авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< 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:     | 1 |   ...   | 38 | 39 || 41 | 42 |   ...   | 43 |

«Федеральное агентство по рыболовству ФГОУВПО “Мурманский государственный технический университет” Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН Полярный геофизический ...»

-- [ Страница 40 ] --

Учитывая, что все переменные изменяются по закону exp i(t – kz), 1291 МНТК "Наука и Образование - 2010" Калитёнков Н.В., Калитёнков А.Н., Милкин В.И., Гурин А.В., Жаровцев А.А.

где k – постоянная распространения радиоволны в системе "неоднородность высокоширотной ионосферы – пучок авроральных электронов", можно получить условия существования нетривиального решения уравнений (16), которое принимает вид (kz – k)3 (kz + k) = 2 kz4 3. (17) В частном случае, когда начальная скорость электронов V0 равна фазовой скорости замедленной волны, т. е.kz = ke, безразмерная величина = (Z0 I0/4U0)1/ меньше 1.

Уравнение (17) имеет три корня k1, 2, 3 kz и один кореньk4 –kz. Для первых трех корней уравнения можно приближенно положить kz + k 2 kz и, следовательно, (kz – k) kz33 или k1, 2, 3 kz – kz(1)1/3 или в развернутом виде k1 k z (1 + / 2) + ik z (3)1/ 2 / 2, k2 k z (1 + / 2) ik z (3) / 2, 1/ (18) k3 k z (1 ), k k (1 3 /4).

4 z Из волн, бегущих в одном направлении с электронами, первая (с постоянной распространения k1) распространяется медленнее, чем электроны, и возрастает по амплитуде в соответствии с законом exp (kz (3)1/2z / 2). Ток будет нарастать, интенсивность излучения в указанных направления будет увеличиваться.

ml c sin cos ( ) 30mI 0l 2 v exp jm(r + lc ) & F1 ( ) (19) E = jq 2v ml c r cos 2 v Таким образом, при плавании в северной части морского района А4, в частности по Северному морскому пути, пучки вторгающихся в ионосферу электронов и ориентированные вдоль направления геомагнитного поля неоднородности электронной концентрации в ионосфере могут играть роль активной ионосферной антенны и существенно влиять на условия радиосвязи.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Программно-аппаратурный комплекс для исследования взаимосвязи между пространственно-временной динамикой форм полярных сияний и точностью позиционирования с помощью GPS в северной части морского района А ПРОГРАММНО - АППАРАТУРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ДИНАМИКОЙ ФОРМ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ И ТОЧНОСТЬЮ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ GPS В СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ МОРСКОГО РАЙОНА А Калитёнков А.Н., Калитёнкова М.И., Мищук В.М., Фадеев А.П. (г. Мурманск, МА МГТУ, кафедра радиотехники и радиотелекоммуникационных систем, KalitenkovNV@mstu.edu.ru) It is shown that the amplitude variations of the geomagnetic field are much less representative as a diagnostic sign of GPS positioning errors at high latitudes, than the intensity and spatio-temporal variations of aurora.

Полярная ионосфера как среда распространения инфрмационно-навигационных радиосигналов является неоднородной, нестационарной и неравновесной поскольку подвержена практически постоянному воздействию волнового и корпускулярного излучения Солнца, электрических и магнитных полей.



Одним из индикаторов возмущенности ионосферы являются полярные сияния. Цель настоящей работы создать программно-аппаратурный комплекс для исследования связи между пространственно временной динамикой форм полярных сияний и точностью позиционирования с помощью GPS. Ранее были проведены эксперименты по одновременной регистрации вариаций погрешностей позиционирования с пространственно временным положением форм полярных сияний. Для сравнения вариаций положения форм полярных сияний по наземным данным с вариациями погрешности позиционирования мы использовали данные наблюдений полярных сияний в обсерваториях Скандинавского полуострова. Найдено, что как максимальные погрешности позиционирования, а в отдельных случаях и полное нарушение работы СНС регистрировались одновременно с появлением форм сияний.

Анализ этих и других, полученных в эксперименте материалов, дает основания полагать, что амплитуда вариаций геомагнитного поля гораздо менее информативна в качестве диагностического признака ошибок позиционирования GPS в высоких широтах, чем пространственно-временные вариации интенсивности форм полярных сияний. Поскольку кеограмма отражает наличие и расположение форм сияний в узкой полосе вдоль меридиана, а не по всему небосводу и кроме того инструменты измерения разнесены в пространстве эксперимент был скорректирован. Было решено для проведения дальнейших экспериментов совместно с GPS приемником использовать камеру видео наблюдения. В предложенной схеме - камера, регистрирующая полярные сияния с полем зрения 180 градусов, и приемник GPS сигналов, диаграмма направленности антенны которого имеет аналогичный раскрыв, находятся на одной платформе и одинаковым образом ориентированы. В этом случае поле зрения оптической камеры и диаграмма направленности антенны GPS приемника, должны полностью совпадать, что позволило бы установить наличие или отсутствие полярных сияний на трассе прохождения GPS сигнала, так как азимутальный угол и угол места конкретного навигационного спутника тоже известен.

Описание бокса с камерой всего неба. Принцип действия.

В разработанном аппаратурном комплексе используется видеокамера, снабженная объективом типа «рыбий глаз» с углом зрения, равным 1700. Поскольку оптическая ось камеры ориентирована вертикально вверх, то возникает необходимость защиты камеры от атмосферных осадков типа дождь, снег. Эта задача решена посредством размещения камеры 1293 МНТК "Наука и Образование - 2010" Калитёнков А.Н., Калитёнкова М.И., Мищук В.М., Фадеев А.П.

в боксе, снабженным автоматически управляемой крышкой. Выбор системы автоматического управления крышкой бокса опирался на условия оптимальности управления и минимизации количества механических узлов (редукторов, электродвигателя) обладающих невысокой антикоррозионной способностью. Была выбрана схема, работающая по принципу «перекидная крышка». Суть этого принципа заключается в том, что в самой крышке жестко установлен постоянный магнит, а перемещение крышки обеспечивают два электромагнита, один из которых работает на открывание, а другой на закрывание. При этом в крайних положениях из-за взаимного притяжения пара «магнит/электромагнит» ведут себя как защелки. Электромагниты подключаются с нужной полярностью к накопительному конденсатору, имеющему емкость 4700мкФ и заряжаемому до напряжения 31В. Выбранная конструкция электромагнитов, имеющих индуктивность около 10мГн, и величина накапливаемой энергии конденсатора позволяют надежно перемещать крышку бокса в нужное положение.





Электрическая схема В качестве напряжения, питающего разработанное устройство, выбрано напряжение величиной 15В. Поскольку для работы накопителя необходимо напряжение, превышающее напряжение питания более чем в два раза, электрическая схема была дополнена преобразователем, выполненным на VT1, включенным по схеме блокинг-генератора.

Пороговая цепь VD2R2 подключена к накопительному конденсатору С11 и через НЧ фильтр запускает одновибратор на DD1.1, DD1.2. Одновибратор формирует положительный перепад напряжения длительностью около 0,5с. Точная подгонка осуществляется подстроечным сопротивлением R3. Логика управления ключами VT4VT собрана на DD2. Входы 8 DD2.1 и 1 DD2.3 объединены и подключены к выходу одновибратора. Входы 9 DD2.1 и 2 DD2.3 подключены к датчику положения крышки кнопке SВ1 и инвертору на VT3 соответственно. Этим достигается правильная коммутация электромагнитов Y1Y2 при разных положениях крышки. Срабатывание ключей приводит к разряду С11. Далее процесс повторяется снова. При таком построении процесс открывания – закрывания будет осуществляться циклически с периодом около 26 с, связанный с зарядкой C11 (время заряда – 13с). Фиксация крышки в открытом или закрытом состоянии производится снижением питающего напряжения с 15В до 12В. Датчиком здесь выступают пороговая цепь VD3R4 и DD1.1DD1.2 с НЧ фильтром R5C4. Точная подгонка осуществляется подстроечным сопротивлением R4. В качестве напряжения переключения выбрано напряжение величиной 13,5В. Срабатывание порогового устройства ведет к блокировке одновибратора DD1.3DD1.4, а, следовательно, и DD2. Питание DD1DD осуществляется параметрическим стабилизатором VD1R1. Питание на Блокинг-генератор подается через фильтр C1L1C2C6. Для стабилизации напряжения питания камеры применен узел VT2R9VD5 с фильтром C10L2C14. В зафиксированном положении крышки, когда одновибратор заблокирован, напряжение на С11 повышается до 42В. Учитывая, что номинальное напряжение используемого конденсатора равно 35В, для исключения перенапряжения в схему включена цепь VD7R13.

Программные средства Для позиционирования использовался одночастотный 12 канальный приемник Garmin-172, установленный в Мурманске. Радиосигналы с приемника через СОМ порт поступали в компьютер. При обработке принятой с навигационных спутников информации использовалась программа VisualGPSXP. Эта программа позволяет определять как местоположение спутников, так и точность GPS позиционирования при наличии помех и МНТК "Наука и Образование - 2010" Программно-аппаратурный комплекс для исследования взаимосвязи между пространственно-временной динамикой форм полярных сияний и точностью позиционирования с помощью GPS в северной части морского района А возмущений среды распространения информационно-навигационных радиосигналов.

Другими возможностями являются показ высоты, скорости и направления, а также способность осуществлять связь с GPS приёмником через Интернет, порт RS-232;

возможно чтение NMEA текстовых файлов. Используя NMEA данные от GPS приёмника, программа VisualGPSXP позволяет получить графическую информацию о целом ряде навигационных параметров.

Лабораторная проверка разработанного комплекса показала, что комплекс работоспособен и может использоваться в научно-практических целях и образовательном процессе на кафедрах РиРТКС и Судовождения Морской Академии МГТУ.

1295 МНТК "Наука и Образование - 2010" Милкин В.И., Калитёнков Н.В., Кучура А., Гурин А.В.

