【摘要】：時至今日,與過去幾十年相比,(高頻)無線電波的重要作用受到普遍認(rèn)可。高頻無線電網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中的一些特殊場所需要采取保護(hù)措施(如廣播電臺,無線電中心),以確保其在其他種類和通信手段被禁用的極端自然、人為或戰(zhàn)爭的情況下運行。地下天線作為這種設(shè)施的一個重要部分,通常被廣泛使用,其對目的地的參數(shù),耐久性和生存能力有一定的要求。在20至25年前,這些物體的主要用途僅與近年來全球(包括核)武裝沖突有關(guān),因為最基本的威脅是基礎(chǔ)設(shè)施越來越需要考慮大規(guī)�？植酪u擊的威脅。此外,自然災(zāi)害和人為災(zāi)害、恐怖主義行為和軍事沖突的持續(xù)存在以及在某些情況下日益增加的威脅,使得現(xiàn)有被保護(hù)對象和地下天線、以及新建立的類似設(shè)施的使用壽命相對較低,修理和維護(hù)的可能性也非常有限。因此,目前一個重要的科學(xué)問題就是如何創(chuàng)建高效率,耐久性和高生存能力的地面天線。另一方面,需要創(chuàng)造新的保護(hù)設(shè)施和維持現(xiàn)有的設(shè)施,定期檢查和建造新的地下天線,并且需要考慮不斷增加的需求、設(shè)備耐久性和生存能力。本文的工作目標(biāo)是開發(fā)用于高頻無線電系統(tǒng)的地下天線,包括位置理論分析和技術(shù)解決方案。研究對象:地下高頻測距天線系統(tǒng)。研究課題:高頻無線電系統(tǒng)地下天線的設(shè)計和技術(shù)方案。論文的創(chuàng)新點如下:1、基于已知的矩量法,建立了耗散介質(zhì)中天線的電動分析數(shù)學(xué)模型。2、獲得了新的理論結(jié)果,通過施加恒定的電位移場來研究控制耗散介質(zhì)的局部體積的宏觀參數(shù)的可能性。3、開發(fā)了一種用于地下天線系統(tǒng)的基本散熱器的技術(shù),包括對戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)要求的分析,從現(xiàn)有設(shè)備中選擇散熱器類型,基于所開發(fā)的電動力分析規(guī)定介質(zhì)的要求,計算散熱器的電氣參數(shù)。根據(jù)計算結(jié)果和仿真分析,對散熱器的幾何參數(shù)進(jìn)行細(xì)化,通過施加一個恒定的電位移場對用于控制在該位置處的耗散介質(zhì)的局部體積的宏觀參數(shù)的精確化。4、開發(fā)了一種地下天線系統(tǒng)的設(shè)計方法,包括:對技術(shù)要求的分析,基礎(chǔ)散熱器類型的選擇,天線系統(tǒng)電氣參數(shù)的計算,基于天線電動分析的開發(fā)方法和精細(xì)化的天線幾何參數(shù),以及基于上述計算結(jié)果的天線系統(tǒng)。論文的理論和實踐意義如下:本文首先對高頻地下天線系統(tǒng)的現(xiàn)有解決方案和原理的主要特點進(jìn)行了分析。參考發(fā)表在公開期刊的文章和專利,介紹了地下天線系統(tǒng)及其部件的具體技術(shù)方案,特別是地下天線旋轉(zhuǎn)振蕩器輻射系統(tǒng)的技術(shù)解決方案、基于隔離的非分流振動器在整體式瀝青混凝土避難所的放置位置、短路隔離振動器、帶三角肩的扁平振動器。地下天線的所有這些技術(shù)解決方案允許發(fā)射具有橢圓極化的電磁波。將地下天線放置在具有足夠低損耗(導(dǎo)電率趨于零)的電介質(zhì)中或排水系統(tǒng)中時,通過調(diào)整位置,可以減緩腐蝕以延長這種天線的使用壽命。對地下天線的電物理特性的分析表明,它們的方向性特征在形狀、主輻射方向以及絕對值方面都非常接近。在水平面上,工作范圍內(nèi)的方向圖接近圓形,不均勻度不超過±3 dB。在垂直平面中,方向圖具有一個朝向上方的旁瓣,其寬度為-39dB的90°。在這種情況下,對于“良好”電介質(zhì),根據(jù)頻率,相對于各向同性發(fā)射器的增益在-8至-12d B的范圍內(nèi)。在各種介質(zhì)中給出的行波的自然系數(shù)的值不小于0.6,這允許在天線匹配裝置的幫助下在工作頻率上進(jìn)行匹配。其次本文利用矩量法建立了耗散介質(zhì)中天線的電動力學(xué)分析方法,考慮到地下天線的特點和它們所在的地球表層的半導(dǎo)體特點,基于已知的矩量法耗散介質(zhì)和等效原理提出了一個模型和一種技術(shù)來計算地下天線的電氣特性。這使它能夠在考慮到介質(zhì)界面的條件時找到自由空間的場,從而發(fā)現(xiàn)等效電流的分布。然后提出了一種基于結(jié)構(gòu)的分解方法,該結(jié)構(gòu)在一定程度上證明了部分對稱的短對稱振子在臂上呈指數(shù)電流分布。并且推導(dǎo)出了一個矩陣方程組,它可以確定給定勵磁模式下分段(即天線中的電流分布)中的部分電流。得到了用于計算包含相對于彼此任意取向的段的結(jié)構(gòu)中的互阻抗和導(dǎo)納矩陣的元素的分析表達(dá)式。