Чисельний розрахунок параметрів і дослідження направлених властивостей синфазних колінеарних антен

Керімов, Наміг Мехман оглу
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8266
Full metadata record
DC Field	Value	Language
dc.contributor.advisor	Гавриш, Олександр Степанович	-
dc.contributor.author	Керімов, Наміг Мехман оглу	-
dc.date.accessioned	2026-03-13T15:04:47Z	-
dc.date.available	2026-03-13T15:04:47Z	-
dc.date.issued	2021	-
dc.identifier.uri	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8266	-
dc.description.abstract	В даній роботі розглядаються синфазні колінеарні антени, які виконано у вигляді колінеарних Ground Plane. Для збереження кругової діаграми направленості в азимутальній площині застосовується майже виключно послідовне живлення колінеарів, які з’єднуються через фазуючі пристрої (короткозамкнені шлейфи або котушки індуктивності). Досліджено різні типи колінеарних антен, що працюють на частоті 145 МГц, які можна розбити на два класи: антени, що живляться в максимумі струму та антени, що живляться в максимумі напруги.	uk_UA
dc.language.iso	uk	uk_UA
dc.subject	синфазні колінеарні антени	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	ксх	uk_UA
dc.title	Чисельний розрахунок параметрів і дослідження направлених властивостей синфазних колінеарних антен	uk_UA
dc.type	Bachelor Thesis	uk_UA
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Телекомунікації)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Б_172_ТК_Керімов_Гавриш_2021.pdf Restricted Access		1.46 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 І РОБОТОТЕХНІКИ 
КАФЕДРА РАДІОТЕХНІКИ, ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ І 
РОБОТОТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ 
 
До захисту допущено  
завідувач кафедри РТРС 
д.т.н., професор __________ В.В. Палагін  
"_____" червня 2021 року 
 
 
Пояснювальна записка 
до випускної роботи 
освітнього ступеня «бакалавр» 
на тему: «Чисельний розрахунок параметрів і дослідження направлених 
властивостей синфазних колінеарних антен» 
 
 
 Виконав студент 5 курсу, групи ЗТК-62 
Спеціальність – 172 «Телекомунікації та 
 
радіотехніка» 
 Освітня програма – «Телекомунікації» 
 Керімов Наміг Мехман оглу 
 Керівник роботи Гавриш О.С. 
 Рецензент Чепинога В.В. 
 
 
 
 
Черкаси 2021 
Форма № Н-9.01 
Черкаський державний технологічний університет 
(назва вузу) 
Факультет електронних технологій і робототехніки 
Кафедра Радіотехніки, телекомунікаційних і робототехнічних систем 
Освітній ступінь бакалавр 
Спеціальність 172 -  Телекомунікації та радіотехніка 
Освітня програма Телекомунікації 
 ЗАТВЕРДЖУЮ 
 Завідувач кафедри РТРС 
 д.т.н., професор Палагін В.В. 
   
 « 08 » лютого  2021 р. 
 
ЗАВДАННЯ 
на дипломний проект (роботу) студенту 
Керімову Намігу Мехману оглу 
(прізвище, ім'я, по батькові) 
1. Тема проекту (роботи) Чисельний розрахунок параметрів і дослідження направлених  
властивостей синфазних колінеарних 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 «  »    лютого    2021 р.  №  
2. Строк подання студентом проекту (роботи) 25 травня 2021 р. 
3. Вихідні дані до проекту (роботи) робоча частота 145 МГц;  
підсилення Ga>4 дБі; КСХ50<2; вхідний опір антени 50 Ом 
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити)______ 
Вступ. 1. Особливості колінеарних антен УКХ діапазону. 2. Огляд програм моделювання 
антен. 3. Дослідження синфазних колінеарних антен в середовищі GAL-ANA. 4. Охорона праці. 
Висновки. Список використаної літератури 
 
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)  
1. Мета і задачі роботи. 2. Синфазні колінеарні антени, що живляться в максимумі струму з  
фазуванням /6 шлейфами. 3. Синфазні колінеарні антени, що живляться в максимумі 
напруги з фазуванням /8 шлейфами. 4. Результати дослідження різних типів колінеарних 
антен. 5. Плакат з охорони праці 
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 безпеки життєдіяльності   
    
    
    
    
    
 
7. Дата видачі завдання 08 лютого 2021 р. 
 
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН 
№ Назва етапів дипломного                               С  т  р  о  к   виконання етапів      П   р имітка 
з/п проекту (роботи) проекту (роботи) 
1. Аналіз технічного завдання та огляд літератури 08.02.2021  
2. Ознайомлення з конструкцією, принципом дії та    
 основними параметрами синфазних колінеарних    
 антен 22.02.2021  
3. Огляд програми моделювання і розрахунку    
 параметрів антен GAL-ANA 09.03.2021  
4. Моделювання синфазних колінеарних антен, що    
 живляться в максимумі струму 22.03.2021  
5. Дослідження синфазних колінеарних антен, що    
 живляться в максимумі напруги 12.04.2021  
6. Розробка розділу з охорони праці 25.04.2021  
7. Оформлення пояснювальної записки та плакатів 11.05.2021  
    
   
 
 Студент   Керімов Наміг Мехман оглу 
  (підпис) (прізвище та ініціали) 
Керівник проекту (роботи)   Гавриш О.С. 
  (підпис) (прізвище та ініціали) 
 
ЗМІСТ 
Стор. 
Вступ 4 
1. ОСОБЛИВОСТІ КОЛІНЕАРНИХ АНТЕН УКХ ДІАПАЗОНУ 6 
1.1 Конструкція та принцип роботи колінеарної антени 6 
1.2 Огляд стандартних промислових колінеарних антен 9 
1.3 Основні параметри та характеристики антен 14 
2. ОГЛЯД ПРОГРАМ МОДЕЛЮВАННЯ АНТЕН 19 
2.1 Програма ANSYS HFSS 19 
2.2 Пакет CST Studio Suite 24 
2.3 Загальні відомості про програма моделювання антен MMANA 30 
3. ДОСЛІДЖЕННЯ СИНФАЗНИХ КОЛІНЕАРНИХ АНТЕН В  
СЕРЕДОВИЩІ GAL-ANA 32 
3.1 Постановка задачі моделювання синфазних колінеарних антен 32 
3.2 Синфазні колінеарні антени, що живляться в максимумі струму з  
фазуванням /6 шлейфами 34 
3.3 Синфазні колінеарні антени, що живляться в максимумі струму з  
фазуванням котушками 42 
3.4 Синфазні колінеарні антени, що живляться в максимумі напруги з  
фазуванням /8 шлейфами 48 
3.5 Синфазні колінеарні антени, що живляться в максимумі напруги з  
фазуванням котушками 55 
4. ОХОРОНА ПРАЦІ 61 
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають при виконанні робіт  
в приміщенні науково-технічного відділу 61 
4.2 Модернізація системи загального штучного освітлення 67 
Висновки 71 
Список використаної літератури 73 
 
ВСТУП 
 
Базові антенні системи рухомого УКХ радіозв'язку - транкінгового або 
конвенціонального зазвичай мають кругову діаграму направленості, щоб 
абоненти по всій мережі були однаково доступний для ретранслятора. І якщо 
дозволяє навколишній простір на висотному об'єкті, то застосовують штирові 
колінеарні антени з високим підсиленням. 
Колінеарні - означає «співвісні». Тобто всі випромінюючі елементи 
фазованої антеної решітки розташовані один під одним і тим самим забезпечують 
пісилення антеної системи при рівномірному формуванні поля в азимутальній 
площині. Фазування відбувається завдяки використанню ліній живлення 
однакової довжини для всіх активних елементів. Тоді всі сигнали прийняті 
кожним елементом приходять до спільної точки в одній фазі, тим самим 
збільшується підсилення антени. 
Параметри колінеарних антен залежать від довжини випромінюючих 
елементів, тому моделювання таких антен в спеціалізованих програмах дозволяє 
підібрати оптимальний варіант конструкції антени. Серед програм моделювання 
антен виділяється програма GAL-ANA, яка має зручний русифікований 
інтерфейс, достатньо проста в освоєнні і використанні. Таким чином, 
моделювання різних конструкцій синфазних колінеарних антен в сучасній 
програмі моделювання антен та дослідження їх параметрів і характеристик є 
актуальною задачею.  
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами темами.  
Випускна робота виконана в рамках наукових досліджень по 
комп’ютерному імітаційному моделюванню антен та НВЧ пристроїв, що 
проводяться співробітниками кафедри РТРС Черкаського державного 
технологічного університету.  
Метою роботи є чисельний розрахунок параметрів і дослідження 
направлених властивостей різних конструкцій синфазних колінеарних антен. 
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: 
 розглянути особливості конструкції та принцип роботи синфазних 
колінеарних антен; 
 провести огляд популярних програм моделювання антен та розглянути 
переваги і функціональні можливості програми моделювання дротяних 
антен GAL-ANA; 
 визначити основні параметри та побудувати діаграми направленості 
синфазних колінеарних антен, що живляться в максимумі струму з 
фазуванням /6 шлейфами; 
 провести моделювання синфазних колінеарних антен, що живляться в 
максимумі струму з фазуванням котушками; 
 розрахувати параметри та характеристики синфазних колінеарних антен, що 
живляться в максимумі напруги з фазуванням /8 шлейфами; 
 дослідити як змінюються параметри та характеристики синфазних 
колінеарних антен, що живляться в максимумі напруги, при фазуванні 
котушками. 
Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що на 
підставі імітаційних моделей можна синтезувати практичні конструкції антен з 
заданими параметрами і діаграмами направленості.  
 
1. ОСОБЛИВОСТІ КОЛІНЕАРНИХ АНТЕН УКХ ДІАПАЗОНУ 
 
1.1 Конструкція та принцип роботи колінеарної антени. 
 
Вертикальна колінеарна антена є всенаправленою антеною з підвищеним 
коефіцієнтом підсилення. Вона відома давно і за кордоном часто називається 
антеною Marconi-Franklin. Колінеарна антена представляє собою антенну решітку 
з синфазних напівхвильових вібраторів з послідовним живленням витягнутих в 
одну лінію елементів, звідси назва – collinear [1]. 
Є кілька способів сформувати таку антенну решітку. Один з них - за 
допомогою чвертьхвильових відрізків ліній - класичний варіант антени 
Франкліна. На його прикладі можна на пальцях зрозуміти як це воно виходить.  
 
Рисунок 1.1 – Розподіл струму в антені Франкліна 
 
Припустимо ми маємо вертикальний штир з довжиною кратною половині 
довжини хвилі. Струм високої частоти розподіляється по ній так, що в сусідніх 
відрізках довжиною λ/2 він тече в протифазі. Діаграма направленості такого 
штиря буде складатися з безлічі пелюсток під різними кутами до горизонту. Тоді 
ми, залишаючи відрізки з одною фазою струму, відрізки з протилежною фазою 
звертаємо навпіл, отримуючи з них чвертьхвильові відрізки двопровідної довгої 
лінії (рис.1.1). Для струму високої частоти нічого не зміниться, він так і буде 
пробігати ту ж довжину. Інакше кажучи загальна електрична довжина штиря не 
змінилася. Однак, в випромінюванні такої антени приймають участь тільки 
лінійні відрізки, оскільки двопровідна лінія не випромінює, а ці відрізки всі 
синфазні й їх випромінювання підсумовується.  
Крім того, чвертьхвильовий відрізок лінії трансформує коротке замикання 
на одному своєму кінці в нескінченний опір на іншому і всі лінійні відрізки 
ізольовані один від одного. У підсумку така колінеарна антена випромінює під 
низьким кутом до горизонту і має коефіцієнт підсилення більше ніж у 
півхвильового диполя. Чим більше сегментів має антена, тим вище її підсилення, 
але при цьому звужується смуга пропускання. Не треба думати, що з подвоєнням 
числа сегментів підсилення подвоюється (+ 3dB), адже живлення у колінеарній 
антені послідовне і до останнього сегмента вже доходить мало енергії, вона пішла 
на випромінювання попередніми вібраторами. 
На основі колінеарний антени створена досить вдала конструкція антени 
Амос [1]. Є ще хороша конструкція дротяної антени Франкліна для Wi-Fi з 
подовженими елементами. Розглянемо популярний спосіб реалізації колінеарної 
антени для Wi-Fi відрізками коаксіального кабелю, так звану CoCo-антену 
(рис.1.2,б). Випромінюючі елементи в ній зроблені з відрізків λ/2 коаксіального 
кабелю і з'єднані між собою напівхвильовими відрізками довгої лінії з того ж 
кабелю, які не випромінюють. Спосіб не новий, був запатентований ще в 1962 
році. Для реалізації такої антени треба брати кабель з суцільною поліетиленовою 
внутрішньою ізоляцією, оскільки вона має більш-менш стабільний коефіцієнт 
укорочення Ку = 0,66. При практичній реалізації антени треба не забувати про 
узгодження з фідером (наприклад – чвертьхвильовий стакан) і про компенсацію 
кінцевої ємності.  
Зовнішні та внутрішні провідники напівхвильових відрізків з'єднані 
перехресно. Внутрішній провідник і внутрішня поверхня труби служать лінією 
живлення, до якої підключаються випромінюючі вібратори у вигляді зовнішніх 
поверхонь труби. У основі ця антена повинна живитися симетрично, інакше 
половина вібраторів отримає потенціал землі, і не буде випромінювати.  
Всі сучасні колінеарні антени, як правило, поміщаються в діелектричний 
(зазвичай склопластиковий) корпус, що захищає від кліматичних впливів і є 
опорною конструкцією. У антен, що живляться з одного кінця, якими є всі 
розглянуті вище колінеарні антени, струм, у міру наближення до іншого кінця 
антени, спадає через загасання, обумовленого випромінюванням, особливо у 
антен з відносно великими поперечними перетинами. Це призводить до 
розширення основної пелюстки, зменшення бічних пелюсток і КНД. Ці антени 
вузькосмугові, оскільки правильне фазування їх елементів визначається 
співвідношенням довжини хвилі і розмірів частин антени. Застосування таких 
антен в якості стаціонарних для базових станцій на відміну від антенних решіток 
має ряд переваг. Такі антени легко монтуються, мають досить високий коефіцієнт 
підсилення і рівномірну кругову діаграму направленості.  
 
