Чисельний розрахунок параметрів і характеристик рефлекторних антен

Мартиненко, Віктор  Анатолійович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8033
Full metadata record
DC Field	Value	Language
dc.contributor.advisor	Гавриш, Олександр Степанович	-
dc.contributor.author	Мартиненко, Віктор Анатолійович	-
dc.date.accessioned	2026-03-12T12:43:24Z	-
dc.date.available	2026-03-12T12:43:24Z	-
dc.date.issued	2024	-
dc.identifier.uri	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8033	-
dc.description.abstract	В даній роботі проведено моделювання конструкції антени з циліндричним рефлектором, у якої опримінювач виконано у вигляді рамочного вібратора. Наведено результати моделювання антени зі сферичним рефлектором, які подібні до попередніх результатів. Параболічне дзеркало гарне в роботі, але складне у виготовленні і дороге. Тому використовують рефлектори зі спрощеною формою поверхні. Найпоширенішим варіантом спрощених відбивачів є сегменти параболічних циліндрів.	uk_UA
dc.language.iso	uk	uk_UA
dc.subject	рефлекторна антена	uk_UA
dc.subject	програма gal-ana	uk_UA
dc.subject	смуга частот	uk_UA
dc.subject	діаграма направленості	uk_UA
dc.subject	коефіцієнт підсилення	uk_UA
dc.subject	опромінювач	uk_UA
dc.title	Чисельний розрахунок параметрів і характеристик рефлекторних антен	uk_UA
dc.type	Bachelor Thesis	uk_UA
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Б_172_РТ_Мартиненко_Гавриш_2024.pdf Restricted Access		1.05 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show simple item record
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОТРАНСПОРТУ ТА 
МАШИНОБУДУВАННЯ 
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ ТА 
КІБЕРБЕЗПЕКИ 
 
До захисту допущено  
завідувач кафедри РТСК 
д.т.н., професор __________ В.В. Палагін  
"_____" червня 2024 року 
 
 
Пояснювальна записка 
до кваліфіікаційної роботи 
освітнього ступеня «бакалавр» 
на тему: «Чисельний розрахунок параметрів і характеристик рефлекторних антен» 
 
 Виконав студент 4 курсу, групи ЗРТ-205 
Спеціальність – 172 «Телекомунікації та 
 радіотехніка» 
Освітня програма – «Радіотехніка та 
 робототехнічні системи» 
 Мартиненко Віктор Анатолійович 
 Керівник роботи Гавриш О.С. 
 Рецензент  
 
 
Черкаси 2024 
  
Форма № Н-9.01 
Черкаський державний технологічний університет 
(назва вузу) 
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування 
Кафедра Робототехнічних і телекомунікаційних систем та кібербезпеки 
Освітній ступінь бакалавр 
Спеціальність 172 -  Телекомунікації та радіотехніка 
Освітня програма Радіотехніка та робототехнічні системи 
 ЗАТВЕРДЖУЮ 
 Завідувач кафедри РТСК 
 д.т.н., професор Палагін В.В. 
   
 « 5 » лютого  2024 р. 
 
ЗАВДАННЯ 
на дипломний проект (роботу) студенту 
Мартиненку Віктору Анатолійовичу 
(прізвище, ім'я, по батькові) 
1. Тема проекту (роботи) Чисельний розрахунок параметрів і характеристик рефлекторних  
антен 
керівник проекту (роботи) Гавриш Олександр Степанович, к.ф.-м.н., доцент 
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання) 
затверджена наказом по університету від « 20 »  лютого       2024 р.  № 49/04 
2. Строк подання студентом проекту (роботи) 1 червня 2024 р. 
3. Вихідні дані до проекту (роботи) робоча частот 1,295 ГГц, вхідний опір антени 50 Ом, 
КСХ<2, підсилення Ga>8 дБі  
 
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити)______ 
Вступ. 1. Конструкція та принцип дії дзеркальних антен. 2. Програмні засоби комп'ютерного  
моделювання та системи автоматизованого проектування пристроїв нвч та антен.  
3. Чисельний розрахунок параметрів і діаграм направленості рефлекторних антен. 4. Охорона  
праці. Висновки. Список використаної літератури 
 
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)  
12 слайдів в PowerPoint 
6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються 
  Підпис, дата 
Розділ Прізвище, ініціали та посада  завдання         завдання 
консультанта видав прийняв 
Охорона праці Кожем’якін О.С., ст. викладач   
 кафедри геодезії, землеустрою,   
 будівельних конструкцій та   
 безпеки життєдіяльності   
    
 
7. Дата видачі завдання 12 лютого 2024 р. 
 
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН 
№ Назва етапів дипломного                               С  т  р  о  к   виконання етапів      П   р имітка 
з/п проекту (роботи) проекту (роботи) 
Аналіз технічного завдання та огляд літератури 
1. 05.02.2024  
Ознайомлення з конструкцією та принципом дії  
2.   
рефлекторних антен 
 15.02.2024  
Огляд програмних засобів комп'ютерного  
3.   
моделювання антен 
 25.02.2024  
Дослідження впливу форми рефлектора антени при  
4.   
однаковому опромінювачі на її параметри і  
   
характеристики 
 15.03.2024  
5. Визначення основних параметрів та побудова    
 діаграми направленості параболічної антен з    
 рефлектором спрощеної форми та офсетної    
 антени 10.04.2024  
6. Розробка розділу з охорони праці 01.05.2024  
7. Оформлення пояснювальної записки та презентації 15.05.2024  
   
 
 Студент   Мартиненко В.А. 
  (підпис) (прізвище та ініціали) 
Керівник проекту (роботи)   Гавриш О.С. 
  (підпис) (прізвище та ініціали) 
  
ЗМІСТ 
Стор.   
Вступ 4 
1. КОНСТРУКЦІЯ ТА ПРИНЦИП ДІЇ ДЗЕРКАЛЬНИХ АНТЕН 6 
1.1 Принцип дії дзеркальної параболічної антени 6 
1.2 Наближені методи розрахунку основних параметрів та діаграми  
направленості дзеркальної антени 11 
1.3 Дводзеркальні антени 18 
2. ПРОГРАМНІ ЗАСОБИ КОМП'ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ТА  
СИСТЕМИ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ НВЧ  
ТА АНТЕН 21 
2.1 Етапи автоматизованого проектування антен і фідерних пристроїв 21 
2.2 САПР антен та методи чисельного розрахунку 24 
3. ЧИСЕЛЬНИЙ РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ І ДІАГРАМ  
НАПРАВЛЕНОСТІ РЕФЛЕКТОРНИХ АНТЕН 37 
3.1 Конструкції опромінювачів рефлекторних антен 37 
3.2 Дослідження антени з циліндричним рефлектором і опримінювачем у  
вигляді рамочного вібратора 39 
3.3 Моделювання антени зі сферичним рефлектором і рамковим вібратором 43 
3.4 Моделювання параболічної антени з рефлектором спрощеної форми 46 
3.5 Дослідження параметрів та характеристик офсетної антени 49 
4. ОХОРОНА ПРАЦІ  52 
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають на виробничій дільниці  
з ремонту на налагоджування радіоелектронного обладнання 52 
4.2 Модернізація системи пожежної сигналізації на дільниці цеху 58 
Висновки 68 
Список використаної літератури 70 
 
 
  
ВСТУП 
 
Антенно-фідерні пристрої, що забезпечують випромінювання та прийом 
радіохвиль, а також каналізацію енергії електромагнітних коливань від передавача 
до антени та від антени до приймача, є невід'ємними частинами будь-якої 
радіотехнічної системи (РТС). Розміри, конструктивні рішення та технологія 
виробництва антен багато в чому визначають тактико-технічні характеристики 
РТС. 
У сучасних РТС використовуються радіохвилі різних частотних діапазонів, 
проте однією із стійких тенденцій є інтенсивне освоєння діапазонів надвисоких 
(НВЧ) і вкрай високих частот (КВЧ). Це пояснюється можливостями реалізації в 
даних діапазонах антен з такими параметрами і характеристиками, досягнення яких 
на нижчих частотах проблематично або просто неможливо. Наприклад, в діапазоні 
НВЧ антени можуть створювати гостронаправлене випромінювання з шириною 
променя до часток градуса і істотно концентрувати потік потужності 
випромінювання в потрібному напрямку в просторі. 
Відбиття звуку і світла від дзеркальних і фокусуючих поверхонь 
досліджувалося і знаходило застосування досить давно. З розвитком радіотехніки 
відбиття та фокусування електромагнітних хвиль знаходить широке застосування 
у створенні рефлекторних антен у електронних засобах. Ці ж явища в аналогічних 
цілях використовуються із застосуванням звукових хвиль в акустиці та 
гідролокації. Поширення електромагнітних і звукових хвиль описується відповідно 
векторними рівняннями Максвелла і скалярними рівняннями Гельмгольца, проте 
коли розміри тіл великі порівняно з довжиною хвилі, розв'язання електромагнітних 
та акустичних завдань збігаються при приведенні у відповідність граничних умов. 
Метою роботи є аналіз параметрів та дослідження направлених властивостей 
рефлекторних антен в залежності від форми рефлектора і конструкції 
опромінювача. 
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: 
• провести аналіз роботи рефлекторної антени і розуміти вплив її конструкції на 
основні параметри та характеристики; 
• провести огляд сучасних програм моделювання антен та розглянути переваги 
та функціональні можливості програми моделювання антен GAL-ANA; 
• дослідити вплив форми рефлектора антени при однаковому опромінювачі на її 
параметри і характеристики; 
• визначити основні параметри та побудувати діаграму направленості 
параболічної антен з рефлектором спрощеної форми; 
• дослідити параметри та характеристики офсетної антени. 
 
 
 
  
1. КОНСТРУКЦІЯ ТА ПРИНЦИП ДІЇ ДЗЕРКАЛЬНИХ АНТЕН 
 
1.1 Принцип дії дзеркальної параболічної антени 
 
У багатьох сучасних радіотехнічних системах  УВЧ, НВЧ та КВЧ діапазонів, 
наприклад у системах радіолокації, радіоастрономії, радіорелейного та космічного 
зв'язку, супутникового телевізійного та радіомовлення, широко застосовуються 
дзеркальні антени. 
Дзеркальною антеною (ДА) називають сукупність слабоспрямованого 
опромінювача 1 та металевого відбивача (рефлектора, дзеркала) 2 (рис. 1.1, а) [1]. 
У разі осесиметричного дзеркала у вигляді тіла обертання його форма вибирається 
так, щоб сферичний фазовий фронт електромагнітної хвилі (ЕМХ) 3, що падає від 
опромінювача на дзеркало, після відбиття перетворювався на плоский фронт ЕМХ 
4. З точки зору геометричної оптики промені, що розходяться від опромінювача, в 
результаті відбиття від дзеркала формують паралельний пучок, що забезпечує 
високу спрямованість випромінювання антени. 
Класичним варіантом ДА є антена з осесиметричним дзеркалом як 
параболоїда обертання (рис. 1.1, а, б); на практиці застосовуються також антени з 
дзеркалами у формі параболічного циліндра, усіченого параболоїда (рис. 1.1, в, г) 
та антени більш складних конструкцій (наприклад, дводзеркальні). В останні 
десятиліття були розроблені нові варіанти ДА на основі плоских дзеркал у вигляді 
сіток смужкових випромінювачів, більш компактні та технологічні. У той самий 
час ДА з подібними плоскими дзеркалами принципово програють традиційним по 
ширині смуги робочих частот з частотної залежності комплексних коефіцієнтів 
відбиття ЕМХ від смужкових елементів. 
За спрямованістю випромінювання, ефективністю, шириною робочої смуги 
частот, можливості роботи з практично будь-якою поляризацією та простотою 
конструкції ДА практично не мають конкурентів серед гостроспрямованих антен 
НВЧ та КВЧ діапазонів [2]. 
 
а                                     б                               в                                    г 
Рисунок 1.1 – Дзеркальні антени 
 
Враховуючи різноманіття сучасних ДА, їх доцільно класифікувати за 
основними відмітними ознаками. 
За кількістю дзеркал розрізняють одно- та багатодзеркальні (основну групу 
яких становлять дводзеркальні) антени. За взаємною орієнтацією дзеркал та 
опромінювачів ДА відносять до осесиметричних та осенесиметричних. У 
симетричних антенах дзеркало має осьову симетрію і відбиті від його вершини 
ЕМХ неминуче проходять через опромінювач. ЕМХ, прийняті опромінювачем, 
прямують назад до джерела НВЧ коливань і в загальному випадку без вживання 
спеціальних заходів порушують нормальний режим роботи антени, що 
виражається у значному погіршенні її погодження на вході.  
В осенесиметричних антенах (званих також офсетними, або антенами з 
винесеним опромінювачем) ЕМХ, відбиті від дзеркала, йдуть у навколишній 
простір, не потрапляючи на опромінювач. Такі ДА характеризуються дуже 
хорошим узгодженням з лінією живлення передачі, але володіють підвищеним 
рівнем кросполяризації, що призводить до зниження розв'язки між каналами при 
одночасній роботі з двома ортогональними поляризаціями випромінювання. 
За кількістю головних пелюстків ДН дзеркальні антени поділяють на одно- 
та багатопроменеві; у найпростішому випадку число формованих променів 
дорівнює кількості опромінювачів. 
За характером кривизни поверхні основного дзеркала розрізняють 
параболічні та сферичні дзеркала, дзеркала з модифікованими профілями, що 
забезпечують підвищений коефіцієнт використання поверхні (КВП) (оптимізовані 
антени), а також з урахуванням останніх досягнень у техніці ДА спеціальні плоскі 
дзеркала (що забезпечують той же ефект, що і параболічні). 
ДА можуть працювати як з фіксованим у просторі напрямом максимального 
випромінювання, так і в режимі одно-або двокоординатного сканування 
(наприклад, шляхом лінійного зміщення опромінювача з фокусу, обертання 
опромінювача навколо фокальної осі дзеркала, використання решітки комутованих 
опромінювачів і т.д.). 
Розглянемо геометричні властивості та принцип дії ДА із дзеркалом у вигляді 
симетричного тіла обертання (рис. 1.2). ЕМХ, випромінювана опромінювачем, 
досягаючи електропровідної поверхні дзеркала, наводить на ній електричні струми, 
що створюють вторинне ЕМП, зазвичай називається полем відбитої хвилі. 
Для забезпечення високої ефективності антени опромінювач має бути 
односпрямованим і створювати випромінювання лише у напрямку дзеркала. 
У розкриві антени (на плоскій поверхні круглої форми, обмеженої кромками 
дзеркала) відбита дзеркалом ЕМХ має плоский фазовий фронт, що дозволяє 
отримати вузьку ДН випромінювання. Природно, що в дальній зоні на відстанях 
багато більших довжини хвилі і радіуса дзеркала R0 випромінювана антеною ЕМХ 
стає сферичною. 
Необхідно визначити, яку форму повинно мати дзеркало для перетворення 
сферичної або циліндричної ЕМХ на плоску (у розкриві). Вирішення цієї задачі з 
використанням методу геометричної оптики призводить до наступного виразу для 
профілю дзеркала в полярній системі координат (рис. 1.2): 
 