НОВЫЕ НЕНАПРАВЛЕННЫЕ АНТЕННЫ НА МОРСКОМ ТРАНСПОРТЕ Милкин В.И., Калитёнков Н.В., Кучура А.,Гурин А.В. (г. Мурманск, Морская Академия МГТУ, rафедра радиотехники и радиотелекоммуникационных систем, KalitenkovNV@mstu.edu.ru) В настоящее время у нас в стране и за рубежом проводятся интенсивные исследования по проблеме создания перспективного комплекса судовых антенных устройств для целей обеспечения безопасности мореплавания и эффективной эксплуатации судов. В частности, анализируются особенности морской радиосвязи, исследуется влияние специфики морских условий на характеристики судовых антенных устройств. Традиционные подходы к решению теоретических задач и традиционные методы создания антенн оказываются недостаточно эффективными применительно к судовым антеннам. Это обусловлено специфическими условиями морской радиосвязи, заключающимися в расположении антенн в непосредственной близости от различных металлических конструкций, оказывающих сильное влияние на их характеристики;

в ограниченности пространства для размещения и пространственного разнесения антенн. Обобщение результатов исследований позволило сформулировать следующие основные направления развития судовой антенной техники:

учет влияния судовых металлических конструкций на характеристики антенн и использование отдельных элементов этих конструкций в качестве антенн;

эквивалентное удлинение судовых антенных устройств;

создание малогабаритных широкополосных антенных устройств с пониженными индукционными полями;

создание судовых антенных устройств для работы в системе космической радиосвязи. Успешное решение задачи приема сигналов со спутников легко можно представить, если в качестве инструмента использовать специальные антенны, преимущественно круговой поляризации. Плюс этих антенн состоит не только в возможности без особых усилий принимать данные в любой точке, но и избавиться от громоздкого оборудования коррекции наведения антенны на ИСЗ, однако используемые в настоящее время спиральные антенны громоздки и есть необходимость отклониться от классических подходов к конструированию антенн с круговой поляризацией и исследовать направление на базе отечественного изобретения z-образных элементов, предложенных К.П. Харченко.

В работе предлагается всенаправленная антенна круговой поляризации. По результатам электронного моделирования был разработан и реализован макет антенны, позволивший провести практические испытания. Результаты натурных испытаний антенны, показали, что реализованный вариант вобрал в себя все лучшее: отсутствие громоздких размеров и возможность избавления от сложного и объемного оборудования коррекции, чувствительность к погрешностям изготовления, «провалы» диаграммы направленности при работе в широкой полосе частот, необходимость увеличения массогабаритных размеров и т.п. Реализованный макет антенны представляет собой цельносварную конструкцию, придающую ей повышенную прочность в отношении климатических и механических воздействий. Три плеча антенны подключаются к трем разным кабелям, что обеспечивает сдвижения фаз на 120 градусов.

Антенна представляет собой три ромба, имеющих смежные стороны, таким образом если в самой не защищенной точке произойдет обрыв жилы, то она сможет продолжать работать в режиме приема-передачи и иметь круговую поляризацию, но с потерями в качестве около 30 процентов. Данное условие “живучести” дает большие плюсы по использованию антенны на судах и в отраслях, предъявляющих высокие требования к “живучести” оборудования.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Новые ненаправленные антенны на морском транспорте Коаксиальный кабель питания с волновым сопротивлением 150 Ом расположен во внутренних полостях антенны, что предотвращает воздействие на него окружающей среды.

Конструкция и специально разработанный узел питания позволяют обходиться без использования согласующих устройств, при питании 50-омной фидерной линией.

В целом разработанная антенна имеет простую в изготовлении конструкцию и соответственно хорошую повторяемость, может быть выполнена из недефицитных подручных материалов, что делает ее привлекательной для широкого внедрения, а так же снижает ее себестоимость.

В заключении можно сделать вывод, что предложенное техническое решение претендует на обособленное существование, дополняя ряд известных на сегодняшний день антенн, т.к. по качественным показателям превосходит их.

1297 МНТК "Наука и Образование - 2010" Милкин В.И., Калитёнков Н.В., Гурин А.В.

НОВЫЕ ПОДХОДЫ К СИНТЕЗУ КВ и УКВ СУДОВЫХ АНТЕННЫХ УСТРОЙСТВ Милкин В.И., Калитёнков Н.В., Гурин А.В. (г. Мурманск, Морская Академия МГТУ, rафедра радиотехники и радиотелекоммуникационных систем, KalitenkovNV@mstu.edu.ru) На судах для целей радиосвязи и радионавигации устанавливаются и остронаправленные и всенаправленные приемо-передающие антенны. Остронаправленные судовые антенны на управляемых платформах применяются в основном для работы с космическими аппаратами. Всенаправленные антенны используются в системах, требующих мгновенной готовности и возможности работы в составе комплексов связи и оперативного обеспечения безопасности плавания. Авторами настоящей работы в качестве альтернативы существующему парку типовых судовых антенн, выполненных на основе классических антенных вибраторов, предлагается инновационный ряд антенн с повышенными техническими и эксплуатационными характеристиками. В основу построения предлагаемых антенн положен синтез антенны из Z-элементов. В 1960 году советским изобретателем К.П.

Харченко было заявлено, а в 1969 году всесторонне описано оригинальное техническое решение по устройству зигзагообразных антенн. Антенна из Z-элементов уникальна тем, что по конструктивному исполнению она представляет собой моноантенну, а по существу является своеобразной синфазной антенной решеткой из восьми активных вибраторов.

Данная антенная решетка в отличие от классических вибраторных решеток, у которых число пар точек питания равно числу вибраторов, входящих в такую синфазную решетку, имеет всего одну пару точек питания на восемь вибраторов. Это нестандартное, безизоляторное техническое решение обеспечило Z-антеннам, кроме прогнозируемого увеличения коэффициента усиления, еще и расширение полосы рабочих частот, неизменную осевую направленность и органическое симметрирование и согласование со стандартными коаксиальными фидерами. Следует констатировать, что обладая исключительными техническими и эксплуатационными характеристиками, Z-антенны до сих пор не нашли должного распространения и применения ни в гражданских ни в военных радио и радиотехнических системах. Причин здесь несколько. Прежде всего это обусловлено лоббированием изготовления и использования антенн типа Уда-Яги, еще одна причина - это постановка на поток и серийное изготовление антенн типа Уда-Яги к моменту появления Z антенн и, наконец, третья - это хорошо известный консерватизм и инерционность при принятии решений о смене номенклатуры выпускаемой продукции. Авторами настоящей статьи сделан большой шаг вперед в области развития антенной техники и вместе с работами по классическим линейным и плоским антенным структурам на протяжении уже нескольких последних лет проводятся исследования по объемной реализации Z-антенн. Осуществляются разработки по синтезу геометрически и электрически объемных зигзагообразных антенн, а также таких объемных конструкций, когда вибраторы основного полотна могут использоваться для наращивания комбинаций вмещаемых в пространственную конструкцию базовой антенны вибраторов, в том числе из Z-элементов. Ведутся работы по созданию изотропных антенн и направленных антенн для транспортных средств, для базовых станций сотовой связи, телевидения, радиовещания и радиопеленгования. Результаты работ подтверждают перспективность отечественного пионерного технического решения по объемной реализации Z-антенн. К настоящему времени получены патенты на одиннадцать разработок. Некоторые из изобретений удостоены дипломов региональных и международных выставок. Два технических решения экспонировались на Международной выставке научно-технических достижений в Шеньяне, КНР.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Новые подходы к синтезу КВ и УКВ судовых антенных устройств Наиболее значимые результаты достигнуты в создании эффективных «карусельных»

всенаправленных антенн, которые могут быть использовны, например, для обеспечения безопасности мореплавания, в том числе реализована разработка приемо-передающей антенны на базе Z –элементов для плавающих радиобуев. Этим положено начало работ по синтезу ненаправленных фазированных решеток с центральным питанием и использованием отражательно рассеивающих устройств, в том числе элементов самих конструкций мачт и оборудования. Разработана оригинальная пеленгаторная антенна горизонтальной поляризации для метровых и дециметровых волн и ряд других конструкций, технически вписывающихся в предстоящий процесс замены используемых образцов гражданской и военной антенной техники.

Все предлагамые к разработкам технические решения антенных систем проходят электронное моделирование с последующим изготовлением опытных образцов и проведением натурных исследований для целей дальнейшего внедрения в практику радиосвязи, радиолокации, радионавигации.

1299 МНТК "Наука и Образование - 2010" Милкин В.И., Калитёнков Н.В., Гурин А.В., Загороднева Н.С., Амелькин Д.А.

Z-АНТЕННЫ И ДУАЛИЗМ ПОЛЯРИЗАЦИЙ. БЕЗОПАСНОСТЬ МОРЕПЛАВАНИЯ В АРКТИКЕ Милкин В.И., Калитёнков Н.В., Гурин А.В., Загороднева Н.С., Амелькин Д.А.

(г. Мурманск, МГТУ, кафедра РиРТКС,KalitenkovNV@mstu.edu.ru) В работе изложены подходы к теории и практике использования возможностей поляризационных характеристик антенн. Рассмотрено инновационное прикладное техническое решение нестандартного устройства по реализации комбинации структуры активных вибраторов на базе Z-элементов для приемо-передающих антенн с возможностью оперативного изменения плоскости поляризации. Полученные результаты могут быть широко использованы для реализации систем связи, в том числе спутниковых и с подвижными объектами, радиоразведки и радиопротиводействия, обеспечение электромагнитной совместимости при работе радиоэлектронных средств. Техническим результатом предлагаемого исследованного устройства является обеспечение возможности изменять поляризацию принимаемого или излучаемого антенной радиосигнала от вертикальной или горизонтальной до круговой без практического изменения основных параметров антенны.

Излучаемое антенной электромагнитное поле поляризуется в плоскости расположения проводников, являющейся плоскостью электрического поля, то есть определяется направлением электрической составляющей поля. При линейной поляризации линии электрического поля прямые и определенным образом расположены по отношению к земной поверхности как опорной плоскости. В соответствии с их направлением различают горизонтальную поляризацию, когда линии электрического поля параллельны поверхности Земли и вертикальную, когда линии перпендикулярны поверхности Земли.

