Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

О МОДЕЛИРОВАНИИ РАССЕЯНИЯ МНОГОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ НА ОБЪЕКТАХ

Вилюга Н.Н. 1
1 Воронежский институт высоких технологий
В статье проводится исследование распространения сигналов сложной формы для систем беспроводной связи на основе применения численных методов технической электродинамики. Необходимо было осуществить обзор существующих подходов по решению электродинамических задач. Решена задача рассеяния радиоволн на объектах, имеющих сложные формы в рамках метода интегральных уравнений. Создана программная реализация алгоритма. Предусмотрен способ, когда предотвращается уход алгоритмов синтеза в бесконечные или слишком долгие циклы. Как такой способ было выбрано явное задание максимального числа итераций в алгоритме. Процесс синтеза будет происходить до тех пор, пока не произойдет определение оптимальной реализации объекта, либо же пока алгоритмом не исчерпаются отведённые ему итерации. В ходе моделирования установлено максимально возможное число итераций.
рассеяние электромагнитных волн
интегральное уравнение
программа
1. Преображенский А.П. Методика прогнозирования радиолокационных характеристик объектов в диапазоне длин волн c использованием результатов измерения характеристик рассеяния на дискретных частотах / А.П. Преображенский, О.Н. Чопоров // Системы управления и информационные технологии. – 2004. – Т. 14; № 2. – С. 98–101.
2. Львович И.Я. Расчет характеристик металлодиэлектрических антенн / И.Я. Львович, А.П. Преображенский // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2005. – Т. 1; № 11. – С. 26–29.
3. Косилов А.Т. Методы расчета радиолокационных характеристик объектов / А.Т. Косилов, А.П. Преображенский // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2005. – Т. 1; № 8. – С. 68–71.
4. Милошенко О.В. Методы оценки характеристик распространения радиоволн в системах подвижной радиосвязи / О.В. Милошенко // Вестник Воронежского института высоких технологий. – 2012. – № 9. – С. 60–62.
5. Львович Я.Е. Разработка системы автоматизированного проектирования беспроводных систем связи / Я.Е. Львович, И.Я. Львович, А.П. Преображенский, С.О. Головинов // Телекоммуникации. – 2010. – № 11. – С. 2–6.
6. Чопоров О.Н. Анализ затухания радиоволн беспроводной связи внутри зданий на основе сравнения теоретических и экспериментальных данных / О.Н. Чопоров, А.П. Преображенский, А.А. Хромых // Информация и безопасность. – 2013. – Т. 16; № 4. – С. 584–587.
7. Львович Я.Е.Исследование метода трассировки лучей при проектировании беспроводных систем связи / Я.Е. Львович, И.Я. Львович, А.П. Преображенский, С.О. Головинов // Информационные технологии. – 2011. – № 8. – С. 40–42.
8. Милошенко О.В. Методы оценки характеристик распространения радиоволн в системах подвижной радиосвязи / О.В. Милошенко // Вестник Воронежского института высоких технологий. – 2012. – № 9. – С. 60–62.
9. Баранов А.В. Проблемы функционирования mesh-сетей / А.В. Баранов // Вестник Воронежского института высоких технологий. – 2012. – № 9. – С. 49–50.

В наши дни сетевые технологии являются одной из наиболее активно развивающихся областей науки и техники [1, 2]. Стремительный рост различного типа сетей передачи данных сопровождается появлением в них новых и более совершенных алгоритмов и методов передачи данных (протоколов, методов модуляции, кодирования и т.д.), изменением архитектуры сетей, что в итоге приводит к улучшению качества обслуживания абонентов.

Использование беспроводных сетей открывает еще большие возможности, недоступные проводным сетям – в первую очередь это мобильность.

Несмотря на относительно небольшой срок эксплуатации беспроводных сетей [3, 4] и принятые относительно недавно стандарты, регламентирующие передачу данных по беспроводной сети, такие сети находятся в стадии активного развития. На их стороне простота установки (интеграция с проводными сетями) и экономичность. Также, беспроводные сети предоставляют сервис в виде мобильного доступа для конечных клиентов, принципиально недоступный кабельным сетям.

Целью настоящей работы является проведение исследование распространение сигналов сложной формы в системе беспроводной связи [5–7] с использованием численных методов технической электродинамики.

Для того, чтобы достичь поставленную цель требуется решение таких базовых задач:

1. Обзор существующих подходов по решению электродинамических задач.

