Портал магістрів ДонНТУ Головна Rus Eng  
 
Зміст
Реферат
 
 
Магістр ДонНТУ Єршова Ірина Анатоліївна

Єршова Ірина Анатоліївна
Факультет: Радіотехніки та
спеціальної підготовки (РТСП)
Кафедра: Радіотехніки та захисту
інформації (РТЗІ)
Напрям підготовки: Інформаційна безпека
Тема випускної роботи: Дослідження спіральних
антен з керувальними характеристиками у систамах захисту інформації
Науковий керівник: к.т.н., доцент Пасльон Володимир
Володимирович
 
 
 

Реферат з теми магістерскої роботи: "Дослідження спіральних антен з керувальними характеристиками у систамах захисту інформації"

Вступ

Антенна техніка в цей час досягла рівня зрілості і її розвиток в останні роки йде головним чином не шляхом створення принципово нових типів антен, а по шляху поліпшення їхніх характеристик і використання нових матеріалів.
Розвиток різних галузей радіоелектроніки (радіорозвідки, радіопротидії, радіозв'язку з рухомими об'єктами, радіоуправління, і ін.) викликало практичну потребу в антенах, що забезпечують випромінювання і прийом електромагнітних хвиль з круговою поляризацією в широкому діапазоні частот. При використанні технології "Стелс" основна частина електромагнітної енергії відбивається від антенних систем, вони стають помітними для виявлення радіоелектронними засобами розвідки. Стелс-технологія (Stealth tehnology) - комплекс методів зниження помітності радіотехнічних об'єктів в радіолокаційному, інфрачервоному та інших областях спектру виявлення за допомогою спеціально розроблених геометричних форм, радіопоглинаючих матеріалів і покриттів, що дозволяють зменшити силу і відображення сигналу в бік джерела випромінювання, і за рахунок цього перебувати непоміченим.
Серед різних типів широкосмугових антен важливе місце займають різноманітні спіральні антени. Спіральні антени є слабо-і середнєспрямованними широкосмуговими антенами еліптичної (кругової) і керованої поляризації.
Спрямовані властивості спіральної антени істотно залежать від діаметра спіралі. При діаметрі спіралі величиною менше 0,18 λ, антена не спрямована, а при діаметрі спіралі (0,25 - 0,45) λ антена створює випромінювання уздовж осі у напрямку руху хвилі струму, тобто антена стає антеною спрямованої дії. [1,222]
У зарубіжній літературі цей спрямований випромінювач відомий під різними назвами, але найчастіше фігурує під ім'ям Helix Beam, висхідному до H. Chireix (1930р).

Мета і завдання дослідження

Метою магістерської роботи є розробка широкосмугового спіральної антени, малопомітною для виявлення радіоелектронними засобами розвідки, шляхом зниження її ефективної площі розсіювання (ЕПР).
Для досягнення поставленої мети в магістерській роботі необхідно виконати такі завдання:
  1. Дослідження методів радіомаскіровки.
  2. Проведення порівняльного аналізу властивостей спіральних антен і на його основі вибрати спіральну антену задовольняє наших умов.
  3. Моделювання широкосмугового спіральної антени.
  4. Розрахунок параметрів спіральної антени за результатами моделювання.
  5. Експериментальне підтвердження отриманих даних.

Актуальність теми:

Спроби вирішення проблеми створення техніки та об'єктів, малопомітних для радіоелектронних засобів, робилися з часу початку розвитку радіорозвідки. У зв'язку з цим з'явилося поняття радіомаскіровка. (Радіомаскіровка - комплекс технічних і організаційних заходів, спрямованих на зниження ефективності радіорозвідки противника).
Таким чином, тема захисту антенних систем шляхом зменшення ЕПР від виявлення радіоелектронними засобами залишається актуальною в даний час.

Передбачувана наукова новизна.

   Розробка удосконаленої моделі плоскої синфазної спіральної антени, основною властивістю якої є маскування від виявлення радіоелектронними засобами (РЕЗ).

 ЗНИЖЕННЯ ПОМІТНОСТІ ВІЙСЬКОВОЇ ТЕХНІКИ ТА ОБ'ЄКТІВ

Зробити об'єкти малопомітними для РЕЗ надзвичайно важко. Можливо лише дещо зменшити можливості їх виявлення розвідувальними РЕЗ, якщо покрити матеріалами, що поглинають енергію ЕМВ, і застосувати малоотражаючі форми. Проте відчутного результату в зниженні радіовидимості можна добитися тільки у разі різкого зниження ЕПР об'єктів. Так, зменшення ЕПР у 16 ​​разів скорочує дальність радіолокаційного виявлення об'єкта усього у 2 рази. [7. 102]