Частным случаем поляризации может быть круговая, полученная при использовании линейных скрещенных диполей, так как электромагнитное поле с круговой поляризацией складывается из двух линейно-поляризованных полей, которые сдвинуты по фазе на 90° и имеют взаимно перпендикулярные векторы электрических составляющих этих полей. В спиральных антеннах осевого излучения формируется электромагнитное поле с круговой поляризацией.

Электромагнитное поле радиоволны при распространении с прохождением сквозь ионосферу претерпевает вращение плоскости поляризации. Изменение поляризации волны приводит к ослаблению сигналов при приеме и передаче за счет рассогласования поляризаций принимаемой волны и приемной антенны. Рассогласование поляризаций возможно и из-за прохождения радиоволн через неоднородную среду и из-за нарушения ориентации структур приемной и передающей антенн относительно друг друга или используемой плоскости поляризации. Все это еще в большей степени ослабляет сигнал. А для антенн с круговой поляризацией поляризационные потери отсутствуют.

Технические решения по реализации антенн для радиотехнических систем, использующих волны с круговой поляризацией, в основном базируются на применении спиральных элементов с количеством витков спирали не менее четырех. В целях упрощения конструктивных решений и оперативного изменения направления вращения поляризации используют антенны из турникетных излучателей. Для повышения коэффициента усиления антенн с круговой поляризацией применяют комбинации структур из спиральных и турникетных элементов.

Среди классических антенн особое место занимают диапазонные зигзагообразные антенны. Само собой техническое решение антенны из Z-элементов уникально тем, что по МНТК "Наука и Образование - 2010" Z-антенны и дуализм поляризаций. Безопасность мореплавания в Арктике конструкции как моноантенна, она является своеобразием безизоляторной синфазной решетки из восьми активных вибраторов при одной паре точек питания и органическом симметрировании и согласовании с коаксиальными фидерами. Конструкция такого антенного устройства более широкополосная и обладает большим коэффициентом усиления чем используемые активные вибраторы. При дальнейшей модификации зигзагообразных антенн, с сохранением достоинств прототипа, была разработана двойная треугольная антенна. Все Z-антенны, не смотря на зигзагообразные элементы конструкций, имеют только одну линейную поляризацию с возможностью ее изменения на вертикальную или горизонтальную только механическим путем. Вопрос о круговой поляризации в таких антеннах всегда считался контрпродуктивным.

В свою очередь, смежные технические решения двойной треугольной антенны не исключают возможности реализации вписанной в квадрат двойной треугольной антенны при сохранении классического подключения питания, как это производится во всех зигзагообразных антеннах. Из анализа токов в плечах вибраторов из Z-элементов и по периметру квадрата следует, что если изменить в данной структуре подключение питания с полной развязкой центрального узла, с выделением плеч полувибраторов, и перекрестным включением коаксиальных фидерных линий, то при синфазном включении уже двух коаксиальных фидерных линий обеспечивается работа комбинации Z-структур с линейной поляризацией в плоскости перпендикулярной стороне квадрата с прилежащими синфазно возбуждаемыми полувибраторами. При противофазном включении этих же полувибраторов плоскость поляризации изменяется на 90°, а при подключении со сдвигом фаз на 90° Z структура такой антенны сформирует круговую поляризацию. Таким образом, предлагаемое инновационное техническое решение зигзагообразной антенны и не стандартное подключение питания обеспечивают не только возможность оперативного использования этого типа антенн в раздельных режимах вертикальной и горизонтальной поляризаций, но и в режиме с круговой поляризацией, что контрастно множит перспективы ее применения.

Дополнительно к этому уникальным и беспрецедентным, неповторимым в прототипах является то, что из-за работы всех составных элементов конструкции технического решения предлагаемой антенны в излучении или приеме радиосигналов ее коэффициент усиления как при круговой, так и при линейной поляризациях остается постоянным.

На базе теоретических предпосылок был изготовлен макет и проведено электронное моделирование в среде MMANA униполяризационной зигзагообразной антенны, содержащей два незамкнутых витка, расположенных в одной плоскости один над другим, повернутых друг к другу незамкнутыми концами и два незамкнутых витка, расположенных в той же плоскости, каждый из которых повернут относительно рядом расположенного на 90°, повернутых друг к другу незамкнутыми концами, незамкнутые витки идентичны и выполнены в форме равнобедренных треугольников, вписанных в квадрат таким образом, что их смежные стороны являются общими, образующими половины диагоналей квадрата, а их основания образуют стороны квадрата, при этом незамкнутые в центре четыре образовавшихся конца являются клеммами двух источников питания, подключаемых перекрестно в центре диагоналей для поворота плоскости поляризации с соотношениями фазового сдвига между этими источниками: 0° - для вертикальной поляризации;

180° - для горизонтальной поляризации;

90° - для круговой поляризации.

Предлагаемая униполяризационная зигзагообразная антенна иллюстрируется чертежами, представленными на рис. 1 – 7.

В приложении 1 на рис. 1 показаны эскизы рассматриваемых антенн, на рис. 2 – эскиз предлагаемой антенны, на рис. 3 – диаграммы направленности и основные параметры двойной треугольной антенны с горизонтальной поляризацией, на рис. 4 – диаграммы 1301 МНТК "Наука и Образование - 2010" Милкин В.И., Калитёнков Н.В., Гурин А.В., Загороднева Н.С., Амелькин Д.А.

направленности и основные параметры вписанной в квадрат двойной треугольной антенны с горизонтальной поляризацией, на рис. 5 – диаграммы направленности и основные параметры предлагаемой антенны с вертикальной поляризацией, на рис. 6 – диаграммы направленности и основные параметры предлагаемой антенны с горизонтальной поляризацией, на рис. 7 – диаграммы направленности и основные параметры предлагаемой антенны с круговой поляризацией (а – вертикальная поляризация, б – горизонтальная).

Униполяризационная зигзагообразная антенна имеет конструкцию в виде квадрата со сторонами из оснований незамкнутых витков, выполненных в форме равнобедренных треугольников 1, 2, 3 и 4, вписанных в квадрат. Смежные стороны равнобедренных треугольников являются общими и образуют половины диагоналей квадрата 5, 6, 7 и 8.

Незамкнутые в центре четыре образовавшихся конца являются клеммами а и б, в и г двух источников питания 9 и 10 подключаемых перекрестно в центры диагоналей 5-6, 7-8.

Униполяризационная зигзагообразная антенна работает следующим образом.

Наведённый источником питания 9 ток протекает, например, от точки “а” по полудиагонали 5, раздваиваясь на основания треугольников 1 и 3 и далее, через основания треугольников 4 и 2, складываясь на полудиагонали 6, течет в точку “б”. При синфазном включении источников питания, наведённый источником питания 10, ток от точки “в”, при сдвиге фаз в 0°, одновременно с током из точки “а”, течет по полудиагонали 7, раздваиваясь на основания треугольников 1 и 4 и далее, через основания треугольников 3 и 2, складываясь на полудиагонали 8, течет в точку “г”. Таким образом, на верхней и нижней сторонах квадрата токи будут течь в противоположных направлениях, компенсируясь, а на боковых стенках квадрата токи будут течь в одинаковых направлениях, удваиваясь и обеспечивая работу антенны в режиме вертикальной поляризации. При противофазном включении источников питания, наводимые одним из источников питания токи будут противоположны и, соответственно, на тех участках, на которых при синфазном включении токи складываются, будут вычитаться, а на тех участках, на которых компенсируются, будут складываться. Таким образом, при изменении фаз токов на 180° поляризация предлагаемой антенны изменяется на 90°, то есть антенна будет работать в режиме горизонтальной поляризации, что также отличает предлагаемую антенну от прототипа. В режиме круговой поляризации антенна будет работать со сдвигом фаз между источниками питания в 90° и в зависимости от опережения или отставания фаз одного из источников питания относительно другого будет реализована круговая поляризация с правой или левой стороной вращения плоскости поляризации.

Работу униполяризационной зигзагообразной антенны подтверждают результаты электронного моделирования в среде MMANA, что видно по диаграммам направленности в разных режимах работы антенны, где на рис. 3 – работа двойной треугольной антенны с горизонтальной поляризацией, на рис. 4 – работа вписанной в квадрат двойной треугольной антенны с горизонтальной поляризацией. В этих режимах нет излучений с паразитными, не основными, поляризациями. На рис. 5 диаграммы направленности и основные параметры предлагаемой антенны с вертикальной поляризацией. На рис. 6 диаграммы направленности и основные параметры предлагаемой антенны с горизонтальной поляризацией, а на рис. видны обе а) – горизонтальная и б) – вертикальная составляющие, что соответствует режиму круговой поляризации. Кроме этого, уменьшенный раздельно по графикам на 3 dBd коэффициент усиления, при суммировании, дает одно и то же усиление антенны в разных режимах, что является еще одним подтверждением уникальности полученных в работе результатов.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Z-антенны и дуализм поляризаций. Безопасность мореплавания в Арктике Рис. 1. Эскизы рассматриваемых антенн Рис. 2. Эскиз предлагаемой антенны Рис. 3. Диаграммы направленности и основные параметры двойной треугольной антенны с горизонтальной поляризацией 1303 МНТК "Наука и Образование - 2010" Милкин В.И., Калитёнков Н.В., Гурин А.В., Загороднева Н.С., Амелькин Д.А.

Рис. 4. Диаграммы направленности и основные параметры вписанной в квадрат двойной треугольной антенны с горизонтальной поляризацией Рис. 5. Диаграммы направленности и основные параметры предлагаемой антенны с вертикальной поляризацией Рис. 6. Диаграммы направленности и основные параметры предлагаемой антенны с горизонтальной поляризацией МНТК "Наука и Образование - 2010" Z-антенны и дуализм поляризаций. Безопасность мореплавания в Арктике Рис 7. Диаграммы направленности и основные параметры предлагаемой антенны с круговой поляризацией (а – вертикальная поляризация, б – горизонтальная) 1305 МНТК "Наука и Образование - 2010" Милкин В.И., Калитёнков Н.В., Гурин А.В.