2 f р
( ) = = ,                                       (1.1) 
1+ cos 1+ cos
 
де   - поточний кут, що відраховується від осі дзеркала; ( )  — поточна відстань 
від точки фокусу до довільної точки на поверхні дзеркала, що опромінюється; f – 
фокусна відстань дзеркала. Вираз (1.1) є рівнянням параболи в полярній системі 
координат. При цьому подвоєну фокусну відстань 2 f = p  називають параметром 
параболоїда. Таким чином, поверхня дзеркала повинна бути поверхнею 
параболоїда обертання, утвореного обертанням параболи навколо осі z. Важливо, 
що профіль дзеркала залежить від довжини хвилі, отже смуга робочих частот ДА 
фактично визначається лише частотними характеристиками опромінювача. 
Для формування пучка променів, паралельного осі дзеркала, що утворює 
хвилю з плоским фазовим фронтом, у фокусі дзеркала F повинне бути точкове 
джерело, що випромінює сферичну хвилю. Зазначимо, що твердження вище 
справедливе у разі нескінченно малої довжини хвилі, падаючої на дзеркало. 
Насправді довжина хвилі кінцева і відбиті від дзеркала промені утворюють не 
зовсім паралельний пучок, що розходиться; проте з урахуванням малої відстані від 
поверхні дзеркала до площини розкриття цією розбіжністю можна знехтувати і 
вважати відбиту хвилю в плоскій розкриві, а сам розкрив — синфазно збудженим. 
 
                
 
Рисунок 1.2 – Визначення профілю дзеркала 
 
Для перетворення циліндричної хвилі на плоску поверхня дзеркала повинна 
мати форму параболічного циліндра, а опромінювач (відповідно, не точковий, а 
лінійний) повинен розташовуватися вздовж фокальної площини дзеркала і 
випромінювати в напрямку дзеркала циліндричну хвилю. 
Геометричні параметри параболічного дзеркала: фокусна відстань f; радіус 
розкриття R0 ; кут розкриву 2 0 . Ці параметри пов'язані наступним 
співвідношенням: 
 

R0 = 2 ftg 0 .                                                   (1.2) 
2
 
Форму дзеркала зручно характеризувати відношенням R f  або кутом 
0
розкриття 2 0 . Якщо R f <2 або 2 0 <π, дзеркало називається довгофокусним 
0
(дрібним); якщо R f >2 чи 2 0 >π, дзеркало називається короткофокусним 
0
(глибоким). При розташуванні фокуса на перетині осі дзеркала з фокальною віссю 
R f =2 і 2 0 =π. 
0
 
 
  
1.2 Наближені методи розрахунку основних параметрів та діаграми 
направленості дзеркальної антени 
 
Основними наближеними методами розрахунку ДН дзеркальних антен є 
апертурний та струмовий. 
Апертурний метод полягає у визначенні ЕМП випромінювання за відомим 
розподілом збуджуючого ЕМП на поверхні дзеркала з використанням принципу 
еквівалентності. При цьому не враховується дифракція ЕМХ на кромці дзеркала та 
випромінювання струмів, що збуджуються полем опромінювача на неосвітленій 
поверхні дзеркала; випромінюючою поверхнею вважається лише поверхня 
розкриття. Розрахунок амплітудного розподілу поля у розкриві дзеркала 
виконують з урахуванням ДН опромінювача та форми дзеркала, у досить 
обґрунтованому припущенні, що дзеркало по відношенню до опромінювача 
знаходиться у дальній зоні. 
Токовий метод розрахунку ДН дзеркальних антен передбачає знання 
розподілу поверхневих електричних струмів на поверхні дзеркала, що 
опромінюється. При цьому вважається, що струми збуджуються лише на 
внутрішній поверхні дзеркала; комплексний вектор поверхневої густини струму 
визначається вектором напруженості магнітного поля, створюваного падаючою 
хвилею опромінювача в даній точці на поверхні дзеркала. Важливо, що струмовий 
метод дозволяє врахувати поляризаційні ефекти ДА, зокрема виникнення 
кросполяризованої компоненти напруженості поля випромінювання. Розрахунок 
ДН струмовим методом дає досить точні результати в межах головної пелюстки та 
найближчих до неї одного-трьох бічних пелюсток ДН. 
Точність розрахунків за обома методами зростає зі збільшенням відношення 
R0 / 0  та зменшенням відношення R0 / f . 
Коефіцієнти підсилення та спрямованої дії дзеркальних антен 
Коефіцієнт підсилення дзеркальної антени G, як і будь-якої іншої антени, 
пов'язаний з її КНД D і ККД η відомим співвідношенням G =D . ККД дзеркальної 
антени враховує теплові втрати енергії НВЧ коливань в опромінювачі, елементах 
його кріплення, металі дзеркала, захисному шарі фарби і т.д. Практика показує, що 
приблизно ККД дзеркальної антени можна вважати рівним одиниці. Особливої 
уваги заслуговує встановлення чинників, визначальних для КНД дзеркальної 
антени 
 
S
D = 4 , 
2
0
 
де S = 4R2
0  — геометрична площа розкриття;   - коефіцієнт використання 
поверхні. 
Стосовно ДА у формулі для КНД апертурний КВП   слід замінити 
комбінованим множником   (повний КВП), який представляється добутком 
рез
ν 
рез = νν1ν2ν3ν4ν , в якому  - коефіцієнт використання поверхні, що залежить від 
амплітудного розподілу напруженості електричного поля в випромінювальному 
розкриві;   - коефіцієнт, що враховує «переливання» частини енергії ЕМХ 
1
опромінювача за краї дзеркала;  - коефіцієнт, що враховує затінення розкриття 
2
опромінювачем;   - коефіцієнт, що враховує фазові помилки, тобто відмінність 
3
фазового фронту відбитої від дзеркала ЕМХ у розкриві ДА від плоского;   - 
4
коефіцієнт, що враховує ефект виникнення кросполяризованого випромінювання 
за рахунок збудження на дзеркалі струмів як основного, так і паразитного 
ортогонального напрямів;   - коефіцієнт, що враховує дифракцію ЕМХ 
5
опромінювача на кромці дзеркала. Розглянемо деякі з перерахованих коефіцієнтів. 
Апертурний КВП   визначається розподілом амплітуди напруженості поля у 
розкриві дзеркала: 
 
2
1 2
 = Esds  Es ds .                                           (1.3) 
S
S s
Коефіцієнт  , званий також коефіцієнтом перехоплення, є відношенням 
1
частки потужності випромінювання опромінювача, що перехоплюється дзеркалом, 
до повної потужності випромінювання опромінювача. Очевидно, що при занадто 
широкій ДН опромінювача дзеркало буде опромінюватися досить рівномірно, але 
значна частка потужності марно пройде повз дзеркало. При надто вузькій ДН 
опромінювача опромінюватиметься лише частина дзеркала, що покращить 
перехоплення потужності, але знизить апертурний КВП. Тому при конкретних 
параметрах дзеркала можна підібрати оптимальну ДН опромінювача, коли КНД 
антени буде максимальним. Умова оптимального опромінення дзеркала полягає в 
тому, що амплітуда напруженості електричного поля на краях дзеркала Екр повинна 
становити приблизно 0,316 від Е0 – амплітуди поля у вершині дзеркала (відносний 
рівень –10 дБ). При цьому νν ≈0,7—0,8. На практиці для досягнення найкращого 
1
опромінення дзеркала використовують складні опромінювачі з ДН спеціальної 
форми, наприклад, розфазовані рупори. 
Природно, що з досягнення високих повного КВП   і КНД антени 
рез
необхідно прагнути послабити затінення розкриву опромінювачем, знизити рівень 
випромінювання з кросполяризацією тощо. 
Реально досяжні значення повного КВП однодзеркальної ДА в середньому 
становлять 0,45-0,8. Причому найбільш високі значення КВП та низькі рівні 
кросполяризації досягаються в антенах з довгофокусними дзеркалами з кутом 
розкриття 0  (55− 65) . 
У багатьох застосуваннях ДА важливо забезпечити як високий повний КВП, 
а й низький рівень бічних пелюсток ДН, зокрема рівень заднього випромінювання 
(у напрямку, протилежному головному), оскільки ці параметри ДН безпосередньо 
впливають на електромагнітну сумісність і перешкодозахищеність радіотехнічних 
систем. Так, дзеркальні антени радіорелейних систем зв'язку повинні 
забезпечувати придушення потужності заднього випромінювання до рівня порядку 
-50 дБ і нижче; рівень бічних пелюсток ДН дзеркальних антен систем 
супутникового радіозв'язку має бути не більше -(25-30) дБ. 
Дзеркала антен невеликих розмірів зазвичай суцільні. Дзеркала великих 
розмірів, як правило, виконують сітчастими (для зменшення вітрильності 
конструкції та маси антени). Для ДА з лінійною поляризацією провідники сітки 
повинні бути орієнтовані паралельно площині поляризації опромінювача; для 
забезпечення високого коефіцієнта відбиття відстань між провідниками сітки 
вибирається менше ніж половина мінімальної робочої довжини хвилі. Для ДА з 
круговою, що перемикається, або подвійною поляризацією сітка відповідно 
повинна бути двовимірною, наприклад, з квадратними комірками. 
Похибки виготовлення елементів конструкції ДА та її складання неминуче 
призводять до спотворення амплітудно-фазового розподілу (АФР) поля в розкриві 
антени і, відповідно, до погіршення форми ДН та інших електричних параметрів. 
При виготовленні дзеркала важливо забезпечити точність його форми та розмірів. 
Відхилення форми від параболічної в районі вершини не повинні перевищувати 
 = 0 / 16 . 
Управління ДН дзеркальної антени 
Якщо фазовий центр опромінювача точно поєднаний з фокусом F дзеркала, 
фронт хвилі, відбитої від дзеркала, у його розкриві виявляється плоским і напрямок 
головного максимуму ДН збігається з віссю дзеркала. Зміщення опромінювача у 
фокальній площині, інакше кажучи, у напрямку перпендикуляра до оптичної осі 
дзеркала викликає відхилення напрямку головного максимуму у бік, протилежний 
зсуву опромінювача (рис. 1.3). 
Цей ефект легко пояснюється відхиленням фазового фронту відбитої хвилі 
на кут при зміщенні опромінювача (рис.1.3). Напрямок максимуму 
випромінювання завжди перпендикулярно фронту хвилі, отже, ДН відхилиться той 
самий кут   убік, протилежний зміщенню опромінювача: 
 
AA/ xsin
tg = = 0 , 
R0 R0
 
 
 
Рисунок 1.3 – Відхилення ДН, спричинене зміщенням опромінювача у фокальній 
площині параболічного дзеркала 
 
при малих кутах відхилення, тоді можна вважати 
 
x x
       tg = = sin0 ,  або в градусах  = 60 sin0 .                (1.4) 
R0 R0
 
Взагалі кажучи, зміщення опромінювача призводить не тільки до відхилення 
ДН, але і до її спотворення внаслідок збудження лінійного закону зміни фази поля 
в розкриві. 
Це призводить до розширення ДН та зростання рівня бічних пелюсток, що 
веде до зменшення КНД та коефіцієнту підсилення антени. Зі збільшенням 
фокусної відстані дзеркала при фіксованому діаметрі спотворення форми ДН при 
тому самому зміщенні опромінювача зменшуються. Практичні кути відхилення ДН 
від осі антени зазвичай перевищують 5—8 значень ширини ДН по половинній 
потужності. Розглянутий спосіб відхилення ДН широко застосовується на практиці 
для побудови скануючих та багатопроменевих ДА. 
Вплив відбиття від дзеркала на вхідний опір антени (реакція дзеркала 
на опромінювач) 
Вище було зазначено, що у осесиметричних ДА частина відбитих від 
дзеркала променів перехоплюється опромінювачем (цей небажаний ефект 
називається реакція дзеркала). В основному опромінювач приймає хвилі, відбиті 
від області вершини дзеркала. Очевидно, що чим більше КНД опромінювача, тим 
більшу потужність він перехоплює. При цьому лінії передачі, що живить 
опромінювач, виникає хвиля, що поширюється до джерела, аналогічна по дії 
відбитої хвилі, що виникає в лінії внаслідок її неузгодженості з навантаженням. 
Антена виявляється погано узгодженою на вході. 
Відбиту хвилю можна компенсувати за допомогою будь-якого 
узгоджувального пристрою, що встановлюється біля вершини дзеркала (допоміжне 
дзеркало). Однак дія такого пристрою буде ефективною тільки на фіксованій 
частоті, оскільки зі зміною частоти (через зміну різниці ходу променів) знову 
з'явиться відбита хвиля. 
 
Рисунок 1.4 – Принцип побудови дзеркальної антени з винесеним опромінювачем 
 
Якщо антена випромінює поле поляризації, що обертається, то реакція 
дзеркала на опромінювач буде практично відсутня - при відбитті від дзеркала 
випромінюваної опромінювачем хвилі напрям обертання площини поляризації 
змінюється на зворотній, внаслідок чого вона не приймається опромінювачем. 
Вдалим способом усунення реакції дзеркала на опромінювач у широкій смузі 
частот є застосування невзаємних пристроїв, наприклад, феритових вентилів та 
циркуляторів. Вони встановлюються в хвилеводному тракті перед опромінювачем 
і, вносячи порівняно малі втрати прямої хвилі, на 20—25 дБ послаблюють відбиту 
хвилю. Найбільш радикальний спосіб зменшення реакції дзеркала полягає у виносі 
опромінювача з поля відбитих від дзеркала променів. Для цього опромінювач 
встановлюють у фокусі дзеркала (розвертають) так, щоб напрям його 
максимального випромінювання становив деякий кут з фокальною віссю дзеркала 
(рис.1.4). При цьому опромінюється тільки частина дзеркала, розташована вище 
його осі, і відбиті від неї промені проходять повз опромінювач. Неопромінена 
частина дзеркала видаляється (осенесиметрична антена). 
 
