моделювання автоматизованих вимірювачів.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 25.08.2014 |
| Размер файла | 54,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Національний авіаційний університет
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Спеціальність: 05.12.17 “Радіотехнічні та телевізійні системи”
АВТОМАТИЗАЦІЯ ВИМІРЮВАНЬ ПОЛЯРИЗАЦІЙНИХ ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ
Фецун Андрій Володимирович
Київ-2006
Дисертація є рукопис.
Робота виконана в Національному авіаційному університеті Міністерства освіти і науки України.
|
Науковий керівник - |
доктор технічних наук, професор,заслужений діяч науки і техніки України ІЛЬНИЦЬКИЙ Людвіг Якович, Національний авіаційний університет, професор. |
|
|
Офіційні опоненти - |
доктор технічних наук, професор,заслужений діяч науки і техніки України НОВІКОВ Володимир Стефанович, Національний авіаційний університет, професор;кандидат технічних наук, старший науковий співробітник ФЕДОРОВ Павло Миколайович, Центральний науково-дослідний інститут озброєння та військової техніки ЗС України,Міністерство оборони України, начальник науково-дослідного відділу. |
|
|
Провідна установа - |
ВАТ “Науково-виробниче підприємство “Сатурн”, м. Київ. |
Захист відбудеться 15.06. 2006 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.062.08 при Національному авіаційному університеті за адресою: 03058, м. Київ-58, пр. Космонавта Комарова, 1, НАУ.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці НАУ за адресою: 03058, м. Київ-58, пр. Космонавта Комарова, 1.
Автореферат розісланий 14.05. 2006 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради В.М. Шутко
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Поляризаційна характеристика антени входить до групи параметрів, що характеризують антену за полем випромінювання і повністю визначається положенням вектора напруженості електричного поля у хвильовій площині. Оскільки будь-яка радіолінія ефективно працює при поляризаційно узгоджених антенах, то до поляризаційних властивостей антен, до їх дослідження та формування увагу почали звертати з перших етапів розвитку радіотехніки.
В нинішніх умовах особливості поляризації електромагнітної хвилі широко використовують в супутникових телекомунікаційних системах, в радіорелейних лініях зв'язку, системах розпізнавання об'єктів, радіосистемах спеціального призначення. Досить навести приклади електродинамічних процесів, що ґрунтуються на поляризаційних характеристиках сигналів, таких як: поляризаційне ущільнення каналів, підвищення ефективності мобільних супутникових телекомунікаційних та наземних мікрохвильових інформаційних систем (поляризаційна адаптація); розширення можливостей метеорологічних радіолокаційних станцій (виявлення переохолоджених водяних крапель для забезпечення безпеки польотів літаків, ідентифікація типів метеорів, оцінка інтенсивності дощу, тощо); вирішення проблем електромагнітної сумісності (ЕМС); підвищення ефективності мікрохвильової інформаційної діагностики та терапії і таке інше, щоб показати значимість поляризаційних явищ для сучасних радіоелектронних систем (РЕС).
При розв'язанні багатьох задач радіотехніки часто використовують поляризаційні властивості антен. Так, наприклад, застосовуючи поляризаційно розв'язані антени можна забезпечити ЕМС радіотехнічних засобів, розташованих на обмеженій території. За допомогою зміни поляризаційних характеристик радіолокаційних антен збільшують рівень сигналів на фоні інтенсивних завад. У загальному випадку, при проектуванні, чи розрахунку радіоліній і радіотрас будь-якого призначення обов'язково потрібно враховувати поляризаційні характеристики антен.
Виходячи із практики експлуатації побудови РЕС і теоретичних аспектів були створені міжнародні і національні вимоги на норми до поляризаційних характеристик антен і до рівня кросполяризації.
Це формує проблематику з розробки автоматичних вимірювачів, які зможуть визначати певні параметри поляризації для різних напрямків застосування. Аналіз методів вимірювання параметрів поляризації засвідчив, що навіть на засадах метода автоматизованих вимірювань поляризаційних характеристик антен не створено пристроїв, за допомогою яких можуть проводитись ці вимірювання. Проведений патентний пошук показав що відсутні автоматичні вимірювачі які працювали б як у коловому або еліптичному, так і в лінійному базисах, які б вимірювали усі параметри поляризації електромагнітної хвилі (ЕМХ) та не вимагали б участі оператора у процесі вимірювань. Вимірювання параметрів поляризації необхідно забезпечувати у широкому частотному діапазоні та здійснювати вимірювання всіх параметрів поляризації, а саме коефіцієнта еліптичності, напряму обертання поляризаційного еліпса та кута нахилу поляризаційного еліпса. Існуючі пристрої вимірювання поляризації не здійснюють одночасне визначення усіх параметрів поляризації, а також не здатні адаптуватися до вимірюваної поляризації електромагнітної хвилі.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана за реальними потребами галузі зв'язку України. Основні результати роботи спрямовані на виконання державних програм розвитку галузі зв'язку України і використані в науково дослідній темі, яка проводилась на замовлення Центру “Укрчастотнагляд” “Адаптивні антенні системи для моніторингу безпроводових засобів зв'язку”.
