ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Основы сверхширокополосной радиолокации 10
1.1 UWB-технология 10
1.2 UWB-сигнал 13
1.3 Преимущества использования СШП-сигналов в радиолокации 14
1.4 Области применения СШП-радиолокации 15
1.5 Помехи в UWB-системах 16
2 Антенны и устройства СВЧ в радиотехнических системах 19
2.1 Назначение антенн 19
2.2 Основные характеристики СВЧ-антенн 20
2.3 Диапазонные характеристики антенн 22
2.4 Поляризационные свойства 23
2.5 Коэффициент усиления антенны 26
2.6 Классификация антенн СВЧ 28
3 СШП-радиолокация биологических объектов 29
3.1 СШП-радиолокация биологических объектов общие сведения 29
3.2 Доплеровский СШП-радар 30
3.3 Шумовой СШП-радар 32
3.4 СШП-радиолокация человека 36
3.5 СШП-радар подповерхностного зондирования с непрерывным
излучением 38
3.6 Структурная схема СШП-биорадара для обнаружения людей, находящихся за преградой 42
4 Моделирование СВЧ-антенн с помощью программы HFSS 43
4.1 Результаты моделирования рупорной антенны с помощью программы
HFSS 43
4.2 Результаты моделирования щелевой антенны типа «Бабочка» с
помощью программы HFSS 53
5 Моделирование СВЧ-усилителя мощности с помощью программы ADS... 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 68
В настоящее время наблюдается повышенный интерес к разработке приборов для обнаружения живых людей под завалами разрушенных зданий при ликвидации последствий землетрясений и других природных или техногенных катастроф. Это связано с потребностями оснащения поисково-спасательных групп мобильными техническими средствами для поиска живых людей. Наличие таких приборов существенно повысило эффективность проведения спасательных работ, позволяя спасателям работать не вслепую, а после сканирования значительных областей, конкретно по обнаруженной прибором «цели» - человеку, подающему признаки жизни. Не надо говорить, насколько важно быстро обнаружить живого человека, поскольку шансы на выживание у людей резко понижаются с каждым часом пребывания под завалом [1]. Данные устройства строятся на использование СШП-сигналов.
Сравнительно новым направлением в развитии систем радиосвязи является сверхширокополосная связь.
Открытие СШП-сигнала привело к значительному расширению областей его применения, от обычной радиолокационной системы до биорадиолокаторов [2]. Особый интерес к системам с сверхширокополосными сигналами вызван целым рядом причин, среди которых на первом плане - скрытность систем связи. Полезный сверхширокополосный сигнал в обычных системах связи распознается как помеха, однако в системах с СШП происходит «маскировка» полезного сигнала широкополосным шумом.
Создание новой элементной базы и новейших технологий позволило осуществить практическую реализацию новейших направлений в развитии систем радиосвязи, в том числе создание биолакаторов для дистанционного мониторинга, например, людей, находящихся под завалами в результате природных и техногенных катастроф.
Работы по исследованию сверхширокополосных сигналов начинались еще в 90-х годах прошлого века, как за рубежом, так и в СССР. Большой вклад в развитие теории и практического применения сверхширокополосных сигналов, внесли советские и российские учёные Иммореев И. Я, Радзиевский В. Г., Трифонов П. А. и др. [3].
Научные исследования в области широкополосной и сверхширокополосной связи продолжаются в настоящее время в ряде западноевропейских стран (Германия, Швейцария, Великобритания), в США и Канаде, а также в России.
Задачей работы является:
1) изучение теоретических материалов и существующих решений по теме выпускной квалификационной работы;
2) моделирование и расчет характеристик двух разных видов СВЧ-антенн с помощью профессиональной программы HFSS;
3) произвести сравнительный анализ и выборку двух СВЧ-антенн для использования в приемопередающем модуле для обнаружения людей;
4) выбрать СВЧ-усилитель антенн для использования в
приемопередающем модуле для обнаружения людей;
5) произвести моделирование и расчет характеристик СВЧ-усилителя в профессиональной программе ADS.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы произведен анализ работ в области СШП-радиолокации. Произведено моделирование в профессиональной программе HFSSСВЧ-антенн двух видов. Были приведены результаты моделирования рупорной антенны и антенны типа «Бабочка». Построены их 2D-и 3D-диаграммы направленности. Построены их частотные характеристики. Показано распределение внутри рупорной антенны и распределение поля на поверхности антенны типа «Бабочка». Для рупорной антенны построен график поляризации. Произведен сравнительный анализ двух СВЧ антенн.
Произведен выбор усилителя. С помощью профессиональной программы ADSбыл смоделирован СВЧ-усилитель мощности. Построены АЧХ и ФЧХ усилителя. Произведен расчет коэффициента устойчивости и стабильности для граничных частот это 1 и 5 ГГц. Построены графики зависимости шума от частоты, построены входные и выходные характеристики.
