авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Разработка антенн для базовых станций подвижной радиосвязи и защитных экранов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

БУЛИКОВ Евгений Николаевич

РАЗРАБОТКА АНТЕНН ДЛЯ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ
ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ И ЗАЩИТНЫХ ЭКРАНОВ

Специальность 05.12.07

Антенны, СВЧ устройства и их технологии

АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена на кафедре теоретической и прикладной физики
Вологодского государственного педагогического университета.

Научный руководитель Доктор технических наук, профессор ЯЦКЕВИЧ Владимир Антонович
Официальные оппоненты Доктор технических наук КОГАН Борис Лазаревич Кандидат технических наук ГАЙНУТДИНОВ Тимур Аншарович
Ведущая организация ОАО НПК НИИДАР (г. Москва)

Защита состоится «__15_» февраля 2007 года в _15:30_______ на заседании диссертационного совета Д 212.157.05 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 17, аудитория А 402.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Автореферат разослан «_11___» января 2007.

Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат технических наук, доцент Курочкина Т.И.

Общая характеристика работы

Развитие систем подвижной (в первую очередь, сотовой) радиосвязи ставит перед разработчиками антенно-фидерных устройств ряд задач, среди которых отметим следующие:

  • разработка антенн приемо-передающих базовых станций с улучшенными радиотехническими характеристиками;
  • разработка экранов для защиты от излучения, создаваемого передающими антеннами.

Этим вопросам и посвящена данная диссертационная работа.

Актуальность темы. Антенны базовых станций размещаются на высотных сооружениях и предназначены для радиосвязи с подвижными абонентами, находящимися в пределах заданной территории. Как правило, радиосвязь осуществляется в дециметровом диапазоне радиоволн. Основные требования к радиотехническим параметрам таких антенн заключаются в следующем: достаточная широкополосность, необходимая для обеспечения большого числа частотных каналов; наличие диаграммы направленности заданной формы.

Следует отметить, что развитие сетей сотовой связи в России происходит в значительной мере на основе зарубежных технологий и с использованием оборудования, произведенного зарубежными фирмами. Однако условия России требуют подчас специфического подхода, например, для обслуживания обширных малонаселенных районов сельской местности не рационально создавать большое число близко расположенных базовых станций, как это принято на Западе. Ясно, что в этом случае целесообразно создавать базовые станции с максимальной дальностью связи, а, поскольку мощности передатчиков ограничены, необходимо применять антенны с большим коэффициентом усиления и с ориентацией главного максимума диаграммы направленности на линию горизонта. Используемые в настоящее время антенно-фидерные устройства не удовлетворяют в полной мере необходимым требованиям, например, антенны с высоким коэффициентом усиления для сотовой связи, выпускаемые известной фирмой KATHREIN (Германия), имеют недостатки: диаграмма направленности в вертикальной плоскости имеет направления нулевого излучения, что приводит к появлению зон неуверенного приема. Особенно неблагоприятно на качестве связи сказываются ближайшие к главному максимуму нули, которые соответствуют удаленным точкам приема.



Еще одна проблема вызвана тем, что в России действуют системы сотовой связи шести различных стандартов, а это приводит к необходимости использовать на базовых станциях антенны, рассчитанные на различные диапазоны частот. Наличие на одном опорном сооружении нескольких антенн усложняет конструкцию и порождает проблемы электромагнитной совместимости. По этой причине в последнее время находят применение разработанные компанией KATREIN двух и трех диапазонные антенны с диапазонами, соответственно, 900/1800 МГц и 900/1800/2000 МГц.

На наш взгляд, представляет практический интерес антенна, позволяющая без каких-либо дополнительных настроек и переключений перекрыть все используемые диапазоны рабочих частот (8002000 МГц). Такая антенна может обеспечить передачу (прием) сигналов нескольких приемопередатчиков, расположенных у поверхности земли и подключенных к общему фидеру. Перспективы развития сотовой связи, в том числе освоение видеоканала, также вызывают потребность в сверхширокополосных антеннах.

Характерной чертой развития сотовой радиосвязи в настоящее время является стремительное увеличение числа базовых станций, что порождает проблемы электромагнитной безопасности человека, а также проблемы защиты электронной аппаратуры от воздействия электромагнитных полей. В России действуют довольно жесткие санитарные нормы для радиоизлучения СВЧ - диапазона. Чтобы удовлетворить этим нормам, приходится снижать мощность передатчика, уменьшая тем самым, зону обслуживания. По этой причине, в ряде случаев необходимы дополнительные средства защиты, например, экраны, которые способны снизить уровень электромагнитного поля на рабочих местах персонала радиоцентров. Однако экраны как средства биологической защиты в настоящее время используются редко, несмотря на то, что технология производства легкой металлизированной ткани, непрозрачной для радиоволн дециметрового диапазона, давно освоена. Дело в том, что практически трудно создать экран больших размеров или экран в виде поверхности, замкнутой вокруг рабочего места, а в противном случае явление дифракции радиоволн делает экран малоэффективным.

Целью диссертационной работы является:

  • исследование и разработка сверхширокополосной антенны, способной перекрывать все используемые операторами сотовой связи диапазоны частот (800-2000 МГц), и при этом обладающей узкой диаграммой направленности в вертикальной плоскости при отсутствии направлений нулевого излучения;
  • исследование и разработка удобного в эксплуатации экрана небольших размеров, предназначенного для уменьшения интенсивности радиоволн на рабочих местах персонала радиоцентров.