а)    б)    в) 
Рисунок 1.2 – Типові конструкції колінеарних антен з графічним поясненням 
принципів їх роботи 
1.2 Огляд стандартних промислових колінеарних антен 
 
В даній роботі будуть досліджуватися різні типи колінеарних антен, що 
працюють на частоті 145 МГц, тому в даному пункті розглянемо промислові 
антени, в діапазон роботи яких входить вказана частота. На ринку представлене 
велике різноманіття антен даного типу, тому обмежимося розглядом декількох 
конструкцій і порівняємо їх параметри між собою.  
Колінеарна антена А-300MV (рис.1.3,а) використовується в діапазоні VHF 
(145-173 МГц) і представляє собою сукупність синфазних випромінюючих 
елементів [2]. Висота антени - 3600 мм, підсилення - 6dBi, випромінюючий 
елемент - λ/4 + 2×5/8λ, роз'єм N-типу. Випромінюючі елементи з'єднані між собою 
за допомогою фазозсуваючих індуктивностей, які забезпечують необхідний 
амплітудно-фазовий розподіл струмів уздовж антени. Завдяки додаванню 
потужностей випромінюючих елементів забезпечується високе підсилення при 
збереженні кругової ДН по горизонту. Це особливо важливо при побудові 
радіомережі великого радіусу дії, де необхідно забезпечити кругову направленість 
і максимальну дальність. Тому колінеарні антени рекомендується 
використовувати для радіомодемів пультів централізованого спостереження і 
ретрансляторів. 
Антена має 2-х секційний герметичний фібергласовий корпус, що надійно 
захищає випромінюючі елементи від атмосферних впливів і вітрових 
навантажень. Узгодження антени з 50-омним трактом здійснюється уніфікованим 
узгоджуючим пристроєм з використанням автотрансформатора, заземленого по 
постійному струму. Оптимально підібрані елементи узгоджувального пристрою 
дозволяють забезпечити низьку величину КСХ на резонансній частоті в усьому 
діапазоні налаштування. Антена поставляється налаштованою на нижню частину 
діапазону. Налаштування антени на потрібну частоту здійснюється підрізкою 
випромінюючих елементів до необхідного розміру згідно з картою настройки. 
Наступна конструкція антени Anli A-100DB (рис.1.3,б) - стаціонарно-базова 
антена, що налаштовується, з круговою діаграмою направленості, що працює 
одночасно в двох радіоаматорських діапазонах VHF (143-148 МГц) і UHF (430-
460 МГц), призначена як для експлуатації в мережах зв'язку, так і для їх створення 
[3]. Антена Anli A-100DB налаштовується методом укорочення. 
  
а)    б)   в) 
Рисунок 1.3 – Зовнішній вигляд колінеарних антен А-300MV (а),  
Anli A-100DB (б) і Storm UV-100  (в) 
 
Підсилення антени A100DB становить 3,5/6 дБ (VHF/UHF) з максимальною 
потужністю до 200 Вт. Базова антена A-100 DB побудована за принципом 
паралельного складання потужностей колінеарно розташованих випромінюючих 
елементів, за рахунок чого досягається звуження ДН у вертикальній площині (чим 
більше довжина антени, тим вужча ДН і вище підсилення). 
Випромінюючі елементи поміщені в пластиковий корпус з високоміцного 
фібергласа, стійкий до вітрових навантажень (до 160 км/год). Для з'єднання антен 
з кабелем використовується роз'єм UHF PL-259 (гніздо). Всі моделі 
комплектуються універсальним вузлом кріплення для установки на щоглу 
діаметром 30-70 мм. 
Налаштування базової антени Анлі A-100 DB здійснюється підрізкою 
антенного полотна, яке виготовлено з якісного мідного сплаву. Для налаштування 
на потрібну смугу частот необхідно розібрати антену і обрізати полотно згідно з 
відповідною інструкцією.  
Конструкція антени Anli A-100 DB виконана за принципом фазованої 
решітки з розташуванням елементів по одній осі (співосна антена). Такий підхід 
забезпечує одночасну роботу антени на різних значеннях довжини хвилі і 
звуження діаграми направленості у вертикальній площині, збільшуючи тим самим 
максимальний коефіцієнт підсилення.  
Точне налаштування базової антени Анлі A100 DB шляхом укорочення 
антенного штиря і за допомогою вимірювальних приладів - КСХ-метрів, які 
дозволяють аналізувати характер поширення радіохвиль в коаксіальному кабелі 
або хвилеводі. Живлення антени здійснюється заземленим автотрансформатором. 
Для підключення ВЧ кабелю використаний роз'єм UHF PL-259 (гніздо). Можлива 
поставка антен з роз'ємом N (гніздо) на замовлення.  
Базова колінеарна дводіапазона антена Storm UV-100 призначена для 
стаціонарної установки (рис.1.3,в). Антена забезпечує роботу в двох діапазонах 
частот УКХ радіозв'язку 145МГц і 435МГц. Завдяки своїй невеликій висоті антена 
може застосовуватися для організації базової радіостанції в подорожах і різних 
заходів на природі. Антена поставляється налаштованою на середину діапазонів 
145МГц і 435МГц, саме на цих частотах забезпечується найкраще узгодження 
(КСХ). 
Монтаж антени може здійснюватися на щоглу з металу або діелектрика, на 
настройку тип щогли не впливає. При монтажі антени потрібно уникати 
близького розташування струмопровідних предметів, вони можуть спотворити 
діаграму направленості і погіршити КСХ. Технічні характеристики: КСХ не гірше 
1.3; довжина антени 120 см; роз'єм антени PL-259; діапазон частот 145 і 435МГц; 
максимальна потужність, що підводиться 50Вт; підсилення 3дБі на діапазон 
145МГц і 5.5дБі для 435МГц. 
Розглянемо додатково колінеарні дипольні антени VHF діапазону 136 - 174 
МГц - серії TC150, TC160, які строго кажучи, відрізняються від досліджуваних 
антен, проте мають однакове практичне застосування. Високоефективні 
широкосмугові антени серій TC150, TC160 призначені для роботи в складі 
базових станцій систем диспетчерської і транкінгового зв'язку стандартів 
SmarTrunk, MPT 1327, APCO 25, а також різноманітних систем передачі даних і 
телеметрії в діапазоні 136-174 МГц (рис.1.4).  
Завдяки спеціальному покриттю на основі стійкого до несприятливих умов 
полімеру, антени стабільні до дії корозії, ультрафіолетового випромінювання, 
кислотних опадів, а також абразивного пилу. Спеціальна конструкція антен 
знижує впливу атмосферних опадів і обмерзання на їх характеристики. Технічні 
характеристики антен серії TC150, TC160 представлені в табл.1.1. 
 
Рисунок 1.4 – Зовнішній вигляд колінеарних дипольних антен  
VHF діапазону 136 - 174 МГц - серії TC150, TC160  
 
 
 
 
Таблиця 1.1  
Технічні характеристики антен серії TC150, TC160 
Колінеарні дипольні антени 
Діапазон 136–164 МГц 
Серія TC150 
TC150D1-3 TC150D2-6 TC150D4-9 
Діапазон 146–174 МГц 
Серія TC160 
TC160D1-3 TC160D2-6 TC160D4-9 
Електричні характеристики 
Підсилення, дБ 3 6 9 
Гранична потужність, Вт 200 500 500 
Смуга робочих частот, МГц 28 
КСХ <1,5:1 
Опір, Ом 50 
Кут випромінення у 
65 30 18 
вертикальній площині, град. 
Грозозахист  К.З. по постійному струму (DC Ground) 
Роз’єм живлення N-Type Female 
Механічні характеристики 
0,89 x 0,90 2,40 x 0,89 5,40 x 0,89 
Габарити, м 
0,89 x 0,85 2,25 x 0,89 5,00 x 0,89 
Вага, кг 2,55 7 12 
Максимальне вітрове 
240 
навантаження, км/год 
Макс. вітрове навантаження 
200 
при обмерзанні шаром в 1 см 
0,068 
Еквівалентна площа, кв. м 0,140 0,260 
0,065 
 
1.3 Основні параметри та характеристики антен 
 
Антени характеризуються декількома основними параметрами, що 
визначають їх експлуатаційні властивості і область застосування [4]. Головною 
характеристикою антени є її коефіцієнт підсилення (КП), який визначає наскільки 
добре антена перетворює енергію вхідного сигналу в електромагнітні хвилі, які 
випромінює в заданому напрямку (для передавальної антени) або наскільки добре 
антена перетворює електромагнітні хвилі, що приходять з заданого напрямку, в 
електричні сигнали (для прийомної антени). Інші характеристики включають 
діаграму направленості, поляризацію, вхідний імпеданс, резонансну частоту, 
робочий діапазон частот і ефективну площу антени. У зв'язку з принципом 
зворотності, всі описані нижче характеристики антен однакові для прийомних і 
передавальних антен. 
Коефіцієнт підсилення (КП) антени представляє собою відношення 
потужності, випромінюваної антеною в напрямку максимального 
випромінювання до потужності, випромінюваної ідеальною ненаправленою 
антеною за умови, що потужність, що подається на вхід обох антен однакова. 
Наприклад, коефіцієнт підсилення передавальної антени, рівний 13 дБ, означає, 
що потужність, яку випромінює в напрямку максимуму діаграми направленості і 
виміряна в дальній зоні антени, буде на 13 дБ (або в 20 разів) вище, ніж 
потужність, яку випромінює ідеальна ненаправлена антена. Приймальна антена з 
коефіцієнтом підсилення 13 дБ перетворює в електричний струм на 13 дБ більше 
потужності в напрямку максимуму діаграми направленості, ніж ідеальна (без 
втрат) ненаправлена антена, встановлена в тому ж місці електромагнітного поля. 
Значення КП зазвичай висловлюють в децибелах з додаванням літери «і» 
або «д». дБі означає порівняння з випромінюванням ізотропного (ненаправленого) 
випромінювача, а дБд означає порівняння з напівхвильовим диполем 
(вібратором).  
Чи завжди потрібна антена з високим коефіцієнтом підсилення? Ні 
звичайно. Все залежить від того, де антена застосовується. Наприклад, якщо ви 
приймаєте телевізійні сигнали високого рівня в сільській місцевості з різних 
напрямків від декількох антен, розташованих в найближчих містах, вам потрібна 
всенаправлена антена. Якщо ж напрямок на телевізійну антену відомий і якість 
прийому сигналу низька і приходить тільки з одного напрямку, бажано мати 
антену «хвильовий канал» з високим коефіцієнтом підсилення. Для прийому 
слабких сигналів з декількох напрямків доведеться поставити кілька направлених 
антен. 
Описаний вище коефіцієнт підсилення залежить від діаграми 
направленості антени, яка визначає кількість енергії, випромінюваної антеною в 
різних напрямках щодо її центральній осі. На рис.1.5 наводиться приклад 
тривимірної діаграми направленості антени в формі півхвильового вібратора. 
Зазвичай діаграми направленості для зручності наводять в двох площинах - 
вертикальній і горизонтальній. При цьому передбачається, що антена встановлена 
в тому положенні, в якому вона буде експлуатуватися. Для показаного на рис.1.5 
півхвильового вібратора діаграма направленості в горизонтальній площині буде 
представлена у вигляді кола, а вертикальна діаграма направленості буде 
виглядати як символ нескінченності (вісімка на боці). 
 