КОСПАС-SARSAT – ИННОВАЦИОННОЕ АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО Милкин В.И., Калитёнков Н.В., Гурин А.В. (г. Мурманск, Морская Академия МГТУ, rафедра радиотехники и радиотелекоммуникационных систем, KalitenkovNV@mstu.edu.ru) Особое место в Глобальной морской системе связи при бедствии принадлежит Международной спутниковой системе поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ, являющейся единственным средством, предназначенным для того, чтобы в любое время суток, в любых гидрометеорологических условиях и в любой точке земного шара обнаружить терпящее бедствие судно, опознать его и определить с высокой точностью его координаты. Сигналы АРБ с частотой 406 МГц принимаются низкоорбитальными ИСЗ и ретранслируются на наземные станции для дальнейшей обработки - определения координат, опознавания и передачи сообщения о бедствии в координационный центр, в зону ответственности которого входит место бедствия. Не без учета того, что основными видами антенн на плавающих буях являются антенны с вертикальной поляризацией, которые не в полной мере решают проблемы надежной электромагнитной доступности, имеет право на существование нестандартный подход к антенному оснащению таких радиобуев. В качестве антенного устройства предлагается широкополосная антенна, выполненная на базе z-элементов и являющаяся всенаправленной антенной круговой поляризации. Вид антенны представлен на рисунке.

Диаграммы направленности данной антенны с вертикальной и горизонтальной поляризациями в горизонтальной и вертикальной плоскостях с основными параметрами показаны на следующем рисунке Как следует из электрических характеристик и диаграмм направленности, полученных в результате электронного моделирования, предлагаемая антенна представляет интерес, как удовлетворяющая требованиям, предъявляемым к антенным устройствам системы Коспас-Сарсат. Несмотря на нестандартную конструкцию, отличающуюся от классически используемых антенн в устройствах плавающих буев, данное техническое решение может выгодно изменить их конструкцию и обеспечит повышение визуальной и радиолокационной заметности, механической надежности и технологичности. Кроме этого плоская и симметричная конструкция предлагаемого антенного устройства одновременно обеспечивает, из за физики формирования диаграмм направленности, размещение в центре симметрии любых устройств, например антенны GPS, без ухудшения основных параметров рассматриваемой антенны.

МНТК "Наука и Образование - 2010" КОСПАС-SARSAT – инновационное антенное устройство Предложеннная антенна имеет простую в изготовлении конструкцию и, соответственно, легкую повторяемость. Это делает ее привлекательной для широкого внедрения в качестве всенаправленной антенны круговой поляризации. Дополняя ряд известных на сегодняшний день антенн, данное антенное устройство по своим техническим и эксплуатационным показателям существенно превосходит их.

1307 МНТК "Наука и Образование - 2010" Жарких А.А., Гурин А.В., Пластунов В.Ю.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОДНОВРЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ УЗКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА И СИГНАЛА С РАСШИРЕННЫМ СПЕКТРОМ КАК МЕТОД СТЕГАНОГРАФИИ Жарких А.А., Гурин А. В., Пластунов В.Ю. (г. Мурманск, МГТУ, кафедра РТКС, e-mail:

zharkikh090107@mail.ru, zharkihaa@mstu.edu.ru, gurinav@mstu.edu.ru plvasily@yandex.ru) This paper presents mathematical modeling results of digital data steganography method. The proposed method is based on the direct-sequence spread spectrum. The method idea is in using narrowband signal as container while message is transmitting in the spread-spectrum signal.

Предлагаемый метод стеганографии основан на одновременной передаче узкополосного (контейнера) и широкополосного (скрываемое сообщение) сигналов. В работе представлены структурные схемы внедрения и извлечения скрываемого сообщения, а также результаты математического моделирования.

Конкретная реализация любого из методов стеганографии тесно связана с физической природой сигнала-сообщения и сигнала-контейнера. Чаще всего в качестве контейнера выбираются аудиосигналы и изображения. Для высококачественного воспроизведения аудиосигналов и изображений современная техника использует цифровую запись таких сигналов. В силу своей аналоговой природы, аудиосигналы и изображения содержат избыточную информацию которую легко заменить на внедряемое сообщение. При этом битовый состав стего отличается от битового состава контейнера, и это не должно обнаруживаться при помощи человеческих органов чувств и оказывать существенного влияния на работу телекоммуникационной системы. Исключение составляют ряд методов внедрения цифрового водяного знака (ЦВЗ), где водяной знак выступает не в роли скрываемого сообщения, а в роли метки и, поэтому, может быть легко заметен, и может накладывать определенные ограничения на редактирование стего (контейнера с внедренным ЦВЗ).

Для обнаружения наличия скрытого сообщения, определения использованного метода стеганографии и извлечения скрытого сообщения используются методы стегоанализа.

Использование методов стегоанализа называется стегоатакой.

Необходимо отметить, что термины «незаметность» и «необнаруживаемость» тесно связаны с физической структурой и параметрами контейнера, сообщения и стего. Поэтому необходимо говорить об измерительном приборе (или системе), с помощью которого нельзя обнаружить конкретное сообщение в конкретном стего. Этим прибором может быть глаз, ухо человека, органы осязания, обоняния, или некоторые созданные человеком приборы, основанные на измерении звуковых или электромагнитных колебаний.

В зависимости от принципа действия и параметров приборы и системы могут обнаруживать скрываемые сообщения конкретной группы стеганографических методов либо производить общий стегоанализ, стараясь обнаружить сообщение скрытое при помощи ранее неизвестных методов (т.н. «слепой» стегоанализ).

Таким образом, для обнаружения сообщения необходим специальный приемник, а для извлечения сообщения необходима дополнительная информация о параметрах встраивания.

Так, например, если для приема используется узкополосный приемник, то сообщение, встроенное в широкополосный сигнал будет незаметным для приемника.

Прямое расширения спектра сигнала довольно широко применяется в методах стеганографии. В [1] подчеркивается, что основными достоинствами методов стеганографии с расширением спектра сигналов являются: устойчивость к шуму, некоррелированному с МНТК "Наука и Образование - 2010" Использование одновременной передачи узкополосного сигнала и сигнала с расширенным спектром как метод стеганографи отсчетами сообщения, малое увеличение энергии сигналов при внедрении сообщения, возможность работы при низком отношении сигнал/шум, что уменьшает риск появления слышимых (видимых) искажений, повышает устойчивость к распространенным искажениям сигналов.

В работе [2] исследуется возможность приложения турбо кодов и псевдослучайных последовательностей к методам стеганографии изображений. Другим, более близким к теме нашей работы, примером использования прямого расширения спектра сигнала является метод [3], где в качестве сигнала контейнера выступает ТВ-сигнал с медленной разверткой (SSTV) с полосой в 3 кГц, а сам метод внедрения сообщения заключается в добавлении к несущей сигнала-контейнера масштабированного сигнала сообщения с расширенным спектром. В указанной работе также предлагается использовать турбо-кодер для борьбы с замираниями сигнала и потерями в атмосфере, блок перемежения для борьбы с пакетами ошибок, дифференциальную фазовую манипуляция ФМ-2 для борьбы с фазовыми искажениями сигнала, появляющимися при прохождении сигнала через ионосферу и фильтр, частотная характеристика которого пропорциональна корню из приподнятого косинуса (RRC), используемый для ограничения расширенного спектра сообщения до 3 кГц.

Рассмотрим стеганографический метод передачи данных, когда одновременно с основными данными (контейнером) передается скрытая информация (сообщение), при этом, передача контейнера осуществляется с использованием относительно узкополосного метода передачи данных, например ФМ, а сообщение подвергается модуляции с расширением спектра сигнала, например ФМ-ШПС [4].

На передающей стороне производится модуляция двух битовых потоков и суммирование получившихся сигналов. Пусть битовый поток 1 это контейнер, а 2 – сообщению.

Для приема стего необходим двухканальный приемник. Каждый из каналов содержит фильтр и детектор фазы. Канал, настроенный на прием контейнера содержит фильтр с более узкой полосой пропускания, а канал, настроенный на прием сообщения, содержит фильтр с на более широкой полосой пропускания. После фильтрации сигналов в каждом из его каналов происходит детектирование фаз и демодуляция.

В канале приема узкополосного сигнала до принятия решения о значении переданного бита происходит накопление энергии сигнала за время передачи одного символа. В канале приема широкополосного сигнала используется или банк корреляторов, настроенных на все возможные задержки, или фильтр, согласованный с использующейся при расширении последовательностью. На выходе формируется сигнал, пропорциональный функции взаимной корреляции (ВКФ) между огибающей входного сигнала и огибающей эталонной расширяющей последовательности. Из-за использования расширяющих последовательностей особого вида, ВКФ будет иметь сильно выраженный максимум, по которому и принимается решение о значении переданного бита.

Как мы и отмечали ранее, применение такого метода позволяет за счет расширения спектра повысить помехоустойчивость. Оценку повышения помехоустойчивости можно получить при помощи имитационного моделирования. Имитационное моделирование показало возможность безошибочного приема сигнала сообщения с расширенным спектром даже в условиях отрицательного отношения С/Ш (Дб) на входе приемника.

В качестве расширяющей последовательностей использованы последовательности максимальной длины, обладающие идеальными корреляционными свойствами.

Скорости битовых потоков контейнера и сообщения выбираются исходя из следующего. Если сформировать огибающие сигналов, сложить их и использовать одну несущую, то необходимо сформировать «кадры», длина которых будет наименьшим 1309 МНТК "Наука и Образование - 2010" Жарких А.А., Гурин А.В., Пластунов В.Ю.

кратным скоростей передачи битовых потоков контейнера и сообщения. Но если формировать модулированные ШП и УП сигналы, и затем их складывать, то отношение битовых скоростей контейнера и сообщения может быть любым.

