ИССЛЕДОВАНИЕ  ФИГУРНОГО  ФЕРРИТОВОГО  ЗАМКНУТОГО  СЕРДЕЧНИКА  В  РЕЖИМЕ  КОСИНУС-СИНУСНОГО  ПИТАНИЯ  В  КОРПУСЕ  ЛЕТАТЕЛЬНОГО  АППАРАТА

Черноколпаков  Артем  Игоревич

студент  5  курса,  кафедра  АиРПУ  ЮФУ,  РФ,  г.  Таганрог

Е-mail :  ufologart@yandex.ru

Семенихин  Андрей  Илларионович

научный  руководитель,  канд.  тех.  наук,  профессор  кафедры  АиРПУ  ЮФУ,  РФ,  г.  Таганрог

Ферритовые  антенны  в  настоящее  время  являются  обязательным  элементом  каждого  радиовещательного  приёмника.  Они  успешно  используются  в  специальных  радиоприёмных  устройствах  для  определения  направления  прихода  радиоволн,  а  также  в  некоторых  типах  передатчиков.  Ферритовые  антенны  хорошо  работают  в  условиях  непосредственной  близости  к  проводящим  металлическим  поверхностям  [1].

Ферритовые  антенны  являются  простыми  в  изготовлении  и  обладают  относительно  высокой  эффективностью.  Благодаря  малым  размерам  их  удобно  использовать  на  подвижных  объектах,  конформно  устанавливать  в  обшивку  корабля  либо  самолёта.  Антенна  имеет  малую  радиолокационную  заметность,  т.  к.  не  выступает  и  покрывается  радиопоглощающим  материалом  (РПМ).

Работа,  рассматриваемой  антенны,  осуществляется  на  частотах  2—30  МГц  (КВ  диапазон),  т.  к.  предполагается  установка  её  на  большой  беспилотный  летательный  аппарат  (ББЛА),  который  осуществляет  полёт  на  высоте  до  20  километров,  при  времени  полёта  24  часа  и  более.

Примером  использования  магнитной  антенны  в  качестве  пеленгационной   может  служить  антенна,  устанавливаемая  на  морское  судно.  Данная  антенна  обладает  более  низким  профилем,  чем  стандартные  пеленгационные  антенны.  Она  имеет  форму,  приспособленную  к  плоским  и  почти  плоским  поверхностям,  её  отдельные  составляющие  разработаны  таким  образом,  что  возможность  обнаружения  снижена,  т.к.  антенный  колпак,  покрытый  РПМ,  имеет  стороны,  которые  расположены  под  углом  друг  к  другу  (профиль  выполнен  в  виде  трапеции)  [2].

Описание  модели .  Моделирование  излучения  антенны  осуществляется  методом  конечных  элементов  в  HFSS.  Каждая  сторона  ферритовой  рамки  состоит  из  пяти  секций  различного  сечения  (рисунок  1).  Две  крайние  секции  имеют  начальные  размеры  —  320×30×30  мм,  две  центральные  секции  —  76×25×25  мм,  средняя  секция  —  37×5×5  мм.  На  рамку  с  каждой  стороны  нанесены  четыре  одновитковые  питающие  обмотки  в  виде  ленточного  проводника  шириной  2  мм  (рисунок  2).

Рисунок  1.  Фигурная  ферритовая  рамка  с  четыремя  питающими  обмотками

Рисунок  2.  Вид  питающей  обмотки

Ферритовый  сердечник  помещен  в  желобковую  нишу  (рисунок  3а),  которая  вырезана  в  крыше  корпуса  ББЛА  (размах  крыла  —  55,220  м,  длина  —  20,880  м,  высота  фюзеляжа  —  2,990  м)  (рисунок  3б).  Сердечник  изготовлен  из  ферритового  материала  2000НМ1,  параметры  которого  зависят  от  частоты.  Ниша  антенны  закрыта  сверху  слоем  (обтекателем)  толщиной  5  мм  из  радиопоглощающего  материала  (РПМ),  а  снизу  располагается  диэлектрическая  подложка  из  материала  RogersUltralam  2000  (tm)  толщиной  5  мм  (см.  таблицу  1),  для  улучшения  электромагнитной  совместимости.