Рисунок 1.5 – Трьохвимірне зображення діаграми направленості  
півхвильового вібратора 
На рис.1.5 показана ідеальна антена. У той же час, діаграма направленості 
більшості реальних антен нагадує безліч пелюсток, в яких потужність 
випромінюваного сигналу досягає максимуму. Між пелюстками знаходяться 
«нулі», тобто місця, де випромінювання відсутнє. Пелюстка з максимальною 
потужністю сигналу називається головною пелюсткою, а решта - бічними 
пелюстками. Бічна пелюстка, напрямок якої утворює з напрямком до головної 
пелюстка кут 180° або близький до нього, називається задньою пелюсткою 
діаграми направленості. 
Коефіцієнт направленої дії (КНД) антени визначається майже як її 
коефіцієнт підсилення. Це відношення інтенсивності випромінювання антеною 
електромагнітної енергії в основному напрямку до інтенсивності випромінювання 
ідеальної ненаправленої антени за умови, що випромінюється антенами загальна 
потужність однакова. КНД показує наскільки добре антена може концентрувати 
випромінюється або прийняту енергію. Однак, на відміну від коефіцієнта 
підсилення, КНД не враховує ККД антени, який завжди менше 100%, і залежить 
тільки від форми її діаграми направленості. Не враховуються втрати енергії, які 
завжди є в реальній антені. Тому в характеристиках антен частіше наводиться 
саме коефіцієнт підсилення. 
З початку 60-х рр. минулого століття для вимірювання діаграм 
направленості складних великих антен діапазону високих (ВЧ) і дуже високих 
частот (ДВЧ) в дальній зоні використовується авіація. Зазвичай передавач або 
приймач буксирується за літаком або вертольотом, а дані передаються по 
діелектричному оптоволоконному кабелю, який не впливає на діаграму 
направленості вимірювальної антени. Такі системи дозволяють досить точно 
виміряти реальну діаграму направленості дуже великих фазованих антенних 
решіток. 
Поляризація антени - це орієнтація площини випромінюваного нею 
електричного поля відносно поверхні Землі. Поляризація визначається фізичною 
конструкцією антени і її розташуванням в просторі. Якщо антена встановлена у 
вертикальному положенні, її випромінювання буде поляризованим вертикально. 
Якщо ж антена розташована горизонтально, її випромінювання буде поляризоване 
горизонтально. Є також антени з крос-поляризацією і круговою поляризацією. 
При круговій поляризації вектор електричного поля постійно обертається, 
переміщаючись лінійно в напрямку поширення електромагнітної хвилі. При 
цьому він може обертатися за годинниковою стрілкою або в протилежному 
напрямку. Відповідно, кругова поляризація може бути правобічною і лівобічною. 
Концепція поляризації дуже важлива в радіозв'язку, тому що антена з 
вертикальною поляризацією не здатна приймати сигнал, що випромінюється 
антеною з горизонтальною поляризацією. У той же час, властивість поляризації 
дозволяє налаштуватися від небажаних сигналів. 
Вхідний імпеданс антени представляє собою міру повного опору змінному 
електричному струму, що складається з двох компонентів: провідного і 
реактивного опору, останній, в свою чергу, може бути індуктивним або ємнісним. 
Для ефективної передачі енергії імпеданс приймача або передавача, антени і лінії 
передачі повинні бути однаковими. Приймальне і передавальне обладнання часто 
конструюється для імпедансу 50, 75 і 300 ом. Якщо імпеданс пристроїв не 
узгоджений, виникнуть втрати. Щоб їх уникнути, використовують пристрої для 
узгодження імпедансу, наприклад, симетрувальні трансформатори та інші 
узгоджуючі пристрої. У вітчизняних джерелах подібні пристрої з кінця 90-х років 
називають балун. 
Чому саме 50, 75 і 300 Ом? Якщо спробувати відповісти простими словами, 
то можна сказати, що так склалося історично і так просто зручно. Справа в тому, 
що саме таким є опір стандартних типів антен. Опір півхвильового вібратора - 75 
Ом, чвертьхвильового вібратора з противагами (штир з декількома «рогами» 
внизу) - 50 Ом і петлевого вібратора - 300 Ом. Відповідно, для них і кабелі або 
відкриті лінії виготовляли. Зокрема, величина 50 Ом стала номінальним опором 
коаксіальних кабелів на ранніх етапах розвитку радіолокаційної техніки, так як 
кабель з таким опором є компромісом між вимогами по мінімальних втратах і 
максимальній потужності, що передається, що важливо в радіолокації. А 75-
омний стандарт був обраний, так як він забезпечував малі втрати, дозволяв 
використовувати в якості внутрішнього провідника стандартний дріт 
американського калібру проводів (AWG). 
Узгодження імпедансів антен, ліній передачі, приймачів і передавачів 
важливо для зведення до мінімуму втрат. Якщо вхідний імпеданс антени не 
узгоджений з вихідним опором передавача, то не тільки антена буде 
випромінювати менше енергії, ніж могла б, але і сам передавач може бути 
пошкоджений. Для підключення вихідного каскаду передавача до коаксіального 
кабелю, який з'єднує його з передавальною антеною, часто потрібен узгоджуючий 
пристрій. Якщо повного узгодження не досягнуто, то частина потужності буде 
повертатися назад і це призведе до виникнення в лінії передачі стоячій хвилі. 
Мірою узгодження імпедансу навантаження з опором лінії передачі або хвилеводу 
є коефіцієнт стоячої хвилі (КСХ). 
Коефіцієнт стоячої хвилі частіше визначають по співвідношенню 
максимумів і мінімумів напруг стоячій хвилі в лінії передачі і в цьому випадку 
говорять про КСХ за напругою (КСХН). КСХН = 1,0 означає, що це ідеальний 
випадок, при якому від антени енергія не відбивається зовсім - вся вона 
випромінюється антеною. КСХН зазвичай залежить від частоти. Для вимірювання 
КСХ використовують КСХ-метри, зазвичай включаються між антеною та лінією 
передачі. 
Робоча смуга частот антени описує смугу частот, в якій антена нормально 
випромінює або приймає електромагнітну енергію. Для визначення наскільки 
«нормально» антена виконує свою функцію в робочій смузі частот 
використовують різні параметри. Зазвичай це якість узгодження імпедансу, 
виражене у формі КСХН. Наприклад, КСХН <2; таке значення КСХН зазвичай 
вважається прийнятним. Також часто оцінюють коефіцієнт підсилення, діаграму 
направленості і інші характеристики антени. 
 
2. ОГЛЯД ПРОГРАМ МОДЕЛЮВАННЯ АНТЕН 
 
У сучасному світі антени використовуються практично скрізь - починаючи з 
повсюдно використовуваних мобільних телефонів, RFID міток і бездротових 
принтерів і закінчуючи пристроями в оборонній промисловості, такими як 
фазовані антенні решітки для радіолокаційних систем літаків або супутників. 
Програми електромагнітного моделювання - це корисні інструменти в розробці 
антенних систем, що дозволяють інженеру ще на етапі проектування віртуально 
оцінити різні сценарії роботи пристрою. 
Мініатюризація антен, обмежена пропускна здатність каналу, стислі 
терміни розробки пристрою, взаємодія антени з іншими компонентами і т.д. - все 
це становить серйозний виклик для інженера розробника. Для подолання цих 
проблем сучасні програми моделювання пропонують точне і ефективне 
автоматичне рішення, що робить їх найбільш зручним інструментом для 
моделювання антен. 
 
2.1 Програма ANSYS HFSS 
 
Програма ANSYS HFSS є визнаним лідером серед 3D програм 
електромагнітного моделювання НВЧ пристроїв і високошвидкісних пристроїв 
обміну даними [7]. 
ANSYS HFSS володіє декількома вирішувачами (метод кінцевих елементів, 
метод моментів, гібридні методи, фізична оптика і т.д.) і тому відмінно підходить 
для розробки найрізноманітніших ВЧ і НВЧ пристроїв, включаючи антени з 
урахуванням розташування на платформі. Наявність такого числа вирішувачів 
дозволяє йому бути дуже гнучким і в той же час універсальним програмним 
продуктом. ANSYS HFSS, володіючи кількома технологіями моделювання і 
автоматичним адаптивним сітковим генератором, заслужено є золотим 
стандартом точності обчислень. 
В ANSYS HFSS можуть бути проаналізовані такі основні характеристики, 
як зворотні втрати, вхідний імпеданс, підсилення, направленість і різні 
поляризаційні параметри. Деякі особливості постобробки, такі як можливість 
накладання 3D поля в дальній зоні на геометрію антени, можуть надати 
розробнику неоціненну допомогу. За допомогою ANSYS HFSS також можна 
отримувати електричні і магнітні поля в ближній і дальній зоні, що не так просто 
зробити прямим виміром. HFSS, в поєднанні з опціонної програмою Optimetrics, 
дозволяє інженерам проводити параметричні обчислення, аналіз чутливості, 
статистичний аналіз, а також оптимізацію антени, використовуючи такі методи, 
як квазіньютонівський (Quasi Newton), шаблонний пошук (Pattern Search), метод 
послідовного нелінійного програмування (SNLP), генетичні алгоритми і т.д. 
Ключовою особливістю ANSYS HFSS є автоматичне адаптивне генерування 
сітки. В системі HFSS фізика досліджуваної моделі визначає майбутню сітку, а не 
навпаки, - тим самим забезпечується гарантована точність обчислень. Така 
автоматизація процесу моделювання з гарантованою точністю виділяє HFSS з 
усіх інших програм електромагнітного моделювання НВЧ пристроїв. 
Алгоритм адаптивного генерування сітки уточнює сітку по всій геометрії 
моделі. Цей процес повторюється до тих пір, поки не буде досягнуто критерію 
збіжності або вказану кількість проходів. Причому сітка буде згущуватися 
набагато швидше там, де спостерігається найбільша швидкість зміни поля.  
HFSS пропонує наступні методи моделювання та інструменти в залежності 
від типу завдання, яку необхідно вирішити: 
 метод кінцевих елементів (включено в HFSS); 
 метод інтегральних рівнянь (включено в HFSSIE); 
 фізична оптика (включено в HFSSIE); 
 метод Гальоркіна (часова область) (включено в HFSSTR); 
 інструментарій для розробки антен (Antenna Design Kit), що містить більше 
50 стандартних конструкцій антен (включено в HFSS). 
Метод скінченних елементів (МСЕ) добре підходить для 3D геометріі 
довільної форми. Цей метод має на увазі, що геометрична модель автоматично 
розбивається на деяку кількість тетраедричних елементів, конформних 
відповідним поверхням геометрії. Тетраедричні елементи добре підходять для 
цього типу неструктурованої і нерівномірної сітки, так як вони можуть 
розтягуватися, щоб в результаті максимально точно відповідати заданій геометрії. 
Під формулюванням «метод кінцевих елементів» мається на увазі 
використання передових математичних методів, які відповідають рівнянням 
Максвелла для всієї моделі. Цей метод найбільш ефективний для моделей, що 
містять багато різних матеріалів. Поля обчислюються у всьому об'ємі - тобто не 
тільки в області антени і об'єкта, з яким вона пов'язана; область розрахунку є 
також і їх оточення.  
Вирішувач HFSSIE розширює можливості класичного HFSS (МСЕ). 
Аналогічність інтерфейсу і установок на рішення HFSSIE c HFSS (МСЕ) дозволяє 
користувачам швидко його освоїти. В основі вирішувача IE лежить 3D метод 
інтегральних рівнянь або, як його ще називають, метод моментів (MOM), що 
дозволяє ефективно вирішувати відкриті завдання випромінювання і розсіювання. 
При такому методі рішення струми обчислюються тільки на поверхні моделі. У 
першу чергу метод IE найбільш ефективний для конструкцій з металу, але це не 
означає, що конструкція не може також включати діелектрики. 
Типові області застосування методу IE: моделювання антен, визначення 
ефективної площі розсіювання (RCS), моделювання антени, розміщеної, 
наприклад, на транспортному засобі або платформі, рішення задач 
електромагнітної сумісності і т.д. Моделювання антен методом інтегральних 
рівнянь виключає необхідність використання повітряного об’єму з граничними 
умовами на випромінювання (відкритими), що необхідно було б в разі 
застосування методу скінченних елементів. Таким чином, розробник може 
використовувати вирішувач IE для ефективного аналізу будь-яких електрично 
великих металевих конструкцій, що було б скрутним при застосуванні класичного 
HFSS (МСЕ). 
HFSS пропонує можливість використовувати переваги методу скінченних 
елементів і методу моментів для вирішення однієї задачі, скориставшись 
гібридним методом. Таке гібридне рішення в ряді завдань дуже вигідно, оскільки 
вирішувач HFSS (МСЕ) можна застосовувати для вирішення завдання всередині 
об’єму (ів) зі складною геометрією (в тому числі діелектричні елементи антени), а 
вирішувач HFSSIE дозволить вирішити задачу поширення поля через вільний 
простір поза об'ємом МСЕ. Це усуває необхідність укладати всю геометрію в 
об’єм і вирішувати всю задачу за допомогою тільки МСЕ, тим самим значно 
заощаджуючи ресурси (пам'ять і час аналізу). Крім того, область вирішення IE 
може бути суміжною з областю МСЕ, при цьому струми будуть безперервно 
перетікати з області рішення, наприклад, IE в область рішення МСЕ (в разі, коли 
моделі, аналізовані різними методами, з'єднані фізично).  
Інструмент ADK є автономною утилітою (на даний момент утиліта 
вбудована в HFSS (рис.2.1)), яка дозволяє автоматизувати процес створення 
геометрії антен. Доступно більше 50 популярних типів антен. 
 
Рисунок 2.1 – Меню вибору типу антени 
 
Розробнику потрібно вибрати потрібний тип антени з бібіліотеки і вказати 
необхідні параметри, такі як фізичні розміри, частота рішення, граничні умови, 
які будуть використовуватися для призначення на зовнішні границі моделі в 
HFSS. На рис.2.2 показані деякі з наявних типів антен. 
 