В силу цифровой реализации соотношения между скоростями передачи должно быть целым или рациональным т.е.:

T1 q = (1) T2 q Где T1, T2 - длительности передачи бита контейнера и чипа сообщения соответственно q1, q2 - взаимно простые натуральные числа, т.е. дробь несократима, а если дробь сократима, то ее можно сократить, таким образом q2T1 = q1T2, В случае q1= q2 скорости равны, q1 q скорость контейнера меньше скорости сообщения, q1 q2 скорость контейнера больше скорости сообщения.

При таком соотношении T = q2T1 = q1T2 - минимальный интервал времени на котором укладывается целое число канальных символов. Это минимальный цикл, по которому должна устанавливаться цикловая синхронизация.

В силу того, что методы синхронизации сигналов с прямым расширением спектра разработаны очень хорошо, их реализация не должна вызвать значительных затруднений.

Так, например, распространенным способом снижения требований к синхронизации методов с расширением спектра сигнала, является применение избыточного чипового кодирования – каждый чип в расширяющей последовательности повторяется несколько раз.

Для повышения помехоустойчивости метода, перед применением к скрываемому сообщению расширения спектра, можно использовать различные виды кодирования, перемежение и другие подходы.

Для оценки характеристик метода, структурная схема которого показана на рисунках 1,2, создана имитационная модель.

cos(C1t ) cos(C 2t ) Рис. 1 Структурная схема внедрения сообщения cos(C1t ) T T cos(C 2t ) Рис. 2 Структурная схема извлечения сообщения МНТК "Наука и Образование - 2010" Использование одновременной передачи узкополосного сигнала и сигнала с расширенным спектром как метод стеганографи Узкополосный сигнал s1 имеет вид:

N s1 (t ) = U m cos(C 1t + k ) [ (t ( k 1)Tb ) (t kTb ) ] (2) k = Здесь (t ) – функция Хевисайда, N – количество бит в сообщении-контейнере, U m – амплитуда сигнала сообщения-контейнера, C1 = 2 f C1 – частота несущей, k – фаза, k = 0, если в сообщении-контейнере передается 0, k =, если передается 1, Tb – длительность передачи одного бита контейнера.

При формировании широкополосного сигнала каждому биту входной последовательности ставится в соответствие М - последовательность длиной 127 символов.

В данном примере единице соответствует прямая М-последовательность, а нулю – инвертированная М-последовательность.

Широкополосный сигнал s2 имеет вид N1 N s2 (t ) = U m 2 cos (C 2t + k,m ) k =1 n = (3) ( t ((k 1) N 2TC + (n 1)TC ) ) ( t ((k 1) N 2TC + (n 1)TC ) ) Где N1 – количество бит в скрытом сообщении, N2 – длина расширяющей последовательности, Um2 – амплитуда сигнала скрытого сообщения, C 2 = 2 f C 2 - частота несущей, k, m - фазовый сдвиг. k = 0, если передается 0, k =, если передается 1. Здесь нужно помнить о том, каждый бит скрытого сообщения расширен М-последовательностью, и – длительность передачи одного элементарного символа расширяющей TC последовательности (чипа).

Рис. 3 Амплитудные спектры сигнала-контейнера а) и широкополосного сигнала-сообщения б).

1311 МНТК "Наука и Образование - 2010" Жарких А.А., Гурин А.В., Пластунов В.Ю.

Рис. 4 Спектр суммы стего-сигнала и шума, в канале передачи.

Амплитудные спектры узкополосного и широкополосного сигналов до суммирования показаны на рисунке 3 над буквами а) и б) соответственно. В качестве модулирующего сигнала (контейнера) использовалась последовательность из чередующихся нулей и единиц.

Сообщение передавалось с той же скоростью, что и контейнер. Биты сообщения расширены М-последовательностью длиной 127 чипов.

На рис. 4 приведен спектр стего в канале с белым гауссовым шумом (спектральная плотность мощности шума - 5 103 ) – на фоне шумов заметен пик узкополосного сигнала, но широкополосный сигнал скрыт под шумами. При этом, прием битов как контейнера, так и сообщения, происходит безошибочно при выбранных параметрах.

В будущем предполагается исследовать модификацию метода, когда оба канала являются широкополосными при условии существенно большего расширения спектра одного из сигналов по сравнению с другим. В этом случае отношение с\ш может быть меньше 1 как для сообщения, так и для контейнера, тогда два сигнала будут передаваться «под шумами».

Рассмотренный метод и его модификации являются довольно простыми и могут быть легко реализованы на современной элементной базе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Cox I.J., Miller M., Bloom J., Fridrich J., Kalker T. Digital watermarking and steganography. -Morgan Kaufmann, 2007. - 593 p.

2. Anil Kumar, Navin Rajpal. Application of T-Code, Turbo Codes and Pseudo Random Sequence for Steganography // Journal of Computer Science 2 (2), 2006. pp. 148-153.

3. Andreas Westfeld Steganography for Radio Amateurs – A DSSS Based Approach for Slow Scan Television // Lecture Notes in Computer Science - Volume 4437/2007 pp. 201–215.

4. Варакин Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. — М.: «Радио и связь», 1985. — 384 с.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Микрополосковая антенна с метаматериалом в качестве частотно-селективной структуры МИКРОПОЛОСКОВАЯ АНТЕННА С МЕТАМАТЕРИАЛОМ В КАЧЕСТВЕ ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНОЙ СТРУКТУРЫ Пономарев О.П., Клишин С.М. (г. Калининград, ФГОУ ВПО «Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота», кафедра информационной безопасности, ponomarev7713@mail.ru, klishin.sergey@mail.ru) This paper discusses how metamaterial are impacting antenna miniaturization and performance improvements. Numerically and experimentally the performance of the microstrip antenna when metamaterial composed of split ring resonator (SRR) is placed above the patch element, are discussed. The measured result has a good agreement with the simulation. An enhancement in the directivity, return loss characteristics and cross polarization level, is observed.

Активные исследования материалов с отрицательными значениями диэлектрической и (или) магнитной проницаемости (метаматериалов), физические процессы в которых впервые проанализированы в работе [1], позволили определить новое направление развития технологий антенной техники. Использование лево- (LHM) и правосторонних (RHM) метаматериалов позволяет выполнить миниатюризацию антенных устройств и узлов СВЧ аппаратуры, увеличить полосу пропускания антенн и устройств СВЧ, обеспечить многофункциональность радиоэлектронной аппаратуры, улучшить частотную избирательность. Применение метаматериалов в составе фазированных антенных решеток (ФАР) ослабляет эффект их ослепления за счет уменьшения взаимной связи между излучателями по поверхностным волнам, обеспечивает широкоугольное согласование элементов ФАР при сканировании диаграммой направленности (ДН).

Часто понятие метаматериала (EBG – Electromagnetic Band-Gap – структуры) связывается с частотно-селективной поверхностью (ЧСП), структурными единицами которой являются печатные (объемные) вибраторы и (или) кольцевые щелевые резонаторы (SRR), образующие периодическую решетку или используемые в составе антенн и устройств СВЧ [2]. Метаматериалы и антенны используются в следующих комбинациях: в экране подложки микрополосковых антенн (МПА);

в качестве вертикальной периодической структуры под излучающим элементом [3];

над излучающим элементом в виде МПА, полосковой или волноводной ФАР [4, 5];

в излучающем элементе МПА;

перестраиваемая p-i n - диодами ЧСП в составе ФАР и антенн вытекающих волн [6, 7]. Метаматериалы нашли применение в составе резонаторов Фабри-Перо, цилиндрических резонаторов и сверхминиатюрных антенн миллиметрового диапазона [8-10].

При реализации двойного SRR в экране МПА наблюдается разделение резонансной кривой на два участка. В зависимости от ориентации осей симметрии SRR и излучающего элемента, МПА с коаксиальным возбуждающим зондом имеет линейную или круговую поляризацию. Так, экспериментальный образец МПА с кольцевым щелевым резонатором в экране, выполненной на подложке толщиной 1 мм с диэлектрической проницаемостью 2,65, работает на частоте 4,37 ГГц при круговой поляризации поля и на частотах 4,04 и 4,82 ГГц при линейной поляризации [11].

При делении печатного элемента на сегменты и обеспечении электромагнитной связи между ними интегральными индуктивностями и емкостями, антенна демонстрирует хорошее согласование импеданса в заданной полосе частот и повышение коэффициента усиления (КУ) по сравнению с прототипом. Для МПА с излучающим элементом, разделенным на четыре сегмента размерами 10 10, выполненной на подложке толщиной 0,38 мм, расположенным над экраном на высоте ( - длина волны в свободном пространстве), на вертикальной поляризации поля полоса 1313 МНТК "Наука и Образование - 2010" Пономарев О.П., Клишин С.М.

пропускания составляет 53 МГц при уровне обратных потерь не более -10 дБ и коэффициенте использования поверхности 70% [12].

Применение метаматериала в качестве ЧСП над печатным элементом привлекательно с технологической точки зрения и позволяет управлять обратными потерями (коэффициентом стоячей волны по напряжению - КСВН), КУ и уровнем кросс-поляризации антенны. Для проверки влияния правостороннего метаматериала с отрицательной магнитной проницаемостью на электрические характеристики печатных антенн по аналогии с [4] проведено моделирование S-параметров прямоугольной МПА с входным сопротивлением 156 Ом, резонансной частотой 9,8 ГГц. Антенна была выполнена на материале ФАФ-4Д толщиной 1,5 мм с относительной диэлектрической проницаемостью r = 2,4 и возбуждалась от 50-Омной микрополосковой линией через согласующий трансформатор и полосково коаксиальный переход. Метаматериал выполнен на подложке ФАФ-4Д в виде 5x5 решетки квадратных SRR (длина стороны элемента 4 мм, ширина щели 1,2 мм, шаг решетки 5,5 мм) и располагался на регулируемой высоте над излучающим элементом (рис.1).

Моделирование S-параметров МПА и метаматериала, его коэффициента преломления, ДН в E- и H-плоскостях, КУ, проведено в программе HFSS. Экспериментальное исследование S-параметров антенны проведены на измерителе модуля коэффициента передачи и отражения Р2М-18 для различной высоты метаматериала над МПА. Для измерения КУ антенны использовался эталонный прямоугольный рупор с размерами раскрыва 84 101,5 мм 2 на частоте облучения 10 ГГц из дальней зоны от генератора Г4-83.