Мета і задачі дослідження. Метою досліджень є теоретичне обґрунтування принципів побудови, синтез і електронне моделювання автоматичних вимірювачів параметрів поляризації ЕМХ.
Об'єктом досліджень є процес вимірювання поляризаційних параметрів ЕМХ.
Предметом досліджень є методи та автоматичні засоби для вимірювання поляризаційних параметрів ЕМХ.
Методи дослідження. При розв'язанні поставлених задач у роботі використаний апарат векторної алгебри, комплексний метод, диференціальний аналіз, теорія електронних кіл, електродинамічна теорія випромінюючих систем, електронне моделювання для перевірки достовірності отриманих результатів.
Наукова новизна визначається такими отриманими науковими положеннями:
1. Сформульовано та доведено теореми, які визначають технологію поляризаційного аналізу. Показано яким чином можна привести результати розкладання хвилі в ортогональному лінійному поляризаційному базисі до канонічного вигляду, доведена можливість використання для поляризаційного аналізу антени з будь-якою еліптичною поляризацією.
2. Визначені залежності похибки поляризаційного аналізу від точності установки випробувальної антени з лінійною поляризацією. Виведенні співвідношення для обчислення похибок розрахунку параметрів поляризації за результатами експериментального дослідження.
3. Теоретично обґрунтована можливість оцінки поляризаційних параметрів електромагнітної хвилі за допомогою поляризаційно адаптованих антен. Вперше показано, що процес поляризаційної адаптації є збіжним.
4. Розроблені різні типи автоматичних вимірювачів поляризаційних характеристик антен, які відрізняються від відомих вимірювачів наступним: повнотою вимірювань, процес вимірювання відбувається без втручання оператора, широким діапазоном вимірювань від 400МГц до 60 ГГц, високою чутливістю і точністю (похибка вимірювань не перевищує 1%), вибором відповідного поляризаційного ортогонального поляризаційного базису в залежності від типу прийнятої електромагнітної хвилі, поляризаційною адаптацією антенної системи автоматичних вимірювачів до поляризації прийнятої електромагнітної хвилі.
Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці вимірювачів параметрів поляризації електромагнітних хвиль, які можуть бути корисними при розв'язанні широкого кола науково-технічних задач. А саме, при проведенні радіомоніторингу, для дослідження поширення електромагнітних хвиль, для сертифікації антенної техніки, налагодження систем зв'язку та для забезпечення електромагнітної сумісності. Запропоновані такі автоматичні вимірювачі поляризації, які є здатними в стаціонарних та польових умовах з великою точністю і повнотою визначати параметри поляризації. За результатами досліджень був отриманий деклараційний патент України №67384 А, пріоритет від 10.09.03 р. та реалізовані виключні майнові права на цей винахід засвідчені ліцензійним договором від 01 грудня 2004 р. Зроблене заключення Центру інтелектуальної власності та передачі технологій Національної академії наук України № 27 від 19.11.2004 р., про вартісну оцінку виключних майнових прав на винахід, засвідчених деклараційним патентом України №67384 А.
Розроблена методика проведення вимірювань параметрів поляризації за допомогою зразкових антен. Розроблена методика використовується випробувальною лабораторією Центру “Укрчастотнагляд” №UA 6.002.H.721., про що є акт впровадження. А також запропонована методика вимірювання параметрів поляризації електромагнітних хвиль за допомогою адаптивних антен.
Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є результатом самостійного дослідження. У дисертацію увійшли результати, отримані у співавторстві і за безпосередньою участю здобувача. У опублікованій статті [1] розглянуте питання забезпечення вимірювання параметрів поляризації радіохвиль у системах зв'язку з поляризаційно-модульованими сигналами. В матеріалах [2] оцінена похибка обчислювального пристрою для вимірювання коефіцієнта еліптичності. У роботі [3] сформульовані та доведені теореми, які визначають технологію поляризаційного аналізу. В двадцятирічному патенті на винахід [4] розроблена та запатентована структурна схема автоматизованого вимірювального комплексу для радіомоніторингу електромагнітного поля, який крім визначення поляризації хвилі ще визначає напрям приходу хвилі та напруженість електромагнітного поля. В деклараційних патентах на винаходи [5], [6] розроблені структурні схеми та запатентовані автоматичні вимірювальні пристрої для визначення параметрів поляризації електромагнітних хвиль, які розкладають електромагнітну хвилю відповідно у лінійному ортогональному поляризаційному базисі [5] та коловому і еліптичному ортогональних поляризаційних базисах [6]. В заявці на отримання двадцятирічного патенту [7] розроблений вимірювач поляризації електромагнітних хвиль з адаптивною антеною. У статті [8] розглянута можливість використання симетричного вібратора для вимірювання поляризаційних характеристик електромагнітних хвиль. Показано що при ортогоналізації коливань з обертовою поляризацією джерелами похибки є неправильна орієнтація вібратора у просторі. Виведені кількісні співвідношення, що описують значення похибок обумовлених відхиленням вібратора у просторі, а саме, відхилення вібратора від вектора Н в площині фронту лінійно-поляризованої хвилі, а також відхилення від вектора Н в площині Н. Це має велике значення для оцінки ортогональних складових у випадку обертових поляризацій. У роботі [9] проводиться аналіз коефіцієнтів чутливості до похибок вимірювання коефіцієнта еліптичності у пристроїв, які розкладають електромагнітну хвилю, як у лінійному, так і коловому поляризаційному базисі. Отримані співвідношення, які характеризують коефіцієнт чутливості до зміни параметрів Дr, ?m, ?