Рисунок 2.2 – Деякі доступні типи антен в інструментарії ADK 
 
2.2 Пакет CST Studio Suite 
 
Пакет CST Studio Suite представляє собою набір інструментів для 
проектування, моделювання та оптимізації тривимірних електромагнітних систем, 
що використовується самими передовими технологічними та інжиніринговими 
компаніями в усьому світі [8]. 
Високий рівень технологій моделювання CST був досягнутий шляхом 
постійного вдосконалення обчислювальних модулів, узагальнюючих в собі досвід 
багаторічних досліджень в галузі точних і ефективних обчислювальних методів. 
Висока достовірність результатів роботи пакета програм CST STUDIO SUITE 
дозволяє користувачам створювати віртуальні прототипи, що моделюють 
поведінку реальних пристроїв, зберігаючи тим самим час і кошти на етапі 
розробки. Раніше обчислювальні модулі були згруповані в програми, які мали 
оригінальні назви: CST MICROWAVE STUDIO (CST MWS), CST EM STUDIO 
(CST EMS), CST PARTICLE STUDIO (CST PS), CST CABLE STUDIO (CST CS), 
CST PCB STUDIO (CST PCBS), CST BOARDCHECK (CST BC), CST MPHYSICS 
STUDIO (CST MPS), CST DESIGN STUDIO. 
Сучасна версія пакету CST STUDIO SUITE включає наступні модулі: 
 обчислювачі загального призначення в часовій і в частотній областях для 
моделювання низькочастотних і високочастотних завдань; 
 повнохвильовий обчислювач з використанням інтегральних рівнянь; 
 модуль для отримання власних мод і асимптотичний обчислювач; 
 самоузгоджений Particle-In-Cell (PIC) алгоритм; 
 статичний і мультифізичний обчислювач; 
 безліч додаткових спеціалізованих обчислювальних модулів. 
Комбінації перерахованих модулів забезпечують точний і багатогранний 
підхід для вирішення широкого кола завдань. 
У ряді випадків рішення одного завдання може бути реалізовано з 
використанням різних обчислювальних методів. Універсальний підхід CST 
дозволяє виконувати верифікацію отриманих даних шляхом порівняння 
результатів моделювання, отриманих з використанням різних обчислювачів в 
єдиному робочому середовищі. Подібна перехресна перевірка підвищує 
достовірність отриманих результатів і допомагає інженерам виявити помилки в 
описі проекту або в процесі вимірювань. 
Для застосування до структури чисельного моделювання потрібно виконати 
просторову дискретизацію досліджуваної моделі. Додавання додаткових комірок 
збільшує вимоги до обчислювальних ресурсів. Це означає, що найбільш корисним 
буде алгоритм, що максимально точно описує форму об'єктів із застосуванням 
мінімальної кількості комірок. Пакет CST STUDIO SUITE включає засоби 
побудови прямокутних, тетраедральних і поверхневих сіток, які по-різному 
підходять для моделювання різних ситуацій. 
Для підвищення точності прямокутного розбиття без різкого збільшення 
вимог до обчислювальних ресурсів пакет CST STUDIO SUITE використовує в 
своєму обчислювачі в часовій області оригінальну технологію апроксимації для 
ідеальних граничних умов (Perfect Boundary Approximation, PBA) стосовно досить 
загального методу кінцевих інтегралів (FIT). Технологія PBA зберігає швидкість 
обчислень на рівні звичного всім прямокутного розбиття, але для криволінійних 
об'єктів дозволяє уникнути зайвого подрібнення сітки для більш точного опису 
форми. 
При тетраедральному розбитті додаткові переваги при моделюванні 
низькочастотних і високочастотних структур можуть бути отримані завдяки 
використанню криволінійних комірок. Крім того, в обчислювачі в частотній 
області реалізований оригінальний алгоритм оптимізації сітки, що отримав назву 
True Geometry Adaptation. Він проектує «очищену» сітку назад на оригінальну 
модель, згладжуючи вихідну сітку з гранями, чим забезпечує більш високу 
точність моделювання. 
Нижче наведено перелік доступних обчислювальних технологій. 
Високі частоти: 
 процесор в часовій області (Transient Solver) - спільні завдання; 
 процесор в частотній області (Frequency Domain Solver) - спільні завдання; 
 процесор з використанням інтегральних рівнянь (Integral Equation Solver) - 
електрично великі структури, RCS; 
 асимптотичний обчислювач (Asymptotic Solver) - електрично великі 
структури, RCS; 
 процесор резонансних мод (Eigenmode Solver) - об'ємний резонанс; 
 модуль синтезу фільтрів (Filter Designer 2D) - синтез і аналіз НВЧ фільтрів; 
 модуль синтезу фільтрів (Filter Designer 3D) - синтез і аналіз НВЧ фільтрів зі 
зв'язаними об'ємними резонаторами. 
Низькі частоти: 
 електростатичний і магнітостатичний обчислювачі (Electrostatic/ 
Magnetostatic Solver) - статичні завдання; 
 процесор стаціонарних струмів (Stationary Current Solver) - аналіз постійних 
струмів; 
 процесор в часовій області (Transient Solver) - завдання з нелінійними 
матеріалами; 
 процесор в частотній області (Frequency Domain Solver) - вихрові струми, 
струми зміщення; 
 модуль аналізу систем (System Simulator) - розрахунок інтерференції групи 
джерел. 
EDA: 
 процесор з використанням часткових еквівалентних схем (PEEC Solver) - 
одношарові плати; 
 процесор з використанням матриці ліній передач (TLM Solver) - цілісність 
сигналів; 
 тривимірний обчислювач методом кінцевих елементів в частотній області 
(3D FEFD Solver) - цілісність ланцюгів живлення; 
 перевірка правил проектування (EMC і SI Rule Check) - перевірка обмежень 
EMC і SI на платах. 
Динаміка частинок: 
 процесор трекінгу частинок (Tracking Solver) - низькочастотні пристрої, 
електронні гармати; 
 процесор Рarticle In Cell (PIC Solver) - високочастотні додатки, НВЧ 
пристрої; 
 процесор кільватерних полів (Wakefield Solver) - прискорювальна техніка. 
Мультифізика: 
 стаціонарний і перехідний теплові обчислювачі (Thermal Solver) - 
електромагнітний нагрів, біозадачі; 
 механічний обчислювач (Structural Mechanics Solver) - теплове розширення, 
деформації. 
EMC: 
 процесор з використанням матриці ліній передач (TLM Solver); 
 процесор кабелів (CST CABLE STUDIO) - кабель і кабельні джгути; 
 модуль аналізу перешкод (Interference Task) - високочастотні перешкоди; 
 перевірка правил проектування (EMC Rule Check) - перевірки обмежень 
EMC на платах. 
Якість результатів і швидкість моделювання істотно залежить від вибору 
обчислювального модуля. Обчислювач, який добре працює з одним типом 
моделей, може показувати погані результати на інших моделях. Це одна з причин, 
чому пакет CST STUDIO SUITE включає в себе широкий набір різних 
обчислювачів. Завдяки цьому, завжди може бути знайдений інструмент, який 
найкращим чином підходить для додатків дуже широкого частотного діапазону 
(від постійних полів до оптичного діапазону) і розмірів, що сильно відрізняються, 
(від наночастинок до електрично великих об'єктів). 
Наприклад, обчислювач з використанням інтегральних рівнянь і 
асимптотичний обчислювач ідеально підходять для вирішення таких завдань, як 
розміщення антен, оцінки ефективної площі відображення об'єкта (RCS), де 
електричні розміри структури можуть налічувати сотні або тисячі довжин хвиль. 
Маленькі резонансні структури можуть моделюватися більш ефективно за 
допомогою обчислювача власних мод або обчислювача в частотної області, які 
розроблені спеціально для аналізу таких пристроїв, як фільтри або резонатори. 
Багато конструкцій, що моделюються, можуть складатися з окремих компонентів, 
якісне моделювання яких може бути зроблено тільки різними методами. Для 
таких випадків реалізована технологія моделювання складових проектів (System 
Assembly and Modeling, SAM), яка дозволяє розбити велику структуру на дрібні 
об'єкти, промоделювати їх найбільш підходящим обчислювачем, а потім 
об'єднати отримані дані і отримати повні характеристики всього пристрою. 
На характеристики навіть самого простого пристрою може вплинути 
широкий діапазон параметрів. Оптимізація автоматизує процес налаштування 
необхідних змінних з метою отримання значень, які відповідають встановленим 
вимогам. Вбудовані оптимізатори у всіх модулях CST STUDIO SUITE застосовні 
для настройки будь-якого параметра, включаючи геометричні розміри моделі, 
властивості матеріалів, а також форму сигналу збудження. 
У пакеті CST STUDIO SUITE доступні глобальні та локальні оптимізатори. 
Локальні техніки виконують пошук рішень в околиці початкового значення 
параметра, тому їх рекомендується застосовувати для моделей, близьких до 
оптимальних. Глобальні методики працюють в повному діапазоні параметрів, 
через що вони виявляться набагато практичніше локальних оптимізаторів в разі 
грубо налаштованих моделей або складних структур. 
Попередній аналіз чутливості (sensitivity analysis) дозволить помітно 
поліпшити роботу Trust Region Framework оптимізатора CST. Зазначена техніка 
виконує швидку оцінку впливу на робочі характеристики невеликих змін 
параметрів моделі, надаючи важливі початкові умови для роботи оптимізатора. 
Аналіз чутливості також дозволить оцінити всього за один обчислювальний цикл 
вплив допусків виготовлення на зміну робочих характеристик структури. 
Оптимізатори, доступні в CST STUDIO SUITE: 
локальні 
 метод довірчих областей (Trust Region Framework); 
 симплексних метод Нелдера-Міда (Nelder-Mead Simplex Algorithm); 
 інтерполяційний квазіньютонівський метод (Interpolated Quasi-Newton); 
 класичний метод Пауелла (Classic Powell). 
Глобальні: 
 генетичний алгоритм (Genetic Algorithm); 
 алгоритм рою частинок (Particle Swarm); 
 еволюційна стратегія з адаптацією матриці коваріацій (CMA-ES). 
При такому великому наборі інструментів, який зараз доступний в пакеті 
CST STUDIO SUITE, дуже важливо, щоб потрібний інструмент був під рукою в 
потрібний момент. Для полегшення роботи користувача в пакеті реалізований 
механізм настройки середовища проектування під конкретні потреби на певному 
етапі роботи, будь то побудова структури, моделювання або обробка результатів. 
Графічний інтерфейс на основі динамічно оновлюваних панелей дозволяє 
групувати функції і розділи меню в залежності від їх місця в процесі 
моделювання. Це дає можливість пропонувати користувачеві тільки ті дії, які 
доступні для даної частини проекту на певному етапі роботи. Додаткові 
контекстні панелі з'являються при виконанні специфічних завдань, наприклад, під 
час налаштування сітки розбиття або перегляді результатів аналізу. 
Стандартний підхід до організації циклу проектування передбачає, що 
інженер сам вибирає потрібні модулі програмного забезпечення і виконує в них 
необхідні настройки. У пакеті CST STUDIO SUITE реалізований спеціальний 
помічник створення проекту, покликаний істотно спростити настройку і 
конфігурацію моделювання. 
Майстер конфігурації дозволяє легко налаштувати систему одиниць, 
вимірювання, граничні умови і автоматично вибрати найбільш підходящий для 
вирішення конкретного завдання обчислювальний модуль. Досвідчений 
користувач може зберегти одного разу зроблені настройки всередині помічника 
для повторного використання при вирішенні подібного роду завдань. 
2.3 Загальні відомості про програма моделювання антен MMANA 
 
MMANA - це програма моделювання антен, що працює в середовищі 
Windows. Обчислювальною основою MMANA (так само як і багатьох 
комерційних програм моделювання) є програма MININEC Ver.3, яка була 
створена для цілей американських ВМС в Washington Research Institute. 
Програма дозволяє 
 Створювати і редагувати опис антени як завданням координат, так і 
мишкою. Набивати вручну координати кожного проводу в тривимірному 
просторі трудомістка задача, а використання мишки – суттєво спрощує 
процес створення моделі. 
 Розглядати безліч різних видів антени. 
 Розраховувати діаграми направленості (ДН) антен у вертикальній і 
горизонтальній площинах (під будь-якими вертикальними кутами). 
 Одночасно порівнювати результати моделювання декількох різних антен 
(ДН і всі основні характеристики). 
 Редагувати опис кожного елемента антени, включаючи можливість 
змінювати форму елемента без зсуву його резонансної частоти. Простіше 
кажучи, можна швидко трансформувати «хвильовий канал» в «квадрати» 
або «дельти». 
 Редагувати опис кожного проводу антени. Є можливість перекомпонування 
антени без стомлюючого перебору цифр координат, простим 
перетягуванням мишкою (практично всю антену можна намалювати і 
редагувати однієї мишкою); 
 Прораховувати комбіновані дроти, що складаються з декількох, різних 
діаметрів. Це корисно при розрахунку елементів, складених з труб різного 
діаметру, наприклад «хвильових каналів» або вертикалів. 
 Використовувати зручне меню створення багатоповерхових антен - стеків, 
причому в якості елемента стека можна використовувати будь-яку існуючу 
або створену антену. 
 Оптимізувати антену, гнучко налаштовуючи мету оптимізації: Zвх, КСХ, 
підсилення, відношення F/B, мінімум вертикального кута випромінювання, 
причому наочно - движками вказується важливість для вас того чи іншого 
параметра. 
 Задавати зміну при оптимізації більше 90 параметрів антени. Можливий 
опис спільної (залежної) зміни декількох параметрів. 
 Зберігати всі кроки оптимізації у вигляді окремої таблиці. Це корисно для 
подальшого неспішного перегляду та аналізу. 
 Будувати безліч різноманітних графіків: Zвх, КСХ, підсилення, відношення 
випромінювань вперед/назад (F/B), включаючи демонстрацію залежності 
ДН від частоти. 
 Автоматично розраховувати кілька типів узгоджувальних пристроїв (УП), 
причому можливо включати і вимикати їх при побудові графіків. 
 Створювати файли таблиці (формату * .csv, що проглядається в Excel) для 
всіх змінних розрахункових даних: таблиці струмів в кожній точці антени, 
залежність підсилення від вертикальних і горизонтальних кутів, таблиці 
основних параметрів антени як функцій частоти, і нарешті вельми корисну 
таблицю напруженості електричного і магнітного полів антени в заданому 
просторі. Вона необхідна для визначення відповідності антени на вимоги 
електромагнітної сумісності. 
 Розраховувати котушки, контури, УП на LС елементах, УП на відрізках 
довгих ліній (кілька видів), індуктивності і ємності, виконані з відрізків 
коаксіального кабелю. 
В ранніх версіях програми обмежень по взаємному розташуванню проводів 
немає. Це означає, що будь-яка конфігурація провідників буде розрахована 
коректно. Максимальне число: проводів - 512, джерел - 64, навантажень - 100. 
 