Радіопоглинальні матеріали

Радіопоглинальні матеріали – це неметалеві матеріали, що забезпечують при взаємодії з електромагнітними хвилями поглинання, розсіювання та інтерференцію їх енергії. За принципом дії їх поділяють на градієнтні та інтерференційні.
Градієнтні (поглинальні) матеріали представляють у виді  діелектрика, до складу якого входить основа та наповнювач. Вони забезпечують плавну або ступінчасту зміну товщини комплексної діелектричної і магнітної проникливості. Як основа використовується склотекстоліт, пінопласт, різноманітні види каучуку. Використовуваними наповнювачами є магнітні (нікель-цинкові ферити, порошкове карбонільне залізо) і немагнітні (порошок графіту, вугільна та ацетиленова сажа) матеріали. Покриття добре поглинає електромагнітну енергію, якщо воно узгоджене з вільним простором, тобто хвильовий опір на межі покриття – вільний простір дорівнює опору вільного простору. Узгодження забезпечується тим, що зовнішній шар виконується з матеріалу з діелектричною і магнітною проникливістю, близькими до одиниці. Інтенсивність поглинання енергії підвищується, якщо концентрація наповнювача у матеріалі збільшується від зовнішньої поверхні до основи. Це досягається просоченням основи поглиначем або виготовленням багатошарових покриттів, у яких концентрація поглинача поступово зростає.
Застосування багатошарових покриттів розширює їх діапазонність. Для того щоб на межах шарів не виникало паразитних відбивань, не дозволяється різка зміна діелектричної і магнітної проникливості при переході від шару до шару, а також від навколишнього середовища до покриття. Товщина покриття визначає діапазон частот, у якому відбувається поглинання енергії. Верхній (вхідний) його шар складається з матеріалів, що мають діелектричну проникливість близьку до одиниці для забезпечення узгодження з електричними параметрами вільного простору. Для зменшення інтенсивності відбивання зовнішньою поверхнею  покриття виконують у виді шипів конусної або пірамідальної форми.
В них електромагнітні хвилі послідовно відбиваються від поверхні шипів. Через це відбувається значно більше стикання з покриттям і збільшується інтенсивність поглинання. Деякі шиповидні покриття знижують інтенсивність відбивання електромагнітної енергії у сантиметровому діапазоні хвиль на 90 % і більше. Так, один з американських зразків покриття з пористого скловолокна товщиною 12,7 мм поглинає близько 99 % енергії, що падає у діапазоні хвиль від 1 до 77 см. Воно має достатню гнучкість, вогнестійкість, стійкість до атмосферних впливів. Покриття AF, розроблене в Великобританії на основі суміші пористого каучуку та вугільного пилу (сажі) має коефіцієнт відбивання у сантиметровому діапазоні хвиль не більше     6 %. [7,105]
Стаціонарні споруди можуть бути приховані радіопоглинальними матеріалами з волосяних матів, які просякнуті сумішшю неоперена (вид каучуку), та провідної вугільної сажі.
Поглинальні матеріали виготовляються з вовни, змішаної з залізною стружкою або тирсою. При проникненні до матеріалу, електромагнітна енергія розсіюється металевими частинами та поглинається вовною. Такі матеріали виконані у виді матів товщиною 40-50 мм, зменшують енергію відбитого сигналу в 20-50 разів.
Малорухомі або нерухомі об’єкти і споруди (кораблі, мости) можуть покриватися для зменшення ефективної площі розсіювання широкодіапазонними поглинаючими покриттями з пористого каучуку, змішаного з вугільним пилом, або з пінополістиролу, вкритого вугільною плівкою. Він має жорстку поверхню, в результаті чого інтенсивність відбивання мало залежить від кута падіння радіохвилі. Їх коефіцієнт відбивання не перевищує 1% потужності .
Інтерференційні покриття складаються з поперемінних шарів діелектрика (пластмаса, каучук) та плівки електропровідного матеріалу. В них при падінні плоскої електромагнітної хвилі на поверхню електропровідної плівки в результаті накладання хвилі, що падає та відбитої хвилі в діелектрику виникають стоячі хвилі. Якщо товщина діелектрика дорівнює непарній кількості чвертей хвилі, що падає, а хвильовий опір плівки дорівнює хвильовому опору вільного простору, то електромагнітна енергія не буде відбиватись. Оскільки характеристики інтерференційних покриттів пов’язані з довжиною хвилі, що падає, то вони ефективні в обмеженому діапазоні радіохвиль. При можливості ослаблення відбитих коливань в 1000 разів діапазонність покриттів інтерференційного типу не перевищує ±5% від розрахункової частоти. Завдяки введенню до складу покриттів феромагнітних речовин з домішками сажі забезпечують не тільки інтерференційні властивості, а й поглинання. Для розширення смуги робочих частот інтерференційні покриття роблять багатошаровими. В них концентрація поглинального матеріалу збільшується від одного шару до іншого. У результаті цього робочий діапазон збільшується в 3-4 рази. Найбільш ефективно покриття працюють при нормальному падінні хвилі, коли електромагнітна енергія ослабляється в декілька десятків разів. Для інших напрямків інтенсивність ослаблення різко падає. [7,106]
Найбільш розповсюдженими є керамічні феритові широкодіапазонні радіопоглинальні матеріали. Покриття з них мають невелику товщину та відрізняються значною стійкістю до різких змін умов навколишнього середовища. При товщині феритового слою 0,83 см його коефіцієнт відбиття не перевищує 10% в діапазоні частот 30-300 МГц. Прикладом інтерференційного покриття є “Екосорб 269Е”, виготовлений фірмою “Емерсон Камінг” (США) з суміші дрібнодисперсного феритового поглинача та зв’язувального матеріалу на базі каучукових смол з коефіцієнтом поглинання 20 дБ/см на частоті 3 ГГц та 63 дБ/см на частоті 8,6 ГГц.
Нові радіопоглинальні матеріали з більшим коефіцієнтом поглинання виготовляються з використанням металевих наповнювачів у виді порошків і кристалів заліза та його поєднань у зв’язувальних діелектричних матеріалах типу епоксидних або поліуретанових пластмас, гуми, що містить кремній.
Загальними недоліками, що обмежують використання радіо поглинальних матеріалів для маскування техніки та об’єктів є відносно мала діапазонність і значна маса. Через це їх наносять на ті місця (частини) техніки та об’єктів, що якнайбільше відбивають електромагнітну енергію. Такі місця називають блискучими точками. До них відносять стики, різкі переходи, що діють як кутові радіовідбивачі, гострі кромки, значні за площею ділянки поверхні малої кривизни. Найбільш широко радіо поглинальні матеріали застосовують для маскування від радіолокаційного виявлення ракет, космічних апаратів, надводних кораблів і підводних човнів.[7,107]