г, та Дш у лінійному базисі і Дr у коловому поляризаційному базисі. В матеріалах опублікованих в [10], описаний вимірювач з адаптивною антеною до поляризації прийнятої хвилі. Процес самонастроювання відбувається лиш за одним критерієм - коефіцієнтом поляризаційного узгодження, який є усередненим і тому залежність точності вимірювання параметрів поляризації від спектру сигналу суттєво зменшується. В статті [11] наведена методика дослідження поляризаційних характеристик антени і представлена математична модель антени. На прикладі дослідження турнікетної антени ілюструється спосіб зняття поляризаційних характеристик: визначення коефіцієнту еліптичності і кута нахилу поляризаційного еліпсу і напрямку його обертання. У матеріалах опублікованих [12] досліджується залежність коефіцієнта поляризаційного узгодження від просторової орієнтації турнікетної антени з метою забезпечення електромагнітної сумісності шляхом повної поляризаційної розв'язки антен. В статті [13] розглядаються теоретичні аспекти розкладання антеною системою електромагнітної хвилі на ортогонально поляризовані складові. У опублікованих матеріалах [14, 15] надані різні типи вимірювачів поляризаційних характеристик антен.
Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідались і обговорювались на міжнародній науково-технічній конференції “АВІА-2001” (Київ, 2001), “АВІА-2002” (Київ, 2002), “АВІА-2003” (Київ, 2003), “АВІА-2004” (Київ, 2004), наукова-технічна конференція “Політ-2003” (Київ, 2003), ІV-th International Conference on Antenna theory and techniques (Севастополь, 2003), 6-та Міжнародна науково-технічна конференція, “Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та комп'ютерної інженерії” (“TSET'2004”) (м. Львів-Славсько, 2004), V-th International Conference on Antenna theory and techniques, (м. Київ, 2005).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 15 друкованих праць, у тому числі 3 статті у фахових науково-технічних журналах [1-3], визначених ВАК України, патенті на винахід [4], 2 деклараційних патентах на винаходи [5, 6] та заявці на винахід [7], крім того, результати додатково відображені у 8 доповідях та збірниках праць конференцій [8-15].
Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Список використаних джерел вміщує 112 найменувань. Загальний об'єм роботи складає 143 сторінки, ілюстрованих 40 рисунками, і 4 таблиці. У додатках наведений акт впровадження результатів дисертаційної роботи та заключення Центру інтелектуальної власності та передачі технологій Національної академії наук України №27 від 19.11.2004 р., про вартісну оцінку виключних майнових прав на винахід, засвідчених деклараційним патентом України №67384 А та копія першої та останньої сторінки ліцензійної договору (від 01 грудня) з продажу виключної ліцензії на використання винаходу, що охороняється “Деклараційним патентом ” № 67384 А, пріоритет від 10.09.03 р.
основний зміст
У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, визначені мета і завдання дослідження, відображено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.
У першому розділі сформульовані завдання дослідження, проведений ґрунтовний аналіз методів вимірювання параметрів поляризації ЕМХ.
Поляризаційна характеристика антени входить до групи параметрів, що характеризують антену за полем випромінювання, тобто до параметрів, які визначаються за структурою електромагнітних хвиль у просторі. Найбільш широке використання поляризаційних характеристик антен набуло у супутникових та радіорелейних системах зв'язку. І тому були сформовані міжнародні і національні вимоги на норми до поляризаційних характеристик антен і до рівня кросполяризації. Бажання підвищити удвічі пропускну здатність системи супутникового зв'язку призвело до того, що сучасні системи супутникового зв'язку використовують так званий режим поляризаційного узгодження. Використовується можливість передачі (прийому) різних інформаційних потоків на одній і тій самій частоті у двох незалежних між собою каналах передачі (прийому) на двох ортогональних поляризаціях. Розглянуті такі системи супутникового зв'язку, як: Intelsat, Интерспутник. Розглянуті російські державні стандарти до параметрів антен для земних станцій супутникового зв'язку. Якщо антена земної станції не задовольняє вимогам системи Intelsat, то така станція не може бути допущена до роботи в складі системи. Так наприклад згідно з п.1.3 IESS (Intelsat earth station standards) Document IESS-101 (Rev.29), 1994 для стандартів А, В, D і F при роботі з коловою поляризацією аксіальне відношення повинно бути не більше 1,06 (що відповідає поляризаційній розв'язці 30,7 дБ). Реальним шляхом підвищення пропускної здатності радіорелейної системи є використання поляризаційного ущільнення. Важливим фактором, який впливає на якісні показники роботи радіорелейних систем, які працюють у режимі поляризаційного ущільнення, є кросполяризаційна розв'язка антен.