3. ДОСЛІДЖЕННЯ СИНФАЗНИХ КОЛІНЕАРНИХ АНТЕН В 
СЕРЕДОВИЩІ GAL-ANA 
 
3.1 Постановка задачі моделювання синфазних колінеарних антен 
 
На УКХ лінійні синфазні антени майже завжди виконують у вигляді 
колінеарних Ground Plane (GР) [5, с.240]. Такі антени мають високе підсилення (за 
рахунок стиснення зенітної ДН) при кругової горизонтальної ДН. Це дозволяє 
проводити не тільки місцеві, а й дальні зв'язку, не обертаючи антену. 
На УКХ не має значення основний недолік колінеарів: вимога високого 
підвісу основи, мінімум 1 . Навіть на 144 МГц це всього пара метрів. Для дійсно 
хорошої роботи колінеарну GР треба піднімати його основу на 2...3, але при 
малій довжині хвилі і це не проблема. 
На УКХ застосовується майже виключно послідовне живлення колінеарів. 
Від кінця одного елемента через фазуючу лінію до початку іншого. Живлення 
кожного елемента окремим кабелем від розгалуджувача не використовується, так 
як струми, наведені на зовнішні обплетення кабелів, спотворюють кругову ДН в 
азимутальній площині. Фазуюча лінія може бути виконана або як відрізок 
повітряної короткозамкненої двопровідної лінії довжиною близько /6, або як 
котушка індуктивності з реактивним опором кілька сотень Ом. 
Через послідовне живлення в колінеарах говорять не про відстані між 
елементами, а про довжину елемента. На УКХ найбільш раціонально 
використовувати елементи наступної довжини: 
• 0.75, (/2 + 2 рази по /8). Всі, крім двох крайніх; 
• 0.625, (/2 + /8). Верхній; 
• нижній елемент може бути двох різних розмірів, в залежності від способу 
живлення: 
1) 0,375, (/4+/8), якщо живлення в максимумі струму. Потрібні 
резонансні /4 противаги і іноді (на високих колінеарах) ще і узгоджуючі 
пристрої (УП) в точці живлення; 
2) 0,625, (/2 + /8), якщо живлення в мінімумі струму. Вузол живлення 
краще всього зробити як у J-антени: /4 короткозамкненою двопровідною лінією 
з живленням в перемичку поблизу нижнього кінця лінії. Противаги і УП не 
потрібні. 
Перемножуючі все вищесказане на різні варіанти виконання фазуючих 
ланцюгів між елементами (відрізки двопровідних ліній, котушки індуктивності), 
отримуємо все різноманіття УКХ колінеарів.  
Розглянемо чотири основних множини таких антен, спроектованих на 
діапазон 145 МГц. 
 
3.2 Синфазні колінеарні антени, що живляться в максимумі струму з 
фазуванням /6 шлейфами 
 
Перша множина колінеарних антен живиться в максимумі струму (тобто з 
противагами) і використовує фазуючі лінії у вигляді короткозамкненого відрізка 
довжиною /6. Розглянемо і дослідимо три антени цього сімейства. Перша антена 
представляє собою послідовне з’єднання відрізків довжиною 0,37 і 0,62 з 
використанням фазуючі лінії у вигляді шлейфу довжиною /6. Графічна побудова 
такої антени в середовищі GAL-ANA представлена на рис.3.1 [6]. Антена 
складається з 7 дротів (рис.3.2,а), з яких два (W001 і W002) виконують роль 
колінеарів довжиною 0,37 і 0,62, три (W003-W005)  – утворюють 
короткозамкнений відрізок довжиною /6 і останні два (W006 і W007) – 
противаги. Живлення подається на вхід 1-го елемента антени діапазону 145 МГц 
(рис.3.2, б). 
Розрахуємо параметри і характеристики антени для вільного простору і 
використаємо движок MININEC. Опір навантаження становить 50 Ом.  
 
Рисунок 3.1 – Загальний вигляд колінеарної антени 0,37 + 0,62  
з фазуванням /6 шлейфом 
   
а)     б) 
Рисунок 3.2 – Закладки «Геометрія» (а) і «Джерела живлення» (б)  
для колінеарної антени 0,37 + 0,62 з фазуванням /6 шлейфом 
 
Результати моделювання антени рис.3.1 для вільного простору 
представленні на рис.3.3,а. Підсилення антени Ga  становить 4,29 dBi, що є гарним 
показником для ненаправлених антен. Кут елевації становить 1 градус, але 
оскільки антена використовується для місцевого зв’язку це не є недоліком. 
Вхідний опір антени становить 56 Ом і має невелику реактивну складову близько 
1 Ом, тому узгодження антени з 50-Омним фідером буде гарне, а КСХ антени 
становить 1,14.  
Діаграма направленості (ДН) антени розрахована для вільного простору і 
представлена на рис.3.3,а. В горизонтальній площині ДН є круговою, а у 
вертикальній має дві основні пелюстки випромінення, направлені в протилежні 
боки, отже така антена є ненаправленою. Тривимірна ДН досліджуваної антени 
представлена на рис.3.3,б і дає краще уявлення про характер випромінення 
електромагнітного поля.  
Ускладнимо колінеарну антену рис.3.1, добавивши всередину ще один 
випромінюючий елемент довжиною 0,75. Теоретично це дозволить отримати 
виграш в підсиленні але змінить решту параметрів, тому цікаво дослідити чи 
варто таку модифікацію застосовувати. Нова модель антени 0,37+ 0,75 + 
0,62 конструктивно складається з 11 дротів, оскільки до попередніх семи 
добавилися 
 
а) 
 
б) 
Рисунок 3.3 – Результати чисельного розрахунку параметрів (а) і тривимірна  
ДН (б)  колінеарної антени 0,37 + 0,62 з фазуванням /6 шлейфом 
випромінювач і короткозамкнений шлейф довжиною /6, що реалізується за 
допомогою трьох дротів (рис.3.4).  
 
Рисунок 3.4 – Загальний вигляд колінеарної антени 0,37 + 0,75 + 0,62  
з фазуванням /6 шлейфами 
 
Не змінюючи частоту сигналу 145 МГц, обчислимо параметри і направлені 
характеристики запропонованої антени [6] для вільного простору і використаємо 
движок MININEC. Опір навантаження залишаємо стандартним 50 Ом.  
Для вільного простору результати моделювання антени рис.3.4 наведені на 
рис.3.5. Підсилення антени Ga  зросло на 2 dBi за рахунок додаткового елемента 
антени та становить 6,33 dBi. Кут елевації не змінився і дорівнює 1 градус. 
Вхідний опір антени збільшився до 85 Ом і зросла реактивна складова до 4 Ом, 
тому узгодження антени з 50-Омним фідером стане гірше порівняно з антеною 
рис.3.1, а КСХ антени складає 1,72.  
Діаграма направленості (ДН) антени рис.3.4 побудована для вільного 
простору і також представлена на рис.3.5 в двох проекціях. В горизонтальній 
площині ДН залишилася майже ідеально круговою, а у вертикальній має дві 
основні пелюстки випромінення, що орієнтовані горизонтально і бічні пелюстки, 
що обумовлюють випромінення вгору. З рис.3.5 видно, що відношення F/B 
складає  близько 10 dBi, що помітно краще порівняно з результатами для антени 
рис.3.1. Тривимірні ДН антен далі наводити не будемо, оскільки їх якісний 
характер подібний і відмінності полягають насамперед в ширині основної 
пелюстки та формі флуктуацій бічних пелюсток, випромінення яких направлене 
вгору.  
 
Рисунок 3.5 – Результати чисельного розрахунку параметрів та ДН 
колінеарної антени 0,37 +0,75 + 0,62 з фазуванням /6 шлейфами 
 
Оскільки модернізація антени рис.3.1 дала бажані результати, і підсилення 
антени рис.3.4 має підсилення на 2 дБі більше, продовжимо нарощувати довжину 
антени, добавивши ще один випроміюючий елемент в середину конструкції 
довжиною  0,75. 
Імітаційна модель антени 0,37+ 0,75 + 0,75 + 0,62складається з 15 
дротів, які утворюють 4 випромінюючі елементи, розділені трьома 
короткозамкненими шлейфами довжиною /6 і дві противаги (рис.3.6) [6].  
 
Рисунок 3.6 – Загальний вигляд колінеарної антени  
0,37 + 0,75 + 0,75 + 0,62 з фазуванням /6 шлейфами 
 
За допомогою програми GAL-ANA знайдемо параметри і побудуємо 
діаграму направленості антени рис.3.6 для вільного простору з використанням 
движка MININEC.  
Для вільного простору, задавшись опором лінії 50 Ом, проаналізуємо 
результати моделювання антени рис.3.6.  
Підсилення антени Ga  очікувано збільшилося, але на меншу величину ніж 
для попередньої антени і величина зростання становить 1,33 dBi. Менший приріст 
підсилення обумовлено тим, що живлення елементів антени послідовне і частина 
енергії, вже випромінена попередніми елементами. Проте загальний показник 
підсилення доволі гарний і становить  7,66 dBi. Напрямок максимуму 
випромінення змінився лише на 1 градус, що не впливає на направлені 
властивості антени. Проблемним моментом модернізації антени був ріст вхідного 
опору антени. В даному випадку тенденція не змінилася і вхідний опір збільшився 
до 120 Ом, що в 2,4 рази більше хвильового опору лінії передачі. Не дивно, що 
узгодження фідера і антени погіршиться, про що свідчить значення КСХ, який 
дорівнює 2,41. Цей факт вказує на необхідність використання узгоджуючих 
пристроїв для зменшення значень КСХ. 
 
Рисунок 3.7 – Результати моделювання та ДН колінеарної антени 
0,37 +0,75 +0,75 + 0,62 з фазуванням /6 шлейфами 
 
Проекції діаграми направленості антени рис.3.6 побудовані для вільного 
простору і представлені на рис.3.7. В горизонтальній площині зберігається 
кругова ДН, а форма вертикальної проекції аналогічна попереднім конструкціям. 
Відмітимо, що головні пелюстки ДН звужуються, а відношення F/B збільшується 
і становить  близько 14 dBi.  
Підведемо підсумки моделювання антен визначеного класу - колінеарних 
антен, що живляться в максимумі струму з фазуванням /6 шлейфами. Всі антени 
складаються з випромінюючих елементів, фазуючих шлейфів та противаг. 
Результати моделювання антен рис.3.1, рис.3.4 і рис.3.6 зведені в табл.3.1. З 
таблиці видно, що платою за збільшення підсилення, обумовлене додатковим 
елементом, є зростання вхідного опору антени, що погіршує її узгодження з 
фідером. 
Таблиця 3.1 
Результати моделювання різних конструкцій колінеарних антен,  
що живляться в максимумі струму з фазуванням /6 шлейфами 
Параметр 0,37 + 0,62 0,37+ 0,75 + 0,62 0,37+ 0,75 + 
0,75 + 0,62 
Частота, МГц 145  
Підсилення, дБі 4,29 6,33 7,66 
Вхідний опір, Ом 56 85 120 
КСХ 1,14 1,72 2,41 
Кут елевації 1 1 0 
 
 
3.3 Синфазні колінеарні антени, що живляться в максимумі струму з 
фазуванням котушками 
 
Друге сімейство антен також з живленням в максимумі струму (з 
противагами), але фазування виконано котушками близько 0,5 мкГн. Розглянемо 
динаміку зміни параметрів антен цього сімейства на прикладі трьох антен, які 
конструктивно подібні до антен рис.3.1, рис.3.4 і рис.2.6, але замість 
короткозамкнених шлейфів довжиною /6 для їх сполучення використовуються 
котушки індуктивності. За відсутності короткозамикаючих шлейфів конструкції 
імітаційних моделей будуть складатися з меншого числа дротів. Антена, що є 
еквівалентною антені рис.3.1 зображена на рис.3.8. 
 
Рисунок 3.8 – Загальний вигляд колінеарної антени 0,37 + 0,62  
з фазуванням котушкой 
 
Проведемо розрахунок параметрів і характеристик антени рис.3.8 для 
вільного простору, для чого використаємо движок MININEC. Установимо частоту 
145 МГц, а опір фідера –50 Ом.  
На рис.3.9 наведено результати моделювання антени рис.3.8 для вільного 
простору. Величина підсилення антени рис.3.8 майже співпадає з підсиленням 
антени рис.3.1 і становить 4,17 dBi, це на 0,12 dBi гірше. Кут елевації близький до 
горизонтального випромінення і відрізняється на 4 градуси, що не впливає на 
роботу антени. Позитивним моментом конструкції антени на рис.3.8 є зменшення 
вхідного опору антени, який дорівнює 49,77 Ом, тому узгодження антени з 50-
Омним фідером буде майже ідеальним, а КСХ антени становить 1,03.  
Для зручності порівняння результатів встановимо прапорець для вільного 
простору. Діаграма направленості антени рис.3.8 наведена на рис.3.9. Якісний 
характер ДН для антени рис.3.8 збігається з результатами для антени рис.3.1. 
 
