Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ»
(КНИТУ-КАИ)
Институт Радиоэлектроники и телекоммуникаций
Кафедра Радиоэлектронных и телекоммуникационных систем
11.04.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи
ОТЧЕТ
Производственная практика - преддипломная
Определение границ использования упрощенной модели для расчета поля излучения симметричного вибратора в поглощающих средах.
Обучающийся 5279 Лысачкина Т.А.
(номер группы) (подпись, дата) (Ф.И.О.)
Руководитель к.т.н. доцент каф. РТС Седов С.С.
(должность) (Ф.И.О.)
Отчет зачтен с оценкой _______________
___________________
(подпись, дата)
Казань 2019 г.
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
Обучающегося Лысачкиной Татьяны Анатольевны
Группы 5279
Направления/специальности 11.04.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи
Института Радиоэлектроники и телекоммуникаций
Период практики с «25» мая 2019 г. по «19» июля 2019 г.
Место прохождения практики: каф. РТС, КНИТУ-КАИ
Вид практики: Производственная практика - преддипломная.
| Руководитель практики КНИТУ-КАИ | К.т.н. доцент кафедры РТС ________________/ Седов С.С. |
Задание руководителя от университета:
1. Изучение вопроса о корректности использования упрощенных формул для расчета поля излучения симметричного вибратора;
2. Определение границ использования упрощенных формул для расчета поля, созданного симметричным вибратором длиной  в поглощающей среде.
|
Задание получил, ознакомлен и согласен:
| ______________________________/ Лысачкина Т.А. _________________ |
«24» мая 2019 г.
Содержан ие
Введение........................................................................................................... 4
1. Основная часть....................................................................................... 6
1.1. Календарный график прохождения практики…………………………... 6
1.2. Определение границ использования упрощенной модели для расчета поля излучения симметричных излучателей в поглощающих средах............... 7
1.3. Определение границ использования упрощенных формул для расчета поля, созданного симметричным вибратором длиной в поглощающей среде………………………………………………………………………………. 8
1.4. Выводы ……………………………………………………………………...23
Заключение.................................................................................................... 25
Список литературы....................................................................................... 27
Введение
1.1. Преддипломная практика направлена на освоение следующих компетенций:
ОПК-1 Готовность к коммуникации в устной и письменной формах на русском и иностранном языках для решения задач профессиональной деятельности;
ОПК-3 Способность осваивать современные и перспективные направления развития ИКТиСС;
ОПК-4 Способность реализовывать новые принципы построения инфокоммуникационных систем и сетей различных типов передачи, распределения, обработки и хранения информации;
ОПК-6 Готовность к обеспечению мероприятий по управлению качеством при проведении проектно-конструкторских и научно-исследовательских работ, а также в организационно-управленческой деятельности в организациях отрасли в соответствии с требованиями действующих стандартов, включая подготовку и участие в соответствующих конкурсах, готовностью и способностью внедрять системы управления качеством на основе международных стандартов;
ПК-1 Способность к разработке моделей различных технологических процессов и проверке их адекватности на практике, готовностью использовать пакеты прикладных программ анализа и синтеза инфокоммуникационных систем, сетей и устройств;
ПК-2 Готовность осваивать принципы работы, технические характеристики и конструктивные особенности разрабатываемых и используемых сооружений, оборудования и средств инфокоммуникаций;
ПК-7 Готовность к участию в осуществлении в установленном порядке деятельности по сертификации технических средств и услуг инфокоммуникаций;
ПК-9 Готовность к участию в осуществлении в установленном порядке деятельности по сертификации технических средств и услуг инфокоммуникаций;
1.2. Индивидуальное задание на преддипломную практику:
«Изучение вопроса о корректности использования упрощенных формул для расчета поля излучения симметричного вибратора. Определение границ использования упрощенных формул для расчета поля, созданного вибратором длиной в поглощающей среде».
1.3. Время прохождения практики:
Дата начала практики «25» мая 2019 г.
Дата окончания практики «19» июля 2019 г.
1.4. Должность на практике: практикант.
Основная часть отчета
1.1 Календарный график прохождения практики:
| Даты | Объект практики | Краткое содержание выполненной работы |
| с 25.05.2019 по 28.05.2019 | Получение задания на практику | Анализ задания, изучение материала |
| с 29.05.2019 по 09.06.2019 | Теоретические вопросы выполняемого задания | Подбор литературы для нахождения требуемых данных. |
| с 10.06.2019 по 16.07.2019 | Практико-экспериментальное выполнение индивидуального задания | Выполнение индивидуального задания. |
| с 17.07.2019 по 19.07.2019 | Оформление отчета по практике | Подведение итогов по выполненной работе. |
Определение границ использования упрощенной модели для расчета поля излучения элементарных излучателей в поглощающих средах.
Стандартным способом нахождения поля излучения антенн является их разбиение на элементарные излучатели и определение поля излучения антенны как интерференцию полей элементарных излучателей. Аналитические выражения, определяющие излучение элементарных излучателей находится с помощью введения векторных потенциалов и функции Грина [1].