З допустимого рівня завад випливають вимоги до кросполяризаційної розв'язки в антені, яка призначена для роботи на РРЛ з поляризаційним ущільненням: не менше 35 дБ (високі вимоги); не менше 30 дБ (стандартні вимоги).
Можна очікувати, що подальше зростання швидкостей інформаційних потоків буде вимагати підвищення вимог до рівня кросполяризаційної розв'язки до 40 дБ.
Розглянуті у першому розділі дисертації вимоги до антен обумовлюють кросполяризаційну розв'язку в межах від 20 до 38 дБ. Звідси випливає, що вимірювач поляризаційних характеристик повинен виявляти напруженості поляризаційних хвиль на два порядки менше рівня основної поляризації. Це означає, що розрізнювальна здатність вимірювача мусить складати приблизно 10-4 Еосн., де Еосн. - напруженість хвилі основної поляризації. В наведених вимогах не розглядаються норми на швидкодію вимірювальних пристроїв. Але з огляду на цілі радіомоніторингу та при дослідженнях особливостей поширення радіохвиль вимірювання повинні здійснюватися лише автоматизовано з великою швидкодією тому, що вимірювачі досить часто розміщують на автомобілях, а самі вимірювання виконують під час руху. Отже, процес вимірювання повинен бути швидкоплинним і для забезпечення достовірності результатів вимірювань під час руху автомобіля-лабораторії швидкодія мусить бути на рівні 0,25...0,5 с для відпрацювання показів приладу.
Огляд методів вимірювання поляризаційних параметрів дає можливість розробляти вимірювальну апаратуру з різними характеристиками. Оскільки ні в технічній літературі, ні в стандартах на поляризаційні вимірювання не приводять переваг одних методів над іншими то це означає, що поки що немає таких засобів вимірювання які б були універсальними і придатними для переважної більшості процесів вимірювання. З огляду на останні тенденції в вимірювальній техніці окрема увага приділена методам автоматизованих вимірювань поляризаційних характеристик антен, які і формують вимоги до автоматичних вимірювачів на основі сучасних досягнень в обчислювальній техніці, автоматизації вимірювальних процесів і технології виробництва радіоелектронних засобів. Розв'язанні цієї задачі присвячена другий та третій розділ дисертації.
У другому розділі сформульовано та доведено 3 теореми для проведення поляризаційного аналізу та проведений аналіз похибок вимірювання. А також проведене порівняння лінійного та колового ортогональних поляризаційних базисів.
Теорема 1. Вираз, що описує будь-яку обертову поляризацію, можна привести до канонічного вигляду (1) шляхом зміни моменту початку відліку часу і поворотом системи координат.
, (1)
де - орти прямокутної системи координат, - комплексна амплітуда напруженості поля, - коефіцієнт еліптичності.
Теорема 2. Дві ортогональні еліптично поляризовані хвилі з попарно однаковими фазами і амплітудами лінійно поляризованих складових напруженості поля представляють собою лінійно поляризовану хвилю.
Отже, теорема 2 дає можливість будь-яке лінійно-поляризоване коливання представити як суму двох ортогонально еліптично поляризованих коливань.
Теорема 3. Хвиля з довільною обертовою поляризацією може бути розкладена на дві ортогональні еліптично поляризовані компоненти з заданим коефіцієнтом еліптичності. Теорема 3 дає можливість зробити такий висновок: будь-які дві ортогональні еліптично поляризовані хвилі представляють собою еліптично поляризоване коливання в іншому поляризаційному базисі.
При розкладанні хвилі у лінійному ортогональному поляризаційному базисі, очевидно, що точність вимірювання поляризаційних характеристик визначається точністю ортогоналізації - розкладення хвилі на дві лінійно поляризовані складові.
У другому розділі розглянуті похибки вимірювання, які викликані неточною ортогоналізацією. Розглянуті такі випадки:
а)відхилення вібратора в площині фронту хвилі;
б)вплив магнітної складової поля випромінювання;
в)вплив електричної складової поля при відхиленні вібратора в площині Н.
Отриманий коефіцієнт поляризаційного узгодження виражається як:
, (2)
де µ - магнітна проникність матеріалу стержня; а - радіус стержня; б, в - кути відхилення відповідно від осі оx та осі oy; k - хвильове число.
У другому розділі подається порівняння лінійного та колового поляризаційних базисів, проводиться аналіз коефіцієнтів чутливості до похибок вимірювання коефіцієнта еліптичності у пристроїв, які розкладають електромагнітну хвилю, як у лінійному, так і коловому поляризаційному базисі.
Отримані співвідношення, які характеризують коефіцієнти чутливості до зміни коефіцієнта еліптичності r, модуля поляризаційного відношення m, кута нахилу еліпса г і фази поляризаційного відношення ш.
Третій розділ присвячений синтезу автоматичних вимірювачів параметрів поляризації ЕМХ усіх 3 категорій. Розроблено шість структурних схем автоматичних вимірювачів, але в авторефераті подані лише дві. В розділі також розроблені методики вимірювання поляризаційних характеристик антен з використанням зразкових та адаптивних антен.