Рисунок 3.9 – Результати чисельного розрахунку параметрів та проекції ДН 
колінеарної антени 0,37 + 0,62 з фазуванням котушкою 
 
Антена, представлена на рис.3.10 є аналогом антени рис.3.4. На рис. 3.11 
наведено результати її моделювання і проекції діаграми направленості. 
Підсилення антен Ga  відрізняється на 0,1 dBi на користь антени, фазованної 
короткозамкненим шлейфом. Напрямок максимального випромінення змістився 
всього на 3 градуси Вхідний опір антени становить 74 Ом, що на 11 Ом менше 
порівняно з конструкцією рис.3.4. Менше значення опору позитивно впливає на 
узгодження антени з фідером, а КСХ антени становить 1,49. Проекції діаграми 
направленості антени рис.3.10 наведені на рис.3.11. Також бачимо, що додатковий 
елемент антени звужує головну пелюстку ДН і збільшує відношення F/B. В 
цілому можна говорити, що ДН для антени рис.3.4 і рис.3.10 подібні.  
 
Рисунок 3.10 – Загальний вигляд колінеарної антени 0,37 + 0,75 + 0,62  
з фазуванням котушками 
 
 
 
Рисунок 3.11 – Результати чисельного розрахунку параметрів та ДН 
колінеарної антени 0,37 +0,75 + 0,62 з фазуванням котушками 
 
Остання модель антени 0,37+ 0,75 + 0,75 + 0,62 заданого класу 
представлена на рис.3.12 і є аналогом антени рис.3.6. Проведемо розрахунок її 
параметрів в середовищі GAL-ANA (рис.3.13) і порівняємо результати для антен з 
різними способами фазування елементів.  
Підсилення колінеарної антени з фазуванням котушками на 0,09 dBi менше 
ніж для антени з фазуванням короткозамкненими шлейфами. Отже можна 
говорити про сталу динаміку росту підсилення антен з різними способами 
фазування елементів. Опір антени передбачувано збільшився, але на так сильно як 
в конструкції зі шлейфами, тому КСХ<2 і можна не використовувати додаткові 
узгоджуючі пристрої. Діаграма направленості антени рис.3.12 якісно і кількісно 
подібна до ДН антени рис.3.6.  
 
Рисунок 3.12 – Загальний вигляд колінеарної антени  
0,37 + 0,75 + 0,75 + 0,62 з фазуванням котушками 
 
Рисунок 3.13 – Результати моделювання колінеарної 
антени 0,37 +0,75 + 0,62 з фазуванням котушками 
Результати моделювання колінеарних антен, що живляться в максимумі 
струму з фазуванням котушками, ведені в табл.3.2. З таблиці видно, що як і для 
антен, описаних в п.3.2 (табл.3.1), збільшення кількості випромінюючих 
елементів антени приводить до збільшення підсилення, проте кожен наступний 
елемент дає менший приріст підсилення, оскільки енергія відбирається 
попередніми елементами і витрачається на випромінення. Через втрати в 
котушках підсилення виходить трохи нижче, ніж при фазуванні /6 шлейфами. 
Вхідний опір антени також збільшується, але не так стрімко як для антен, 
фазованих короткозамкненими шлейфами, тому всі конструкції антен 
задовольняють критерію КСХ<2 і можуть використовуватися без додаткового 
узгодження.  
Таблиця 3.2 
Результати моделювання різних конструкцій колінеарних антен,  
що живляться в максимумі струму з фазуванням котушками 
Параметр 0,37 + 0,37+ 0,75 + 0,37+ 0,75 +  
0,62+L 0,62+L 0,75 + 0,62+L 
Частота, МГц 145  
Підсилення, дБі 4,17 6.23 7,57 
Вхідний опір, Ом 49 74 98 
КСХ 1,03 1,49 1,99 
Кут елевації 177 4 176 
 
 
3.4 Синфазні колінеарні антени, що живляться в максимумі напруги з 
фазуванням /8 шлейфами 
 
Розглянемо сімейство колінеарних антен, які живляться в точці максимуму 
напруги. Тому перший елемент подовжений до 0.625, (/2 + /8) і 
використовується УП у вигляді короткозамкненої /4 двопровідної лінії з 
живленням в перемичку поблизу нижнього кінця лінії (як у J-антени). Заодно цей 
УП виконує роль противаги. Фазування в цьому сімействі здійснюється 
короткозамкненими відрізками двопровідної лінії довжиною /8. Оскільки 
фізична висота антен при живленні напругою більше, ніж при живленні струмом, 
то їх підсилення вище. 
 
Рисунок 3.14 – Загальний вигляд колінеарної антени 0,62 + 0,62  
з фазуванням /8 шлейфом 
 
Перша антена представляє собою з’єднання двох відрізків однакової 
довжини 0,62 з використанням фазуючої лінії у вигляді шлейфу довжиною /8. 
Імітаційна модель такої антени в середовищі GAL-ANA наведена на рис.3.14 [6]. 
Антена складається з 11 дротів (рис.3.15,б), з яких два (W001 і W002) виконують 
роль випромінюючих елементів довжиною 0,62 кожен, три дроти (W003-W005)   
утворюють короткозамкнений відрізок довжиною /8 і ще за допомогою шести 
дротів (W006 і W0011) синтезується узгоджуючий пристрій у вигляді 
короткозамкненої /4 двопровідної лінії (рис.3.15,а). Діаметр провідників складає 
1,6 мм. Антена живиться в перемичку поблизу нижнього кінця лінії (рис.3.15, в). 
    
а)    б)     в) 
Рисунок 3.15 – Узгоджуючий пристрій (а); закладки «Геометрія» (б) і «Джерела 
живлення» (в) для колінеарної антени 0,62 + 0,62 з фазуванням /8 шлейфом 
 
Проведемо розрахунок параметрів і характеристик антени 0.625+0.625, 
що живиться в максимумі напруги з фазуванням /8 шлейфом. Оберемо вільний 
простір і скористаємося движком MININEC. Задамо опір лінії передачі 50 Ом.  
На рис.3.16 наведено результати чисельного розрахунку параметрів антени 
рис.3.14 для вільного простору. Підсилення антени рис.3.14 дорівнює 5,38 дБі, що 
на 1,11 дБі краще порівняно з антеною рис.3.1, яка живилася в максимумі струму. 
Нагадаємо, що такий приріст підсилення досягався в попередніх конструкціях при 
збільшенні конструкції антени на 1 елемент, тобто виграш в підсилені очевидний. 
Оскільки антена підключається до фідера через узгоджуючий пристрій, її опір 
близький до опору фідера, а КСХ дорівнює 1,14. Діаграма направленості антени 
для вільного простору зображена на рис.3.16. В горизонтальній площині ДН є 
круговою, а у вертикальній має дві основні пелюстки випромінення, орієнтовані 
горизонтально і направлені в протилежні боки, і дві бічні пелюстки, напрямок 
випромінення яких становить 60 і 120 градусів.  
 
Рисунок 3.16 – Результати моделювання та ДН колінеарної антени 
0,62 + 0,62 з фазуванням /8 шлейфами 
 
Подальше удосконалення антени рис.3.15, направлене на збільшення її 
підсилення і звуження основної пелюстки ДН, буде здійснюватися за алгоритмом, 
розглянутим в п.3.2, а саме збільшимо довжину антени рис.3.15, добавивши 
всередину додатковий випромінюючий елемент довжиною 0,75. Нова модель 
антени 0,37+ 0,75 + 0,62 виконана з 15 дротів, оскільки до попередніх 11 
добавилися шлейф, виконаний з трьох дротів, і безпосередньо випромінюючий 
елемент (рис.3.17).  
 
Рисунок 3.17 – Загальний вигляд колінеарної антени 0,62 +0,75 + 0,62  
з фазуванням /8 шлейфом 
 
Для частоти сигналу 145 МГц, розрахуємо параметри і характеристики 
запропонованої антени [6] для вільного простору. Результати комп’ютерного 
моделювання антени рис.3.17 наведені на рис.3.18. Підсилення антени Ga  
збільшилося на 1,63 dBi, в той час як приріст підсилення антени, що живиться в 
максимумі струму, складав 2 дБі. Проте цей параметр антени ще спочатку мав 
кращу стартову позицию, том у загальна величина підсилення буде більшою і 
становить 7,01 дБі. Вхідний опір антени майже не змінився, тому узгодження 
антени з 50-Омним фідером залишається гарним, а КСХ антени складає 1,11.  
Проекції діаграми направленості антени рис.3.17 представлені  на рис.3.18. 
ЇЇ форма подібна до форми ДН, зображеній на рис.3.16. Слід відмітити, що 
випромінення бічних пелюсток зменшується, що виражається збільшенням 
величини відношення  F/B, яке, судячи за рис.3.18, складає  близько 8 dBi  
 
Рисунок 3.18 – Результати моделювання та ДН колінеарної антени 
0,62 +0,75 + 0,62 з фазуванням /8 шлейфами 
 
Наступним кроком удосконалення антен рис.3.14 і рис.3.17 є збільшення 
довжини антени, ще на 0,75. Оскільки до довжини першого і останнього плечей 
висуваються жорсткі вимоги, то подовження конструкції відбуватиметься в 
середині антени. Отриману модель антени можна назвати 0,37+ 0,75 + 0,75 + 
0,62, яка красномовна вказує на особливості її конструкції. Всі елементи антени 
розділені короткозамкненими шлейфами довжиною /8, при цьому антена не 
містить противаг, оскільки їх роль виконує узгоджуючий пристрій (рис.3.19) [6].  
Запускаємо обчислення моделі досліджуваної антени в програмі GAL-ANA  
і знаходимо параметри і діаграму направленості антени рис.3.19. 
 
Рисунок 3.19 – Загальний вигляд колінеарної антени  
0,62 +0,75 +0,75 + 0,62 з фазуванням /8 шлейфом 
 
З рис.3.20 видно, що підсилення антени Ga  збільшилося до 8,04 дБі, що на 1 
дБі краще порівняно з моделю рис.3.17. dBi. Кількість бічних пелюсток 
збільшилася, проте їх рівень зменшився, оскільки енергія перенаправляється в 
напрямку основного максимуму випромінення. Вхідний опір майже не змінився 
із-за наявності УП, тому значення КСХ близьке до 1. 
Узагальненням результатів моделювання множини колінеарних антен, що 
живляться в максимумі напруги з фазуванням /8 шлейфами є табл.3.3. З таблиці 
видно, що антени цього класу мають дещо вище підсилення порівняно з антенами, 
що живляться в максимумі струму. Особливості розміщення точки живлення і 
наявність УП (J-шлейф) забезпечують сталість вхідного опору 50 Ом (це питання 
ретельності налаштування нижньої /4 лінії і перемички живлення) і як наслідок 
гарне узгодження антен і фідерів.  
 
 
Рисунок 3.20 – Результати моделювання та ДН колінеарної антени 
0,62 +0,75 +0,75 + 0,62 з фазуванням /8 шлейфами 
 
Таблиця 3.3 
Результати моделювання різних конструкцій колінеарних антен,  
що живляться в максимумі напруги з фазуванням /8 шлейфами 
Параметр 0,62 + 0,62 0,62+ 0,75 + 0,62 0,62+ 0,75 +  
0,75 + 0,62 
Частота, МГц 145  
Підсилення, дБі 5,38 7,01 8,04 
Вхідний опір, Ом 51 52 54 
КСХ 1.14 1,11 1,11 
Кут елевації 5 3 3 
3.5 Синфазні колінеарні антени, що живляться в максимумі напруги з 
фазуванням котушками 
 
Останнє сімейство колінеарів відрізняється від попереднього тільки тим, що 
фазування виконано котушками. Застосування котушок вносить втрати і трохи 
знижує підсилення. 
На кабелі, що живить колінеарну антену, має бути пристрій для зменшення 
паразитного синфазного струму обплетення. Наприклад дросель, що розв'язує, або 
/4 стакан. Інакше цей струм може істотно зіпсувати зенітну ДН антени. 
На відміну від більшості інших синфазних антен, у колінеарів з 
послідовним живленням смуга звужується з ростом числа елементів. Причина в 
послідовному живленні. Воно забезпечує точну синфазність елементів лише там, 
де фазозсуваючі лінії мають необхідну величину фазового зсуву. Але зсув фази і в 
лінії, і в котушці залежить від частоти. Тому якщо трохи змінити частоту в 
сторону від оптимальної, то другий елемент вже буде збуджуватись з невеликою 
помилкою по фазі (за рахунок фазового похибки лінії на цій частоті). На третьому 
елементі ця помилка подвоїться (до нього ж дві фазуючі лінії), і т.д. Тому будь-
яка, навіть дуже мала фазова помилка (в довжині елементів, частоті і т.п.), дуже 
швидко зростає з ростом числа елементів. Відповідно звужується смуга. 
Розглянемо антени п.3.4 за умови, що фазування виконано не у вигляді 
шлейфів, а за допомогою котушок індуктивності. Антена, що є аналогом антени 
рис.3.14 зображена на рис.3.21. Результати розрахунку параметрів і характеристик 
такої антени представлені на рис.3.22.  
Підсилення антени рис.3.8 із-за втрат в котушці зменшується на 0,16 дБі, 
порівняно з випадком використання короткозамкненого шлейфу. Наявність УП 
забезпечує стале значення вхідного опору, а невелика похибка може приводити до 
наявності невеликої реактивної складової. Втім це майже не впливає на якість 
узгодження і КСХ антени становить 1,1. Направлені властивості антени не 
змінюються і мають ті ж особливості що вже обговорювалися для аналогічної 
конструкції.   
 
