Численный алгоритм решения задачи дифракции на цилиндрическом теле

направления в пространстве. Кроме того, формы зон зависят от длины волны X, что видно из основного уравнения (1). Все это подтверждает предположение о том, что управление рабочей длиной волны и пространственной ориентацией главного лепестка диаграммы направленности дифракционной антенны может быть достигнуто за счет управления формой зон Френеля, формируемых на поверхности дифракционной среды с управляемыми электромагнитными параметрами (комплексными е и д). Использование анизотропных управляемых рассеивающих сред дает дополнительную возможность управления поляризацией рассеиваемой волны. Из анализа динамики зон Френеля можно получить требования к устройствам управления параметрами сред, на базе которых формируются импедансные дифракционные поверхности.

Для успешной практической реализации импедансных антенн с управляемыми параметрами следует решить ряд проблем: а) исследовать зависимость распределения импеданса на дифракционной поверхности от направленных, частотных и поляризационных свойств поля дифракции; б)исследовать материалы с управляемыми электромагнитными параметрами (е и ц), влияющими на формирование поверхностного импеданса и определить наиболее эффективные из них для построения управляемых импедансных антенн; с) исследовать и разработать эффективные устройства для управления электромагнитными параметрами материалов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Окорочков А.И. Управляемые полупроводниковые рефлекторы / А.И. Окорочков, А.Н. Самоделов // Межвузовский сб. науч. трудов - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2003. - С. 49-53.

2. Семенихин А.И. Синтез импеданса цилиндрического тела по заданной поляризации рассеянного поля, независимой от угла и поляризации облучения / А.И. Семенихин // Рассеяние ЭМВ: Межвед. сб. научно-технических статей.

- Вып. 14. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. -С . 38-48.

3. Терешин О.Н. Синтез антенн на замедляющих структурах / О.Н. Терешин, В.М. Седов, А.Ф. Чаплин - М.: Связь, 1980. - 136 с., ил.

4. Юханов А.Ю. Синтез анизотропной реактансной плоскости, возбужденной нитью магнитного тока / А.Ю. Юханов // Труды Международной научной конференции. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. -С. 360-362.

5. Лещук И.И. Антенны Френеля с вынесенным облучателем / И.И. Лещук, Т.А. Цалиев // Радиоэлектроника. - 1995. №9. -С. 37 - 42

УДК 519.85

Д. Д. Габриэльян, Е.Д. Безуглов

ЧИСЛЕННЫЙ АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ДИФРАКЦИИ НА ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ ТЕЛЕ

Цилиндрические антенны с продольно ориентированными электрическими вибраторами могут использоваться в качестве антенных систем для современных и перспективных РЭС в системах связи, управления движением, мониторинга окружающего пространства. Исследование характеристик излучения и согласования рассматриваемого класса антенн проводилось в большом числе работ, например, [1-4]. Однако, несмотря на имеющиеся публикации, вопросы

построения эффективных вычислительных алгоритмов для решения задач дифракции сохраняют свою актуальность, научный и практический интерес. Рассмотрим цилиндрическую антенну, представляющую собой совокупность несущей конструкции в виде цилиндра произвольного сечения с бесконечной образующей и продольного электрического диполя с центром в точке

(*0 , у о , г о ). Момент диполя равен I ^ I.

Необходимо найти распределение напряженности электромагнитного поля во внешней по отношению к цилиндру области V , представляющей собой свободное

пространство с параметрами ^^ .

Возбуждаемые в произвольной точке р (х, у, г), определяемой в декартовой системе координат Охуг радиус-вектором г, электромагнитные поля удовлетворяют уравнениям Максвелла и, следовательно, уравнениям Гельмгольца, граничным условиям и условиям излучения на бесконечности [2, 3]. Зависимость всех величин (токов и напряженностей полей) от времени определяется множителем ехр( 1ю1), который в дальнейшем опущен.

Решение задачи дифракции для спектральных компонент плотности электрического тока, возбуждаемого на поверхности цилиндра, может быть сведено к решению интегрального уравнения Фредгольма первого рода [5]:

101Н0

\~2 2 I 2 2

где в = чк - к ; р(Т) = щх - х’(Т)) + (у - у'(Т)) - расстояние

между точками г и г' в двумерном пространстве,

I 2 2

р = л|(х - ) + (у - у0 ) ; Но (•) - функция Ганкеля нулевого порядка

2-го рода.

Для решения интегрального уравнения (1) разложение неизвестного

распределения вторичного тока ^вт ) может проводиться, как показано в [2, 3, 6], по базису различных функций. В данной статье решение полученного уравнения проведем с использованием представления неизвестного спектрального распределения вторичных токов в следующем виде:

м

Л

т=1 ,

8(т' - т') Я т'

где т - выбранные базисные функции в виде -функций; т -

отсчитываемые вдоль контура Ь координаты точек (Хт, ут ).

Л

Для нахождения неизвестных коэффициентов разложения т воспользуемся методом коллокаций [2, 3], для чего потребуем выполнения граничных условий в

(х у ) р = 1 Р

некотором числе Р точек с координатами р^р> (г >•••> ), расположенных на

контуре Ь. В этом случае выражение (1) преобразуется в систему линейных алгебраических уравнений:

£ а.н 0‘4ррт

т=1

М

£ а.н ?ш,

£ а.н '¿'

Ррт

ГДе , .