При стремлении точки наблюдения p(x,y,z) к точкам источника q(x',y'z'), отсутствует непрерывный переход от напряженностей электромагнитного поля излучения к поверхностному току проводимости на антенне, и представленный алгоритм определения электромагнитных полей является несамосогласованным [3].
Указанные недостатки были устранены авторами [4], которые разработали метод физической регуляризации электродинамических задач, заключающийся в записи сингулярных интегральных представлений электромагнитного поля, позволяющих удовлетворить граничные условия и установить связь между токами и напряженностями электрического и магнитного полей.
Разработанный метод сингулярных интегральных уравнений (СИУ) сводит задачу расчета тока по электрическому вибратору к решению СИУ, что дает возможность математически корректно подойти к определению распределения поверхностей плотности тока на вибраторе. Расчет ЭМП в ближней зоне электрического вибратора основан на сингулярном интегральном представлении (СИП) ЭМП через поверхностную плотность тока 
на вибраторе. При этом используется другая физическая модель электрического вибратора – в виде двух бесконечно тонких идеально проводящих полых трубок общей длиной 
и радиуса 
, между которыми включен генератор СВЧ. Полученное СИП ЭМП позволяет вычислять его в любой точке пространства посредством интегрирования продольной составляющей поверхностной плотности тока по вибратору. Одно из важных достоинств полученных соотношений состоит в том, что на поверхности вибратора СИП переходит в СИУ для определения на ней неизвестного распределения поверхностного тока. Этим распределением затем можно воспользоваться для нахождения ЭМП излучения вибратора в любой точке пространства. Впервые, по-видимому, метод СИП электромагнитного поля был предложен для решения внутренних задач о собственных волнах экранированных полосково-щелевых структур СВЧ [6].
1.3 Определение границ использования упрощенных формул для расчета поля, созданного симметричным вибратором длиной 
в поглощающей среде.
С целью определения границы корректного использования аналитических выражений, определяющих поле излучения различного типа антенн в поглощающих средах, в работе были проведены сравнения составляющих электромагнитного поля, рассчитанных при помощи аналитических выражений (в программной среде MathCad) и полученных в программе электродинамического моделирования CST Studio. Исследования проводились для электрического излучателя в виде полуволнового вибратора. В качестве поглощающей среды была использована среда с параметрами, близкими к параметрам биологической ткани (e=50, s=0,5 См/м) [3]. Исследования проводились на частоте 600 МГц.
Поле излучения симметричного вибратора.
При моделировании в программе MathCad, полуволновый вибратор располагался в поглощающей среде вдоль оси X при z=0, амплитудное распределение по вибратору предполагалось синусоидальным. Напряженность электрического поля будет иметь в сферической системе координат составляющие Eq и Еr, которые порождают Ex и Ez компоненты в декартовой системе координат. В программе Origin были построены распределения компонент электрического поля Ex, Ez, Es вдоль оси z (рис. 1.3.1) и вдоль оси x при разных z. Распределения составляющих напряженности электрического поля вдоль оси Z и вдоль оси Х при различных значениях Z показаны на рис. 1.3.2-1.3.5.
Рис. 1.3.1. Распределения компонент электрического поля, рассчитанные в программе MathCad, вдоль оси z.
Рис. 1.3.2. Распределения компонент электрического поля, рассчитанные в программе MathCad, вдоль оси x при z=25.
Рис. 1.3.3. Распределения компонент электрического поля, рассчитанные в программе MathCad, вдоль оси x при z=50.
Рис. 1.3.4. Распределения компонент электрического поля, рассчитанные в программе MathCad, вдоль оси x при z=70.
Рис. 1.3.5. Распределения компонент электрического поля, рассчитанные в программе MathCad, вдоль оси x при z=95.
В процессе моделирования в программе CST Studio, полуволновый вибратор располагался на границе воздух – поглощающая среда и запитывался коаксиальным кабелем. Модель, используемая в CST Studio, показана на рис. 1.3.6.
а)
b)
Рис. 1.3.6 (a и b) Модель полуволнового вибратора,
используемая в программе CST Studio.
Для определения составляющих электромагнитного поля в поглощающей среде, в программе CST Studio, электрические пробники располагались вдоль оси Z (X=0, Y=0), а также вдоль оси Х при фиксированной глубине Z=25, 50, 70 и 95 мм (рис. 1.3.7 - 1.3.8).
Рис. 1.3.7. Электрические пробники, расположенные в программе
CST Studio, по оси z.
Рис. 1.3.8. Электрические пробники, расположенные в программе
CST Studio, по оси x.
Согласно полученным в процессе моделирования результатам, напряженность электрического поля имеет все 3 компоненты: Ex, Ey и Ez. Распределения составляющих электрического поля показаны на рис. 1.3.9 - 1.3.13.
Рис. 1.3.9. Распределения компонент электрического поля, рассчитанные в программе CST Studio, вдоль оси z.
Рис. 1.3.10. Распределения компонент электрического поля, рассчитанные в программе CST Studio, вдоль оси x при z=25.
Рис. 1.3.11. Распределения компонент электрического поля, рассчитанные в программе CST Studio, вдоль оси x при z=50.
