С.В. Кривальцевич1, Н.Е. Агарков2

1,2 Омский научно-исследовательский институт приборостроения (г. Омск, Россия)

1,2 Омский научный центр СО РАН, Институт радиофизики и физической электроники (г. Омск, Россия)

1 Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского (г. Омск, Россия)

1 kriser2002@mail.ru; 2 agarkov.nikita@gmail.com

Постановка проблемы. Непрерывное увеличение объемов передаваемой информации в диапазоне декаметровых волн обуславливает необходимость использования в комплексах радиосвязи широкополосных радиолиний с полосой сигнала до 40-48 кГц и более. Применяющиеся на практике штыревые антенны носимых радиостанций, а также крышевые дипольные и рамочные антенны мобильных радиостанций являются электрически малыми и имеют узкие полосы согласования, особенно в нижней части ДКМВ-диапазона. Узкая полоса согласования антенны при работе в широкополосной радиолинии обуславливает уменьшение выходной мощности радиостанции, скорости обмена информацией и, как следствие, снижение общей эффективности радиолинии. На сегодняшний день для решения этой проблемы только возможности согласования электрически малой антенны на конкретной частоте без учета полосы недостаточно.

Цель. Предложить методику проектирования электрически малых антенн ДКМВ-диапазона, позволяющую одновременно учитывать полосу согласования и эффективность системы «приземная антенна – антенное согласующее устройство» по заданным критериям при наличии в системе сопротивлений потерь различной природы.

Результаты. Проанализированы эквивалентные схемы замещения электрически малых антенн ДКМВ-диапазона и определены основные типы антенных согласующих устройств. Предложена методика проектирования таких антенн на основе использования ряда начальных условий для расчета максимального активного сопротивления системы, удовлетворяющего заданной эффективности, и дальнейшего получения активного и реактивного сопротивления антенны, необходимого для достижения требуемой полосы согласования системы. Приведены алгоритмы и математические выражения, которые позволяют рассчитать полосу согласования системы для четырех видов антенных согласующих устройств, использующих элементы с сосредоточенными параметрами и конечной добротностью. Представлены результаты расчетов полосы согласования системы для различных комбинаций начальных условий и показана возможность добавления паразитных параметров топологии антенного согласующего устройства в математические выражения.

Практическая значимость. Предлагаемая методика объединяет частотные характеристики антенны и согласующего устройства в цепь взаимосвязанных элементов, что дает возможность вычислить требуемые значения импеданса антенны по заданным начальным условиям еще до этапа ее электродинамического моделирования. Системный подход, примененный в данной методике, обеспечивает одновременную проработку системы как в части конструкции антенны, так и в части реализации согласующего устройства.

Кривальцевич С.В., Агарков Н.Е. Методика проектирования передающих электрически малых антенн носимых и мобильных радиостанций ДКМВ-диапазона для работы в широкополосных радиолиниях // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 11. С. 163−179. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202311-22