Для обеспечения однозначности решения системы линейных уравнений (3) необходимо выполнение условия Р ^ М . Решение системы линейных уравнений

(3) при Р >М, получаемое с использованием псевдообратной матрицы [7],

определяет набор комплексных коэффициентов разложения Ат, (т = М). Данное решение в матричной форме может быть записано в виде [7]:

А = [

В формуле (4) Н - прямоугольная матрица размерности Р х М коэффициентов

системы уравнений (3); С - прямоугольная матрица размерности Р х 1, элементами которой являются правые части уравнений из (3).

В частном случае Р =М матрица Н становится квадратной, и

[ • )ТН]-‘(Н • )т = Н-[(Н [ )т ^‘(Н • )т = Н При этом неизвестные

коэффициенты, определяющие спектральную плотность вторичного тока, находятся из решения системы уравнений

А = Н-С .

Полученные соотношения (4) и (5) определяют решение задачи дифракции электромагнитной волны на цилиндрической поверхности произвольного сечения с использованием соответственно обратной и псевдообратной матриц и позволяют найти напряженность поля в произвольной точке пространства.

При оценке влияния параметров численного алгоритма на точность решения задачи дифракции рассматривалось распределение тока на цилиндре квадратного сечения со стороной 36Я, возбуждаемого диполем, удаленным на 0.251 в случае

Р = М (рис. 1) и в случае Р > М (рис.2).

Кривые 1-3 на первом рисунке получены для случая распределения точек источников по поверхности цилиндра с шагом 0.21, ОЛЛ, и 0.05^ соответственно. Для рисунка 2 зависимости 1-3 получены при размещении точек источников с шагом '.1^. Число точек коллокации выбиралось соответственно равным Р = 2М, Р = 4М и Р = 8М . Как показывают приведенные результаты,

использование условия Р >М позволяет при сохранении объема вычислительных затрат повысить точность решения задачи дифракции численными методами.

т=1

Рис. 1. Оценка парамертов

Рис. 2. Оценка параметров

В докладе рассмотрено влияние параметров численного алгоритма на точность решения задачи дифракции. Показано, что использование условия

р > М позволяет повысить точность решения задачи дифракции для цилиндрических тел произвольного сечения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Проблемы антенной техники. / Под ред. Л.Д. Бахраха, Д.И. Воскресенского.

- М.: Радио и связь, 1989. - 368с.

2. ХенлХ., Мауэ А., Вестпфаль К. Теория дифракции. - М.: Мир, 1964.

3. Галишникова Т.Н., Ильинский А.С. Численные методы в задачах дифракции.

- М.: Изд-во-во МГУ, 1987.

4. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток: Учеб. Пособие для вузов / Д.И. Воскресенский, В.И. Степаненко,

В.С. Филиппов и др. Под ред. Д.И. Воскресенский. 3-е изд., доп. и перераб. -М.: Радиотехника, 2003.- 632 с.

5. Габриэльян Д.Д., Лабунько О.С., Кальченко О.В. Амплитудно-фазовый синтез токов в антенных решетках на цилиндрах произвольного сечения.-Электромагнитные волны и электронные системы, 2007, т. 12, №6, с. 15-17.

6. Кравченко В.Ф. Лекции по теории атомарных функций и некоторым их приложениям. Монография. - М.: Радиотехника, 2003. - 512с.

7. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. - М.: Наука, 1988. - 552с.

УДК-533.64

Г.Е. Верба, П.А. Пономарев, С.В. Фёдоров

СОЗДАНИЕ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ И МОНИТОРИНГА НА БАЗЕ ВОЗДУХОПЛАВАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Уже более десяти лет НПО «Авгуръ-РосАэроСистемы» занимается разработкой, изготовлением и эксплуатацией воздухоплавательной техники и является одним из лидеров в данной области не только среди российских, но и зарубежных компаний. За этот период накоплен большой опыт создания дирижаблей и аэростатов различных конструктивных схем.

Актуальность создания различных воздухоплавательных аппаратов возрастает с каждым годом, так как все чаще возникает потребность выведения на заданную высоту различной целевой полезной нагрузки, такой как лазерное, инфракрасное, оптическое оборудование, сканеры, радиолокаторы, геодезическая и научная аппаратура. Такое выведение (подъем от нескольких сотен метров до десятков километров) позволяет решать задачи обеспечения коммуникации и связи, проведения научных исследований, фото- и видеосъемки, мониторинга территории, ретрансляции сигналов, обнаружения лесных пожаров, радиолокационного наблюдения, охраны сухопутных и водных границ. Аэростатные носители являются одним из наиболее перспективных и экономически целесообразных средств, используемых для решения такого рода задач.

Основными потребителями, использующими воздухоплавательные средства, являются: силовые структуры (МВД, ФСБ, Министерство обороны, МЧС); экологические службы; организации, обслуживающие газопроводы и нефтепроводы, а также линии электропередач; научно-исследовательские организации; рекламные компании и др.

В зависимости от требований потребителя и поставленной задачи определяется тип оборудования, необходимая высота подъема для заданной зоны охвата и выбирается оптимальный вариант аэростатного комплекса или дирижабля.

Для решения задач наблюдения и обеспечения связи возможно применение как привязных аэростатов, так и дирижаблей. В случае если объект или зона для наблюдения имеет локальное расположение, предпочтение отдается многофункциональным аэростатным комплексам. Для обеспечения наблюдения за протяженными объектами (линии электропередач, газопроводы и нефтепроводы), а также патрулирования государственной границы оптимальным является использование дирижаблей.

Воздухоплавательный центр «Авгуръ» начал вести работы по созданию дирижаблей мягкого типа с 1995 г. (радиоуправляемый дирижабль) и успешно