2. Решение задачи, связанной с рассеянием радиоволн на объектах, имеющих сложную форму в рамках метода интегральных уравнений.

3. Программная реализация алгоритма.

В зависимости от того, какой угол падения волн, когда они рассеиваются на больших (если сравнивать с длиной волны) телах могут появляться разные электромагнитные явления, например, связанные с бегущими и ползущими волнами, а также эффекты, относящиеся к дифракциям на поверхностях и ребре.

Возможность применения численных методов, например методов, относящихся к интегральным уравнениям, имеет ограничения со стороны электрических размеров рассеивающих объектов, а методов, которые базируются на оптических подходах – сложностью форм объектов.

Гибридные методы, которые сочетают и численные, и высокочастотные асимптотические способы, существенным образом ведут к расширению класса анализируемых процессов рассеяния радиоволн, при этом разница между гибридными методами, по одну сторону, и асимптотическими и строгими, по другую, весьма условна.

Например, всегда классифицируемый как асимптотический метод физической оптики по своей сути является гибридом строго интегрального представления электромагнитного поля и геометрооптического приближения для тока на рассеивателе.

В гибридных методах с точки зрения первого приближения, полный объект аппроксимируют на основе множества канонических (характерных) элементов, а в целом решение задачи рассеяния получают как сумму известных решений по отдельным элементам.

Основное преимущество указанного подхода состоит в том, что эффекты рассеяния на больших (по отношению к длине волны) объектах можно аппроксимировать, не используя сложных расчетов.

Главный его недостаток заключается в том, что большей частью он может учесть только рассеянные волны по нулевому («зеркальному») и первому порядкам и идет пренебрежение эффектами взаимодействия по различным рассеивающим элементам.

Для того, чтобы было можно преодолеть такой недостаток можно применять два подхода. Проведение более точного учета по дифракционным эффектам на ребрах и искривленных поверхностях объектов на базе аналитических средств, которые разработаны вследствие обобщения способов классической оптики и применение геометрической и физической теорий дифракции.

Второй подход основывается на применении к задачам о рассеянии электромагнитных излучений способа интегральных уравнений, применяющего теорию линейных пространств и ортогональных проекций.

Можно дать формулировку общих необходимых условий с тем, чтобы гибридные методы могли сохранять эффективность по всем типам сложных рассеивающих тет.

Сущность их в следующем: справедливость высокоточных «исходных» решений должна быть для всех областей, где их применяют в гибридных методах; низкочастотная область (область где применяют метод моментов) должна быть приблизительно на 1/2 от краев поверхностей или от границ раздела участков где непрерывен материал объектов; гибридный метод обеспечивает наилучшие результаты, когда анализируются характеристики рассеяния больших с точки зрения электрического смысла объектов.

Отметим также, что с применением характеристик рассеяния для объектов тех частот, которые заданы, в падающих электромагнитных волнах (полученных при математическом моделировании или экспериментальными методами) возможно прогнозирование значений радиолокационных характеристик в диапазоне частот. Причем это возможно как для идеально проводящих объектов, так и для объектов, содержащих на своей поверхности диэлектрические материалы.

Мы рассматриваем в беспроводной сети [8, 9] антенны в виде двумерных цилиндров. В связи с тем, что характеристики рассеяния системы изменяются непропорционально тому, как изменяются ее геометрические характеристики, нами использовался метод интегральных уравнений при решении задачи рассеяния электромагнитных волн для двухчастотного воздействия.

Мы предусмотрели способ предотвращения ухода алгоритма синтеза в бесконечный или слишком долгий цикл. В качестве подобного способа было выбрано явное задание максимального количества итераций алгоритма.

Процесс синтез происходит до тех пор, пока не будет определена область оптимальной реализации объектов, или пока алгоритме не кончится заданное число итераций. Как результат для второго случая, будет выбираться последний вариант в реализации объектов.

На основе созданного программного продукта проводилось моделирование, было установлено, что для объектов, размеры которых не превышали 15 длин волн, достаточно было не более 100 итераций при решении задачи.

Вывод. В данной работе мы на основе алгоритма анализа компьютерной сети создали программный продукт, позволяющий проводить моделирование.


Библиографическая ссылка

Вилюга Н.Н. О МОДЕЛИРОВАНИИ РАССЕЯНИЯ МНОГОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ НА ОБЪЕКТАХ // Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 3-3.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=18298 (дата обращения: 23.09.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074