Рисунок 3.21 – Загальний вигляд колінеарної антени  
0,62 + 0,62 з фазуванням котушкою індуктивності 
 
Рисунок 3.22 – Результати моделювання та ДН колінеарної антени 
0,62 + 0,62 з фазуванням котушкою індуктивності 
Наступна модель антени 0,62+ 0,75 + 0,62 з фазуванням котушками 
індуктивності представлена на рис.3.23 [6]. 
 
Рисунок 3.23 – Загальний вигляд колінеарної антени  
0,62 +0,75 + 0,62 з фазуванням котушками індуктивності 
 
Результати імітаційного моделювання антени рис.3.23 для вільного 
простору, засобами програми GAL-ANA, наведені на рис.3.24. Традиційну 
основна увага привернуто до підсилення антени Ga , яке збільшилося на 1,7 дБі. 
Не дивлячись на наявність УП помітно збільшився реактивна складова вхідного 
імпедансу антени до 12 Ом, що вплинуло на значення КСХ, яке в даному випадку 
дорівнює 1,29. 
Діаграма направленості антени рис.3.23 максимально подібна до ДН антени 
рис.3.17. Збільшення кількості активних елементів антени ускладнює картину 
розподілу бічних пелюсток, проте їх випромінення значно менше випромінення 
основної пелюстки.   
 
Рисунок 3.24 – Результати моделювання та ДН колінеарної антени 
0,62 +0,75 + 0,62 з фазуванням котушкою індуктивності 
 
Розглянемо останній варіант конструкції антени, який характеризується 
найбільшою довжиною, оскільки крім вхідного і вихідного випромінюючого 
елемента додатково містить два проміжних елемента довжиною 0,75. Така 
модель антени може бути позначена 0,37+ 0,75 + 0,75 + 0,62 і аналогічна 
моделі антени на рис.3.19, за виключенням того випромінюючі елементи, 
розділені не короткозамкненими шлейфами довжиною /8, а котушками 
(рис.3.25) [6].  
Запускаємо на виконання модель антени рис.3.25 і проаналізуємо отримані 
параметри і характеристики (рис.3.26).  
Підсилення антени Ga  складає 7,98 дБі, що всього на 0,06 дБі менше 
порівняно з конструкцією антени рис.3.19, яка передвачає фазування за 
допомогою короткозамкнених шлейфів. Опір антени гарно узгоджений з опором 
фідера, а КСХ=1,29. Для горизонтальної проекції форма діаграми направленості 
зберігається круговою, а вертикальна проекція традиційно містить дві основних 
пелістки і бічні, що випромінюють вгору і вниз. Відношення F/B має невелике 
значення  близько 9 dBi. 
 
Рисунок 3.25 – Загальний вигляд колінеарної антени  
0,62 +0,75 +0,75 + 0,62 з фазуванням котушками індуктивності 
 
Для порівняння параметрів антен, досліджених в даному пункті, зведемо 
результати в табл.3.4. З таблиці видно, що антени мають гарне підсилення, яке 
рості зі збільшенням кількості елементів. Втрати в котушках обумовлюють 
незначне погіршення підсилення, проте на практиці ним можна знехтувати. Всі 
антени мають вхідний опір, близький до опору фідера 50 Ом, тому КСХ<1,3. 
 
 
Рисунок 3.26 – Результати моделювання та ДН колінеарної антени 
0,62 +0,75 +0,75 + 0,62 з фазуванням котушкою індуктивності 
 
Таблиця 3.4 
Результати моделювання різних конструкцій колінеарних антен,  
що живляться в максимумі напруги з фазуванням котушками 
Параметр 0,62 + 0,62+ 0,75 + 0,62+ 0,75 +  
0,62+L 0,62+L 0,75 + 0,62+L 
Частота, МГц 145  
Підсилення, дБі 5,22 6,92 7,98 
Вхідний опір, Ом 51 54 50 
КСХ 1,1 1,29 1,29 
Кут елевації 2 0 2 
 
 
4. ОХОРОНА ПРАЦІ 
 
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають при  
      виконанні робіт в приміщенні науково-технічного відділу 
 
В даному розділі бакалаврської роботи аналізуються умови праці 
спеціаліста при дослідженні параметрів антен різноманітних конструкцій в 
приміщенні науково-технічного відділу. Виконання цих робіт не можливе без 
використання персонального комп’ютера (ПК), укомплектованого різними 
периферійними пристроями та необхідними для розрахунків прикладними 
програмами. Важливим є детально проаналізувати всі небезпечні та шкідливі 
фактори оточуючого середовища, які можуть безпосередньо або побічно впливати 
на працюючого, що призводить до зміни його продуктивності та стану здоров’я. 
Проаналізуємо фактори, що впливають на здоров'я і працездатність  
співробітника, який працює у відділі на комп’ютері. За рівнем фізичних 
навантажень дана робота відноситься до категорії I а. 
Робочі місця п’ятьох співробітників є постійними і являють собою комплект 
з робочого столу, на якому встановлений персональний комп'ютер, принтер та 
інші периферійні пристрої, стільця або офісного крісла. Монітори комп’ютерів 
розташовано таким чином, щоб відстань від очей користувача до екрану складала 
о
не менше 70-80 cм, кут зору 30 .  
Розміри приміщення відділу становлять: ширина – 6 м, довжина – 10 м, 
висота стелі – 3 м, відповідно площа стелі складає 60 м2. Приміщення 
розраховане на максимальну кількість працюючих 5 осіб. Звідси площа, яка 
припадає на одну людину, дорівнює 12 м2. Об’єм приміщення складає 180 м3. 
Звідси об'єм, який припадає на одну людину, дорівнює 36 м3, що відповідає 
вимогам ДБН В.2.2.28-2010. 
Приміщення відділу розташоване в північній частині лівого крила    
чотириповерхової цегляної будівлі. Стіни приміщення світло-блакитного 
забарвлення із коефіцієнтом відбиття світла 30-40%. 
На здоров’я та самопочуття співробітника відділу, під час його роботи, в 
першу чергу безпосередньо впливають фактори мікроклімату в робочому 
приміщенні. 
 Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 нормативні значення основних факторів 
мікроклімату наступні: 
1. Температури повітря: 
 -     В теплий період року – 21-24 °С (допустима – 21-28 °С). ; 
 -     В холодний період року – 22-24 °С  (допустима – 21-25 °С). 
2. Вологість повітря: 
-     В теплий період року – 40-60 %; 
-     В холодний період року – 40-60 %. 
3. Швидкість руху повітря: 
-     В теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1-0,2 м/с) ; 
-     В холодний період року –  0,1 м/с (допустима –  менше 0,1 м/с) . 
Фактичні значення даних параметрів становлять відповідно:  
1. Температури повітря: 
-     В теплий період року – 24-26 °С ; 
-     В холодний період року – 18-21 °С . 
2. Вологість повітря: 
-     В теплий період року – 42-46 %; 
-     В холодний період року – 40-44 %. 
3. Швидкість руху повітря: 
-     В теплий період року – 0,05-0,1 м/с; 
-     В холодний період року – 0,1-0,15м/с. 
Температура повітря в холодний період року не відповідає нормативним 
вимогам. 
У відділу в холодний період року функціонує система централізованого 
водяного опалення, яка не забезпечує підтримання нормативної температури 
повітря і тому, не відповідаючи ДБН В.2.5.67-2013 «Опалення, вентиляція та 
кондиціювання», потребує модернізації. Для її забезпечення пропонується 
використати сучасні опалювальні радіатори. 
Проаналізуємо освітлення робочих місць. В першу чергу, світло 
звичайно впливає на органи зору. Якщо освітлення недостатньо, очі 
доводиться напружувати, від цього швидко втомлюються очні м'язи. Тривалі і 
систематичні навантаження можуть привести до короткозорості. Саме з цієї 
причини при виконанні будь-якої роботи важливо забезпечувати достатній 
рівень освітленості. Крім того, великий контраст предмета і фону також 
негативно впливає на очі. 
Природне освітлення приміщення відділу є однобічним, з північною 
орієнтацією віконних отворів та здійснюється через чотири вікна,  розміри яких 
становлять 21,80 м. Робочі столи працівників розташовані таким чином, що 
вікна знаходяться збоку від працюючого. Вікна обладнані світлорозсіюючими 
жалюзі. При цьому у полі зору працюючого забезпечується оптимальне 
співвідношення яскравості робочих та навколишніх поверхонь та обмежене 
відбивання світла від екрану та функціональної клавіатури. 
Згідно з нормами проектування ДБН В.2.5-28-2018 «Природне і штучне 
освітлення» нормування природного освітлення проводиться за допомогою 
коефіцієнта природного освітлення (КПО), вираженого в відсотках, який для 
даного типу зорової праці складає 1,5 %. Фактичне значення КПО становить 
22-25 %. Тому рівень природного освітлення є достатнім. 
Працівник відділу більшу частину свого робочого часу візуально працює з 
монітором комп’ютера, де найменший об’єкт розрізнення являється крапкою, 
розмір якої становить близько 0,25-0,26 мм. Саме тому його зорова прац 
відповідає високому ступеню точності зорової праці. Розряд зорової праці – II, під 
розряд – г, що відповідає великому контрасту об’єкту розрізнення та фону. 
Контрастність найменшого об’єкту розрізнення та фонів: між текстом на моніторі 
та фоном, між текстом на аркуші паперу та аркушем, букв на клавіатурі являється 
великою, що сприяє до зменшення напруги зорової праці та зменшення загальної 
кількості помилок. 
Приміщення відділу має штучне освітлення. При штучному освітленні 
величина освітленості нормується в люксах (Лк), яка вибирається в залежності від 
характеристик зорової праці з урахуванням найменшого розміру об'єкта 
розрізнення, фону, контрасту об'єкта розрізнення з фоном. 
Приміщення відділу обладнане освітлювачами типу ЛСП 02В - 2×40 у 
кількості 6 шт., кожний з яких має дві люмінесцентні лампи денного світла. 
Необхідна величина штучного загального освітлення для даного типу зорової 
праці складає 400 лк., а фактичне значення даного параметра складає 280-300 лк. 
Отже, рівень штучного освітлення на робочому місці не є достатнім відповідно 
до ДБН В.2.5-28-2018 «Природне і штучне освітлення». Тому система 
загального штучного освітлення потребує модернізації. 
Проаналізуємо вплив підвищеного рівня шуму на працюючих. Перш за 
все, шум діє негативно на орган слуху. Шумові явища мають властивості 
кумуляції - накопичуючись в організмі, шумові впливи починають все більше 
і більше пригнічувати нервову систему. Шум знижує уважність, уповільнює 
психічні реакції, прискорює процеси перевтоми, порушує ритми пульсу і 
дихання, порушує обмін речовин. 
Слід зазначити, що шум сприяє збільшенню неврозів: у людей 
з'являється хронічна перевтома, стають дратівливими, їх не покидає глибоке 
невдоволення, вони відчувають образу і почуття душевного протесту. Все це 
гнітюче діє на психіку. Шум вражає перш за все центральну нервову систему. 
Весь складний комплекс захисно-пристосувальних функцій нашого організму 
перебуває під регулюючим впливом центральної нервової системи, і якщо 
вона уражена, пристосувальний механізм виявляється безсилим. Орган слуху 
людини - надзвичайно чутливий апарат, створений природою для сприйняття 
звукових коливань повітряного середовища. Нервові центри органу слуху 
мають складну і різноманітну зв'язок з іншими нервовими центрами в 
організмі (судинним, зоровим, дихальним, руховим, травним і ін.), які 
контролюють ряд життєво-важливих функцій в організмі. Під впливом шуму 
виникають вегетативні реакції, які обумовлюють порушення периферичного 
кровообігу за рахунок звуження капілярів, змінюється артеріальний тиск. 
Головним джерелом шуму в приміщенні є вентилятори охолодження в 
системних блоках комп’ютерів та робочий шум периферійних пристроїв. 
Нормативне значення еквівалентного рівня шуму при даному виду діяльності 
та типу робочого місця становить 60дБА. Фактичне значення становить 42-45 
дБА. Відповідно до цього дане робоче місце відповідає допустимим вимогам 
по даному фактору згідно ДСН 3.3.6.037-99. 
Іншим важливим фактором виробничого середовища є напруженість 
електромагнітного поля. На робочому місці співробітник підлягає впливу 
електромагнітних полів, джерелом яких є ПК та периферійні пристрої, проте, 
даний вплив електромагнітних полів є незначним і не перевищує нормативне 
значення, визначене ДСН 3.3.6.096-2002 «Державні санітарні норми та правила 
при роботі з джерелами електромагнітних полів». 
Умови праці співробітників відділу при роботі з комп'ютером крім стану 
параметрів виробничого середовища, визначаються також характеристиками 
використовуваного устаткування, якістю робочих матеріалів у робочій зоні, 
конструкцією робочих меблів та її розмірними характеристиками. Тип робочого 
крісла обирається у відповідності ДСТУ 7951:2015 та в залежності від тривалості 
роботи: при тривалій - масивне, при короткочасній - крісло легкої конструкції, яке 
легко пересувати. Ширина столу 1,2 м, усі предмети, що знаходяться на ньому 
розташовані на відстані не більш 75 см від працівника, отже вони знаходяться в 
робочій зоні. Висота столу 74 см; висота стільця 40 см. 
Робоча поза працюючого безпосередньо пов’язана з тривалим очікуванням 
закінчення обрахунків комп’ютером, що в свою чергу призводить до 
періодичного перебування в незручній, фіксованій позі до 25% від загальної 
тривалості роботи. 
До психологічного навантаження доцільно віднести роботу дослідника з 
великим обсягом інформації та великою розумовою активністю. Його діяльність 
характеризується тривалим тривожним очікуванням вірних результатів, що 
виснажує людину більш ніж сама робота. Однотипність даних на екрані та 
очікування закінчення розрахунків може привести до додаткового виснаження 
ресурсів організму, швидке стомлення, значне зниження працездатності. 
Електропроводка живлячої мережі напругою 220 В в даному приміщенні 
прокладена під шаром штукатурки. Приміщення відноситься до 3 типу: 
приміщення без підвищеної небезпеки (ПУЕ-17). Оскільки комп’ютери мають 
металевий корпус, тому згідно ДНАОП 0.00-1.32-01 «Правила будови 
електроустановок. Електрообладнання спеціальних установок» та ДСТУ Б В.2.5-
82:2016 усі корпуси обладнання під'єднані до загальної системи захисного 
заземлення. 
Приміщення відділу відноситься до приміщень з категорією пожежобезпеки 
типу В, згідно з ДСТУ Б В.1.1-82:2016. У відділу забезпечуються всі необхідні 
заходи щодо протидії виникнення пожежонебезпечних ситуацій згідно з та НАПБ 
А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки України». План евакуації розміщений 
на стіні з вільним доступом до неї. Для попередження пожеж в ній 
використовується електрична пожежна сигналізація  променевого типу та теплові 
датчики типу (ИП-105-2) у кількості 6 шт у відповідності з ДБН В.2.5.56-2014. 
Приміщення обладнане вуглекислотним вогнегасником ВВК-5, який знаходиться 
у зручному місці, відповідно до «Правил експлуатації типових норм належності 
вогнегасників». 
Для підвищення продуктивності праці необхідна правильна організація  
режиму роботи дослідника. Аналізуючи специфіку роботи, йому цілком достатньо 
чотирьох годин на добу для проведення розрахунків на комп'ютері у світлий час 
доби, коли освітлення повністю задовольняє вимогам стандарту (ДБН В.2.5-28-
2018), а в іншу частину дня необхідно аналізувати отримані результати та 
проводити підготовку нових даних для подальших розрахунків. Для зняття 
напруженості органів зору необхідно щогодини робити перерву. Отже, оскільки 
рівень штучного освітлення на робочому місці не відповідає ДБН В.2.5-28-
2018 «Природне і штучне освітлення» система загального штучного 
освітлення потребує модернізації. 
4.2 Модернізація системи загального штучного освітлення 
 
