Рупорные пирамидальные апертурные антенны обладают рядом достоинств, делающих их незаменимыми при использовании для излучения или приёма волн сверхвысокой частоты (СВЧ). В частности, они имеют совершенную и легко корректируемую диаграмму направленности. Однако для осуществления расчёта размеров элементов антенны и построения диаграмм направленности (в разных плоскостях – горизонтальной и вертикальной, а также объёмной 3D диаграммы) существует необходимость в разработке программных средств на основе современных языков программирования. Все указанные задачи можно осуществить с помощью универсального, свободно распространяемого языка программирования Python при подключении к нему специальных библиотек. В ходе описываемой работы был разработан алгоритм расчёта основных размеров и характеристик антенны и написан программный код для визуализации диаграмм направленности. Для трёхмерного отображения диаграммы создана методика на основе применения команд библиотеки Matplotlib.pyplot для Python. Созданная программа позволяет рассчитывать рупорные пирамидальные антенны для любой частоты сигнала СВЧ. Разработанный при создании программы код визуализации может быть использован для отображения двухмерных и трёхмерных диаграмм направленности любого типа антенн. В заключение сделаны выводы по результатам исследования, а также намечены направления будущих разработок при решении задач проектирования и оптимизации новых типов антенн.
Horn pyramidal aperture antennas have a number of advantages that make them indispensable when used to emit or receive ultra-high frequency (micro-) waves. In particular, they have a perfect and easily corrected directional pattern. However, in order to calculate the size of antenna elements and construct directional-style diagrams (in different planes – horizontal and vertical, as well as volumetric 3D diagram), it is essentially necessary to develop software based on modern programming languages. All these tasks can be accomplished using the universal, freely distributed Python programming language when connecting special libraries to it. In the course of the described work, an algorithm was developed for calculating the main dimensions and characteristics of the antenna and a program code was written for visualizing directional patterns. For three-dimensional display of the chart the technique on the basis of use of commands of Matplotlib.pyplot library for Python is created. The created program allows calculating horn pyramidal antennas for any frequency of the microwave signal. The visualization code developed when creating the program can be used to display two-dimensional and three-dimensional radiation patterns of any type of antenna. Conclusions were drawn from the results of the study, as well as directions for future developments in solving the problems of designing and optimizing new types of antennas.
1. Мительман Ю.Е., Абдуллин Р.Р., Сычугов С.Г., Шабунин С.Н. Антенны и устройства СВЧ: расчет и измерение характеристик. М.: Юрайт, 2017. 138 с.
2. Ставцев Б.С. Способ снижения уровня боковых лепестков диаграммы направленности рупорной сверхширокополосной антенны // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. 2017. № 657. С. 131–140.
3. Пылов П.А., Протодьяконов А.В. Использование и представление массивов в библиотеке Numpy // Инновации. Наука. Образование. 2020. № 23. С. 258–266.
4. Ильичев В.Ю., Гридчин Н.В. Визуализация масштабируемых 3D-моделей с помощью модуля Matplotlib для Python // Системный администратор. 2020. № 12 (217). С. 86–89.
5. Воскресенский Д.И., Гостюхин В.Л., Максимов В.М., Пономарев Л.И. Устройства СВЧ и антенны. Изд. 2, доп. и перераб. М.: Радиотехника, 2006. 376 с.
6. Заикин И.П., Тоцкий А.В., Абрамов С.К. Проектирование антенных устройств систем связи: учеб. пособие. Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2007. 78 с.
7. Белоусов А.Г., Ганичев А.А., Драч В.Е., Чухраев И.В. Рупорный облучатель с диаграммой направленности специальной формы // Вопросы радиоэлектроники. 2012. Т. 1. № 3. С. 43–50.
8. Алымов Н.Л., Горшков А.А., Кочетков В.А., Солдатиков И.В., Ханарин И.М., Черкасов А.Е Асимптотические, электродинамические методы и модели проектирования радиолинз как элементов диаграммообразующих схем антенных решеток РЭС СВЧ- И КВЧ-диапазонов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. № 2. С. 13–29.
9. Драч В.Е., Кузнецова Д.А., Самбуров Н.В., Чухраев И.В. Расширение полосы частот рупорной антенны Н-образного сечения // Электромагнитные волны и электронные системы. 2018. Т. 23. № 1. С. 19–23.
10. Драч В.Е., Луганская А.И. Моделирование влияния преграды на характеристики рупорной антенны // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2018. № 65. С. 19–25.
11. Ильичев В.Ю., Юрик Е.А. Создание программы расчёта упорных подшипников скольжения на языке Python // Научное обозрение. Технические науки. 2020. № 3. С. 14–18.
12. Ильичев В.Ю., Юрик Е.А. Анализ массивов данных с использованием библиотеки Pandas для Python // Научное обозрение. Технические науки. 2020. № 4. С. 41–45.