  
1.3 Дводзеркальні антени 
 
Розглянуті дзеркальні параболічні антени в порівнянні з іншими типами 
антен мають хороші електричні характеристики, технологічні у виготовленні і 
мають порівняно просту конструкцію. Поряд з цими перевагами вони мають 
недоліки, а саме: велику довжину хвилеводного тракту від антени до приймача і 
його розміщення в полі випромінювання антени; складність забезпечення 
рівномірного амплітудного розподілу поля у розкриві із збереженням високого 
значення повного КВП; найчастіше неприйнятні поздовжні розміри антени та інше. 
Тому поруч із однодзеркальними ДА розробили дводзеркальні антени, в яких 
названі вище недоліки виявляються меншою мірою чи відсутні. 
Розглянемо дві типові конструкції дводзеркальних антен: Кассегрена 
(рис.1.5, а) та Грегорі (рис. 1.5, б). 
 
                                  а                        б  
Рисунок 1.5 – Дводзеркальні антени 
 
У цих антенах використовуються два дзеркала: основне - велике (зазвичай 
параболічне) дзеркало і допоміжне - мале дзеркало, виконане або у вигляді частини 
гіперболоїда обертання в антені Кассегрена, або у вигляді частини еліпсоїда 
обертання в антені Грегорі. 
Нехай опромінювач з фазовим центром у точці F2 випромінює у напрямку 
малого дзеркала сферичну хвилю. Через геометричні властивості гіперболи (або 
еліпса) хвиля, що відбивається малим дзеркалом, знову опиняється сферичною, як 
би виходить з однієї точки — фокусу гіперболи (або еліпса) F1, поєднаного з 
фокусом великого дзеркала параболічної форми. Ця хвиля і перетворюється 
великим дзеркалом на плоску в його розкриві. Другий фокус малого дзеркала F2 
поєднується з фазовим центром опромінювача (зазвичай рупора). 
В антені Кассегрена кут розкриття великого дзеркала 2 0  може бути 
більшим за 180o. У антені Грегорі кут може бути лише менше 180° (якщо 2 0 >180°, 
то відбиті від половини малого дзеркала промені на шляху до великого зустрінуть 
другу половину малого дзеркала, тобто будуть їм затінені). Тому великі (основні) 
дзеркала антени Грегорі можуть бути лише довгофокусними. 
Дводзеркальні антени мають ряд переваг у порівнянні з однодзеркальними. 
Допоміжне дзеркало полегшує формування заданого амплітудного розподілу у 
розкриві основного дзеркала та забезпечує порівняно високий повний КВП антени. 
Оскільки в дводзеркальній антені опромінювач можна розташувати близько до 
основного дзеркала, спрощується і вкорочується тракт живлення опромінювача, 
полегшується кріплення лінії передачі та опромінювача. Укорочення лінії 
живлення веде до зменшення теплових втрат у ній та зниження шумової 
температури тракту живлення, що важливо при використанні ДА в системах 
супутникового та космічного радіозв'язку. 
Оптимізація дводзеркальної антени полягає у підборі профілів дзеркал 
відповідно до заданої форми ДН опромінювача. Основними вимогами, що 
пред'являються до форми ДН опромінювача антени, що оптимізується, є її осьова 
симетрія і мінімальне «переливання» енергії за межі сектора опромінення малого 
дзеркала. Дводзеркальні антени оптимізованих конструкцій мають повний КВП, 
що досягає 0,7-0,8. 
Опромінювачі дзеркальних антен 
Як опромінювачі дзеркальних параболічних антен застосовують 
слабоспрямовані антени, що формують односпрямоване випромінювання. Фазовий 
центр опромінювача поєднується з фокусом дзеркала. Якщо опромінювач не має 
однозначно вираженого фазового центру, як, наприклад, пірамідальний рупор, то 
оптимальне положення такого опромінювача щодо фокусу дзеркала знаходиться 
експериментальним шляхом. ДН опромінювача повинна забезпечувати необхідний 
амплітудний розподіл у розкриві дзеркала при малому переливанні енергії через 
його краї, по можливості мати осьову симетрію і мінімальний рівень бічних і задніх 
пелюсток. 
Ширина смуги робочих частот ДА, в основному, залежить від опромінювача 
та реакції дзеркала, тому опромінювач повинен бути досить широкосмуговим як за 
спрямованими властивостями, так і за погодженням. Основна поляризація 
випромінювання ДА визначається поляризацією ЕМХ, що формуються 
опромінювачем. 
У діапазоні УВЧ і низькочастотній області НВЧ діапазону зазвичай 
застосовуються вібраторні опромінювачі, що живляться за допомогою 
коаксіальних ліній передачі. Для отримання односпрямованого випромінювання 
активний вібратор забезпечують контррефлектором у вигляді одного або декількох 
пасивних вібраторів, а також у вигляді металевої пластини, наприклад, діаметром 
близько довжини хвилі випромінювання. Фазовий центр опромінювача 
знаходиться між вібратором та контррефлектором. 
На частотах від одиниць ГГц і вище застосовуються гібридні хвилеводно-
вібраторні та щілинні опромінювачі, які живляться за допомогою хвилеводів. 
Вібраторні опромінювачі доцільно використовувати у разі досить глибоких 
параболічних дзеркал (при 2Ψ0 = 120-180°). 
Для побудови ДА з круговою поляризацією часто використовують спіральні 
або турнікетні опромінювачі. 
У НВЧ і КВЧ діапазонах широко застосовують хвилеводні (круглі та 
прямокутні) і рупорні опромінювачі, що забезпечують більшу потужність 
випромінювання і мають кращі діапазонні властивості, ніж вібраторні. 
Опромінювачі на основі круглих і квадратних хвилеводів, конічних і пірамідальних 
рупорів з секцією, що фазує, дозволяють отримувати випромінювання з круговою 
поляризацією. Для управління поляризацією випромінювання використовуються 
самі опромінювачі без фазуючої секції, але з електрично керованим поляризатором 
на вході; для одночасної роботи з двома ортогональними поляризаціями на вході 
опромінювача встановлюють поляризаційний селектор (розділювач) з рівним 
розподілом потужності. 
 
  
2. ПРОГРАМНІ ЗАСОБИ КОМП'ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ТА 
СИСТЕМИ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ  
ПРИСТРОЇВ НВЧ ТА АНТЕН 
 
2.1 Етапи автоматизованого проектування антен і фідерних пристроїв 
 
Проектування антен для сучасних РТС у багатьох випадках є досить 
складним інженерним завданням. Не завжди виявляється можливим вибрати якусь 
типову антену і за вже розробленою для неї методикою розрахувати параметри 
конструкції, що гарантують задані електричні характеристики. Більш того, навіть 
для типової антени зазвичай потрібно вирішувати питання визначення амплітудно-
фазового розподілу (АФР) струмів (збудливих полів) в антені для формування ДН 
із заданими параметрами, зміни конструкції антени для реалізації необхідного 
АФР, узгодження з лінією живлення передачі в робочій смузі частот, врахування 
впливу на характеристики антени розкиду електрофізичних параметрів матеріалів 
та розмірів конструкції, елементів її кріплення, корпусу носія та ін. У ряді випадків 
відсутність відповідних типових варіантів антен змушує розробників знаходити 
нові технічні рішення. Побудова оптимального варіанта антени за заданими 
технічними та економічними вимогами може бути досить тривалим і трудомістким 
процесом, що вимагає виконання значного обсягу обчислень, виготовлення 
дослідних зразків антен, їх всебічних експериментальних досліджень. На 
сьогоднішній день розроблено інженерні методики розрахунку багатьох антен, 
засновані на низці спрощень та наближень. Зазвичай вони використовуються на 
етапі попереднього проектування антен. Отримані результати є основою для 
подальшого використання систем автоматизованого проектування (САПР) або 
спеціалізованих програм комп'ютерного моделювання, створених на основі 
чисельних математичних методів електродинаміки та дозволяють отримувати 
оптимальні технічні рішення, що вимагають мінімальної корекції з урахуванням 
результатів випробувань експериментальних зразків антено-фідерних пристроїв. 
Використання САПР та спеціалізованих програм суттєво скорочує фінансові 
витрати та терміни проектування, особливо таких складних та дорогих антенних 
систем, як ФАР, АФАР, великих дзеркальних антен. 
Процес автоматизованого проектування антен і фідерних пристроїв можна 
розбити на основні етапи:  
1 — постановка задачі;  
2 - структурний синтез конструкції;  
3 - математичне моделювання та аналіз електричних характеристик;  
4 - параметрична оптимізація конструкції;  
5 - конструювання.  
Таким чином, проектування полягає в послідовному наближенні до 
оптимального за заданими критеріями. Особливість автоматизованого 
проектування антен полягає у необхідності комплексного вирішення завдань 
розробки структури та конструкції, що забезпечують необхідний АФР у 
випромінюючому розкриві, а також питань технології виробництва антени. 
На етапі постановки завдання вирішуються такі питання: 
- аналіз технічного завдання (ТЗ) з позицій виконання всіх його вимог; 
- розробка пропозицій щодо реалізації вимог ТЗ з урахуванням сучасного 
стану антенної техніки; 
- вибір основних критеріїв оцінки якості проектованої антени. 
Як правило, ТЗ на розробку антени містить вимоги до електричних 
характеристик у заданій смузі частот, вимоги до масогабаритних параметрів, 
надійності, стійкості до механічних впливів, стану навколишнього середовища і 
т.д. 
На етапі структурного синтезу визначається оптимальна за обраними 
критеріями конструкція антени. Зважаючи на складність формалізації цього 
завдання, її успішне вирішення великою мірою залежить не тільки від наявності 
інформації про відомі конструкції, а й від практичного досвіду та інтуїції 
розробника. 
На етапі математичного моделювання визначаються властивості антени під 
час обраної конструкції шляхом побудови її математичної моделі та розрахунку 
необхідних електричних характеристик. Ефективність вибору або побудови 
математичної моделі та її алгоритм розрахунку в основному і визначає 
трудомісткість всього процесу проектування і якість розробленої антени. Зазвичай 
на цьому етапі аналізується чутливість характеристик антени до зміни параметрів 
її конструкції, зокрема, з урахуванням технологічних допусків, зміни умов 
експлуатації тощо; оцінюється адекватність моделі. Це найвідповідальніший етап 
проектування. 
На етапі параметричної оптимізації фізичні уявлення про якість роботи 
антени перетворюються на математичне формулювання екстремального завдання - 
визначається мета оптимізації та формалізується поняття оптимальності. На цьому 
етапі використовуються критерії оптимальності - правила переваги порівнюваних 
варіантів. Основу критерію оптимальності становить цільова функція, що 
формується так, щоб за її значеннями можна було визначити рівень досягнення 
мети. Аргументами цільової функції служать параметри математичної моделі, що 
варіюються. Потім виконується мінімізація (або максимізація) цільової функції в 
межах безлічі значень параметрів, що варіюються. Залежно від частотного 
діапазону та конструктивних особливостей антени з урахуванням вимог до 
точності реалізації геометричних розмірів елементів антени може виникнути 
потреба оптимізації допусків. Вона полягає, наприклад, у визначенні номінальних 
значень параметрів конструкції, що максимально відрізняються від параметрів, що 
обмежують збереження заданих електричних та інших характеристик антени. Це 
гарантує виконання вимог ТЗ навіть за підвищених похибок виготовлення, що, 
зрештою, дозволяє здешевити виробництво антени. 
На етапі конструювання за отриманими в результаті параметричної 
оптимізації електродинамічних та конструктивних параметрів уточнюється 
остаточний варіант конструкції антени. 
У процесі проектування може бути виявлено, що вихідна конструкція антени 
не задовольняє будь-яких вимог ТЗ. У цьому випадку доводиться вносити зміни в 
конструкцію, вибирати іншу з числа відомих, або створювати нову і повторювати 
весь процес проектування до отримання потрібного результату. 
2.2 САПР антен та методи чисельного розрахунку 
 