Рисунок  3.  Место  установки  антенны  в  корпусе  ББЛА  (а)  и  магнитная  антенна  в  корпусе  ББЛА  (б)

Таблица  1 .

Параметры  РПМ  и  подложки  антенны

Рассмотрим  режим  синус-косинусного  питания  портов,  фазы  возбуждения  портов  0⁰,  90⁰,  180⁰,  270⁰,  питание  всех  портов  осуществляется  с  равной  амплитудой.

Результаты  расчёта.  На  рисунке  4  и  5  приведены  диаграммы  направленности  (ДН)  в  дБ  для  КНД  в  режиме  синус-косинусного  питания  антенны  с  учетом  влияния  корпуса  ЛА  в  горизонтальной  плоскости.

Рисунок  4.  ДН  для  КНД  на  частотах  2  МГц,  12  МГц,  22  МГц,  30  МГц,  в  горизонтальной  плоскости,  горизонтальная  составляющая  поля

Рисунок  5.  ДН  для  КНД  на  частотах  2  МГц,  12  МГц,  22  МГц,  30  МГц,  в  горизонтальной  плоскости,  вертикальная  составляющая  поля

Видно,  что  неравномерность  ДН  горизонтальной  составляющей  поля  составляет  12,55  дБ  (2  МГц),  8,06  дБ  (12  МГц),  13,22  дБ  (22  МГц),  17,44  дБ  (30  МГц),  вертикальной  составляющей  1,95  дБ  (2  МГц),  2,68  дБ  (12  МГц  ),  3,67  дБ  (22  МГц),  6,76  дБ  (30  МГц).

Рисунок  6.  ДН  для  КНД  на  частотах  2  МГц,  12  МГц,  22  МГц,  30  МГц,  в  вертикально-поперечной  плоскости,  горизонтальная  составляющая  поля

Рисунок  7.  ДН  для  КНД  на  частотах  2  МГц,  12  МГц,  22  МГц,  30  МГц,  в  вертикально-поперечной  плоскости,  вертикальная  составляющая  поля

Из  ДН  изображенных  на  рисунках  6  и  7  видно,  что  антенна  излучает  преимущественно  в  верхнюю  полусферу.  Значение  горизонтальной  состовляющей  поля  вдоль  оси  Oz  ДН  достигает  —  17,65  дБ  (2  МГц),  —  0,39  дБ  (12  МГц),  1,96  дБ  (22  МГц),  2,67  дБ  (30  МГц).  Значение  вертикальной  состовляющей  поля  вдоль  оси  Oz  ДН  достигает  —  15,13  дБ  (2  МГц),  —  3,28  дБ  (12  МГц),  —  1,84  дБ  (22  МГц),  —  3,52  дБ  (30  МГц).

На  рисунке  8  приведена  зависимость  КПД  антенны  от  частоты  в  режиме  синус-косинусного  питания  с  учетом  влияния  корпуса  ЛА.

Рисунок  8.  КПД  антенны  на  частотах  2  МГц,  12  МГц,  22  МГц,  30  МГц  фазы  возбуждения  портов  0,90,180,270  град

Из  рисунка  видно,  что  КПД  антенны  увеличивается  с  ростом  частоты  и  составляет:  9,56  %  (2  МГц),  51,98  %  (12  МГц),  76,62  %  (22  МГц),  87,56  %  (30  МГц).

Заключение .  В  работе  были  получены  ДН  для  КНД  в  горизонтальной  и  вертикально-продольной  плоскостях,  а  также  КПД  антенны  на  различных  частотах.  Было  выяснено,  что  питание  портов  с  фазами  0⁰,  90⁰,  180⁰,  270⁰,  обеспечивает  радиосвязь  в  горизонтальной  плоскости  и  в  верхней  полусфере.

Список  литературы:

1.Хомич  В.И.  Ферритовые  антенны.  Массовая  радиобиблиотека,  выпуск  721.  М.:  Энергия,  1969.  —  96  с.

2.Patent  6570543  US.  Conformal,  high-frequency,  direction-finding  antenna/  W.G.  Guion,  С.N.  Smith.