Різномаїття техніки, яке використовується для вимірювання поляризації електромагнітних хвиль, може бути в загальних рисах розподілене на три категорії:
1) обладнання, яке надає часткову інформацію про поляризаційні характеристики ЕМХ або антени;
2) обладнання, яке надає повну інформацію про поляризаційні властивості антени, але вимагає порівняння з поляризаційним стандартом;
3) обладнання, яке надає повну інформацію про поляризаційні властивості антени, але не потребує поляризаційного стандарту або іншої апріорної інформації про поляризаційні характеристики антени.
Деякі з розроблених автоматичних вимірювачів параметрів поляризації використовують лінійний ортогональний поляризаційний базис і їх принцип дії ґрунтується на відомих співвідношеннях. Так наприклад вимірюючи значення амплітуд Е і Е і фазового зсуву , знаходимо основні параметри поляризаційного еліпса [4]. Кут нахилу великої осі еліпса відносно осі
(3)
і коефіцієнт еліптичності
, (4)
де m= Е / Е - відношення амплітуд взаємно перпендикулярних складових (модуль поляризаційного відношення).
Знак коефіцієнта еліптичності визначається фазовим зсувом , який задає напрям обертання вектора напруженості електричного поля, що створюється досліджуваною хвилею. Отже, для визначення поляризаційних характеристик поля необхідно виміряти три величини Е, Е і . Для цього пропонується використати схему, яка зображена на рис. 1, де ЛАС - лінійна антенна система;
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 1 Функціональна схема пристрою для вимірювання параметрів поляризації.
БВЗ - блок визначення знаку; Д - детектор; К- конвертор; Г - гетеродин; БК - блок керування; БКК - блок керування конверторами; БКП - блок керування підсилювачами; П- підсилювач; СРМ - сумарно-різницевий міст; БОС - блок обробки сигналів; І - індикатор. Для отримання складових напруженості поля використовується лінійна антенна система, яка розкладає хвилю в лінійно-ортогональному базисі. Така система створюється з використанням турнікетної, рупорної або дзеркальної антени. Але незалежно від способу реалізації антена система повинна задовольняти таким умовам:
а)поляризаційна розв'язка між антенами А і А повинна бути досить великою (більшою 30 дБ); автоматизований вимірювання поляризація антена
б)діючі довжини антен А і А повинні бути однаковими. Різниця діючих довжин вносить безпосередню похибку в визначення відношення m;
в)узгодження кожної з антен з навантаженням повинно бути однаковим. Структурна схема складається з двох ідентичних каналів для ортогональних складових. Всі необхідні величини визначаються БОС.
Побудовані автоматичні вимірювачі поляризації електромагнітних хвиль з поляризаційно-адаптивною антеною. Для них використовуються антени, які також розкладають електромагнітну хвилю в ортогональному поляризаційному базисі. Для кожної складової хвилі у відомих пристроях створюється два канали, сигнали яких несуть необхідну інформацію. Цю інформацію отримують безпосереднім вимірюванням амплітуд сигналів і зсуву фаз. В випадку гармонічних сигналів такий метод забезпечує досить високу точність. Коли ж маємо справу зі складними сигналами, спектри яких можуть бути широкими, то точність вимірювання параметрів знижується.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.2. Схема самонастроювальної антени
Тому, враховуючи сучасні умови експлуатації систем телекомунікацій, виникає потреба в розробці автоматизованого вимірювального комплексу, точність якого б мало залежала від видів модуляції і характеру зміни сигналів в часі.
Створити такий вимірювач можна на дещо відмінних засадах. А саме, на засадах адаптації антени до поляризації електромагнітної хвилі. Процес самонастроювання відбувається лиш за одним критерієм - коефіцієнтом поляризаційного узгодження, який є усередненим і тому залежність точності вимірювання параметрів поляризації від формату сигналу суттєво зменшується.
Самонастроювання здійснюється адаптивним процесором. Для цього вихідна напруга антени детектується. Якщо детектор квадратичний, то сигнал з його виходу пропорційний потужності сигналу на виході антени, якщо детектор лінійний, то в процесорі відбувається піднесення напруги з виходу детектора до квадрату. Отже, сигнал з виходу детектора Uд представляє собою в певному масштабі коефіцієнт поляризаційного узгодження. Процесор шляхом послідовних наближень встановлює спочатку необхідне значення кута шА, а потім і параметр б.
У четвертому розділі розглянута можливість моделювання автоматичних вимірювачів параметрів поляризації, що здійснюється за допомогою розробки математичної моделі процесу вимірювання параметрів поляризації. У відповідності з розробленою математичною моделлю вимірювань поляризаційних параметрів створений програмний продукт. Цей метод досліджень є менш витратним і може бути корисним при теоретичному дослідженні поляризаційних властивостей антен, так і у навчальному процесі. Програма дозволяє досліджувати різні ситуації, що не завжди можливо при безпосередньому вимірюванні. Як досліджувану антену вибирали турнікетну антену, так як ця антена забезпечує усі типи поляризації і тому є цікавою для демонстрації. Для приймальної антени велике практичне значення має коефіцієнт поляризаційної узгодженості , що характеризує ступінь відповідності поляризаційних властивостей приймальної антени з поляризацією падаючої на антену хвилі.
