Κεραιες Εγκατεστημενες Σε Συνθετες Κατασκευες

Abstract

κατασκευές, όπως πλοία , αεροπλάνα, οχήματα και κτιριακές εγκαταστάσεις εμπορικού και στρατιωτικού χαρακτήρα στο επιχειρησιακό τους περιβάλλον.Το πρώτο κεφάλαιο αποτελεί μια γενική εισαγωγή του θέματος. Αρχικώς, διατυπώνονται οι ιδιαιτερότητες του προβλήματος και οι προς υπολογισμό παράμετροι, όπως η μελέτη μακρινού πεδίου (Far- Field calculations) και κοντινού πεδίου (Near - Field calculations) για υπολογισμούς Η/Μ συμβατότητας (EMC) σύζευξης μεταξύ κεραιών (antenna to antenna spatial coupling) αλλά και κινδύνων ακτινοβολίας (RADHAZ) . Παρατίθενται κατά ενότητες τα τρία στάδια μελέτης του προβλήματος που είναι η χρήση υπολογιστικών μεθόδων και οι μετρήσεις σε μοντέλα μη πραγματικής (scale models) και πραγματικής κλίμακας (full scale models). Στη συνέχεια, διατυπώνεται ανάλογα με τη συχνότητα το κριτήριο των ηλεκτρικών διαστάσεων, με βάση το οποίο το Η/Μ πρόβλημα κατατάσσεται στα προβλήματα των χαμηλών ή υψηλών ηλεκτρικών διαστάσεων και επιλέγονται αντιστοίχως κατάλληλες υπολογιστικές μέθοδοι επίλυσης, όπως η μέθοδος των ροπών (ΜοΜ) και η ενιαία θεωρία περιθλάσεως (UTD).Tο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται εκτενώς στη μέθοδο επίλυσης Η/Μ προβλημάτων χαμηλών ηλεκτρικών διαστάσεων που χρησιμοποιήθηκε στο κεφάλαιο 5 των εφαρμογών, δηλαδή στη μέθοδο των ροπών (ΜοΜ). Αρχικώς, παρατίθεται το αναλυτικό υπόβαθρο του Η/Μ, στο οποίο και βασίζεται η ανάπτυξη της μεθόδου, ξεκινώντας από τις εξισώσεις του Maxwell και καταλήγοντας στη πιο γνωστή μορφή ολοκληρωτικής εξίσωσης για λεπτό νηματοειδή αγωγό, την εξίσωση του Pocklington. Κατόπιν παρουσιάζεται η μέθοδος των ροπών (ΜοΜ), ξεκινώντας από τη φιλοσοφία της μεθόδου και των βημάτων που ακολουθούνται κατά την εφαρμογή της και συνεχίζοντας με μια σύντομη αναφορά στην ακρίβεια και την αξιοπιστία της. Τέλος, γίνεται αναφορά στο υπολογιστικό πρόγραμμα προσομοίωσης των κατασκευών μέσω πλέγματος νημάτων (wire grid model), NEC2-MoM, που χρησιμοποιήθηκε στο κεφάλαιο 5 των εφαρμογών και ενσωματώνει τη μέθοδο των ροπών (ΜοΜ) ως μέθοδο επίλυσης των Η/Μ προβλημάτων.Το τρίτο κεφάλαιο αναφέρεται εκτενώς στη μέθοδο επίλυσης Η/Μ προβλημάτων υψηλών ηλεκτρικών διαστάσεων που χρησιμοποιήθηκε στο κεφάλαιο 5 των εφαρμογών δηλαδή στην ενιαία θεωρία περίθλασης (UTD). Αρχικώς, παρατίθεται η θεωρία της γεωμετρικής οπτικής (GO) που αποτελεί βάση της ενιαίας θεωρίας περιθλάσεως. Αναφέρονται τα σημεία αδυναμίας της γεωμετρικής οπτικής και η εξέλιξη της στην ενιαία θεωρία περίθλασης. Κατόπιν, γίνεται αναφορά στο υπολογιστικό πρόγραμμα προσομοίωσης των κατασκευών μέσω μοντέλου πλακών και κυλίνδρων (plates - cylinders model), NEC-BSC 2.2.18, που χρησιμοποιήθηκε στο κεφάλαιο των εφαρμογών και ενσωματώνει την ενιαία θεωρία περίθλασης (Uniform Theory of Diffraction) ως μέθοδο επίλυσης των Η/Μ προβλημάτων. Τέλος, παρατίθεται συντόμως η υβριδική μέθοδος MoM/UTD.