所開發(fā)的計算技術(shù)可以確定由單個導(dǎo)體制成的天線裝置的電特性,并且所考慮的沉積環(huán)境的電物理特性是由相互任意取向的隔離導(dǎo)體的系統(tǒng)形成的。通過天線電動力分析技術(shù),對測試問題的求解結(jié)果進(jìn)行了驗證。根據(jù)本文提出的方法和著名的Feko7.0軟件包,使用地下天線的測試模型的例子,對該模型的各種幾何和電物理特征進(jìn)行電特性計算的結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果表明沿導(dǎo)體產(chǎn)生的電流分布與兩種方法的精確度相當(dāng),并且與目前文獻(xiàn)中的地下天線的電特性數(shù)據(jù)吻合得很好。因此,仿真結(jié)果證實了所提出的計算地下天線電特性的方法的正確性。本文還研究了通過施加恒定的電場位移來控制耗散介質(zhì)局部體積的宏觀參數(shù)的可能性,結(jié)果表明,施加恒定的外電場會導(dǎo)致遠(yuǎn)離天線的自由空間電荷的局域化,進(jìn)而導(dǎo)致介質(zhì)(天線附近)的電導(dǎo)率降低,從而降低了損耗。接下來,在前文的研究基礎(chǔ)上,對地下天線系統(tǒng)的基本原理和基本特性進(jìn)行了分析。分析了地下天線系統(tǒng)的基本要求。闡明了作為短波通信技術(shù)手段的地下天線系統(tǒng)應(yīng)用的條件和依據(jù),其中最主要的一點是極有可能對物體產(chǎn)生外部影響。因此,對地下天線的最重要的要求是高耐久性的要求。規(guī)定了該目標(biāo)對一些項目的最低要求,包括:工作頻率范圍、標(biāo)稱輸入電阻、最小行波系數(shù)、最大安裝功率、輻射方式類型、方向性系數(shù)、增益系數(shù)、極化類型、組成部分參數(shù)要求、監(jiān)測和管理要求,并且將維護(hù)和修理的方便性以及智能保護(hù)要求有關(guān)的局限性進(jìn)行了解釋說明。結(jié)果表明,對地下天線的要求是矛盾的。特別是,改善抵抗外部干擾的參數(shù)意味著發(fā)射系統(tǒng)的(位置)深度的增加,這反過來又導(dǎo)致了天線增益的降低。最常見的是在不可分離的單片介質(zhì)屏蔽(孤立天線)中建立散熱系統(tǒng)。在這種情況下,穩(wěn)定性參數(shù)限制了結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇(包括沉積深度)和單片介質(zhì)罩的材料的選擇。另一方面,放置的保密性問題也相對簡單地得到了解決,并且給出了在天線中安裝匹配和平衡裝置的必要性。天線系統(tǒng)保護(hù)裝置的大致成分是合理的,使用非并聯(lián)振動發(fā)射器作為散熱系統(tǒng)的一部分具有很好得前景,包括旋轉(zhuǎn)發(fā)射器。在低損耗(電導(dǎo)率趨于零)的介質(zhì)中,地下天線的位置與排水系統(tǒng)在一起,可以顯著地減緩腐蝕,從而延長這種天線的使用壽命。對地下天線系統(tǒng)建模與設(shè)計的基本方法和現(xiàn)有軟件工具進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,電動力學(xué)分析方法有條件地分為三大類:精確的、近似的和組合的。常用的近似方法包括物理光學(xué)、幾何光學(xué)、邊緣波和衍射幾何理論,分析結(jié)果表明,它們在這種情況下的應(yīng)用前景不大。根據(jù)研究結(jié)果,提出了一種小體積、非定向輻射、兩層振動結(jié)構(gòu)的地下旋轉(zhuǎn)天線底座散熱器技術(shù)方案。初步估算了散熱器的主要電氣特性,考慮了由一組基本散熱器組成的相控陣天線的變體和可能性。結(jié)果表明,基于4個基本輻射器和8個基本輻射器的二維(雙線性)天線陣的結(jié)構(gòu)是合理的。提出了一種地下天線系統(tǒng)設(shè)計方法,包括:底座及散熱器的配置選擇、對天線系統(tǒng)的布局區(qū)域分析、能量指標(biāo)分析、基礎(chǔ)散熱器及其排列數(shù)的選擇、關(guān)于計算散熱器的幾何參數(shù)的說明、服務(wù)方向分析、所需的幅相分布的測定,并做了一個關(guān)于天線系統(tǒng)的適應(yīng)性決策。本次論文工作具有重要的實際意義,每一階段的研究內(nèi)容都得到了驗證。作者開發(fā)的放置在耗散介質(zhì)中的天線的電動力分析的數(shù)學(xué)模型和技術(shù)擴(kuò)展了基于力矩的方法的種類。相比于昂貴的通用或?qū)Ｓ密浖?我們開發(fā)的裝置具有相當(dāng)?shù)母偁幜?天線技術(shù)開發(fā)人員可以使用這種足夠準(zhǔn)確的計算工具來進(jìn)行他們的工作。研究了通過施加恒定電位移場控制耗散介質(zhì),有希望創(chuàng)建性能有明顯改善的地下天線系統(tǒng)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN820

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本文編號：2382260