Перші САПР антен та пристроїв НВЧ, створені в 80-х роках минулого 
століття відрізнялися порівняльною простотою математичного забезпечення. 
Подальший розвиток САПР антено-фідерних пристроїв було пов'язано зі 
створенням графічного інтерфейсу користувача та переходом до 
електродинамічного аналізу пристроїв. Тут можна відзначити САПР Microwave 
Office фірми Applied Wave Research, в якій поєднуються електродинамічний аналіз 
пристрою (EM Sight), що представляється як набор базових елементів (Schematic). 
Система Microwave Office містить практично повний набір опцій, що 
використовуються в САПР низькочастотних пристроїв для нелінійного аналізу 
схеми, оптимізації, аналізу чутливості, статистичного аналізу. Тут видно тенденцію 
створення інтегрованих САПР, підтримують весь цикл проектування РЕА до 
виготовлення схеми. Серед таких систем необхідно відзначити Advanced Design 
System (ADS), що містить блок електродинамічного аналізу ADS Momentum. 
Системи Microwave Office і ADS є повною мірою системами тривимірного 
електродинамічного моделювання, оскільки вони орієнтовані на аналіз виключно 
багатошарових друкованих схем. Максимальну універсальність з точки зору 
вирішення тривимірних завдань електродинаміки мають такі системи, як High 
Frequency System Simulator (HFSS) [3], CST Microwave Studio (MWS) [4], FEKO [5].  
У сучасних САПР реалізуються різноманітні чисельні математичні методи 
технічної електродинаміки. Серед них можна відзначити прямі методи вирішення 
граничних завдань, такі як FEM — метод кінцевих елементів (МКІ) та Finite 
Difference Time Domain (FDTD) — метод кінцевих різниць у часовій області. Ці 
методи відрізняються універсальністю і дозволяють аналізувати практично будь-
яку структуру, але у разі складних структур великих електричних розмірів 
вимагають великих витрат комп'ютерних ресурсів та часу (під електричним 
розміром розуміється відношення геометричного розміру до довжини хвилі у 
вільному просторі). Це обумовлено дискретизацією простору, що лежить в основі 
FEM та FDTD. Кількість елементів розбиття аналізованої структури визначає 
розмірність розв'язуваної задачі; у випадку FEM і FDTD воно виявляється 
максимально можливим із усіх відомих методів. FEM спочатку був базовим 
методом HFSS, а FDTD - MWS. Альтернативним напрямом у розв'язанні задач 
електродинаміки є непрямі методи. У тому числі слід зазначити метод моментів 
(МОМ). Відмінність його від FEM і FDTD полягає в тому, що чисельне визначення 
ЕМП ґрунтується на аналітичному вирішенні деякої ключової задачі, а саме задачі 
про збудження структури елементарним джерелом струму з використанням 
функції Гріна. МОМ виявляється ефективним, якщо функція Гріна може бути 
записана аналітично у простій формі. В цьому випадку дискретизується не простір, 
а лише поверхня, що сильно знижує розмірність завдання. На жаль, функція Гріна 
може бути досить просто знайдена лише для обмеженого числа структур, зокрема 
плоскошарових. Тому саме для таких структур були розроблені САПР на основі 
МОМ. МОМ використовується у Microwave Office, ADS, FEKO. 
Особливе місце серед завдань, розв'язуваних САПР АФУ, займають завдання 
випромінювання та розсіювання електромагнітних хвиль. Їхня відмінність від 
завдань аналізу смужкових або хвилеводних систем полягає в необхідності 
визначення ЕМП в області великих електричних розмірів. Дискретизація великих 
областей породжує завдання величезної розмірності, тому використання таких 
методів, як FEM та FDTD, тут явно неефективне. Найчастіше виявляється 
неефективним і значно економічніший МОМ. І тут суворі методи електродинаміки 
доповнюються асимптотичними методами: фізичної оптики (ФО), геометричної 
теорії дифракції (ВМД) тощо. Гібридні підходи, що використовують ФО та ВМД, 
реалізовані у програмі FEKO. 
Поява систем електродинамічного моделювання та автоматизованого 
проектування суттєво змінила вимоги до рівня підготовки користувача САПР. 
Може здатися, що ці вимоги знизилися, оскільки тепер користувач - розробник 
антено-фідерних пристроїв не повинен знати деталі розв'язання 
електродинамічного завдання. Однак сучасні САПР НВЧ є найскладнішими 
системами, ефективність функціонування яких суттєво залежить від безлічі 
налаштувань та параметрів, які встановлюють користувачі. Налаштування 
залежать від вимог до якості розв'язання завдання, яке також визначає користувач. 
Тому користувач все-таки повинен мати уявлення про основи технічної 
електродинаміки та теорії антен. Можна цілком обґрунтовано стверджувати, що 
відсутність знань такого характеру майже напевно призведе до помилкового чи, у 
кращому разі, неоптимального рішення. 
Однією з комп'ютерних програм, що широко використовуються для аналізу 
та розробки пристроїв НВЧ та антен є програма Ansys HFSS для аналізу 
тривимірних НВЧ структур, включаючи антени та невзаємні пристрої з 
феритовими елементами. Серед функціональних можливостей поточної версії 
Ansys HFSS  можна відзначити: 
- можливість використання періодичних граничних умов під час аналізу 
антенних решіток; 
- систему макросів, що значно розширює можливості програми; 
- підпрограму аналізу власних коливань та власних хвиль електродинамічних 
структур (eigenmode solver); 
- нові можливості візуалізації результатів аналізу, зокрема анімації картин 
поля, побудова тривимірних діаграм спрямованості тощо; 
- адаптивний алгоритм розв'язання електродинамічних завдань, що 
забезпечує високу ефективність моделювання складних структур; 
- можливість аналізу багатополюсників із багатомодовими портами; 
- великі бази даних по НВЧ матеріалам та НВЧ компонентам; 
- можливість параметричного аналізу та оптимізації параметрів структури. 
Електродинамічний моделювання в HFSS засноване на використанні методу 
кінцевих елементів (Finite Element Method, FEM). Вирішення граничного завдання 
шукається в частотній області. Використання методу кінцевих елементів 
забезпечує високий рівень універсальності чисельних алгоритмів, які виявляються 
дуже ефективними для широкого кола завдань від аналізу хвилеводних і 
смужкових структур до моделювання антен і складних невзаємних пристроїв, що 
містять гіротропні середовища. 
Процес проектування за допомогою HFSS включає ряд стандартних кроків: 
1. Створення моделі аналізованої структури, зокрема побудова тривимірної 
графічної моделі структури (креслення) і завдання параметрів матеріалів, у тому 
числі складається структура. 
2. Визначення електродинамічних параметрів структури, що включає 
завдання граничних умов на поверхнях, що формують об'єкт, який аналізується; 
визначення та калібрування портів; завдання параметрів рішення. 
3. Електродинамічний аналіз об'єкта, що досліджується, в тому числі 
розрахунок електричних характеристик об'єкта в смузі частот; параметричний 
аналіз та оптимізація об'єкта. 
4. Візуалізація результатів електродинамічного аналізу, що включає 
побудову графіків у декартових, полярних координатах чи сферичних координатах, 
діаграм Сміта, діаграм спрямованості тощо; анімацію розподілів 
електромагнітного поля та електричного струму; збереження результатів аналізу у 
файлах даних. 
HFSS включає ряд підпрограм, що реалізують різні функції. До них входить 
підпрограма вирішення граничних завдань електродинаміки, яку називають 
вирішальним пристроєм. Ця підпрограма з доведеною надійністю забезпечує 
отримання достовірних та точних результатів. 
Постпроцессор HFSS – це спеціальна програма, що забезпечує анімацію та 
візуалізацію компонентів електромагнітного поля, а також обробку статичних та 
анімаційних креслень на будь-якій поверхні. 
Візуалізація поля та тривимірної діаграми спрямованості, що використовує 
м'які переходи кольорів, дозволяє вивчити ближні поля і поля випромінювання з 
високою точністю (рис.2.1). Користувачі можуть повертати структуру в реальному 
масштабі часу з миттєвими модифікаціями графіків. Постпроцессор також виконує 
обробку розрахункових даних та пов'язаних із ними характеристик. 
Калькулятор поля - це підпрограма, призначена для обробки результатів 
вирішення граничного завдання у вигляді розподілу векторів електричного та 
магнітного полів. Калькулятор може обчислити похідні від векторів поля та їх 
компонент, перетворити та записати отримані дані у файл та багато іншого. 
Калькулятор не виконує розрахунки, доки вони не потрібні для подальшого 
використання або виведення у вигляді графіків. Це суттєво економить 
обчислювальні ресурси та час. 
 
Рисунок 2.1 – Діаграма спрямованості рупорно-параболічної антени 
 
HFSS має потужну макрокомандну мову з можливістю автоматичного запису 
та модифікації. Ці можливості реалізовані в програмі Optimetrics, яка виконує 
параметричний аналіз та оптимізацію структури, змінюючи форму та розміри 
елементів, що входять до неї. 
Як цільову функцію при оптимізації можуть використовуватися як окремі S-
параметри, так і інші характеристики, включаючи діаграму спрямованості та 
параметри антени. 
HFSS дозволяє врахувати вплив корпусу носія на характеристики антени. 
Використовуючи оптимізацію за допомогою утиліти Optimetrics, розробник може 
мінімізувати цей вплив та оптимізувати структуру за критерієм максимуму 
коефіцієнта підсилення та мінімуму крос-поляризаційного випромінювання. 
HFSS постійно вдосконалюється. В одній із його останніх версій — ANSYS 
HFSS запропоновано нові способи вирішення таких завдань, як визначення 
ефективної площі розсіювання різних великогабаритних об'єктів (морських суден, 
літаків та ін.), аналіз великих рефлекторних антен, антенних платформ, 
супутникових систем. Через значні електричні обсяги об'єктів вирішити такі 
завдання методами кінцевих елементів (FEM) або інтегральних рівнянь (IE), що 
використовуються в попередніх версіях HFSS, неможливо. Тому остання версія 
HFSS доповнена новою вирішальною підпрограмою PO (Physical Optics – фізична 
оптика). 
Відмінною особливістю останньої HFSS від попередніх версій є введення 
граничних умов типу IE Region. Об'єднання методу інтегральних рівнянь та методу 
кінцевих елементів дозволило з достатньою точністю безпосередньо вирішувати 
внутрішню та зовнішню задачі електродинаміки та моделювати екстремально 
великі об'єкти з використанням невеликих обчислювальних ресурсів та часу. 
Не меншою популярністю у розробників антено-фідерних пристроїв 
користується система моделювання НВЧ тривимірних структур CST 
MICROWAVE STUDIO. 
CST MICROWAVE STUDIO (CST MWS) представляє собою програму, 
призначену для швидкого та точного чисельного моделювання високочастотних 
пристроїв (антен, фільтрів, відгалужувачів потужності, планарних та 
багатошарових структур), а також аналізу проблем цілісності сигналів та 
електромагнітної сумісності у часовій та частотних областях з використанням 
прямокутної або тетраедральної сіток розбиття. 
Головною перевагою обчислювальних технологій компанії CST є 
використання апроксимації для ідеальних граничних умов (Perfect Boundary 
Approximation, PBA). При моделюванні тривимірних (3D) структур, що містять 
поверхні складної кривизни, використання класичної прямокутної сітки розбиття 
призводить до необхідності використовувати занадто дрібну сітку та невиправдано 
велику кількість комірок. Використання тетраедральної сітки частково вирішує 
проблему та дозволяє знизити вимоги до обчислювальних ресурсів. Технологія 
PBA використовує переваги обох перерахованих підходів, але забезпечує високий 
приріст продуктивності без втрати точності обчислень. 
 
Рисунок 2.2 – Готові моделі антен в програмі CST MWS 
 
За допомогою пакету CST MWS, як і ANSYS HFSS, можна з високою 
точністю дослідити практично будь-які пристрої НВЧ та антени: 
- хвилеводні та мікросмужкові спрямовані відгалужувачі потужності;  
- дільники та суматори потужності;  
- хвилеводні, мікросмужкові та діелектричні фільтри;  
- одно- та багатошарові мікросмужкові структури;  
- різні лінії передачі;  
- коаксіальні та багатовивідні з'єднувачі;  
- коаксіально-хвильоводні та коаксіально-смужкові переходи;  
- оптичні хвилеводи та комутатори;  
- різні типи антен - від найпростіших резонаторних смужкових 
випромінювачів до складних багатоелементних ФАР. 
Пакет CST MWS є закінченим програмним продуктом, що має у своєму 
складі всі необхідні модулі, починаючи з графічного редактора для малювання 
тривимірної структури та закінчуючи модулем побудови розрахованих частотних 
залежностей. Система побудови досліджуваних структур базується на ядрі ACIS, 
що використовується більшістю відомих систем CAD, наприклад відомою 
програмою AutoCAD. За допомогою цієї технології малювання складних 
конструкцій об'ємних НВЧ пристроїв проводиться легко та швидко. Пакет 
передбачає можливість логічного складання компонентів структури, причому 
окремі частини таких компонентів можуть бути побудовані з різних матеріалів. 
Зміна параметрів матеріалів може виконуватися як окремо вручну, так і 
глобальною заміною бази даних матеріалів. Реалізовано виділення кількох об'єктів 
безпосередньо в полі малювання тривимірної структури, а також на дереві проекту 
на панелі навігації, після чого можлива одночасна зміна параметрів або 
геометричних розмірів. 
Особливу увагу розробники програми CST MWS приділили її інтеграції до 
існуючого потоку проектування та забезпечили зв'язки з іншими EDA та CAD 
пакетами. У новій версії перероблено модулі імпорту та експорту популярних 3D 
форматів STEP, SAT, IGES та STL, а також двовимірного формату DXF. 
Реалізовано імпорт двовимірних форматів GDSII, Gerber та Sonnet EM, а також 
об'ємного опису людського тіла. 
Програма CST MWS використовує метод кінцевих інтегралів (FIT) - досить 
загальний підхід, який спочатку описує рівняння Максвелла на просторовій сітці з 
урахуванням закону збереження енергії, а потім формує систему диференціальних 
рівнянь, наприклад хвильових. Метод може бути реалізований як у часовій, так і 
частотній області. Крім того, не накладається жодних обмежень на тип 
використовуваної сітки розбиття структури об'єкта. Поряд із структурованою 
сіткою в декартовій системі координат підтримуються неортогональні сітки, 
наприклад, тетраедральна. Таким чином, пакет CST MWS дозволяє вибирати 
оптимальні для цієї задачі метод розв'язання та спосіб розбиття. 
Підпрограма обчислень у часовій області (Time Domain Solver) дозволяє 
розрахувати характеристики пристроїв НВЧ і антен у широкому діапазоні частот з 
високою роздільною здатністю по частоті, в результаті чого знижується 
ймовірність пропуску, наприклад гострих резонансних піків у частотних 
характеристиках модуля коефіцієнта відбиття напруги або КСХ. Підпрограма 
обчислень у частотній області (Frequency Domain Solver) має адаптивний алгоритм 
частотного свіпіювання, що дозволяє отримати точні характеристики при 
мінімальному числі частотних точок, яке автоматично вибирається. CST MWS 
включає періодичний (Floquet) обчислювач мод у граничних портах, що забезпечує 
високу точність для широкого діапазону кутів випромінювання антен, що 
необхідно для розрахунку характеристик ФАР. CST MWS дозволяє 
використовувати механізм розподілених обчислень на кількох комп'ютерах у 
межах локальної мережі. Результати аналізу накопичуються в центральному 
комп'ютері, який автоматично формує завдання для машин, що простоюють. 
Використання розподілених обчислень суттєво зменшує витрати часу. 
Програма FEKO [5] призначена для вирішення широкого кола завдань, 
пов'язаних із проектуванням НВЧ пристроїв та антен, розсіюванням 
електромагнітних хвиль на складних об'єктах, поширенням радіохвиль у міських 
умовах тощо. Головною особливістю програми FEKO, що відрізняє її від 
аналогічних продуктів (Microwave Office, HFSS і т.д.), є вдале поєднання чисельних 
методів вирішення тривимірних електродинамічних завдань (метод моментів) з 
наближеними аналітичними методами: фізичної оптики та однорідної теорії 
дифракції. Таке поєднання дозволяє подолати головний недолік програм 
комп'ютерного моделювання високочастотних структур: великі витрати ресурсів 
при моделюванні об'єктів з розмірами багато більшими за довжину хвилі. В 
результаті з'являється можливість вирішення таких завдань, як розсіювання 
радіохвиль літаком або кораблем і поширення радіохвиль у міських умовах з 
високою точністю. 
Програма FEKO дозволяє вирішувати завдання аналізу електромагнітної 
сумісності в інформаційних мережах: розраховувати електромагнітні поля, що 
створюються інформаційними лініями (коаксіальні кабелі, кручені пари, 
двопровідні лінії тощо), а також досліджувати їх взаємний вплив. Крім того, 
програма містить засоби, що підтримують вирішення завдань проходження 
інформаційних сигналів з різних ліній передачі. 
Великий інтерес представляють на сучасному етапі завдання оптимізації 
антен мобільних телефонів, а також розрахунок поля, що наводиться такою 
антеною в режимі, що передає, в голові людини. Основну складність представляє 
тут розрахунок поля у голові людини, яка з погляду електродинаміки є складною 
структурою, що складається з різних середовищ із втратами. Для аналізу подібних 
структур у програмі FEKO використовуються метод еквівалентних поверхневих 
струмів та метод об'ємних струмів поляризації. Поєднання цих методів дозволяє 
здійснювати розрахунок електромагнітного поля в салоні транспортного засобу та 
голові людини з досить гарною точністю. 
 