Рис.1. Геометрия МПА, метаматериала и фотография прототипа антенны МНТК "Наука и Образование - 2010" Микрополосковая антенна с метаматериалом в качестве частотно-селективной структуры По результатам моделирования и экспериментального исследования наилучшие электрические характеристики имела антенна с метаматериалом, расположенным на высоте 18 мм от поверхности печатного элемента. Установка метаматериала на высоте 18 мм по сравнению с одиночной МПА привела к снижению КСВН на резонансной частоте, расширению полосы пропускания в 3 раза и увеличению КУ с 7,72 дБ до 9,55 дБ (данные в табл.1). Задний лепесток ДН антенны с метаматериалом значительно ниже, чем у прототипа антенны без метаматериала (рис.2).

Рис.2. Диаграмма направленности одиночной МПА (а) и МПА с метаматериалом на высоте 18 мм (б) на частоте 10 ГГц Таблица 1. Сравнение результатов моделирования и экспериментов Теория Эксперимент Одиночная МПА. Резонансная частота - 9,8 ГГц. Резонансная частота - 9,75 ГГц.

Полоса пропускания по уровню Полоса пропускания по уровню КСВН2,0 – 405 МГц. КСВН2,0 – 600 МГц.

КСВН=1,56. КСВН=1,48.

КУ=7,74 дБ. КУ=7,72 дБ.

МПА с Резонансная частота - 9,7 ГГц. Резонансная частота - 9,7 ГГц.

метаматерилом на Полоса пропускания по уровню Полоса пропускания по уровню высоте 15 мм. КСВН2,0 – 230 МГц. КСВН2,0 – 250 МГц.

КСВН=1,87. КСВН=1,8.

КУ=12,04 дБ. КУ=8,46 дБ.

МПА с Резонансная частота - 10 ГГц. Резонансная частота - 9,7 ГГц.

метаматерилом на Полоса пропускания по уровню Полоса пропускания по уровню высоте 18 мм. КСВН2,0 – 1200 МГц. КСВН2,0 – 1800 МГц.

КСВН=1,29. КСВН=1,1.

КУ=12,82 дБ. КУ=9,55 дБ.

1315 МНТК "Наука и Образование - 2010" Пономарев О.П., Клишин С.М.

Список литературы:

1. Веселаго В.Г. Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями и // Успехи физических наук, т. 92, вып. 3, июль 1967, с.517-526.

2. D.R. Smith, Willie J. Padilla, D.C. Vier, S.C. Nemat-Nasser, S. Schultz. Composite Medium with Simultaneously Negative Permeability and Permittivity // The American Physical Society, Vol. 84, No. 18, 1 May 2000, p.p. 4184-4187.

3. Prathaban Mookiah, Kapil R. Dandekar. Metamaterial-Substrate Antenna Array for MIMO Communication System // IEEE Trans. on Antennas and Propag. Vol. 57, No. 10, October 2009, p.p. 3283-3292.

4. Y.H. Liu, X.P. Zhao. Investigation of Anisotropic Negative Permeability Medium Cover for Patch Antenna // IET Microw. Antennas Propag., 2008, Vol. 2, No. 7, p.p. 737-744.

5. Juan Carlos Iriarte, Inigo Ederra, Ramon Gonzalo, Yan Brand, Aurelien Fourmault, Yves Demers, Luca Salgetti-Drioli, Peter de Maagt. EBG Superstrate Array Configuration for the WAAS Space Segment // IEEE Trans. on Antennas and Propag. Vol. 57, No. 1, January 2009, p.p. 81-93.

6. A. Ourir, S.N. Burokur, A. de Lustrac. Electronically Recorfigurable Metamaterial for Compact Directive Cavity Antennas // Electronic Letters, 21st June 2007, Vol. 43, No. 13, p.p. 698-700.

7. Jing Liang, H.Y. David Yang. Microstrip Patch Antennas on Tunable Electromagnetic Band-Gap Substrates // IEEE Trans. on Antennas and Propag. Vol. 57, No. 6, June 2009, p.p. 1612-1616.

8. Andrea Alu, Filiberto Bilotti, Nader Engheta, Lucio Vegni. Theory and Simulations of a Conformal Omni-Directional Subwavelength Metamaterial Leaky-Wave Antenna // IEEE Trans. on Antennas and Propag. Vol. 55, No. 6, June 2007, p.p. 1698-1708.

9. James R. Kelly and Alexandros P. Feresidis. Array Antenna With Increased Element Separation Based on a Fabry-Perot Resonant Cavity With AMC Walls // IEEE Trans. on Antennas and Propag. Vol. 57, No. 3, March 2009, p.p. 682-687.

10. Y. Lee, X. Lu, Y. Hao, C.G. Parini, J.R.G. Evans. Cylindrical EBG Antenna for Short Range Gigabit Wireless Communications at Millimetre-Wave Bands // Electronics Letters, 29th January 2009, Vol. 45, No. 3, p.p.136-138.

11. Hui Zhang, You-Quan Li, Xi Chen, Yun-Qi Fu, Nai-Chang Yuan. Design of Circular/Dual—Frequency Linear Polarization Antennas Based on the Anisotropic Complementary Split Ring Resonator // IEEE Trans. on Antennas and Propag. Vol. 57, No.

10, October 2009, p.p. 3352-3355.

12. Marco A. Antoniades, George V. Eleftheriades. A Folded-Monopole Model for Electrically Small NRI-TL Metamaterial Antennas // IEEE Antennas and Wireless Propag. Vol. 7, 2008, p.p. 425-428.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Оптимизация метода последовательных приближений при прямом статистическом анализе ОПТИМИЗАЦИЯ МЕТОДА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ПРИБЛИЖЕНИЙ ПРИ ПРЯМОМ СТАТИСТИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ Смирнов В.В. (г. Н.Новгород, НГТУ им Р.Е. Алексеева, кафедра теории цепей и телекоммуникаций, 99cck@mail.ru) Many-dimensional (arbitrary dimensionality) probability distribution density receiving for linear continuous controlling system output is covered. In case if Volterr second-genus equations for these systems contain null parameters more effective solutions are found. All possible cases of null parameters are examined and final phrases for them are obtained.

Прямой статистический анализ линейных динамических систем автоматического управления позволяет найти наиболее общую характеристику случайного процесса на выходе линейной системы автоматического управления (САУ) – многомерную плотность распределения вероятностей (ПРВ). Основой метода последовательных приближений является описание линейной системы автоматического управления с помощью интегрального уравнения Вольтерра 2 рода:

t t k (t ) x(t ) + K (t, ) x( )d = l (t ) (t ) + L(t, ) ( )d + f (t, t 0 ), (1) t0 t где xk (t, t 0 ), xk +1 (t, t 0 ) – k-ое и (k+1)-ое приближения вектора размерности n выходных сигналов системы;

(t ) – вектор размерности m входных (управляющих) воздействий;

l (t ), L(t, ), K (t, ), f (t, t 0 ) – члены интегрального уравнения Вольтерра 2 рода;

t0 – момент начала функционирования системы (момент подачи управляющего воздействия);

t – текущий момент времени (t 0 t b), b = const.

Уравнение Вольтерра 2 рода на сегодняшний день не является распространенным методом описания линейных систем автоматического управления – как правило, САУ задаются в дифференциальной форме. Для преобразования дифференциального уравнения в интегральную форму можно воспользоваться методом, предложенным Брикманом [1].

Рассмотрим систему, описанную дифференциальным уравнениям вида ak (t ) x ( k ) (t ) + ak 1 (t ) x ( k 1) (t ) +... + a0 (t ) x(t ) = bl (t ) (l ) (t ) + bl 1 (t ) (l 1) (t ) +... + b0 (t ) (t ), (2) где наборы переменных коэффициентов {a k (t ), a k 1 (t ),..., a0 (t )} и {bl (t ), bl 1 (t ),..., b0 (t )} состоят из матриц размерностей n n и n m соответственно.

При условии, что коэффициенты {ak (t ), ak 1 (t ),..., a0 (t )}, {bl (t ), bl 1 (t ),..., b0 (t )} заданы, а система физически реализуема, т.е. l k, уравнение (1) сводится к уравнению (X) с помощью ряда преобразований.

Решение для детерминированных параметров В [2] представлено решение уравнения Вольтерра 2 рода методом последовательных приближений для САУ с детерминированными параметрами. Показано, что приближение произвольного порядка m ПРВ выходного случайного процесса может быть найдено с помощью выражения Wn ( xm1,..., xmn ;

t1,..., t n ) = n ( f m1 ( xm1 ), f m 2 ( xm1, xm 2 ),..., f mn ( xm1,..., xmn );

t1, t 2..., t n ) n m1 j n П ( Lri + lri ) П K ri, (3) i =1 i = j =0 1317 МНТК "Наука и Образование - 2010" Смирнов В.В.

где m – индекс вычисляемого приближения;

n – количество временных отрезков исследуемого интервала (t 0, t ) ;


Wn (...) - n-мерная ПРВ выходного случайного процесса;

n (...) - n-мерная ПРВ входного случайного процесса;

t0, t1,..., t n моменты времени из интервала (t 0, t ) ;

Lri = L (t, i ) i, K ri = K (t, i ) i, i = t i t i 1 ;

f mn ( xm1, xm 2,..., xmn ) = mn ( xm1,..., xmn ) Lrn + l rn n 1 lr, j Lr,i n m,i (xm1,..., xm,i ) 1 L + l ;

Lrn + l rn Lr,i + l r,i j =i + r, j i =1 r, j Функции m,k (xm1,..., xm,k ) формируются рекурсивно и учитывают все входящие в начальное интегральное уравнение параметры (рекуррентные выражения не приводятся в силу их значительного объема).