Научная новизна работы состоит в следующем:

  • предложен способ возбуждения антенной решетки, позволяющий устранить все направления нулевого излучения (интерференционные нули) в зоне обслуживания при незначительном снижении коэффициента направленного действия;
  • предложена и исследована решетка из логопериодических антенн, предназначенная для базовых станций подвижной радиосвязи.
  • на основе численного решения задачи дифракции радиоволн на решетке из резонансных элементов, исследован эффект «дальнего экранирования», заключающийся в том, что зона с уменьшенным уровнем поля находится вдали от решетки.

Практическая ценность полученных в работе результатов заключается в следующем:

  • предложена антенна, применение которой в базовых станциях будет способствовать расширению сетей сотовой связи на обширные малонаселенные территории России;
  • создана компьютерная программа для электродинамического расчета и оптимизации параметров защитного экрана;
  • разработан защитный экран, предназначенный для уменьшения интенсивности радиоволн на рабочих местах персонала радиоцентров.

Внедрение результатов работы:

  • разработанная компьютерная программа для цветовой визуализации электромагнитного поля используется в учебном процессе (в компьютерном лабораторном практикуме по курсу «Электромагнитные волны и их применение в медицине») для студентов Вологодского государственного технического университета, обучающегося по специальности «Инженерное дело в медико-биологической практике»;
  • эскизная документация на изготовление разработанного в диссертационной работе защитного экрана передана Федеральному государственному унитарному предприятию: «Российская телевизионная и радиовещательная сеть», филиал «Вологодский областной радиотелевизионный передающий центр»;
  • документация на изготовление разработанной в диссертационной работе широкополосной решетки для базовой станции и документация на изготовление защитного экрана передана ЗАО «Вологодская сотовая связь».

Достоверность результатов подтверждена сравнением с известными в литературе данными, а также близостью полученных в работе теоретических и экспериментальных данных.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных, всероссийских и международных конференциях.

  • Областная межвузовская научно-техническая конференция «Вузовская наука региону», Вологда, май 2000 г.
  • IV международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии (ЭМС-2001), Санкт-Петербург, Россия, июнь 19-22, 2001 г.
  • Региональная научно-методическая конференция «Современная физика и техника в вузе и школе», Вологда, 2004 г.
  • 12-ая Международная конференции «СВЧ-техника и
    телекоммуникационные технологии», Севастополь, Крым, Украина,
    9 - 13 сентября 2002 г.
  • IV Международная конференция по теории и технике антенн (МКТТА'03), Севастополь, Украина, сентябрь 9-12, 2003 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ. В том числе 2 работы в изданиях рекомендованных ВАК РФ для докторских диссертаций и 1 патент на изобретение.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

  1. Способ возбуждения антенной решетки, позволяющий устранить все интерференционные нули диаграммы направленности в зоне обслуживания.
  2. Схема широкополосной решетки для базовой станции, позволяющая обслуживать все основные стандарты сотовой радиосвязи и численное исследование этой решетки.
  3. Разработка и исследование защитного экрана, работающего в режиме «дальнего экранирования».

Структура диссертации. Текст работы содержит введение, три главы, заключение, список литературы из 55 наименований и четыре приложения. Общий объем работы 126 страниц.

Содержание работы

Глава 1. Задача об электромагнитном возбуждении металлических
тел и ее численное решение

В главе рассмотрена задача о возбуждении металлического тела сторонними источниками электромагнитного поля. Изложен численный метод решения такой задачи, основанный на сведении уравнений Максвелла к интегро-дифференциальному уравнению и последующем применении метода моментов. В результате была создана компьютерная программа для анализа рассеянного поля при падении волны на систему тонких проводников (см. главу 3). Аналогичная программа была создана для расчета характеристик проволочных антенн. Полученные с ее помощью численные результаты сравнивались с результатами расчетов по программе MMANA. Последняя отличается своей универсальностью и удобным интерфейсом, что дает широкие возможности при проектировании антенн. С целью выяснить ограничения, присущие программе MMANA, проводились измерения характеристик антенн (рис.1, сплошная линия – расчет; линия с точками – измерения).

Изложенное в данной главе позволяет сделать вывод о возможности применения программы MMANA для моделирования проволочных антенн в диапазонах частот, используемых в сотовой связи.

Глава 2. Антенны базовых приемопередающих
станций подвижной радиосвязи

В первом разделе рассмотрены общие требования к радиотехническим параметрам антенн базовых станций: рабочей полосе частот; диаграмме направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях и другим параметрам.

Во втором разделе решается задача устранения интерференционных нулей диаграммы направленности антенной решетки [1], [2], [3]. Известный способ устранения интерференционных нулей заключается в возбуждении излучателей с небольшой расфазировкой по отношению к синфазному распределению. Однако этот способ не позволяет устранить все нули и не всегда практически удобен.

В предложенном способе для линейной антенной решетки из одинаковых излучателей ( нечетное) все интерференционные нули устраняются за счет изменения возбуждения только одного (центрального) излучателя. Центральный излучатель возбужден так, что его амплитуда возбуждения превышает амплитуду возбуждения остальных излучателей в раз, а фаза возбуждения центрального излучателя отличается от фазы возбуждения остальных излучателей на величину , причем значения и следует выбирать из соотношения:

; , (1)




где заданное значение нормированной диаграммы направленности в вертикальной плоскости в направлении минимума, ближайшего к главному лепестку.

Выражение (1) означает, что ток на входе центрального излучателя становится равным , а диаграмма направленности решетки принимает вид , где – исходная диаграмма направленности решетки, – диаграмма направленности центрального излучателя, которою считаем слабонаправленной и не имеющей нулей в секторе обслуживания. Ясно, что модуль диаграммы направленности также не имеет нулей, а в направлении на прежние нули значение диаграммы направленности равно .

Снижение КНД решетки можно оценить по формуле:

, (2)


Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.