Рисунок 2.3 – Поверхневі струми та ближні поля в програмі FEKO 
 
У радіолокації важливим завданням є знаходження поля дифракції 
електромагнітних хвиль на об'єкті (літаку, кораблі, автомобілі тощо) та визначення 
його ефективної площі розсіювання. У подібних завданнях найбільш повно 
розкриваються переваги програми FEKO, що використовує наближені методи 
розв'язання електродинамічних завдань для великих об'єктів електричних розмірів. 
В принципі, до такого ж класу завдань відноситься і завдання про випромінювання 
антени мобільного телефону, встановлену на даху автомобіля. 
В Україні популярністю користується програма MMANA і її подальші версії 
MMANA-GAL і GAL-ANA. Розглянемо короткий перелік можливостей програми 
GAL-ANA.  
Демо-версією можна відкривати та розраховувати файли моделей антен *.gaa 
з наявної папки DEMO_ANT антен та з online "Бібліотеки антен" (без можливості 
редагування). 
Можна створювати, обчислювати та редагувати свої *.gaa файли (у демо-
версії їх розмір обмежений 4 проводами у MININEC3 та 40 сегментами у NEC2). 
Також відкриваються *.maa і *.nec файли (демо-версія відкриває їх усі, але 
обчислює тільки якщо проводів < 4 у MININEC3 та сегментів < 40 у NEC2. 
"Двигуни": NEC2 і MININEC3 (MINIEC3 у багатьох випадках краще, ніж 
NEC2), з можливістю оперативного перемикання їх користувачем. Є можливість 
роботи із зовнішнім "движком" NEC4 (потрібно купувати окремо). 
Незалежні вікна 2D та 3D діаграм спрямованості, з можливістю виведення 
плоских та об'ємної ДН у полярній та декартовій системах координат, з будь-якою 
шкалою та її межами (на вибір користувача). Вектор (вимірювальна точка, що 
переміщається користувачем) на 3D ДН. Колірне та градієнтне уявлення об'ємної 
ДН. 
Незалежне вікно ближнього поля. Об'ємні поверхні та плоскі криві розподілу 
реактивної зони. Також колірне та градієнтне уявлення. Можна переглянути 
ближню та дальню зони зону випромінювання антени та оцінити, що в неї 
потрапляє, в якій точці яке поле буде. 
Незалежне вікно графіків. Побудова будь-яких, можливих користувачем, 
графіків. Вибір величин, які мають змінюватися по осях Х та Y, їх межі, шкали, 
кількість точок розрахунку – все це задається користувачем. Можлива побудова 
аналітичних тривимірних графіків-поверхень, за зміни одночасно двох 
досліджуваних параметрів. 
Незалежне вікно редагування антени. Якщо ви знайомі з MMANA-GAL, то 
це неабияк доповнені та покращені "Правка проводу" та "Правка елемента", з 
великою кількістю інструментів редагування опису антени. Там дійсно багато 
всього, згадаємо лише можливість операцій над групами виділених проводів, а 
також генератори складних кривих і поверхонь, що настроюються користувачем 
(спіралі, циліндри, параболоїди, і .т.д. ) 
Експлорер попереднього перегляду файлу перед відкриттям. Простіше 
кажучи, можна за кілька секунд пробігти очима кілька десятків файлів і при нагоді 
навіть обчислити той, що сподобався. Все це ще до відкриття файлу в програмі. Ця 
функція в десятки разів підвищує швидкість та комфортність роботи з великими 
папками антенних файлів, дозволяючи переглядати кілька файлів в секунду. 
Графічне вікно встановлення складної землі. На 3D вигляді відразу 
зображується профіль, встановленої вами землі, різні середовища відображаються 
різним кольором. 
Можливість пошуку в бібліотеці файлів антени із заданими користувачем 
критеріями, запису (і наступного швидкого виклику) кількох різних складних 
структур землі, встановлення різного матеріалу для різних дротів, надягання 
ізоляції на окремі дроти. 
Попередньо набір стандартних сценаріїв оптимізації. Наприклад, якщо 
потрібно оптимізувати антену Уда-Ягі, необхідні установки викликаються парою 
кліків: викликом з меню відповідного сценарію. 
Запис у файл антени всіх установок, включаючи землю та оптимізацію. 
Велике та незалежне вікно інструментів: усі можливі узгоджувальні 
пристрої, багаточастинні УП з набору ліній. Вікно синтезу систем живлення 
активних антен. 
Виведення всіх результатів на друк. Формат виведення налаштовується 
користувачем. Велике вікно загального сетапа, де користувачем налаштовується і 
редагується практично все: списки частот, висот, типів кабелів, проводів, що 
використовуються (діаметр, матеріал, ізоляція), складні землі, і т.д. 
Декілька дрібних, постійно доступних робочих інструментів: обертання, 
переміщення, оперативне редагування виділеного дроту, швидка вставка джерел-
навантажень у вказане місце, і т.д. Причому все це у вікні редагування, а й у інших 
вікнах, наприклад у вигляді антени. Ці вікна набагато збільшують швидкість 
дрібної оперативної корекції антени. 
На вигляді антени є амперметр, що дозволяє вимірювати струм у будь-якому 
сегменті і ще безліч різних дрібних і не дуже штук, що дозволяють швидше 
проектувати і розуміти антени. 
Таким чином, пакети прикладних програм HFSS, CST MWS, FEKO та GAL-
ANA є високоефективними засобами, в яких зосереджені всі найкращі останні 
досягнення у галузі створення програм комп'ютерного моделювання та САПР 
пристроїв НВЧ та антен. 
 
 
  
3. ЧИСЕЛЬНИЙ РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ І ДІАГРАМ 
НАПРАВЛЕНОСТІ РЕФЛЕКТОРНИХ АНТЕН 
 
3.1 Конструкції опромінювачів рефлекторних антен 
 
Опромінювач не є самостійною антеною. Він вирішує лише одне завдання: 
енергію, що прийшла по фідер від передавача, рівномірно розподілити по поверхні 
дзеркала так, щоб отримати максимальне підсилення всієї системи. А для цього: 
1. Форма ДН опромінювача має бути узгоджена з формою дзеркала та його 
відношенням f/D. Тобто мати задану відповідно до f/D ширину ДН. І ця ширина 
повинна бути однаковою (або близькою) у горизонтальній та вертикальній 
площині, оскільки дзеркала в основному круглі. 
2. Бічні та задні пелюстки опромінювача повинні бути мінімальними, 
оскільки вони призводять до втрати підсилення та зростання бічних пелюсток 
параболічної антени. 
3. Фазовий центр опромінювача повинен бути точковим, а не розмитим в 
просторі. Крім того його положення в обох площинах має співпадати. 
4. Опромінювач повинен  мати можливість налаштування КСХ. Відбита від 
дзеркала хвиля, потрапляючи назад в опромінювач, змінює поле навколо нього, а 
відповідно, його вхідним імпеданс. Це називається впливом дзеркала. Відбувається 
майже те саме, що в будь-якій антені над ідеальною землею, тільки роль землі 
виконує рефлектор.  
5. Площа опромінювача має бути невеликою, щоб не затіняти дзеркало. 
6. Якщо параболічна антена використовується для космічного зв’язку, 
наприклад ЕМЕ, то опромінювач повинен мати можливість перемикання 
поляризації. 
Такий набір вимог робить створення опромінювача непростим і не завжди 
реалізованим завданням. Найскладнішою справою є реалізація заданої форми 
об'ємної ДН. Нам потрібна спрямована антена, що рівномірно «висвітлює» кругле 
дзеркало і не випромінює нікуди більше. 
Тобто опромінювач повинен мати головну пелюстку конічної форми з 
однаковою формою ДН в азимутальній та зенітній площинах. Ця вимога випливає 
із геометрії круглого дзеркала. Випадок еліптичних дзеркал ми всерйоз не 
розглядаємо, тому що практично неможливо робити дзеркало під конкретний 
опромінювач. Однак майже у всіх спрямованих антен форма ДН в азимутальній та 
зенітній площинах відрізняється. Причина такої різниці в неоднаковості ДН в обох 
площинах одиночного елемента антени поздовжнього випромінювання (а майже 
всі опромінювачі нижче 3 ГГц є такими). 
Одиночний елемент опромінювача повинен мати близькі за формою ДН в 
зенітній та азимутальній площинах. Для цього треба, щоб він мав протяжність, як 
по горизонталі, так і по вертикалі. Очевидне рішення – використовувати рамочні 
елементи. 
  
3.2 Дослідження антени з циліндричним рефлектором і опримінювачем 
у вигляді рамочного вібратора 
 
Рефлекторні антени (називаються ще дзеркальними) ґрунтуються на фізичній 
оптиці (адже світло теж електромагнітна хвиля), точніше кажучи, на 
нерезонансному відбитті від великого рефлектора. Історично це одне із 
найстаріших рішень. Першу таку антену зробив ще Генріх Герц в 1888 р., 
застосувавши металевий циліндричний рефлектор для фокусування 
випромінювання. І досі рефлекторні антени широко використовуються на УКХ. За 
досить простої конструкції вони реалізують найбільше підсилення з усіх типів 
антен. В даному розділі досліджуються параметри та характеристики антен з 
різними конструкціями рефлекторів та опромінювачів. 
 
Рисунок 3.1 – Конструкція антени з циліндричним рефлектором 
 
На рис.3.1 наведена конструкція антени з циліндричним рефлектором, у якої 
опримінювач виконано у вигляді рамочного вібратора. Модель антени містить 
1 286 дротів і на практиці також може бути реалізована у вигляді сіткової 
конструкції. Антена працює на частоті 1,295 ГГц, що відповідає довжині хвилі 23,2 
см. Циліндричний рефлектор має діаметр 0,76  і висоту 0,21 . Рамочний вібратор 
занурено вглибину на 0,063 . 
Сітчастий рефлектор на УКХ зручніше цільнометалевого. По-перше, він 
легший, по друге, має меншу парусність. Відповідно зменшується вітрове 
навантаження на рефлектор і вимоги до конструкції її механічного кріплення і 
повороту. Зрозуміло, що сітчастий рефлектор, на відмінну від суцільного, не 
повністю відбиває хвилю, що на нього потрапила. Певна частина енергії пройде 
скрізь сітку за рефлектор. Відмітимо, що якщо рефлектор має відбивати хвилю 
лише однієї поляризації, то немає необхідності робити сітку з горизонтальних та 
вертикальних дротів. Сітка з паралельних дротів в одному напрямку, що відповідає 
поляризації, буде працювати не гірше. Сітку одночасно з горизонтальних та 
вертикальних дротів слід використовувати лише у випадку, коли рефлектор 
повинен відбивати хвилю або з круговою, або з лінійною поляризацією, що 
змінюється. Цікаво відзначити, що у такій сітці немає потреби гарного 
електричного контакту у місцях перетину проводів. Справа в тому, що в такій сітці 
горизонтальні дроти відбивають Н складову поляризації, а вертикальні - складову 
V. Відбувається це незалежно. Тому докладати окремих зусиль для електричного 
контакту в точках перетину має певний сенс лише з погляду придушення можливих 
паразитних резонансів проводів сітки, а не ефективності відбиття. До того ж, навіть 
у разі повної відсутності електричного контакту між вертикальними та 
горизонтальними проводами (наприклад, всі вони окислені), ємність у місцях 
перетину буде достатньою, щоб забезпечити їх зв'язок на частотах УКХ. Хвиля 
кругової поляризації при відбитті змінює напрямок обертання поляризації на 
протилежний. Тому в рефлекторній антені напрям обертання поляризації антени 
(опромінювача), що збуджує рефлектор, має бути зворотним по відношенню до 
необхідного напрямку обертання поляризації випромінювання всієї системи. 
На рис.3.2 наведено результати чисельного моделювання антени в 
середовищі GAL-ANA за допомогою движка NEC-2. Коефіцієнт підсилення антени 
відносно невисокий і складає 8,34 дБі. Вхідний імпеданс близький до 50 Ом і майже 
не має реактивної складової (5,79 Ом). Відповідно узгодження антени з фідером 
буде гарне, на що вказує значення КСХ=1,12 Ом.  
 