До робочого освітлення надаються певні вимоги: 
 освітлення на робочих місцях повинно бути достатнім для виконання 
даної роботи; 
 освітлення повинно бути рівномірним по робочій поверхні; 
 на робочій поверхні не повинно бути тіні, особливо рухливої; 
 в полі зору не повинно бути прямого і відбитого блиску (блиск– 
підвищена яскравість освітленої поверхні, яка викликає осліплення);  
 величина освітленості повинна бути постійною в часі; 
 спектральний склад світла повинен відповідати характеру роботи (ця 
вимога особливо суттєва для забезпечення правильної кольоропередачі); 
 світлові установки не повинні бути джерелом додаткових небезпек та 
шкідливостей; 
 установки повинні бути економні, прості та надійні до роботи. 
Розрахунок штучного освітлення виконується методом коефіцієнту 
використання світлового потоку. Основною задачею розрахунку штучного 
освітлення є визначення необхідної кількості світильників для забезпечення 
нормативного рівня штучного освітлення за формулою: 
 
Eн SzКз
                                     N
nF                     (4.1) 
л
де: 
Ен – нормоване освітлення, лк (ДБН В.2.5-28-2018); 
Кз – коефіцієнт запасу, який враховує зниження освітлення в процесі 
експлуатації (для заданого приміщення Кз = 1,5); 
S = А·В – освітлюєма площа приміщення, (А – довжина приміщення, В – 
ширина приміщення); 
z – коефіцієнт мінімального освітлення; z = 1,1 (для люмінесцентних ламп); 
n – кількість ламп у світильнику; 
Fл – світловий потік лампи; 
 – коефіцієнт використання, відн. од. 
Для визначення нормованого освітлення – Ен, визначаємо: 
- Перелік основних предметів, які повинна розглядати людина у процесі 
роботи на заданому робочому місці: надписи на екрані монітору, шрифт у книзі. 
- Самі дрібні деталі зображення (найменші об’єкти розрізнення), які 
містяться на перелічених предметах: розділові знаки в книжках. Орієнтовно 
оцінюємо їх розмір у 0,15 ...0,3 мм. 
- Характеристику фона – поверхні, на якій розглядається найменший 
об’єкт розрізнення, в залежності від коефіцієнта відбиття поверхні ρ. Фон є  
світлим (ρ > 0,4), оскільки в основному маємо справу з написами на білому фоні, 
як в книзі так і на екрані монітору. Для вказаного фону коефіцієнт відбиття 
поверхні ρ = 0,9. 
- Контраст об’єкта розрізнення з фоном, тобто наскільки чітко 
сприймається найменший об’єкт розрізнення на вищерозглянутому фоні. 
Контраст є великим (між білим і чорним). 
Користуючись ДБН В.2.5-28-2018 визначаємо, що розмір обраного 
найменшого об’єкта розрізнення відноситься до діапазону розмірів в межах 0,15-
0,3мм, що відповідає IІг розряду зорової праці. Нормативне значення штучного 
загального освітлення Ен з врахуванням характеристики фону та контрасту 
складає: Ен = 300 лк. 
Відповідно типу приміщення  приймаємо тип світильника в залежності від 
умов середовища і типу приміщення. Обираємо вбудований світильник Містраль 
418 А12 з  суцільним растром з полірованого дзеркального алюмінію виробництва 
компанії NORTHCLIFFE. 
Світильник офісний, з цільним растром з полірованого дзеркального 
алюмінію - класичної V-образної форми, з 5-ма ребристими поперечками в 
універсальному корпусі, з можливістю встановлення в гіпсокартон. Створює 
якісне, розсіяне світло без сліпучого ефекту. Забезпечує комфортні умови 
освітлення і сучасний зовнішній вигляд приміщень.  
Растр – безщілинний, суцільно штампований, виконаний за унікальною 
технологією, що є власною розробкою компанії НОРДКЛИФФ. Растровий 
відбивач кріпиться в корпусі з допомогою 4-х пружних пластин. Універсальний 
корпус виготовлений з листової сталі. Всередині корпусу монтується електрична 
схема. Це високоефективний світильник для 4 люмінесцентних ламп TL5 або TL-
D, с широким вибором оптичних систем прямого світла, ПРА и ламп.  
 
Рисунок 4.1 - Світильник марки Містраль 418 А12 
 
Область використання світильника це: офісні приміщення, зони відпочинку, 
громадські будівлі, лікарні, школи, оптові магазини, супермаркети, невеликі 
магазини продуктових та промислових товарів, виробничі приміщення з 
нормальними умовами середовища.  
Технічні характеристики світильника: 
- електроживлення: 220 В - 240 В; 
- лампи: 4 люмінесцентні лампи TL-D або TL5; 
- з’єднання: увод з фіксацією; 
- тип патрону G13; 
- клас захисту – IP42. 
Лампи TL-D Standard Colours виробництва компанії Philips відносяться до 
ртутних трубчастих лінійних ламп низького тиску. Діаметр трубки Т8 = 26 мм. 
Патрон G13. Використовується для загального освітлення в світильниках, 
побудова яких дозволяє встановити і експлуатувати лампи потужністю 18 Ватт з 
патроном G13: офіси, лікарні, громадські приміщення, коридори, підвали, вулиці, 
гаражі, школи, бізнес-центри, склади, підземні переходи, метро. 
 
 
Рисунок 4.2 - Люмінесцентна лампа TL-D 18W/54-765 Philips 
 
Основні характеристики люмінесцентної лампи TL-D 18W/54-765 Philips 
- База підключення - G13 (Medium Bi-Pin Fluorescent); 
- Колба - T8 (26 мм); 
- Довготривалість при 50% відмовах - 13000 h (годин); 
- Довготривалість при 10% відмовах - 10000 h (годин). 
Електричні характеристики лампи 
- Потужність лампи - 18 Вт; 
- Напруга лампи - 59 В; 
- Струм лампи - 0,360 А. 
Екологічні характеристики лампи 
- Клас енергоспоживання – В; 
- Вміст ртуті (Mercury (Hg) - 8,0 мг. 
Світлові технічні характеристики лампи 
- Індекс кольоропередачі - 72 Ra8; 
- Кольорове позначення – холодний - денний / Cool-Daylight; 
- Кольорова температура - 6200 К; 
- Світловий потік - 1050 Лм 
За формулою (7.1) розраховуємо кількість світильників N: 
Eн SzКз 300361,11,5
N  5,97
nFл  410500,71  
Таким чином N=6. 
Необхідно розташувати 6 світильників рівномірно на усій площі стелі 
заданого приміщення з врахуванням габаритних розмірів приміщення та 
світильників. При цьому, оскільки кількість світильників відповідає наявній, 
рекомендується нові встановити на існуючі місця розташування. 
ВИСНОВКИ 
 
Стрімкий прогрес інформаційно-телекомунікаційних технологій призвів до 
повсюдного використання антен, починаючи з побутових пристроїв (мобільний 
телефон, роутер, бездротовий принтер) і закінчуючи пристроями в оборонній 
промисловості. Важливо на етапах синтезу та/або аналізу оцінити вплив 
конструкції антени на її параметри і розуміти шляхи можливої оптимізації. Таку 
можливість надають сучасні програми моделювання антен, які забезпечують 
високу вірогідність отриманих результатів, завдяки сучасним математичним 
методам, закладеним в основі їх роботи.  
В даній випускній роботі розглядаються синфазні колінеарні антени, які 
виконано у вигляді колінеарних Ground Plane. Для збереження кругової діаграми 
направленості в азимутальній площині застосовується майже виключно 
послідовне живлення колінеарів, які з’єднуються через фазуючі пристрої 
(короткозамкнені шлейфи або котушки індуктивності). Такі конструкції антен 
широко використовуються для радіоаматорського зв’язку, при побудові 
радіомережі великого радіусу дії, де необхідно забезпечити кругову направленість 
і максимальну дальність зв’язку. Досліджено різні типи колінеарних антен, що 
працюють на частоті 145 МГц, які можна розбити на два класи: антени, що 
живляться в максимумі струму та антени, що живляться в максимумі напруги. 
Особливості живлення колінеарних антен, є наслідком різних геометричних 
розмірів елемента, на який подається живлення. Якщо антена живиться в 
максимумі струму, то довжина нижнього елемента становить 0,375 (/4+/8), а 
якщо вона живиться в максимумі напруги, то – 0,625, (/2 + /8). Довжина 
верхнього елемента для обох класів антен дорівнює 0,625 (/2 + /8), а 
проміжних – 0,75, (/2 + двічі по /8). В роботі розглянуто 2-х, 3-х і 4-х 
елементні конструкції обох класів антен, а як фазуючі пристрої почергово 
використовуються шлейфи і індуктивності.  
Аналізуючи результати чисельного розрахунку параметрів різних 
конструкцій синфазних колінеарних антен видно, що збільшення кількості 
випромінюючих елементів антени приводить до збільшення підсилення, проте 
кожен наступний елемент дає менший приріст підсилення, оскільки енергія 
відбирається попередніми елементами і витрачається на випромінення. Через 
втрати в котушках підсилення при фазуванні індуктивностями виходить трохи 
нижче, ніж при фазуванні шлейфами. Вхідний опір антен з живленням в 
максимумі струму збільшується, і для великої кількості елементів антени може 
знадобитися додаткове узгодження. Антени, що живляться в максимумі напруги, 
мають дещо вище підсилення порівняно з антенами, що живляться в максимумі 
струму. Особливості розміщення точки живлення і наявність узгоджуючого 
пристрою (J-шлейф) забезпечують сталість вхідного опору 50 Ом і як наслідок 
гарне узгодження антен і фідерів. 
В розділі з охорони праці проведено аналіз небезпек та шкідливостей, які 
виникають при виконанні робіт в приміщенні науково-технічного відділу та 
проведено модернізацію системи загального штучного освітлення. 
 
 
Список використаної літератури 
 
1. Коллинеарная антенна. – Режим доступу: https://3g-aerial.biz/konstruktsii-
antenn/vsenapravlennye-antenny/kollinearnaya-antenna 
2. Коллинеарные антенны диапазонов VHF, UHF, CB. – Режим доступу: 
https://oko-ek.ru/katalog/antenny/kollinearnye-antenny-2/#tab-id-1 
3. Коллинеарная всенаправленная антенна Anli A-100 DB. – Режим доступу: 
https://www.viam-radio.ru/anli/antenna/anli_a-100_db.htm 
4. Антенны вокруг нас. – Режим доступу: https://www.translatorscafe.com/unit-
converter/ru-RU/calculator/dipole-antenna/ 
5. Гончаренко И.В. Антенны КВ и УКВ. Часть VI. УКВ антенны. - М.: ИП 
РадиоСофт, 2014.— 332 с. 
6. УКХ-колінеарні масиви. – Режим доступу: http://dl2kq.de/mmana/4-3-64.htm 
7. Програма HFSS. – Режим доступу:  https://sapr.ru/article/24969 
8. CST STUDIO SUITE 2021 – моделирование трехмерных электромагнитных 
структур. – Режим доступу: http://eurointech.ru/eda/microwave_design/ 
cst/CST-STUDIO-SUITE.phtml 
9. Опис програми GAL-ANA. – Режим доступу:  http://gal-ana.de/Helpr/
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