СПІРАЛЬНА АНТЕНА

Спіральна антена відрізняється від інших антен, що володіють спрямованим випромінюванням, в першу чергу тим, що її полі випромінювання має поляризацію близьку до кругової. У разі застосування такої антени необхідно, щоб як передавальна, так і приймальня антени мали кругову поляризацію випромінювання.
Кругова поляризація має місце, коли провідник намотується в напрямку випромінювання у вигляді спіралі, причому необхідно, щоб загальна довжина провідника в одному витку дорівнювала 1 λ що відповідає при обліку коефіцієнта укорочення діаметру витка D, рівному приблизно 0,31 λ. Передбачається, що для отримання кругової поляризації використовується щонайменше три витки, так як поляризація випромінювання буде тим ближче до кругової, чим більше витків має антена. Проста спіральна антена випромінює в обидві сторони в напрямку своєї осі. Для отримання одностороннього випромінювання і збільшення коефіцієнта посилення антени використовується дисковий рефлектор. [8.254]

Надширокосмугові антени

Термін надширокосмугові антени означає, що властивості антени, в першу чергу її вхідний опір, діаграма спрямованості (ДС) і коефіцієнт спрямованої дії (к. с. д.), змінюються в заданих межах в дуже широкій смузі частот.

Особливості гостронаправлених антен.

Збільшення діапазону гостронаправлених антен є актуальним завданням сучасної антенної техніки.
Частотні властивості остронаправленной антени визначаються частотними властивостями внутрішньої області антени (тракт харчування, опромінювач, керуючі елементи і т. д.) і інтерференцією полів, випромінюваних окремими елементами антени, у зовнішньому просторі. Вплив першої причини можна значною мірою послабити застосуванням широкосмугових трактів харчування, широкосмугових опромінювачів, розробкою спеціальних компенсуючих схем і пристроїв і т. д. У той же час поки невідомі ефективні способи усунення частотної залежності ДС, пов'язаної з інтерференцією полів від різних ділянок антени. Навіть у плоскої синфазної антени при зміні λ форма ДС зберігається, але його ширина і к. с. д. антени змінюються. Ще гірші справи в антенній решітці, де при зміні довжини хвилі змінюється і напрям головного максимуму, і форма ДС. [2.187]

Конічні і плоскі спіральні антени.

Конічні спіральні антени (рис. 1) володіють кращими діапазонними властивостями, ніж циліндричні спіральні антени.

Рис. 1. Конічні спіральні антени

Осьове випромінювання таких антен формується не всієї антеною, а лише активною областю, тобто витками, довжина яких близька до λ. Із зміною частоти активна область переміщається уздовж осі антени. Широке застосування знаходять плоскі спіральні антени, в тому числі антени у вигляді спіралі Архімеда (рис. 2, а). Двозаходна спіральна антена може виконуватися друкарським способом і збуджується або двухпроводною лінією, або коаксіальним кабелем, прокладеним вздовж одного з плечей (вздовж іншого плеча прокладається для збереження симетрії холостий кабель, рис. 2, б). Антену можна розглядати як згорнуту в спіраль двухпроводную лінію, причому в початковій частині антени струми в сусідніх витках знаходяться в протифазі і відповідно не випромінюють. З віддаленням від точок харчування фазовий зсув між струмами в сусідніх витках зменшується за рахунок різниці ходу.