Вхідні дані для виконання досліджень представляють собою координати точки спостереження xM, yM, zM, значення напруженості поля Е0 і фазовий зсув 0. Ці дані вводяться у цифрову модель та є невідомими виконавцям роботи. Робота складається з трьох частин.
На першому етапі досліджень необхідно визначають напрям приходу хвилі, щоб побудувати картину площину і зняти поляризаційну характеристику.
На другому етапі досліджень знімають поляризаційну характеристику електромагнітної хвилі, яка приймається.
На третьому етапі досліджень використовують турнікетну антену для прийому електромагнітної хвилі. Змінюючи її положення, можна керувати коефіцієнтом еліптичності, кутом нахилу та напрямком обертання поляризаційного еліпсу. Це дозволить зняти залежність вихідного сигналу від цих величин та визначити положення, при якому спостерігається повне поляризаційне узгодження та повна поляризаційна розв'язка. Змодельована поляризаційна характеристика ромбічної антени.
Висновки
1. Стан проведення автоматизованих вимірювань поляризаційних параметрів при сертифікації антенної техніки та при дослідженні поширення ЕМХ в Україні не відповідає сучасним вимогам, які висуваються до точності отриманих значень в сучасній радіотехніці. В існуючих державних методиках вимірювань поляризаційних параметрів процедура вимірювань виконується вручну. Аналіз методів вимірювання параметрів поляризації засвідчив, що нині не існують пристрої з автоматизованими вимірюваннями поляризаційних характеристик. Проведений патентний пошук показав що зараз немає автоматичних вимірювачів, які працювали б як у коловому (еліптичному), так і в лінійному базисах і які б вимірювали повністю усі параметри поляризації електромагнітної хвилі та не вимагали б участі оператора у процесі вимірювань. Згідно з існуючими стандартами та вимогами вимірювання параметрів поляризації необхідно забезпечувати у широкому частотному діапазоні та здійснювати вимірювання всіх параметрів поляризації, а саме коефіцієнта еліптичності, напряму обертання поляризаційного еліпсу та кута нахилу поляризаційного еліпсу. Відомі з технічної літератури пристрої вимірювання поляризації не здійснюють одночасне визначення повністю усіх параметрів поляризації, а також не можуть адаптуватися до поляризації електромагнітної хвилі.
2. Сформульовані та доведені 3 теореми за допомогою яких визначена технологія проведення поляризаційного аналізу. За допомогою доведених теорем можна здійснити перехід від колового ортогонального поляризаційного базису до лінійного ортогонального поляризаційного базису і навпаки. Ці теореми роблять незалежним процес вимірювань від наявних антен і спрощують використання будь-якого ортогонального поляризаційного базиса.
3. Виведенні співвідношення для обчислення похибок розрахунку параметрів поляризації за результатами експериментальних досліджень. Це дає можливість вибрати необхідний ортогональний поляризаційний базис для вимірювання відповідної поляризації прийнятої ЕМХ. Іншими словами, для вимірювання колової поляризації для підвищення точності доцільно застосовувати розкладання ЕМХ в лінійному ортогональному поляризаційному базисі, а при дослідженні лінійної поляризації - у коловому. Відповідно до визначеного базису наведені і рекомендації для вибору антени.
4. Виведені залежності похибки поляризаційного аналізу від точності установки випробувальної антени з лінійною поляризацією. Ця проблема виникає завдяки неточності ортогоналізації вібраторів приймальної антени. В роботі подається аналітичний вираз, який дає можливість врахувати неточність ортогоналізації при вимірюванні поляризаційних характеристик антен.
5. Розроблені різні типи автоматичних вимірювачів поляризаційних характеристик антен, що працюють в різних ортогональних поляризаційних базисах. Вони можуть бути використані для сертифікації антен, для проведення виносного контролю, налагодження систем зв'язку та дослідження характеристик поширення радіохвиль.
6. Розроблена методика проведення вимірювань параметрів поляризації за допомогою зразкових антен. Методика дає можливість компенсувати похибки, що обумовлені деполяризацією хвиль в радіолінії та може бути застосована в умовах антенних полігонів, при сертифікації антен. Розроблена методика використовується випробувальною лабораторією Центру “Укрчастотнагляд” №UA 6.002.H.721.
7. Вперше розроблено і запропоновано самонастроювальну адаптивну антену, яка дає можливість повністю автоматизувати процеси вимірювання параметрів поляризації в умовах радіомоніторингу мобільною станцією контролю. Процес адаптації відбувається за єдиним параметром, а саме потужністю прийнятого сигналу. Це дозволяє проводити процес адаптації без необхідності врахування спектру прийнятого сигналу, що додатково піднімає точність вимірювань.
8. Вперше запропоновано методику вимірювання параметрів поляризації електромагнітних хвиль за допомогою адаптивних антен.
9. Проведене експериментальне дослідження вимірювання поляризаційних параметрів, а саме відтворення на цифровій моделі дослідження поляризаційних властивостей турнікетної антени і порівняння теоретичних та експериментальних результатів. Розроблена математична модель турнікетної антени для дослідження її на ЕОМ та відповідно створений програмний продукт. Це дає можливість імітувати вимірювальні процеси як при роботі з вимірювальною апаратурою так і в реальному електромагнітному полі.