 
Рисунок 3.2 – Результати чисельного розрахунку параметрів та ДН антени з 
циліндричним рефлектором 
 
На рис.3.2 і 3.3 представлені двох- та тривимірна діаграми направленості 
антени з циліндричним рефлектором для вільного простору, з яких видно, що 
співпадіння для азимутальної та зенітної проекцій ДН майже повне для  всіх кутів. 
Головна пелюстка ДН доволі широка (близько 70 градусів), що пояснює невисоке 
підсилення антени. 
Розглянемо форму об'ємної ДН головної пелюстки опромінювача. У 
більшості спрямованих антен ширина ДН у горизонтальній та вертикальній 
площинах неоднакова. Якщо використовувати такі антени як опромінювач 
круглого дзеркала, то очевидно, що буде неможливо одночасно по вертикалі та по 
горизонталі отримати потрібний кут видимості та необхідний рівень збудження на 
краях дзеркала. 
 
 
Рисунок 3.3 – Тривимірна діаграма направленості антени з циліндричним 
рефлектором 
  
3.3 Моделювання антени зі сферичним рефлектором і рамковим 
вібратором 
 
Антена, що розглядається в даному підрозділі відрізняється конструкцією 
рефлектора, а випромінювач залишився таким же – рамковий вібратор. На рис.3.4 
наведено модель антени зі сферичним рефлектором діаметром 0,73 . В середовищі 
GAL-ANA таку модель простіше реалізувати, оскільки вона містить 572 дроти, 
отже і часу для її розрахунку уходить менше. Робоча частота всіх модельованих 
антен стала і дорівнює 1,295 ГГц.  
 
Рисунок 3.4 – Модель антени зі сферичним рефлектором 
 
Рефлекторну антену (рис.3.4) можна розглядати як двозеркальну антену. Такі 
конструкції антен вирішують задачу рівномірного освітлення. Якщо замість 
сіткових конструкцій (рис.3.1 і 3.4) на практиці використовують металеві 
порожнини більш складної форми, в середині якої розташовується збуджувач.  
 
Рисунок 3.5 – Результати моделювання антени зі сферичним рефлектором 
 
 
Рисунок 3.6 – Тривимірна ДН антени зі сферичним рефлектором 
Для зміни напрямку лінійної поляризації опромінювач обертають механічно. 
Якщо потрібні всі види поляризації, включно з обертовою, і швидка їх комутація, 
то застосовують опромінювач з двома точками живлення і схемою комутації. 
На рис.3.5 наведено результати моделювання антени зі сферичним 
рефлектором, які доцільно розглядати в контексті порівняння з результатами 
моделювання антени з циліндричним рефлектором (рис.3.2). Результати подібні 
між собою. Дещо розширилася головна пелюстка діаграми направленості антени, 
що позначилося на зменшенні її підсилення до 8,02 дБі. При цьому її форма ДН 
залишилася симетричною для азимутальної та зенітної проекцій (рис.3.6). Вхідний 
імпеданс має ще меншу реактивну складову, що приводить до більш якісного 
узгодження антени з фідером, на що вказує значення КСХ=1,05. 
 
 
  
3.4 Моделювання параболічної антени з рефлектором спрощенної форми 
 
Параболічне дзеркало гарне в роботі, але складне у виготовленні і дороге. 
Тому використовують рефлектори зі спрощеною формою поверхні. Очевидно, що 
при рівній апертурі вони дають менше підсилення, ніж точний парабалоїд 
обертання, але: 
• не завжди потрібне таке велике підсилення як у точного параболоїду; 
• а якщо воно все ж таки потрібне, то бувають ситуації, коли простіше просто 
ще збільшити у розмірах спрощений рефлектор, ніж виконати точно 
параболічний менших розмірів. 
Загальний принцип проектування таких антен наступний: 
1. Спочатку розробляється звичайна параболічна антена з підсиленням на 
кілька дБ вище, ніж нам потрібно. Під її рефлектор проектується опромінювач. 
2. Потім ми спрощуємо форму рефлектора, замінюючи круглий параболоїд 
набором простіших фігур: відрізками площин, сегментами конусів, циліндрів, 
сфер. Словом, тим, що можемо в цьому застосуванні зробити. Тут же розумно 
зробити апертуру рефлектора не круглою, а погодженою з ДН конкретного 
опромінювача (оскільки рефлектор простий у виготовленні, то, на відміну від 
випадку з круглим параболічним дзеркалом, це має сенс). 
3. За табличними даними оцінюємо, які втрати посилення будуть через 
спотворення форми параболоїду. 
Зрозуміло, що чим ширше ми розсуваємо межі допуску на форму (тобто чим 
більше відхилення форми, і, відповідно, падіння підсилення), тим ширше 
можливості апроксимації.  
Найпоширенішим варіантом спрощених відбивачів є сегменти параболічних 
циліндрів. Ідея наступна: за однією з осей (наприклад, вертикальною) ми 
зберігаємо точний профіль параболи, а за іншою (горизонтальною в нашому 
прикладі) робимо дзеркало прямим. Виходить сегмент параболічного циліндра. 
На рис.3.7 наведено модель конструкції параболічної антени з рефлектором 
спрощеної форми, побудованої з 44 дротів.  
 
Рисунок 3.7 – Конструкція параболічної антени з рефлектором спрощеної форми 
 
Рисунок 3.8 – Результати моделювання параболічної антени 
На рис.3.8 наведено результати моделювання параболічної антени для 
вільного простору. В першу чергу кидається в око помітне звуження головної 
пелюстки ДН і різна її ширина для азимутальної та зенітної проекцій (рис.3.9). 
Відповідно це приводить до значного збільшення підсилення антени (20,63 дБі) 
порівняно з конструкціями рис.3.1 і 3.4. Вхідний імпеданс зростає як для активної 
так і для реактивної складових, що виражається в погіршенні узгодження антени з 
фідером. КСХ=1,45, що є цілком прийнятним для практичного застосування 
антени.  
 
 
Рисунок 3.9 – Тривимірна діаграма направленості параболічної антени 
 
  
3.5 Дослідження параметрів та характеристик офсетної антени 
 
Найбільш масове застосування параболічних антен – це «тарілки» для 
супутникового телебачення. Перші такі параболи були звичайними 
прямофокусними. Проте виявилася велика незручність. Оскільки промінь повинен 
бути направлений під кутом 20-30 градусів до горизонту. То із-за прямофокусного 
рефлектора виходила саме «тарілка», в якій накопичувалися вода і сніг. Із-за цього 
затінялась частина поверхні рефлектора, і антена втрачала частину підсилення. 
Розв’язком проблеми виявилися офсетні (невісесиметричні) рефлектори, які 
можна отримати, якщо від круглого прямофокусного рефлектора відрізається 
верхня третина. 
Плюси такого рішення: 
• для супутникового зв'язку рефлектор стоїть майже вертикально, у ньому не 
накопичуються опади; 
• опромінювач встановлений внизу, тому легкодоступний (наприклад, при 
зміні діапазону); 
• промінь, сформований дзеркалом, йде повз опромінювач, тому: 
• немає затінення дзеркала опромінювачем та його механічним кріпленням; 
• КСХ опромінювача не змінюється від реакції дзеркала (оскільки відбита від 
дзеркала хвиля на опромінювач не потрапляє); 
• при космічному та ЕМЕ зв'язку опромінювач «світить» знизу вгору. Тому на 
краї його «поля зору» (перелив повз дзеркало) потрапляє не галаслива земля, 
а холодне небо. Що зменшує прийняті антеною шуми та знижує її шумову 
температуру. 
Звичайно, є і мінуси. Найсуттєвіший із них: потрібна несиметрична, 
косекансна форма ДН опромінювача. Відстані від опромінювача до нижнього та 
верхнього країв дзеркала різні. Для компенсації цього відповідно повинна 
змінюватися форма головної пелюстки ДН. Вона має бути конусом зі скошеною 
основою. 
У хвилеводній техніці це можна досягти (наприклад, опромінювачі офсетних 
дзеркал для прийому супутникового ТБ мають асиметричний «козирьок», що 
формує необхідний вид ДН). А на низьких частотах простими антенами-
опромінювачами необхідну ДН отримати не можна. А при звичайній, конусній ДН 
підсилення буде нижчим через нерівномірне «освітлення» дзеркала. 
Рефлектор у вигляді параболічного циліндру може бути і офсетним. Така 
конструкція показана на рис.3.10. Частота 1,295 ГГц, ширина рефлектора 1,2 м, 
висота – 2,65 м, фокусна відстань 2 м. Опромінювач виконано у вигляді синфазної 
решітки з 16-ти напівхвильових диполів. Для зменшення рівня бічних пелюсток, 
верхній та нижній ряди диполів опромінювача збуджуються на 6 дБ менше ніж два 
середніх ряди.  
 
Рисунок 3.10 – Модель офсетної антени 
 
Оскільки модель антени доволі складна для даної програми моделювання, це 
викликає певні обчислювальні складності, тому результати моделювання наведено 
лише для однієї проекції (рис.3.11). Підсилення антени має величезне значення 24,5 
дБі, але реально буде меншим на величину втрат в дільнику потужності 
опромінювача. Такого підсилення вистачить для ЕМЕ зв’язку. 
 
 
Рисунок 3.11 – Діаграма направленості і параметри офсетної антени 
  
4. ОХОРОНА ПРАЦІ  
 
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають на  
       виробничій дільниці з ремонту на налагоджування  
       радіоелектронного обладнання 
 