1. Головин О.В., Простов С.П. Системы и устройства коротковолновой радиосвязи. М.: Горячая линия – Телеком. 2006. С. 3-29.
2. Johnson E.E. Staring link establishment for high-frequency radio // 2015 IEEE Military Communications Conference. 2015.
   P. 1433-1438. DOI: 10.1109/MILCOM.2015.7357646.
3. Johnson E.E. Wideband ALE – the next generation of HF // Nordic HF Radio Conference HF ’16. Fårö, Sweden. Aug. 2016.
   P. 9.1.1-9.1.18.
4. Пукса Д.О., Романов Ю.В. Результаты трассовых испытаний адаптивной КВ-радиолинии высокоскоростной передачи данных файлового типа на базе радиомодема с полосой сигнала до 40 кГц // Техника радиосвязи. 2015. № 4(27). С. 14-20.
5. Специальные радиосистемы: официальный сайт. URL: https:// www.radioscanner.ru/files/systems/file20434/ (дата обращения 02.12.2022).
6. Волкомирская Л.Б., Гулевич О.А., Крашенинников И.В., Кривошеев Н.В., Резников А.Е., Сахтеров В.И. Результаты экспериментов в средних широтах с использованием широкополосных коротковолновых сигналов для связи и диагностики структуры ионосферы // Электронный журнал «Инженерный вестник Дона». 2019. № 1(52). С. 1-11.
7. Гвоздев И.Н., Муравьев Ю.К., Серков В.П., Чернолес В.П. Характеристики антенн радиосистем связи. Л.: ВАС. 1978. 231 с.
8. The Datasheet Archive: официальный сайт. URL: https:// www.datasheet.datasheetarchive.com/originals/library/Datasheet-01/DSA007413.pdf (дата обращения 02.12.2022).
9. Hansen R.C., Collin R.E. Small Antenna Handbook. John Wiley and Sons. 2011. 360 p.
10. Shih T.-Y., Behdad N. Bandwidth enhancement of HF antennas mounted on military platforms using a Characteristic-Modes-Based Design Approach // 2015 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP). 2015. P. 1-3.
11. Ignatenko M., Dejan S.L., Lasser G. Wideband HF Vehicular Antennas for Communication-on-the-Move // 2015 Antenna Applications Symposium. 2015. P. 1-18.
12. Lakhtakia A., Furse C.M. The World of Applied Electromagnetics. Springer. 2018. 735 p.
13. Nikkhah N., Zakeri B., Abedi H. Extremely electrically small MF/HF antenna // IET Microw. Antennas Propag. Jan. 2020. V. 14.
    Is. 1. P. 88-92. DOI: 10.1049/iet-map.2019.0200.
14. Fujimoto K.F., Morishita H. Modern Small Antennas. Cambridge University Press. 2013. 488 p.
15. Слюсар В. 60 лет теории электрически малых антенн. Некоторые итоги // Электроника: наука, технология, бизнес. 2006.
    № 7(73). С. 10-19.
16. Беличенко В.П. Электрически малые антенны: хронология, решенные задачи, новые проблемы и идеи // Актуальные проблемы радиофизики // Сб. трудов IX Междунар. науч.-практич. конф. «АПР-2021». 2021. С. 56-61.
17. Мешалкин В.А., Сосунов В.В., Филиппов В.В. Поля и волны в задачах разведзащищенности и радиоэлектронной защиты систем связи. СПб: ВАС. 1993. 321 с.
18. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. М.: Наука. 1976. С. 145-151, 153-170.
19. ГОСТ 11326.4-79. Кабель радиочастотный марки РК 50-7-11. М.: Изд-во стандартов. 1989. 6 с.
20. Бабков В.Ю. Оценка реализуемого допуска широкополосного согласования антенн // Вопросы расчета и проектирования антенн и радиолиний. 1989. С. 159-163.
21. Бабков В.Ю., Петухов А.А. Широкополосные перестраиваемые устройства согласования антенн // Вопросы расчета и проектирования антенн и радиолиний. 1989. С. 170-177.
22. Верещагин Е.М. Антенны и распространение радиоволн. М.: Воениздат. 1964. 240 с.
23. Изюмов Н.М., Линде Д.П. Основы радиотехники. М.: Радио и связь. 1983. 376 с.
24. Straw R.D. The ARRL Antenna Book. Twenty-second Edition. Newington. 2011. 500 p.
25. Агарков Н.Е. Пределы повышения эффективности приземных электрически малых антенн КВ-диапазона в системе «Антенна – согласующее устройство» с общими потерями // Сб. трудов XXVIII Междунар. науч.-технич. конф. «Радиолокация, навигация, связь» (RLNC-2022). 2022. Т. 5. С. 219-233.
26. Бабков В.Ю., Муравьев Ю.К. Основы построения устройств согласования антенн. Л.: ВАС. 1980. 240 с.
27. Агарков Н.Е. Разработка широкополосных согласующих трансформаторов на ферритах для электрически малых антенн КВ-диапазона // Тезисы докл. XIII Ежегодной студенческой науч.-практич. конф. «Приборостроение и информационные технологии» (ПИТ-2020). 2021. С. 15-21.
28. Агарков Н.Е. Проектирование передающих малогабаритных штыревых антенн КВ-диапазона в системе «антенна – согласующее устройство» // Техника радиосвязи. 2022. Вып. 1(52). С. 30-43. DOI: 10.33286/2075-8693-2022-52-30-43.
29. Бузов А. Л., Красильников А. Д., Кубанов В. П., Минкин М. А., Носов Н. А. Перспективные антенные решения для объектов радиосвязи // Антенны. 2019. № 7(261). С. 17–27. DOI: 10.18127/j03209601-201907-02.