Το τέταρτο κεφάλαιο αποτελεί ενδεικτική πιστοποίηση μέσω απλών παραδειγμάτων των υπολογιστικών προγραμμάτων NEC-BSC 2.2.18 (με τροποποιήσεις από το ΓΕΤΕΝ) και NEC2 που χρησιμοποιήθηκαν στο κεφάλαιο 5 για τα παραδείγματα εφαρμογών. Για το μεν NEC-BSC 2.2.18 η αξιολόγηση έγινε μέσω σύγκρισης των τιμών που υπολογίσθηκαν και αντιστοίχων τιμών που προέκυψαν από μετρήσεις. Για το δε NEC2, έχοντας πλέον πιστοποιήσει το NEC-BSC 2.2.18, η αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε με σύγκριση των τιμών που υπολογίσθηκαν από το NEC2 και των αντιστοίχων από το NEC-BSC 2.2.18 για την περιοχή τομής των ηλεκτρικών διαστάσεων. Πηγή των πειραματικών τιμών και των διαγραμμάτων που υπολογίσθηκαν είναι το ΥΕΘΑ/ΓΕΤΕΝ.Το πέμπτο κεφάλαιο περιλαμβάνει τρία ενδεικτικά παραδείγματα εφαρμογών των δυο τεχνικών επίλυσης Η/Μ προβλημάτων ΜοΜ και UTD που αναφέρθηκαν στα κεφάλαια 2 και 3 και μια σύντομη αναφορά στις ναυτικές επικοινωνίες μέσω ιονόσφαιρας (NLOS) στα HF, οπτικής επαφής (LOS) στα VHF/UHF καθώς και στις τυπικές κεραίες που χρησιμοποιούνται στις δυο περιπτώσεις. Η πρώτη εφαρμογή περιλαμβάνει την προσομοίωση και παράθεση αντιστοίχων συγκριτικών στοιχείων δυο κεραιών μιας FM στα 100 MHz και μιας VHF στα 146 MHz εγκατεστημένων στην οροφή ενός πολιτικού οχήματος DODGE σε περιβάλλον ασφάλτου με χρήση MoM.Η δεύτερη εφαρμογή περιλαμβάνει την προσομοίωση και παράθεση αντιστοίχων συγκριτικών στοιχείων τεσσάρων κεραιών HF, δυο εκπομπής (whip monopoles) και δυο λήψης (active monopoles), εγκατεστημένων στην υπερκατασκευή ενός απλοποιημένου πολεμικού περιπολικού πλοίου σε θαλάσσιο περιβάλλον για τρεις χαρακτηριστικές συχνότητες με χρήση MoM. Η τρίτη εφαρμογή περιλαμβάνει την προσομοίωση και παράθεση αντιστοίχων συγκριτικών στοιχείων τεσσάρων κεραιών HF, δυο εκπομπής (whip monopole, twin-pole whip) και δυο λήψεως (active monopoles) για τρεις χαρακτηριστικές συχνότητες και τη μελέτη 8 ground plane VHF/UHF κεραιών σε τέσσερις (μια ανά ζεύγος κεραιών) χαρακτηριστικές συχνότητες εγκατεστημένων αντίστοιχα στην υπερκατασκευή και τα 2 κατάρτια του TINCODEROGA CLASS CRUISER πολεμικού πλοίου σε θαλάσσιο περιβάλλον με χρήση MoM και UTD.Ως κύριο υπολογιστικό εργαλείο χρησιμοποιήθηκε το ενιαίο υπολογιστικό περιβάλλον EMSIF (Electromagnetic Simulation Framework) που αναπτύχθηκε στο Ερευνητικό Κέντρο του Υπουργείου Εθνικής Άμυνας ΓΕΤΕΝ και το οποίο περιέχει, μεταξύ άλλων, τον υπολογιστικό κώδικα των NEC2 - ΜοΜ και του NEC - BSC 2.2.18 (UTD).