На основе формулы (3) был разработан программный продукт на языке С++, выполняющий вычисление одномерной и/или двумерной ПРВ на выходе САУ при заданных детерминированных характеристиках системы – членах уравнения Вольтерра 2 рода.

Испытания программы показали хорошие результаты: совпадение теоретически полученных значений с экспериментальными данными, быструю сходимость ряда с ростом индекса вычисляемого приближения и т.д.

Из анализа уравнения Вольтерра следует, что любой из параметров уравнения (1) может в отдельные моменты времени, или на всем протяжении исследования, принимать нулевые значения. Яркий пример систем с частично нулевыми параметрами – САУ с запаздыванием. Уравнения Вольтерра для них могут содержать интегральные ядра L(t, ) и K (t, t0 ) с нулевыми значениями для моментов времени меньших времени задержки и ненулевыми в остальное время [1]. Необходимость рассмотрения всего спектра параметров САУ, как полностью, так и частично нулевых, обусловлена и значительным увеличением вычислительных ресурсов при повышении точности исследования: увеличение индекса вычисляемого приближения, увеличение количества рассматриваемых моментов времени tn на интервале (t 0, t ) и пр. Логично предположить, что рассмотрение меньшего числа параметров исходного уравнения приведет к более компактному решению, что позволит производить вычисления по упрощенной формуле.

Решение для нулевых и частично нулевых параметров Нахождение решения уравнения (1) с одним или несколькими нулевыми элементами, на первый взгляд, возможно простым занулением соответствующих коэффициентов в уравнении (3). Действительно, детерминированные постоянные или переменные параметры уравнения Вольтерра описываются с вероятностной точки зрения как произведения дельта функций с аргументами равными значениям параметра в рассматриваемое время [2]. Так, плотность распределения вероятностей интегрального ядра L(t, ) примет вид n n qn ( L1,..., Ln ;

t1,..., t n ) = П [ Lk Lr (t, k )] = П ( Lk Lrk ). (4) k =1 k = В этой форме параметры участвуют в совместной плотности распределения вероятностей, описывающей исходное уравнение (1). При условии, что тот или иной параметр принимает нулевые значения, его многомерная ПРВ примет вид (например, в при нулевом интегральном ядре L(t, ) ) МНТК "Наука и Образование - 2010" Оптимизация метода последовательных приближений при прямом статистическом анализе n n qn ( L1,..., Ln ;

t1,..., t n ) = П [ Lk Lr (t, k )] = П ( Lk 0). (5) k =1 k = Многомерная ПРВ (5) интегрального ядра L(t, ) может быть использована при составлении многомерной ПРВ выходного процесса и в соответствующих функциональных преобразованиях [2]. Очевидно, что решение будет отличаться от выражения (3) нулевыми значениями ряда Lr1,..., Lrn, т.е. (2) примет вид Wn ( xm1,..., xmn ;

t1,..., t n ) = n ( f m1 ( xm1 ), f m 2 ( xm1, xm 2 ),..., f mn ( xm1,..., xmn );

t1, t 2..., t n ) n m1 j n П K ri П lri, (6) i =1 i =1 j = где f mn ( xm1, xm 2,..., xmn ) = mn ( xm1,..., xmn ).

lrn Функции m,k (xm1,..., xm,k ) в выражении (6) не изменятся при обнулении ряда Lr1,..., Lrn, но упрощение выражения f mk ( x m1, x m 2,..., x mk ) налицо.

Комбинационные случаи нулевых параметров могут быть разрешены при занулении соответственно тех параметров в (3), которые отсутствовали при записи исходного уравнения Вольтерра. Например, если одновременно нулевыми являются и интегральное ядро L(t, ) и переменная матрица f (t, t0 ), в выражении (3) следует занулить Lr1,..., Lrn, f r1,... f rn.

Отдельный интерес представляют 2 частных случая нулевых параметров:

одновременно нулевые переменная матрица l (t ) и интегральное ядро L(t, ) ;

нулевое интегральное ядро K (t, ). В первом случае, уравнение (1) в этом случае примет вид t xn+1 (t, t0 ) = f (t, t0 ) + K (t, ) xn (, t0 )d. (7) t Как хорошо видно, входной сигнал не оказывает влияния на выходной. Физический смысл такой системы заключается в нахождении отклика САУ на энергию, запасенную до момента времени t0 – момента начала функционирования системы, при отсутствии внешнего воздействия. При нулевых начальных условиях задача теряет какой-либо смысл. Следует отметить, что модель утрачивает вероятностный характер при детерминированных матрице K (t, t 0 ) и начальных условиях f (t, t 0 ).

Плотность распределения вероятностей приближения произвольного порядка m уравнения (7) имеет вид n Wn ( xm1,..., xmn ;

t1,..., t n ) = П ( xmk f rk g mk ), (8) k = где n g mn = f rn + K rn g m 1,i ;

i = g 0,i = f ri - любая детерминированная функция из пространства непрерывных на интервале [t0, t ] функций с заданной метрикой (произвольно выбранное «нулевое» приближение).

Многомерная ПРВ на выходе САУ в каждый момент времени будет определяться значением аргумента дельта-функции, т.е., с точки зрения прямого статистического анализа, принимать детерминированные значения.

1319 МНТК "Наука и Образование - 2010" Смирнов В.В.

Подобную систему автоматического управления целесообразнее рассматривать «в лоб», не прибегая к дополнительным методам, однако в силу универсальности, можно найти решение уравнения (7) также методом последовательных приближений.

Отдельный интерес представляет система с нулевой матрицей K (t, ). Уравнение (1) в этом случае примет вид t xn+1 (t, t0 ) = l (t ) (t ) + L(t, ) ( )d + f (t, t 0 ). (9) t Каждое последующее приближение системы с нулевым параметром K (t, t 0 ) не зависит от предыдущего. Вычисление приближений порядка выше первого бессмысленно, т.к. ядро K (t, t 0 ) (множитель при каждом «предыдущем» приближении) нулевое, а остальные члены правой части выражения (1) неизменны для каждого нового приближения.

С точки зрения физического смысла, такая система описывает САУ без обратной связи.

Первое приближение случайного процесса на выходе линейной ПРВ с нулевым интегральным ядром K (t, t 0 ) имеет вид n Wn ( x1,..., x n ;

t1,..., t n ) = n ( f1 ( x1 ), f 2 ( x1, x2 ),..., f n ( x1,..., x n );

t1, t 2..., t n ) П ( Lri + l ri ), (10) i = где n 1 lr, j Lr,i n 1 f n ( x1, x2,..., xn ) = n ( x1,..., xn ) i ( x1,..., xi ) ;

Lrn + l rn Lrn + l rn Lr,i + l r,i + lr, j Lr, j i = j =i + i ( xi ) = (xi f ri ).

Выражение (10), фактически, является конечным результатом в вычислении многомерной плотности распределения случайной величины на выходе САУ при нулевом интегральном ядре Вольтерра K (t, t 0 ). Вычисление приближений более высоких порядков даст тот же результат. Заметим, что в отличие от (3), в выражении (10) функции i ( xi ) вычисляются проще, следовательно, при обработке требуют существенно меньшей вычислительной мощности.

При нахождении решения уравнения Вольтерра с частично нулевыми параметрами следует руководствоваться описанным выше решением – занулять в выражении (3) значения, соответствующие нулевым величинам параметров.

САУ, для которых в некоторые моменты времени интегральное ядро L(t, ) и переменная матрица l (t ), или интегральное ядро K (t, t 0 ), являются нулевыми, обладают особыми свойствами. Правило формирования функций – аргументов выходной ПРВ, соответствующих моменту времени с нулевыми параметрами, соответствует аналогичным для системы с полностью нулевыми. Например, рассмотрим САУ для которой в i-ый момент времени K (t, t 0 ) принимает нулевые значения, т.е. K (i, t 0 ) = 0. Многомерная ПРВ на выходе такой системы будет описана выражением (3) за исключением функции mi ( xmi ). Вместо сложной рекурсивной зависимости в i-ый момент времени, аргумент функций f mi ( x mi ) примет вид mi ( xmi ) = ( xmi f ri ).

Нетрудно заметить, что даже в единичных случаях нулевых параметров, использование оптимизированных выражений позволяет значительно сократить количество выполняемых действий при вычислении ПРВ выходного случайного процесса.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Оптимизация метода последовательных приближений при прямом статистическом анализе Выводы Показано, что метод прямого статистического анализа динамических систем может быть оптимизирован для систем автоматического управления с полностью нулевыми или частично нулевыми параметрами. Получен ряд выражений для многомерной произвольной размерности плотности распределения вероятностей случайного процесса на выходе систем автоматического управления с нулевыми параметрами в общем случае. Проанализированы и исследованы выражения многомерной ПРВ для частных случаев – нулевого ядра K (t, t 0 ), одновременно нулевых L(t, ) и l (t ). Отмечено уменьшение требуемых вычислительных ресурсов при использовании полученных формул, в отличие от наиболее общего решения.

Список литературы:

1. Брикман М.С. Интегральные модели в современной теории управления. – Рига:

Зинатне, 1979. – 224 с.

2. Есипенко В.И., Смирнов В.В., Метод последовательных приближений при прямом статистическом анализе линейных непрерывных систем уравнения. – М.: Деп. в ВИНИТИ №790-В 2009 от 10.12.2009 – 64 с.

1321 МНТК "Наука и Образование - 2010" Калитёнков Н.В., Калитёнков А.Н., Милкин В.И., Гурин А.В.

АППАРАТУРНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ НА ИСТОЧНИК РАДИОСИГНАЛА СВЕРХНИЗКИХ ЧАСТОТ Калитёнков Н.

В., Калитёнков А.Н., Милкин В.И., Гурин А.В. (г. Мурманск, МГТУ, кафедра РиРТКС,KalitenkovNV@mstu.edu.ru) В работе представлен аппаратурно-программный комплекс для регистрации и определения направления на источник радиосигнала сверхнизких частот. Используются три специальные антенны, трехканальный усилитель и специальное программное обеспечение. В усилителе использовался отечественный ОУ типа КР140УД1208 - ОУ с регулируемым потреблением мощности, используемый для построения активных фильтров, интеграторов и других типов решающих усилителей. Схема одного канала усилителя представлена на рисунке слева. Печатная плата трёх каналов усиления (вид со стороны печати) приведена справа Описание принципиальной схемы.