Рис. 1.3.12. Распределения компонент электрического поля, рассчитанные в программе CST Studio, вдоль оси x при z=70.
Рис. 1.3.13. Распределения компонент электрического поля, рассчитанные в программе CST Studio, вдоль оси x при z=95.
Различия в результатах, полученных в результате расчетов и в процессе моделирования, очевидно, вызываются 3-мя причинами:
- отражением на границе поглощающей среды;
- различием в подведенной к излучателю мощности;
- приближенным характером используемых аналитических выражений, особенно при приближении к излучателю.
Для устранения воздействий первых 2-х причин, необходимо на некоторой глубине, на которой аналитические выражения заведомо дают правильный результат, провести нормировку, т.е. вычислить коэффициент приравнивающий результаты, полученные в программах MathCad и CST. Такой глубиной будем считать расстояние, равное длине волны в среде:
Распределение скорректированных составляющих по осям показано на рис. 1.3.14 - 1.3.18.
a)
b)
Рис. 1.3.14 (a,b). Распределение скорректированных составляющих напряженности электрического поля вдоль оси z.
a)
b)
c)
Рис. 1.3.15 (a, b, c). Распределение скорректированных составляющих электрического поля вдоль оси x при z=25.
a)
b)
c)
Рис. 1.3.16 (a,b,c). Распределение скорректированных составляющих электрического поля вдоль оси x при z=50.
a)
b)
c)
Рис. 1.3.17 (a,b,c). Распределение скорректированных составляющих электрического поля вдоль оси x при z=70.
a)
b)
c)
Рис. 1.3.18 (a,b,c). Распределение скорректированных составляющих электрического поля вдоль оси x при z=95.
Выводы.
Проведенные исследования показывают:
1. При расчетах в программе MathCad напряженность электрического поля имеет 2 составляющие: Ex и Ez, составляющая Ey отсутствует. Амплитуды составляющих Ex и Ez имеют сопоставимые значения, особенно при удалении от оси вибратора. В направлении вдоль оси вибратора компонента Ez =0. По мере удаления от вибратора отношение 
увеличивается.
2. Моделирование в CST Studio показало, что вектор Е имеет все 3 составляющие: Ex, Ey и Ez, но величина кросс-поляризационной составляющей Ey много меньше, чем Ex. При малых расстояниях от вибратора составляющая Ez имеет величину, сопоставимую с Ex, даже в направлении вдоль оси вибратора. Закономерность уменьшения отношения при удалении от вибратора сохраняется.
3. Сравнение результатов исследований, проведенных в программах MathCad и CST Studio показывает, что основные закономерности распределения компонент напряженности электрического поля в направлениях, параллельном и перпендикулярном вибраторе имеют сходный характер.
4. Анализ сравнения компонент поля в направлении перпендикулярном вибратору показывает их практически полное совпадение начиная с глубины 50 мм, т.е. с расстояния 0,7 
.
5. Сравнение распределения компонент поля в направлении вдоль вибратора показывает, что несмотря на сходный характер полученных результатов, значения компонент поля становятся сравнимыми по величине, начиная с глубины 70 мм, т.е. с расстояния .
6. Таким образом, проведенные исследования позволяют предположить, что при расчете поля симметричного вибратора упрощенные формулы целесообразно использовать с расстояния, соизмеримого с длиной волны в среде (
).
Заключение
В ходе написания преддипломной практики были рассмотрены поле излучения симметричного излучателя в различных изотропных средах. Исследование стандартных аналитических выражений при определении электромагнитного поля вблизи излучателей дает некорректные результаты. Использование сингулярных интегральных представлений электромагнитного поля сопряжено со значительными трудностями. Таким образом, актуальным является определение минимального расстояния от излучателя, на котором можно использовать классические выражения.
Также были освоены следующие компетенции:
ОПК-1 Готовность к коммуникации в устной и письменной формах на русском и иностранном языках для решения задач профессиональной деятельности;
ОПК-3 Способность осваивать современные и перспективные направления развития ИКТиСС;
ОПК-4 Способность реализовывать новые принципы построения инфокоммуникационных систем и сетей различных типов передачи, распределения, обработки и хранения информации;
ОПК-6 Готовность к обеспечению мероприятий по управлению качеством при проведении проектно-конструкторских и научно-исследовательских работ, а также в организационно-управленческой деятельности в организациях отрасли в соответствии с требованиями действующих стандартов, включая подготовку и участие в соответствующих конкурсах, готовностью и способностью внедрять системы управления качеством на основе международных стандартов;
ПК-1 Способность к разработке моделей различных технологических процессов и проверке их адекватности на практике, готовностью использовать пакеты прикладных программ анализа и синтеза инфокоммуникационных систем, сетей и устройств;
ПК-2 Готовность осваивать принципы работы, технические характеристики и конструктивные особенности разрабатываемых и используемых сооружений, оборудования и средств инфокоммуникаций;
ПК-7 Готовность к участию в осуществлении в установленном порядке деятельности по сертификации технических средств и услуг инфокоммуникаций;
ПК-9 Готовность к участию в осуществлении в установленном порядке деятельности по сертификации технических средств и услуг инфокоммуникаций;
Список литературы
1. