А.Н. Якимов – д.т.н., профессор, кафедра конструирования и технологий электронных и лазерных средств, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения E-mail: y_alder@mail.ru
А.Р. Бестугин – д.т.н., профессор, директор Института радиотехники, электроники и связи  Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения E-mail: fresguap@mail.ru
И.А. Киршина – к.э.н., доцент, 
Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения E-mail: zlata@aanet.ru

Методом математического моделирования рассмотрена задача оптимизации микроволновой антенны наземной радиолинии связи, использующей для передачи информации электромагнитные волны. Показано, что для построения математической модели, учитывающей влияние параметров используемых антенн на характеристики наземной радиолинии связи, необходимы следующие допущения: земная поверхность плоская и идеально гладкая, электромагнитные волны являются монохроматическими, создаются и распространяются в линейной, однородной и изотропной окружающей среде с малой проводимостью при отсутствии внешних источников поля. 

     Получены формулы, позволяющие рассчитать коэффициент усиления микроволновой антенны с учетом параметров диаграммы направленности антенны: ширины главного лепестка на уровне половинной мощности и максимального уровня боковых лепестков. Отмечено, что эти формулы также могут быть использованы и для оценки влияния внешних деформирующих воздействий на конструкцию этой антенны, при которых конструкция микроволновой антенны приобретает сложную пространственную конфигурации, математическое моделирование которой становится возможным в результате дискретного представления конечно-элементным методом, который оказался наиболее эффективным. 

     Решена задача оптимизации микроволновой антенны наземной радиолинии связи с использованием энергетического критерия, обеспечивающего достижение максимальной дальности действия при заданном уровне бокового излучения. Показано, что важным элементом оптимизации антенны является введение необходимых ограничений, обеспечивающих в процессе оптимизации антенны сохранение ее параметров в заданных пределах. Приведены результаты модельного исследования параметров микроволновой антенны сантиметрового диапазона волн, используемой в наземной радиолинии связи, показывающие, что изменение температуры окружающей среды и перегрев поверхности отражателя реальной параболической антенны солнечным излучением существенно меняют ее характеристики и это необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации микроволновых антенн. 

   Отмечено, что использование полученных данных совместно с результатами моделирования радиолиний позволит провести оптимизацию этих радиолиний по их максимальной дальности действия с учетом влияния внешних воздействий, а предложенный подход к математическому моделированию микроволновых антенн и использующих эти антенны наземных радиолиний связи позволит оценивать негативные результаты тепловых воздействий еще на этапе проектирования, что даст возможность создавать оптимальные в заданных условиях эксплуатации конструкции антенн и адекватно оценивать изменения их характеристик при таких внешних воздействиях.

1. Калинин А.И. Распространение радиоволн на трассах наземных и космических радиолиний. М.: Связь. 1979. 296 с.
2. Фейнберг Е.Л. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности. М.: Наука. 1999. 496 с.
3. Бестугин А.Р., Якимов А.Н., Киршина И.А., Неробеев А.В. Исследование влияния антенны на характеристики наземной радиолинии связи // Успехи современной радиоэлектроники. 2018. № 12. С. 145−150.
4. Якимов А.Н. Оптимизация антенны по энергетическому критерию // Межвуз. сб. науч. тр. «Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС». Пенза: ИИЦ Пензинского гос. ун-та. 2001. № 11. С. 26−30.
5. Yakimov A.N. Computer synthesis of antennas // Measurement Techniques.1996. V. 39. № 6. P. 613−616.
6. Якимов А.Н. Влияние диаграммы направленности антенны на сигнал системы обнаружения радиолучевого типа // Сб. науч. тр. «Проблемы объектовой охраны». Пенза: ИИЦ Пензинского гос. ун-та. 2004. № 4. С. 36−40.
7. Лихоеденко К.П., Серегин Г.М., Сучков В.Б., Хохлов В.К. Сравнительный анализ методов численного моделирования характеристик PIFA-антенны // Антенны. 2015. № 4. С. 26−31.
8. Якимов А.Н. Дискретное представление микроволновой антенны со сложной пространственной конфигурацией // Радиотехника. 2017. № 5. С. 91−97.
9. Yakimov A.N. An Estimate of the Temperature Field of the Curvilinear Reflector of an Antenna under Unsteady Conditions // Measurement Techniques. March 2004. V. 47. № 3. P. 271−277.
10. Bayat N., Mojabi P. The effect of antenna incident field distribution on microwave tomography reconstruction // Progress In Electromagnetics Research. 2014. V. 145. P. 153−161.
11. Conceicao R.C., O'Halloran M., Glavin M., Jones E. Comparison of Planar and Circular Antenna Configurations for Breast Cancer Detection Using Microwave Imaging // Progress In Electromagnetics Research. 2009. V. 99. P. 1−20.
12. O'Halloran M., Glavin M., Jones E. Rotating Antenna Microwave Imaging System for Breast Cancer Detection // Progress In Electromagnetics Research. 2010. V. 107. P. 203−217.