Список ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1.Ільницький Л.Я., Тичинський А.В., Фецун А.В. Забезпечення вимірювання параметрів поляризації радіохвиль у системах зв'язку з поляризаційно-модульованими сигналами //Зв'язок.-2003.-№ 6. с. 29 - 31.
2.Ільницький Л.Я., Фецун А.В. Оцінка похибок обчислювального пристрою для вимірювання коефіцієнта еліптичності//Проблеми інформатизації та управління: Збірник наукових праць: Випуск 9.К.:НАУ, 2004.-268 с.
3.Ильницкий Л.Я., Фецун А.В. Разложение антенной системой электромагнитной волны на ортогонально поляризованные составляющие//Радиоэлектроника.-2005.-№5-6-с.41-49. (Изв. вузов).
4.Патент на винахід, “Автоматизований вимірювальний комплекс для радіомоніторингу електромагнітного поля”, № 73443 від 15.07.05, Ільницький Л.Я., Звєрєв В.П., Фецун А.В., Щербина О.А.
5.Деклараційний патент на винахiд, “Пристрій для вимірювання параметрів поляризації”, №56024 А, від 15.04.2003, Тичинський А..В, Ільницький Л.Я., Фецун А.В.
6.Деклараційний патент на винахiд, “Вимірювач поляризаційних характеристик електромагнітної хвилі”, Ільницький Л.Я., Звєрєв В.П., Фецун А.В, №67384 А, від 15.06.2004.
7.Ilnytskiy L.Y., Fetsun A. V. The requirements to dipole orientation on the assumption of polarization orthogonalization. // Proc. of the ІV-th International Conference on Antenna theory and techniques, Sevastopol, Ukraine, 2003. - P.739-741.
8.Ilnytskiy L.Y., Fetsun A. V. The estimation of error in selection of orthogonal basis used for elliptical coefficient measurement. // International conf. “TCSET'2004”.-Lviv:Lviv Polytechnic, 2004.- P.119-121.
9. Ilnytskiy L.Y., Fetsun A. V. Adaptive antenna for measuring electromagnetic wave polarization parameters// Proc. of the V International Conference on Antenna theory and techniques, Kyiv, Ukraine, 2005.
10. Фецун А.В. Розробка імітаційної моделі для дослідження поляризаційних характеристик антен. // Матеріали міжнарод. наук. конф. студ. та молод. Учених “Політ-2003.” - Вип..3. - К.: НАУ. - 2003. - с. 238-241.
11. Ільницький Л.Я., Фецун А.В. Забезпечення електромагнітної сумісності з використанням поляризаційних характеристик антен. // Матер. V міжнар. науково-техн. конферен. АВІА-2003, Київ, Україна, - 2003. С. 22.132 - 22.135.
12. Ільницький Л.Я., Фецун А.В. Розкладання антеною системою електромагнітної хвилі на ортогонально поляризовані складові. // Матер. VІ міжнар. науково-техн. конферен. АВІА-2003, Київ, Україна, - 2003. С. 24.1 - 24.4.
13. Ільницький Л.Я., Фецун А.В., Шитіков О.В. Вимірювач поляризаційних характеристик електромагнітних хвиль з комбінованою антенною системою. // Матер. ІV міжнар. науково-техн. конферен. АВІА-2002, Київ, Україна, - 2002. С. 11.41 - 11.44.
14. Ільницький Л.Я., Сібрук Л.В., Скриннік Л.Ю., Фецун А.В. Вимірювання параметрів поляризації радіохвилі за допомогою турнікетної антени. // Матер. ІІІ міжнар. науково-техн. конферен. АВІА-2001, Київ, Україна, - 2001. С. 10.20 - 10.22.
АНОТАЦІЯ
Фецун А.В. Автоматизація вимірювань поляризаційних параметрів електромагнітних хвиль. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю: 05.12.17 “Радіотехнічні та телевізійні системи.” - Національний авіаційний університет, м. Київ, 2006.
Сформульовані та доведені теореми, які визначають технологію проведення поляризаційного аналізу. Виявлені та досліджені похибки вимірювання, проведена їх оцінка та зроблене порівняння колового та лінійного ортогональних поляризаційних базисів. Розроблені теоретичні засади побудови автоматичних вимірювачів поляризаційної характеристики електромагнітної хвилі та відповідно синтезовані вимірювачі параметрів поляризації усіх 3-ох категорій. Окремі автоматичні вимірювачі запатентовані шести- та двадцятирічними патентами. Розроблені методики вимірювання поляризаційних характеристик антен за допомогою зразкових та адаптивних антен. Проведене електронне моделювання автоматичних вимірювачів поляризаційних параметрів електромагнітних хвиль і відповідно розроблений програмний продукт.
Ключові слова: автоматизовані вимірювання, поляризаційні характеристики антен, коловий та лінійний ортогональні поляризаційні базиси.
ABSTRACT
Fetsun A.V. Automation of polarization parameters measurement of electromagnetic waves. - Manuscript.
Thesis for the candidate of engineering science, specialization 05.12.17 - “Radiotechnical and television systems” - National aviation university, Kiev, 2006.
Three theories are formulated and proved. They determine the technology of polarization analysis. The accuracy of measurement is determined and researched. Their estimation and comparison of circular and line orthogonal polarization bases are made. The theoretical foundations of construction of atomized measurement devices of polarization characteristics of electromagnetic waves have been developed. According to them the measurement devices of all three types are synthesized. Some of them are protected by six- and twenty-year patents. The measurement procedures of polarization characteristics of antennas are developed by means of exemplary and adaptive antennas.
The electronic modelling of measurement devices of polarization parameters of electromagnetic waves has been done. According to it the simulation program is developed.
Key words: polarization characteristics of antennas, circular and line orthogonal polarization bases, automated measurements.
АННОТАЦИЯ
Фецун А.В. Автоматизация измерений поляризационных параметров электромагнитных волн. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности: 05.12.17 “Радиотехнические и телевизионные системы.” - Национальный авиационный университет, г. Киев, 2006.
Сформулированы и доказаны теоремы, которые определяют технологию проведения поляризационного анализа. Выявлены и исследованы погрешности измерения, проведена их оценка и выполнено сравнение кругового и линейного ортогональных поляризационных базисов. Разроботаны теоретические основы построения автоматических измерителей поляризационной характеристики электромагнитной волны и соответственно синтезированы измерители параметров поляризации всех трех категорий. Отдельные автоматические измерители запатентованы шести- и двадцатилетними патентами. Разработаны методики измерения поляризационных характеристик антенн с помощью образцовых и адаптивных антенн. Проведено электронное моделирование автоматических измерителей поляризационных параметров электромагнитных волн и соответсвенно разработан программный продукт.
Ключевые слова: автоматизированные измерения, поляризационные характеристики антенн, круговой и линейный ортогональные поляризационные базисы.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Оптичні властивості тонких плівок нітриду титану. Електрофізичні та сорбційні характеристики прополісу. Дослідження закономірностей розсіювання тонкими плівками TiN і прополісу світлових потоків при різних формах поляризації падаючого випромінювання.
магистерская работа [1,6 M], добавлен 29.09.2015Призначення та види вимірювань. Діючі стандарти та технічні умови оформлення параметрів та характеристик волоконно-оптичного зв'язку. Методи знаходження пошкоджень у ВОЛЗ. Вимірювання потужності оптичного випромінювання та геометричних параметрів ОВ.
контрольная работа [115,2 K], добавлен 26.12.2010Використання технологій "множинний вхід - множинний вихід" в офісних радіокомунікаціях. Застосування подвійної поляризації з ортогональним кодуванням сигналів. Двупольні та трипольні антенні елементи. Проблема мінімізації кросс-поляризаційних перешкод.
реферат [1,5 M], добавлен 26.01.2010Темою даної роботи є прямі вимірювання, їхній результат та похибки. Дві головні особливості для прямих одноразових вимірювань. Як проводиться вибір методу вимірювання. Оцінка результату і похибки. Об’єднання результатів декількох серій спостережень.
учебное пособие [92,7 K], добавлен 14.01.2009Теорія похибок вимірювання. Джерела складових похибки. Ознаки розрізнення похибки вимірювання. Різновиди похибок вимірювань за джерелом виникнення, за закономірністю їх змінювання. Випадкова та систематична похибка. Кількісні характеристики похибок.
учебное пособие [109,3 K], добавлен 14.01.2009Вимоги до характеристик вимірювача шуму. Аналіз характеристик типових вимірювачів шуму. Вимоги до сучасних вимірювачів шуму. Вибір та обґрунтування технічних рішень. Проектні рішення вимірювача шуму. Розрахунок джерела напруги. Розрахунок підсилювача.
дипломная работа [2,6 M], добавлен 05.07.2007Огляд методів та приладів для вимірювання вологості. Розробка функціональної схеми вогогоміра. Рівняння перетворення та похибки квантування цифрового вимірювача параметрів електричного кола. Кондуктометричний і ємнісний методи вимірювання вологості.
курсовая работа [40,1 K], добавлен 24.01.2011Основні характеристики, термінологія, види, системи одиниць і методи вимірювання. Класифікація і характеристика вимірювальних приладів. Практичні аспекти при виконанні робіт, зміст та визначення похибки вимірювання, класи точності вимірювальної техніки.
реферат [234,2 K], добавлен 28.03.2009Ефекти в напівпровідникових матеріалах, що виникають у магнітному полі. Геометрія зразків і положення контактів. Методи дослідження ефекту Холла. Магніторезистивний ефект. Універсальна установка для вимірювання параметрів напівмагнітних напівпровідників.
дипломная работа [2,6 M], добавлен 13.05.2012Лінійна система автоматичного керування температурним режимом. Корекція параметрів якості, моделювання і дослідження імпульсної системи: побудова графіка усталеної похибки; розрахунок логарифмічних псевдочастотних характеристик коректуючого пристрою.
курсовая работа [396,0 K], добавлен 26.01.2011