Было принято решение отказаться от однополярной схемы включения питания ОУ, это позволило:

1 - исключить разделительный конденсатор С7 500 мкФ для устранения постоянной составляющей выхода, равной половине напряжения питания в однополярной схеме.

2 – расширить нижний предел диапазона принимаемых частот ниже заявленных Гц ( http://www.vlf.it/easyloop/_easyloop.htm ), вплоть до единиц Герц.

Назначение выводов К140УД12, КР140УД1208:

МНТК "Наука и Образование - 2010" Аппаратурно-программный комплекс для регистрации и определения направления на источник радиосигнала сверхнизких частот 1,5 - балансировка;

2 - вход инвертирующий;

3 - вход неинвертирующий;

4 - напряжение питания -Uп;

6 - выход;

7 - напряжение питания +Uп;

8 - задающий ток;

Электрические параметры 1 Напряжение питания 15 В 2 Максимальное выходное напряжение при Uп= 15 В, Rн = 75 кОм, Uвх= 0,1 В не менее 10 В 3 Напряжение смещения нуля при Uп= 15 В, Rн= 75 кОм не более 6 мВ 4 Входной ток при Uп= 15 В, Rн= 75 кОм, Iд= 1,5 мкА при Uп= 15 В, Rн= 75 кОм, Iд= 15 мкА не более 30 мкА не более 190 мкА 5 Разность входных токов при Uп= 15 В, Rн= 75 кОм не более 6 нА 6 Ток потребления при Uп= 15 В, Rн= 75 кОм, Iд= 1,5 мкА при Uп= 15 В, Rн= 75 кОм, Iд= 15 мкА не более 30 мкА не более 190 мкА 7 Коэффициент усиления напряжения при Uп= 15 В, Rн= 75 кОм при Uп= 3 В, Rн= 75 кОм не менее не менее 8 Максимальная скорость нарастания выходного напряжения при Uп= 15 В, Iд= 1,5 мкА, Rн= 75 кОм при Uп= 15 В, Iд= 15 мкА, Rн= 5 кОм не менее 0,01 В/мкс не менее 0,1 В/мкс 9 Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений при Uп= 15 В, Rн= 75 кОм не менее 70 дБ 10 Средний температурный дрейф напряжения смещения при Uп= 15 В, Iд= 1,5 мкА при Uп= 3 В, Iд= 15 мкА 7 мкВ/ ° C 3 мкВ/ ° C Предельно допустимые режимы эксплуатации 1 Напряжение питания (3...16,5) В 2 Входное синфазное напряжение не более 10 В 3 Входное дифференциальное напряжение 20 В 4 Сопротивление нагрузки не менее 5 кОм 5 Емкость нагрузки не более 100 пФ 6 Температура окружающей среды -60...+85 ° C 1323 МНТК "Наука и Образование - 2010" Калитёнков Н.В., Калитёнков А.Н., Милкин В.И., Гурин А.В.

Напряжение выхода ОУ вычисляется по формуле:

R R4 R 1 + 2 V1 Vout = V2 R3 + R4 R1 R При R1 =R2 =R3 =R4 Vout = V2 – V1, т.е. ОУ является повторителем по напряжению.

Условие баланса ОУ: R1 / R2 = R3 / R4. При балансе ОУ соблюдается условие:

Если V1=V2, то Vout =0.

Если условие баланса не выполняется, то при V2 – V1 = 0 Vout 0, поэтому для исключения постоянной составляющей выхода при необходимости регулировки усиления, нужно изменять R2 и R4 синхронно. В данной схеме пределы изменения коэффициента напряжения ОУ от 1 до 100.

Конденсаторы С1, С2, С3 предназначены для снижения коэффициента усиления на частотах выше 20 кГц, С4 - для устранения самовозбуждения на частотах выше 1МГц, С и С6 – для устранения импульсных помех по цепям питания -10В и +10В.

Конденсатор С7 может устанавливаться при налаживании и подборе номиналов элементов для предохранения звуковой карты компьютера от проникновения постоянной составляющей с выхода ОУ. Не обязателен при закрытом входе звуковой карты.

Резистором R5 производится выставка нуля напряжения на 6 выводе микросхемы при замкнутых выводах 2 и 3.

Резистор R6 задаёт ток потребления микросхемы, взято типовое значение 100кОм.

Резистор R7 предохраняет микросхему от замыкания в нагрузке выхода, R8 стабилизирует напряжение выхода и является нагрузкой ОУ при отключенном выходе.

Лабораторные испытания предлагаемого аппаратурно-программного комплекса для регистрации и определения направления на источник радиосигнала сверхнизких частот показали его работоспособность и дают основание сделать вывод о возможности использования его в полевых экспериментах.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Автоматика и электрооборудование судов МНТК "Наука и Образование - 2010" МНТК "Наука и Образование - 2010" Разработка автоматической системы управления универсальной коптильно-сушильной установкой РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ УНИВЕРСАЛЬНОЙ КОПТИЛЬНО-СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ Маслов А.А., Кайченов А.В., Аминов В.А.

(Мурманск, МГТУ, каф. АиВТ, e-mail: ican2005@yandex.ru ) This article describes modern automatic equipment and software and the embedding features in the automation control system of the smoking and drying processes.

В статье рассмотрены современные средства автоматизации и особенности их внедрения в автоматической системе управления процессами вяления и копчения.

Введение В настоящее время автоматизация технологических процессов переходит на качественно новые уровни по реализации сложных и эффективных алгоритмов управления, что позволяет повысить эффективность технологических установок, экономить ресурсы и электроэнергию [1].

Кафедры АиВТ и ТПП МГТУ уже много лет совместно занимаются автоматизацией технологических процессов пищевых производств. Одним из последних примеров совместной работы является разработка системы управления (СУ) процессом стерилизации [2]. В настоящее время сотрудники кафедр занимаются разработкой и созданием универсальной коптильно-сушильной установки инновационного типа (УКСУИТ), которая должна заменить одну из существующих установок, в учебно-экспериментальном цехе МГТУ и обеспечить выпуск качественной и недорогой рыбной продукцию.

На кафедре АиВТ при проектировании СУ коптильно-сушильной установки (КСУ) предлагается ряд новых решений по сравнению с имеющимися КСУ в МГТУ:

• построение СУ на базе современного микроконтроллера ПЛК154, что обеспечит высокую гибкость системы при смене заданных технологических режимов работы КСУ при различных видах сырья;

• использование многоконтурной структуры алгоритмического обеспечения СУ по основным параметрам технологического процесса (контролируемым температурам и влажности), что обеспечит высокое эффективное управление процессом, экономию электроэнергии, высокое качество выпускаемой продукции;

• использование частотных полупроводниковых преобразователей для управления вентиляторами КСУ, что обеспечит экономию электроэнергии.

Описание технологической установки и системы управления Функциональная схема технологической установки и системы управления представлена на рисунке 1.

КСУ, которую необходимо автоматизировать, камерного типа, состоящая из 5 секций.

Воздух в камеру будет нагнетаться рециркуляционным вентилятором (2). Воздушная смесь состоит из нескольких видов газов: свежего воздуха, воздуха после рециркуляции процесса копчения и непосредственно дымовой смеси от дымогенератора (5), которые смешиваются в камере (1). Поступающая смесь проходит через первую группу трубчатых электронагревателей (ТЭНов) (6), имеющих мощность (24,5 кВт), для основного нагрева воздушной смеси. Помимо первой группы имеются 2 группы ТЭНов мощностью 19кВт и 16,5кВт. Вторая и третья группы нагревателей предназначены для поддержания температуры во 2, 3, 4 и 5 секциях, т.к. после прохождения воздушной смесью тележек с продукцией (3), 1327 МНТК "Наука и Образование - 2010" Маслов А.А., Кайченов А.В., Аминов В.А.

часть энергии будет рассеяна. Измерение температуры воздушной смеси в секциях осуществляют 7 датчиков температуры (термосопротивления).

После прохождения всей коптильной камеры горячий воздух частично выбрасывается вытяжным вентилятором (4) из камеры, и частично идет на рециркуляцию, что позволяет меньше использовать дым от дымогенератора и позволяет меньше нагнетать холодный воздух из цеха в камеру. Влажность прошедшей через камеру воздушной смеси также является одним из параметров технологического процесса, будет контролироваться и регулироваться. Процесс контроля влажности будет осуществляться психрометрическим методом. Таким образом, для измерения влажности необходимо 2 термосопротивления, один из которых будет погружен в емкость с водой. Частота вращения вытяжного вентилятора будет изменяться в зависимости от текущей влажности.

Рисунок 1 - Функциональная схема коптильно-сушильной установки и системы управления:

1 – смесительная камера;

2 – рециркуляционный вентилятор;

3 – тележка с продуктом;

4 – вытяжной вентилятор;

5 – дымогенератор;

6 – ТЭНы.

МНТК "Наука и Образование - 2010" Разработка автоматической системы управления универсальной коптильно-сушильной установкой Описание аппаратной и программной реализации системы управления коптильно сушильной установкой Ведущим устройством всей цепи управления является ПЛК 154 (Программируемый Логический Контроллер) фирмы «ОВЕН» (рисунок 2). Он управляет работой всех внешних устройств (исполнительных механизмов) посредством которых осуществляется регулирование температурой и влажностью воздушной смеси в секциях. Все параметры технологического процесса задаются и отображаются на интерфейсной панели ИП320.

Информация представляется в удобном для оператора виде, т.к. позволяет отображать текст, как на русском, так и на английском языках;

отображать график изменения температуры и влажности;

выводить сообщения о неисправностях и нештатных ситуациях в системе.

ПЛК154 дополняется устройствами ввода/вывода информации (МВА8 и МВУ8).



Pages:     | 1 |   ...   | 38 | 39 || 41 | 42 |   ...   | 43 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

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.