Одним зі структурних підрозділів підприємства, де проєктуються та 
виготовляються антени різноманітних конструкцій, є виробнича дільниця, де 
працівники проводять ремонт та налагоджування різноманітних радіоелектронних 
пристроїв, що експлуатуються на підприємстві. Ця дільниця є складовою одного з 
цехів і виділена в окреме приміщення. 
Приміщення знаходиться на першому поверсі двоповерхового будинку. 
Розміри приміщення 5,5х3,2х4,5 м, тому площа приміщення становить 17,6 м2, а 
об’єм - 79,2 м3. Оскільки на дільниці існує п'ять постійних робочих місць, можна 
зробити висновок, що площа, що приходиться на одного працюючого становить 
3,52 м2, а об'єм - 15,84 м3. Розміри приміщення не відповідають вимогам 
нормативних документів щодо площі приміщення, але відповідають щодо об'єму. 
Стіни і стеля дільниці мають світлий пастельний колір з матовою фактурою, 
підлога вкрита світлим лінолеумом, що забезпечує зручність прибирання від пилу. 
Важливе значення мають фактори мікроклімату в робочому приміщенні, 
оскільки вони безпосередньо впливають на здоров’я та самопочуття працівників. 
Порушення показників мікроклімату у виробничому приміщенні сприяє 
порушенню механізмів терморегуляції, що призводить до погіршення загального 
стану, зниження працездатності. 
Недостатня вологість повітря на робочому місці, особливо в холодний період 
року призводить до посиленого випаровуванню вологи зі слизових оболонок, їх 
пересихання, розтріскування, забруднення різними хвороботворними 
мікроорганізмами. Підвищена відносна вологість повітря (понад 80%) призводить 
до порушення терморегуляції організму, і, як наслідок, до появи нудоти, 
запаморочення, в деяких випадках втрати свідомості, і навіть теплового удару. 
Виробничі процеси, які здійснюються при зниженій температурі повітря або 
в холодну пору року, можуть стати причиною охолодження або навіть 
переохолодження організму, розвитку гіпотермії. При цьому кровоносні судини 
скорочуються рідше, швидкість протікання крові стає повільної, і віддача тепла і 
випромінювання від тіла зменшується. 
При підвищеній температурі повітря кровоносні судини навпаки, 
розширюються. Тепловіддача з поверхні тіла зростає, організм втрачає велику 
кількість вологи і солей, які відіграють важливу роль у здійсненні процесів 
життєдіяльності 
За категорією праці робота на даному робочому місці відноситься до фізичної 
роботи середньої тяжкості - ІІа. Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 нормативні значення 
основних факторів мікроклімату наступні:  
Температура повітря: 
- в теплий період року – 21-23 °С (допустима – 18-27 °С); 
- в холодний період року – 18-20 °С  (допустима – 17-23 °С). 
Вологість повітря: 
- в теплий період року – 40-60 %; 
- в холодний період року – 40-60 %. 
Швидкість руху повітря: 
- в теплий період року – 0,3 м/с (допустима – 0,2-0,4 м/с) ; 
- в холодний період року – 0,2 м/с (допустима –  менше 0,3 м/с) . 
Фактичні значення даних параметрів мають такі значення:  
- температура повітря в теплий період року становить – 24-25 °С, в холодний 
період року – 20-23 °С . 
- вологість повітря знаходиться в межах – 45-55 %. 
Швидкість руху повітря як в теплий так і в холодний період року не 
перевищує 0,1 м/с.  
Таким чином, всі параметри мікроклімату як в теплий так і в холодний період 
року задовольняють ДСН 3.3.6.042-99. 
Рівень інфрачервоного випромінювання від обладнання цеху не перевищує 
гранично-допустимих рівнів відповідно ДСН 3.3.6.042-99.  
Параметри мікроклімату підтримуються в межах нормативних значень за 
допомогою автономного кондиціонера LG встановленого в приміщенні. За 
допомогою цього кондиціонера забезпечується приплив свіжого чистого повітря 
ззовні, яке розбавляє забруднене повітря робочої зони, відповідно ДБН В.2.5.67-
2013. 
На дільниці в холодний період року функціонує система централізованого 
водяного опалення, яка відповідає ДБН В.2.5.67-2013. Система опалення 
складається з 5-ти радіаторів типу KORAD, встановлених під вікнами вздовж стіни. 
При виконанні робіт з ручної пайки елементів друкованих плат на робочих 
місцях монтажників можливі виділення: парів кадмію і свинцю; при промиванні 
паяних плат - парів спирту етилового; при знежирюванні плат перед 
приклеюванням - парів спирту етилового та бензину; при обпалюванні дротів з 
фторопластовою ізоляцією - парів фторопласту. Випаровування цих речовин дуже 
негативно впливають на здоров'я працюючих. Тому на дільниці розміщено декілька 
витяжних пристроїв, під'єднаних за допомогою системи повітроводів до загальної 
цехової механічної системи вентиляції. А саме, витяжні панелі розташовані на 
робочих місцях монтажників та регулювальників.  
Система вентиляції правильно спроектована, змонтована та відповідає усім 
санітарно-гігієнічним вимогам відповідно ДБН В.2.5.67-2013. Концентрації усіх 
речовин, що виділяються у повітря робочої зони відповідають вимогам 
нормативних документів. Роботи з ручної пайки елементів друкованих плат на 
робочих місцях монтажників відповідають НПАОП 28.52-1.32-14 «Правила 
охорони праці під час паяльних робіт». 
Підприємство за свої кошти організовує проведення попереднього (при 
прийнятті на роботу) і періодичних (протягом трудової діяльності) медичних 
оглядів працівників, зайнятих на важких роботах, роботах із шкідливими чи 
небезпечними умовами праці або таких, де є потреба у професійному відборі, а 
також щорічного обов'язкового медичного огляду осіб віком до 21 року, відповідно 
«Положення про медичний огляд працівників певних категорій» НАОП 0.03-4.02-
94 та Наказу МОЗ України №246 від 21.05.2007. 
На підприємстві до виконання монтажних робіт з використанням свинцевих 
припоїв допускаються особи яким виповнилось 18 років, які пройшли медичний 
огляд, навчання за спеціальністю, навчання безпечним методам роботи на протязі 
6-10 змін, інструктаж з техніки безпеки і пожежної безпеки, які вивчили 
технологічний процес на виконання даної роботи. 
З усіма працівниками перед допуском до роботи проводять вступний та 
первинний інструктажі згідно типового положення про навчання з питань 
охорони праці (ДНАОП 0.00-4.12-05). Допуск до роботи відбувається після 
проведення перевірки знань із вступного та первинного інструктажів. Перевірка 
здійснюється згідно затвердженого переліку запитань. 
Вступний інструктаж з питань охорони праці проводиться з усіма 
працівниками, які щойно прийняті на роботу (постійну або тимчасову) незалежно 
від їх освіти, стажу роботи за цією професією або посади. Первинний інструктаж 
проводиться з працівниками на робочому місці до початку роботи. Запис про 
проведення вступного інструктажу робиться у спеціальному журналі. Повторний 
інструктаж проводиться на робочому місці з усіма працівниками: на роботах з 
підвищеною небезпекою - 1 раз у квартал, на інших роботах - 1 раз на півріччя. 
Природне і штучне освітлення нормується згідно ДБН В.2.5-28-2018 в 
залежності від характеристики зорової праці, найменшого розміру об'єкта 
розрізнення, розряду і підрозряду зорової роботи, фону і контрасту об'єкта з фоном. 
Згідно цього на дільниці передбачені наступні види виробничого освітлення: 
природне, штучне і суміжне. 
Природне освітлення бічне - світло проникає в приміщення через чотири 
вікна з розмірами 1,5х2 м. Відповідно КПО на робочих місцях становить 28-32%, 
що задовольняє умови ДБН В.2.5-28-2018. 
Штучне освітлення застосовується при недостатності природного освітлення 
або відсутності його (у темний час доби). За призначенням штучне освітлення 
належить до робочого. 
Характер зорової праці відноситься до високої точності, що відповідає ІІІ 
розряду та підрозряду – б. Згідно ДБН В.2.5-28-2018 штучна загальна освітленість 
при даній роботі повинна бути не менша 300 лк. Загальне штучне освітлення 
створюється 4 люмінесцентними світильниками, які створюють на робочих місці 
фактичний рівень освітлення в 320 лк, що відповідає ДБН В.2.5-28-2018. 
З п'ятьох робочих місць одне забезпечене персональним комп’ютером. 
Монітор розміщено так, щоб світлові відблиски з вікна не заважали роботі. 
Відстань від екрану монітора до очей становить не менше 50 см. Положення 
працівника за комп’ютером вільна та зручна, що забезпечується регулюванням 
висоти та нахилом крісла. Робоче місце працівника відповідає ДСанПІН 3.3.2.007-
98 та ДСТУ 8604:2015 «Дизайн і ергономіка. Робоче місце для виконання робіт у 
положенні сидячи. Загальні ергономічні вимоги».  
Джерелами шуму на дільниці є прилади та кондиціонер. Рівень шуму від цих 
приладів не перевищує 65 дБА, що відповідає ДСН 3.3.6.037-99. Зовнішніми 
джерелами шуму є вентилятори загально цехової системи вентиляції. Але цегляна 
стіна, яка відділяє дільницю від загального цеху, повністю ізолює робочі місця на 
дільниці від джерел підвищеного рівню шуму, що забезпечує рівень шуму в 
нормативних межах відповідно ДСН 3.3.6.037-99. 
Існуюче на ділянці обладнання не створює підвищеного рівня вібрації на 
робочих місцях, тому рівень загальної та локальної вібрації на дільниці відповідає 
ДСН 3.3.6.039-99. 
Рівні електромагнітного випромінювання на робочих місцях від існуючого 
обладнання не перевищують нормативних значень відповідно ДСН 3.3.6-096-2002. 
Усі робочі місця, зокрема робочі столи та стільці, правильно спроектовані та 
розташовані в приміщенні, мають усі необхідні складові та геометричні розміри, 
що відповідають ДСТУ 8604:2015 «Дизайн і ергономіка. Робоче місце для 
виконання робіт у положенні сидячи. Загальні ергономічні вимоги». 
Електропроводка мережі на дільниці прихованого типу, що захищає 
працюючих в від дотику до оголених проводів напругою 220 В при механічному 
руйнуванні проводки. Приміщення відноситься до 3 типу: приміщення без 
підвищеної небезпеки. Тобто немає таких небезпечних факторів: високої відносної 
вологості повітря (перевищення 75% протягом тривалого часу); високої 
температури повітря (більше 35°С протягом тривалого часу); струмопровідного 
пилу; струмопровідної підлоги; хімічно активного середовища. Обладнання, 
встановлене в приміщенні живиться напругою 220 В і споживає потужність понад 
4000 Вт. Обладнання має металевий корпус, тому під'єднано до цехової системи 
захисного заземлення згідно ДСТУ Б В.2.5-82-2016.  
Відповідно до НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в Україні» 
на дільниці зокрема та на підприємстві в цілому розроблені відповідні заходи щодо 
забезпечення пожежної безпеки. 
За вибухопожежонебезпекою, відповідно до ДСТУ Б В.1.1-36:2016, 
приміщення дільниці відноситься до категорії В (тверді горючі та важкогорючі 
речовини і матеріали (в тому числі пил та волокна), речовини та матеріали, здатні 
при взаємодії киснем повітря або одне з одним горіти, за умови, що приміщення, в 
яких вони знаходяться (використовуються), не належать до категорії А та Б). 
Для ліквідації невеликих осередків пожежі на дільниці передбачені первинні 
засоби пожежогасіння - порошкові вогнегасники ВП-5У, в кількості 4 штук, які 
розміщені в легкодоступних місцях (відповідно Правил експлуатації та типових 
норм належності вогнегасників).  
План евакуації розташований на стіні з вільним доступом до нього. Ширина 
шляху евакуації становить не менше 1 м, а дверей евакуаційного виходу – не менше 
0,8 м при висоті проходу не менше 2 м. Над дверима написано слово «Вихід». 
Евакуаційні шляхи утримуються вільними та не захаращеними (ДБН В.1.1.7-2016). 
Для протипожежного захисту приміщення застосовується пожежна 
автоматика у відповідності з ДБН В.2.5.56-2014. В приміщенні встановлені теплові 
автоматичні сповіщувачі ИП-105 в кількості 2 штук, встановлені на стелі.  
Отже, в результаті проведеного аналізу можна відмітити недосконалість 
існуючої системи пожежної сигналізації, тому пропонується замінити саму систему 
та теплові сповіщувачі ИП-105 на димові, для більш швидкого та надійного 
сповіщення про початок пожежі.  
4.2 Модернізація системи пожежної сигналізації на дільниці цеху 
 
Система пожежної сигналізації — це збереження майна і безпека 
співробітників. З її допомогою можна оперативно отримати повідомлення про 
небезпечний спалах і визначити точне місце його виникнення. Система сигналізації 
може автоматично включити систему сповіщення про пожежу (це може бути 
сирена або звукове сповіщення), активувати пристрої пожежогасіння. При 
необхідності сигнал про спалах буде переданий на центральний пульт пожежної 
охорони, в найближчу пожежну частину. Системою пожежної сигналізації можуть 
бути обладнані як приватні будинки або офіси, так і великі будівлі або цілі 
комплекси будівель. 
Можливості системи пожежної сигналізації:  
- оперативне виявлення спалахів, 
- сповіщення різними способами — сиреною, по телефону, на центральний 
пульт пожежної охорони, 
- активізація засобів пожежогасіння, 
- інформування відвідувачів об'єкту про пожежу, шляхи евакуації (системи 
сповіщення). 
Системами пожежної сигналізації можуть бути обладнані різні категорії 
будівель, зокрема наступні:  
- квартири, приватні будинки, офіси, 
- громадські заклади — торгові і бізнес-центри, лікарні, паркінги. Для таких 
об'єктів необхідно використовувати комплексні системи інформування, евакуації і 
пожежної безпеки (відключення вентиляції, димовидалення),  
- виробничі об'єкти (заводи, сільськогосподарські підприємства і т. п.), для 
яких важливо створити централізовану систему сигналізації, яка дозволить 
визначити спалах на великій площі. 
Системи пожежної сигналізації можуть виконувати ряд самих різних 
функцій: 
1. Передача сигналу про виникнення надзвичайної ситуації. 
Якщо ваша система пожежної сигналізації обладнана централлю, то сигнал 
про надзвичайну ситуацію відображатиметься на ній. Також при необхідності 
сигнал може передаватися на центральний пульт служби пожежної безпеки 
підприємства, в найближчу пожежну. Звязок системи сигналізації з пультом 
охорони може здійснюватися різними способами:  
- по виділеній або спільно використовуваній телефонній лінії,  
- через мобільний GSM-комунікатор, 
- через комп'ютерну локальну мережу.  
2. Групування датчиків, адресна індикація спалаху 
Можливо за бажанням групувати датчики сигналізації відповідно до 
структури об'єкту. Це дозволить не тільки точніше визначити місце спалаху, але і 
вибірково включати або відключати групи датчиків. При використанні аналогових 
датчиків можна визначити тільки групу, в якій відбувся спалах. Цифрові датчики, 
навпаки, дозволяють точно визначити місце спалаху.  
3. Запам'ятовування історії подій. 
Системи сигналізації дозволяють вести історію подій (обрив лінії, замикання, 
відключення електроенергії, тривога і т. п.) Це дозволить згодом з великою 
точністю відновити картину події.  
4. Підключення до комп'ютерного устаткування. 
Підключивши систему безпеки до комп'ютера або локальної мережі,  
можливо відстежувати безпеку об'єкту з будь-якого корпоративного комп'ютера.  
5. Безперебійна робота. 
За допомогою акумуляторів можна забезпечити безперервну, безперебійну 
роботу системи пожежної сигналізації.  
6. Інформування, пожежна безпека. 
Для приміщень з великою кількістю відвідувачів важливо забезпечити 
безпеку евакуації при виникненні пожежі. Для цього можна використовувати такі 
засоби як відключення вентиляції (щоб уповільнити розповсюдження пожежі), 
включення димовидалення, сповіщення відвідувачів про шляхи евакуації.  
У системі пожежної сигналізації можуть використовуватися самі різні 
датчики, зокрема димові. Практично всі типи пожеж супроводжуються утворенням 
великої кількості невловимих частинок, тобто диму. Тому найбільш поширеною 
групою пожежних сповіщувачів є димові, які розрізняються за принципом 
виявлення димових частинок залежно від їх розміру, кольору і т.п. 
Детектор диму реєструє присутність диму і газів ще до появи полум'я і подає 
сигнал. Хоча індикатори диму можуть бути вбудовані в охоронну сигналізацію, 
самостійно простіше встановити індивідуальні системи, що працюють від батарей. 
Необхідно обов'язково міняти батареї, принаймні, раз на рік і щомісячно 
перевіряти працездатність індикатора натисненням контрольної кнопки. 
Розрізняють два види димових датчиків з різними фізичними принципами: 
оптичні і іонізаційні. 
Оптичний димовий сповіщувач використовується у разі, коли необхідно 
отримати повідомлення про пожежу якомога раніше, вже на етапі тління, коли 
утворення вогнищ полум'я і теплове випромінювання ще не почалися. Даний 
сповіщувач використовують при виявленні «світлого» диму, частинки якого 
достатньо великі за розміром. Але для виявлення ознак горіння речовин, якщо при 
цьому не утворюється диму (наприклад, газів, органічних рідин, ряду сумішевих 
розчинників) вони непридатні. 
Застосування оптичного димового сповіщувача достатнє широко: 
у бібліотеках, музеях, лікарнях, готелях, складських приміщеннях, в комп'ютерних 
приміщеннях, на об'єктах промислового призначення, в офісах. 
В основі роботи оптичного димового сповіщувача лежить принцип розсіяння 
інфрачервоного випромінювання на частинках диму. Це порівняно з променем 
світла, що проходить через хмару: поки промінь проходить через прозоре 
середовище – ніяких віддзеркалень не немає і його не видно, як тільки промінь 
потрапляє в хмару – то на частинках диму відбувається віддзеркалення і 
проявляється структура променю. 
Іонізаційний димовий сповіщувач використовує потік радіоактивних 
частинок для визначення підвищення концентрації диму в зоні контролю. 
Іонізаційні сповіщувачі реагують на, так званий «чорний дим». Такі 
сповіщувачі добре виявляють дрібні частинки диму, що утворюються при 
полум'яному горінні, але малопридатні для виявлення процесів тління, в результаті 
яких утворюються крупні частинки, а також виявлення процесів горіння пластмас 
і горючих рідин. 
Іонізаційні димові сповіщувачі широко використовуються для захисту 
промислових об'єктів від спалаху електроніки, кабельних каналів. Крім того, вплив 
пилу на цей сповіщувач набагато нижчий. 
До централі системи підключаються всі датчики системи сигналізації. 
Централь візуально показує стан системи, а також при необхідності приводить в 
дію сирену або звукове сповіщення, систему пожежогасіння, відключає вентиляцію 
і кондиціонування, управляє системою димовидалення і ліфтами, передає сигнал 
на центральний пульт охорони.  
Передача сигналу про спалах може передаватися по телефону, радіоканалу 
або комп'ютерною або GSM-мережею.  
Устаткування централізованого управління сигналізацією складається 
з комп'ютера і спеціалізованого програмного забезпечення, яке дозволяє 
відстежувати стан систем сигналізації. Можлива інтеграція з іншими засобами 
безпеки – наприклад, системами відеоспостереження, що дозволяє помітно 
збільшити ефективність роботи. Сигналізація пожежі може проводитися сиреною, 
мовним сповіщенням. За допомогою таких засобів можна спростити евакуацію 
відвідувачів об'єкту і зробити її безпечнішою. 
Зі всього різноманіття існуючих сучасних систем пожежної сигналізації у 
виробничому приміщенні пропонується використати систему на базі пожежного 
приймально-контрольного пристрою (ППКП) та управління пожежного «Лунь-
9Р», який призначений для: 
1) Контролю стану оповісників пожежних, різних датчиків стану  пожежної 
системи;  
2) Відображення прийнятої інформації на рідкокристалічному дисплеї, за 
допомогою світлодіодних індикаторів і вбудованого зумера;  
3) Виведення прийнятої інформації на персональний комп'ютер;  
4) Передачі інформації на пульт централізованого спостереження;  
5) Управління зовнішніми пристроями світлового і звукового сповіщення;  
6) Управління різним устаткуванням, підключеним до виходів блока.  
 