 Рис. 2 Плоскі спіральні антени

Дійсно, елементи 1 і 2, розташовані по обидві сторони від окружності радіусом r0 на різних заходах спіралі, мають різницю ходу, рівну половині довжини цього кола, тобто Δr = 2πr0 З урахуванням противофазно порушення різниця фаз елементів 1 і 2 буде ψ = kΔr + π. При r0 = λ/2π величина ψ = 2π, тобто сусідні витки порушуються синфазно в режимі біжучої хвилі. Ці витки і формують поле випромінювання з круговою поляризацією в напрямку осі антени, яке зберігається в широкій смузі частот. Нижня частота визначається зовнішнім діаметром спіралі, а верхня - точністю виконання антени поблизу точок харчування.
Діаграма спрямованості складається з двох широких пелюсток, орієнтованих нормально до площини спіралі. Можна також отримати одностороннє випромінювання спіралі, якщо позаду неї помістити екран (зазвичай на відстані λ0 / 4, де λ0 - довжина хвилі на середній частоті діапазону), однак наявність екрана звужує робочу смугу частот. [3.172-173]

Побудова спіралі Архімеда
  1. Ділимо радіус кола на однакове число рівних частин (у прикладі на 8).
  2. Ділимо коло на таке ж число рівних частин.
  3. Проводимо промені з центру через точки поділу кола.
  4. На першому промені відкладаємо одну поділку радіусу.
  5. На другому промені відкладаємо дві поділки радіусу і т. д.
  6. Якщо будувати спіраль далі, то на промені 1 відкладаємо 8 +1 поділ радіуса (отримуємо точку IX).
  7. На другому промені відкладаємо 8 +2 поділу радіусу (отримуємо точку X).
  8. На третьому промені відкладаємо 8 +3 поділу радіусу (отримуємо точку XI) і т. д.

Цей рисунок є анімацією, яка демонструє побудову спіралі Архімеда. Розмір 113 Кб, кількість кадрів - 4, кількість циклів -7.

Висновок

Практичне застосування в даний час знайшли плоскі і конічні спіральні антени з постійним кроком (спіралі Архімеда) і еквіугольні напівсферичні спіральні антени. Досить докладно досліджені однозаходні спіральні антени з постійним кутом намотування на поверхні параболоїда обертання і двухзаходні спіральні антени на поверхні еліпсоїда обертання. Квазичастотно-незалежні спіральні антени з двосторонньої намотуванням, спірально-діелектричні та імпедансний антени, наскільки можна судити з літератури, до теперішнього часу не досліджувалися.
 Теорія спіральних структур складної форми в даний час не розроблена, тому про їх властивості можна судити тільки приблизно на підставі принципу локальної еквівалентності.

Джерела:
  1. Антенны УКВ /Под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч. Ч. 2. - М.: Связь, 1977. - 288с. с ил.
  2. Антенны: (Современное состояние и проблемы)/ Под ред. чл.-корр. АН СССР Л.Д. Бахраха и проф. Д.И. Воскресенского.- М.: Сов. Радио, 1979.-208с
  3. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн: Учебник для вузов/ Г.А. Ерохин,  О.В. Чернышев и др.; Под ред. Г.А. Ерохина. – 3-е изд., - М.: Горячая линия-Телеком,2007.-491с.: ил.
  4. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Антенно-фидерные устройства. М.: Энергия, 1966.
  5. Бекетов В.И. Антенны сверхвысоких частот: М.: Военное издательство министерства обороны союза ССР, 1957.
  6. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны: Учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Энергия, 1975.
  7. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Воениздат, 1989. - 350с., ил
  8. Ротхаммель К. Антенны: Пер. с нем. – 3-е изд., доп. – М.: Энергия, 1979. – 320 с., ил.
  9. Ротхаммель К., Кришке А. Антенны. Том 2: Пер. с нем. – Мн.: ОМО «Наш город», 2001. -416с.: ил.
  10. Юрцев О.А., Рунов А.В. «Спиральные антенны.» М.: «Сов. радио»,1974, 224 с.
  11. http://www.radioman-portal.ru/magazin/radio/1969/2.php Электронный ресурс (режим доступа) журнал "Радио"№2 , 1969г
  12. http://www.q-par.com/Электронный ресурс Q-par Angus Ltd IDEAS ENGINEERED

Важливе зауваження: При написанні даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2011р. Повний текст роботи матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.


 		 
 
Freelance Web Designer