Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 12 июля, печатный экземпляр отправим 16 июля
Опубликовать статью

Молодой учёный

Моделирование конструкции приемо-передающего модуля антенны

Технические науки
20.06.2022
266
Поделиться
Библиографическое описание
Чухманов, С. Ю. Моделирование конструкции приемо-передающего модуля антенны / С. Ю. Чухманов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 25 (420). — С. 29-33. — URL: https://moluch.ru/archive/420/93352/.


В статье рассмотрены вопросы моделирования приемо-передающего устройства рупорной антенны, которая будет применятся при построении системы обнаружения людей через препятствие, описан процесс конструирования и моделирования антенны в среде САПР HFSS, приведено сравнение результатов моделирования и типового расчета, построены диаграмма направленности и частотная характеристика антенны.

Ключевые слова: приемо-передающее устройство, рупорная антенна, диаграмма направленности.

На сегодняшний день существует задача нахождения живых людей, оказавшихся под завалами после действия природных и техногенных катастроф. Необходимо оснащение спасательных отрядов высокоэффективными системами для определения местонахождения людей при ликвидации последствий катастроф.

Разработки в этой области ведутся более тридцати лет, но возникновение новой элементной базы и создание прорывных технологий в области электроники значительно упростили ускорили создание беспроводных систем радиосвязи и, тем самым подтолкнули, создание первых систем обнаружения людей — биолакатеров.

В статье будет описан современный подход к проектированию основного узла такой системы — приемо-передающего модуля антенны. Таким методом является использование современных программных продуктов САПР. Одним из лидеров данного кластера является программа HFSS . Используя возможности программного продукта при разработке конструкции приёмо-передающего модуля можно не только рассчитать конструкцию, но и сравнить ее с типовым расчетом без применения методов конечных элементов.

Основное назначение HFSS — это моделирование электромагнитного поля 3 D структур СВЧ объектов и создания объемных изображений с диаграммами направленностями.

При создании приемо-передающего модуля в среде HFSS необходимо создать параметрическую модель модуля и задать его основные размеры (рисунок 1). Вторым этапом является выбор материала антенны и среды распространения — радиация и воздух.

Определим граничные параметры для моделирования: рабочий диапазон частот 0,9 ГГц — 2,1 ГГц; входное сопротивление антенны: не более 50 Ом; усиление приемопередающего модуля: 10 дБ.

3D-приемопередающего модуля 3D-приемопередающего модуля

Рис. 1. 3D-приемопередающего модуля

По средствам моделирования в среде HFSS получены

1) 3 D -диаграмма направленности приемопередающего модуля для частоты 1,4 ГГц (рисунок 2);

2) 2 D -диаграмму направленности приемопередающего модуля для частоты 1,4 ГГц (рисунок 3);

3) напряженность электромагнитного поля в продольном сечении приемопередающего модуля (рисунок 4);

4) Амплитудочастотная характеристика АЧХ (рисунок 5);

5) график поляризации приемопередающего модуля антенны показан на рисунке 6.

3D-диаграмма направленности при частоте 1,4 ГГц

Рис. 2. 3 D -диаграмма направленности при частоте 1,4 ГГц

2D-диаграмма направленности при частоте 1,4 ГГц

Рис. 3. 2D-диаграмма направленности при частоте 1,4 ГГц

Распределение электромагнитного поля при частоте 1,4 ГГц

Рис. 4. Распределение электромагнитного поля при частоте 1,4 ГГц

Амплитудочастотная характеристика

Рис. 5. Амплитудочастотная характеристика

График поляризации приемопередающего модуля

Рис. 6. График поляризации приемопередающего модуля

Для подтверждения правильности расчётов в среде HFSS проведем сравнительный анализ результатов моделирования и классического расчета. Основной недостаток классических методик расчета — невозможность построение 3D диаграмм и графиков.

Проведем расчет приемопередающего модуля в калькуляторе для создания СВЧ-антенн [3]. Введем исходные данные для расчета рисунок 7.

Исходные данные для расчета

Рис. 7. Исходные данные для расчета

Результаты классического расчета приведены на рисунке 8.

Результаты классического расчета

Рис. 8. Результаты классического расчета

Результатами проведенного анализа и моделирования приемопередающего модуля антенны, является его физическая реализуемость для заданных параметров. И, как следствие, возможность использования в системах обнаружения живых людей за преградой.

Литература:

1 Калинин В. О. Исследование методов повышения помехоустойчивости сверхширокополосных систем радиосвязи: автореф. / О. В. Калинин; М-во связи РФ, Новосибирск, 2016. − 25 с.

2 ГОСТ 24375− 80. Издания. Международная стандартная нумерация книг. введ. 1982–01–01. — Москва, 10 с. — (Радиосвязь термины и определения).

3 Лазоренко О. Ф. Сверхширокополосные сигналы и физические процессы. // Радиофизика и радиоастрономия. / О. Ф. Лазоренко, Л. Ф. Черногор. — Москва, 2008. − т.13, с.166–194.

Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Ключевые слова
приемо-передающее устройство
рупорная антенна
диаграмма направленности
Молодой учёный №25 (420) июнь 2022 г.
Скачать часть журнала с этой статьей(стр. 29-33):
Часть 1 (стр. 1-61)
Расположение в файле:
стр. 1стр. 29-33стр. 61

Молодой учёный