Рисунок 4.1 - Пожежний приймально-контрольний  пристрій  «Лунь-9Р» 
 
Головна перевага ППКП «Лунь-9Р» перед своїми аналогами на ринку 
пожежної сигналізації – захист від помилкових спрацьовувань шлейфів 
сигналізації.  
Алгоритм роботи пристрою полягає в наступному: при  першому 
спрацьовуванні пожежного датчика, Лунь-9Р скидає живлення пожежних датчиків, 
якщо після відновлення живлення датчик протягом 1 хвилини повторно 
спрацьовує, то цей сигнал ПОЖЕЖА передається на пульт центрального зв’язку 
(ЦПЗ). Таким чином, помилкові спрацьовування не передаються на пульт.  
Режим роботи ППКП – безперервний цілодобовий. ППКП є відновлюваним 
контрольованим обслуговуваним багатофункціональним пристроєм багаторазової 
дії.  
ППКП призначений для експлуатації в приміщеннях з регульованими 
кліматичними умовами. Конструкція ППКП не передбачає його експлуатацію в 
умовах дії агресивних середовищ.  
ППКП будується за блоково-модульним принципом. Технічні 
характеристики ППКП «Лунь-9Р» наступні:  
- інформаційна ємність (кількість зон): 8, 
- кількість сповіщувачів в зоні, не більше: 32, 
- струм по виходу + S12V, А, не більше: 0.2, 
- струм по виходу + 12F, А, не більше: 0.2, 
- струм по виходу Bell, А, не більше: 0.2, 
- опір кінцевого резистора шлейфа, кОм: 1.2 ± 5%, 
- опір резистора контролю пожежного сповіщувача, кому: 1.2 ± 5%, 
- опір витоку між проводами зони, кОм, не менш: 50, 
- опір проводів зон, Ом: не більше 220, 
- час реакції зони на тривогу (несправність), мсек: не більше 1000, 
- час визначення несправностей, сек: не більше 100, 
- напруга живлення, В: 14.1 ± 1%, 
- струм споживання, мА: не більше 500, 
- струм споживання ППКП в черговому режимі, мА: не більше 100, 
- напруга живлення мережі змінного струму, В: 170 – 240, 
- струм споживання ППКП від мережі 220В, А: не більше 0.9, 
- напруга резервного джерела живлення (АКБ), В: 10.5 - 14.0, 
- напруга видачі події «АКБ розряджена», В: 11.3, 
- напруга видачі події «АКБ заряджена», В: 12.4, 
- струм заряду, мА, не більше 700, 
- пульсації на виходах, мВ: не більше 300, 
- перегрів елементів ППКП (напівпровідників), ° С: не більше 75, 
- час виявлення несправності АКБ і зарядного пристрою, з: не більше 100, 
- час виявлення несправності мережного живлення, сек: не більше 100, 
- номінальний струм плавкої вставки запобіжника (FU3) захисту від КЗ АКБ, 
А: 3.15, 
- тип системи передачі повідомлень на ПЦЗ, згідно ДСТУ ЕN54-21: 1.2, 
- час затримки повідомлення під час передачі, з: не більше 60, 
- ступінь захисту корпусу від твердих предметів і вологи: IP31, 
- контроль наявності мережі змінного струму 220 В, 
- контроль розряду акумуляторної батареї і управління її зарядом, 
- контроль наявності сирени, 
- дозволяє виконувати всі функції віддаленого управління і звіту про стан за 
запитом з пульта, 
- дозволяє використовувати 2 sim-карти, 
- має 2 релейних виходу, 
- передає повідомлення по голосовому і GPRS каналах мережі GSM, можлива 
передача по телефонній лінії і за допомогою каналу зв'язку Ethernet / Internet. 
В якості пожежного сповіщувача пропонується використати димовий 
оптико-електронний сповіщувач ИП 212-58 «ECO1003». При розробці пожежних 
сповіщувачів серії ECO1000 були враховані особливості побудови і експлуатації 
системи пожежної і пожежно-охоронної сигналізації, а саме:  
1.Забезпечена сумісність практично з будь-якими пожежниками приймально-
контрольними приладами (ПКП).  
2. Розширений діапазон робочих температур сповіщувачів серії ECO1000 від 
- 30°С до +70°С забезпечує роботу в опалювальних і неопалювальних 
приміщеннях. 
3. Широкий діапазон робочої напруги живлення, від 8 до 30 вольт, дозволяє 
використовувати сповіщувачі серії ECO1000 в системах пожежної і пожежно-
охоронної сигналізації.  
 
 
 
Рисунок 4.2 - Сповіщувач пожежний димовий ІП212-58 
 
Нова конструкція димової камери і корпусу сповіщувача ИП 212-58 
зменшують вплив запиленості на характеристики сповіщувача і знижують вимоги 
по технічному обслуговуванню. Застосування сучасної елементної бази з 
мінімальним типорозміром 0402 (1х0,5 мм) дозволило розмістити електронну 
схему навколо димової камери і за рахунок цього знизити профіль датчика, 
надавши йому естетичну форму. Основні електронні компоненти були розроблені 
спеціально для серії ECO1000. Стабілізація струмів вбудованого світлодіода і 
виносного оптичного сигналізатора, забезпечує постійну високу яскравість їх 
свічення у всьому діапазоні робочої напруги живлення.  
Забезпечені простота і зручність включення тесту - дистанційно, при передачі 
кодованого сигналу з лазерного тестера на світлодіод датчика - проводиться його 
включення і формується сигнал «Пожежа» для перевірки системи.  
Зручний новий знімач з телескопічною штангою дозволяє швидко 
встановити і зняти сповіщувачі серії ЕСО1000 на висоті без використання сходів.  
Для захисту димових камер від пилу сповіщувачі ИП 212-58 поставляються з 
надітими на них пластмасовими технологічними кришками.  
Базові основи захищають сповіщувачі серії ECO1000 від несанкціонованого 
витягання і забезпечують надійне кріплення в умовах транспортного трясіння при 
їх установці на рухомих об'єктах.  
Використання друкованої плати з екрануючим шаром підвищило стійкість 
датчика до дії зовнішніх електромагнітних перешкод. Високий захист від корозії 
забезпечений спеціальним покриттям і герметизацією окремих секторів монтажної 
плати.  
Технічні характеристики: ИП 212-58: 
1. Діапазон чутливості - 0,05 - 0,2 дБ/м; 
2. Інерційність спрацьовування сповіщувача - 10 сек; 
3. Середня площа, контрольована одним сповіщувачем - до 110 м2;  
4. Допустимий рівень дії фонової освітленості  - 12000 лк;  
5. Допустима швидкість повітря - до 20 м/с;  
6. Робоча напруга - від 8 В до 30 В;  
7. Амплітуда пульсацій напруги живлення  - ±2 В, макс.;  
8. Номінальний струм в черговому режимі  - менше 70 мкА;  
9. Допустимий струм в режимі "Пожежа"  - 50 мА, макс.  
10. Висота  - 42 мм;  
11. Діаметр  - 102 мм;  
12. Вага - 120 гр;  
13. Діапазон робочих температур  - -30°C +70°C;  
14. Максимально допустима відносна вологість - 95%;  
15. Ступінь захисту оболонки сповіщувача - IP43. 
У пожежному димовому оптико-електронному сповіщувачі ИП212-58 
використана горизонтально вентильована димова камера нової конструкції, що 
забезпечує зменшення впливу запиленості. Абсолютно кругла в горизонтальній 
плоскості форма димової камери забезпечує однаково високу чутливість 
сповіщувача під час вступу диму з будь-якого напряму.  
Окрім цього, в будь-якій системі пожежної сигналізації використовується 
сповіщувач пожежний ручний. В нашому приміщенні буде встановлений 
сповіщувач МСР3А-ПРО, який має наступні особливості: зручний і легкий монтаж: 
зємні термінали забезпечують швидке підключення і зручне налаштування. 
Провідники шлейфу дуже просто підєднуються до терміналів. Час на установку 
сповіщувача скорочується. Можливо легко і у будь-який момент перевірити весь 
шлейф, просто знявши термінал.  
Комутовані струми - до 2 А, при постійній напрузі до 30 В. Габарити 
сповіщувача: висота 93 мм, ширина 89 мм, товщина 27,5 мм, з монтажною 
коробкою SR - 59,5 мм. Вага - 110 гр, з монтажною коробкою SR - 160 гр. Ступінь 
захисту оболонки корпусу - IP44. Всі сповіщувачі можуть експлуатуватися як в 
опалювальних, так і в неопалювальних приміщеннях при температурі 
навколишнього середовища від -30°С до +70°С.  
 
Рисунок 4.3 - Сповіщувач пожежний ручний  МСР3А-ПРО 
 
  
ВИСНОВКИ 
 
Однією з головних властивостей антен є їх спрямована дія (направленість) – 
здатність у режимі передачі концентрувати випромінювання в заданому напрямку 
(або кількох напрямках) у просторі або, в режимі прийому, вибірково реагувати на 
радіохвилі, що надходять з різних напрямків або мають різну поляризацію. Вимоги 
до спрямованості антен залежить від завдань, розв'язуваних тією чи іншою РТС. 
Проте не лише направлена дія антени визначає тактико-технічні 
характеристики РТС. Оскільки антена в режимі випромінювання перетворює 
електромагнітні коливання, що подаються на її вхід, в випромінювані хвилі, 
важливо, щоб цей процес був ефективним, тобто. щоб теплові втрати потужності в 
антені були б мінімальними, а потужність випромінювання – максимальною. 
Іншими словами, антена повинна мати високий коефіцієнт корисної дії (ККД). 
Зрештою, корисний ефект від використання антени залежить від її коефіцієнта 
підсилення, що є добутком ККД і коефіцієнта спрямованої дії. 
Рефлекторні або дзеркальні антени є одними з найбільш поширених 
конструкцій гостронаправлених антен УКХ діапазону. Такі антени широко 
використовуються для прийому супутникового телебачення. Втім діапазон їх 
застосувань значно ширший, що може накладати певні вимоги до їх параметрів і 
форми діаграми направленості. Рефлекторна антена складається з двох основних 
елементів, один з яких представляє собою опромінювач, а інший – дзеркало з 
провідними властивостями робочої поверхні тієї чи іншої форми. Залежно від 
вимог до форми ДН у рефлекторних антенах використовуються різні типи дзеркал, 
наприклад: параболічні, параболоїд обертання, параболічний циліндр, сферичні, 
плоскі та кутові, спеціального профілю. Робоча поверхня антени трансформує 
сферичну або циліндричну хвилю опромінювача на плоску хвилю, що приводить 
до звуження ДН антени в цілому. Для з’ясування впливу розмірів і форми 
рефлекторної антени на її параметри і форму діаграми направленості доцільно 
використовувати комп’ютерне моделювання. Найбільш популярною і доступною 
для моделювання дротових антен є програма MMANA і її оновлені версії, зокрема 
GAL-ANA. Оскільки на практиці, для зменшення ваги антени та вітрових 
навантажень на неї, як робоча поверхня може використовуватися металева сітка 
або перфорований лист, то це дозволить провести моделювання таких антен в 
обраному середовищі моделювання, за умови, що діаметр отворів сітчастого (або 
перфорованого) дзеркала не повинен перевищувати 0,1λ (0,2λ), а сумарна площа 
отворів має не перевищувати 0,5…0,6 від всієї площі дзеркала. В роботі 
досліджується чотирі різні конструкції рефлекторних антен, що працюють на 
частоті 1,295 ГГц. Розраховано вхідний опір антен, їх підсилення, КСХ, побудовані 
діаграми направленості для вільного простору.  
В розділі з охорони праці проведено аналіз небезпек та шкідливостей, які 
виникають на виробничій дільниці з ремонту на налагоджування 
радіоелектронного обладнання та проведена модернізація системи пожежної 
сигналізації на дільниці цеху. 
 
  
Список використаної літератури 
 
1. Volakis J.L. Antenna Engineering Handbook / J.L. Volakis. — McGraw-Hill, 2007. 
— 1755 р. 
2. Liu D. Advanced Millimeter-Wave Technologies: Antennas, Packaging and Circuits / 
D. Liu, U. Pfeiffer, J. Grzyb. — Wiley: 2009. — 827 p. 
3. ANSYS Products: HFSS / [Електронний ресурс].  — Режим доступу: 
http://www.ansys.com/Products /  
4. Computer Simulation Technology / [Електронний ресурс].  — Режим доступу: 
http://www.cst.de/  
5. Overview of FEKO / [Електронний ресурс]. — Режим доступу:  
http://www.feko.info/product-detail/overview-of-feko  
6. Моделі дзеркальних антен — Режим доступу: http://dl2kq.de/mmana/4-3-69.htm 
7. Мартиненко В.А., Гавриш О.С., Катаєв Д.С. Чисельний розрахунок параметрів 
і характеристик рефлекторних антен // Збірник тез доповідей студентської 
науково-практичної конференції ЧДТУ: 22-25 квітня 2024 р. - Черкаси: ЧДТУ, 
2024
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
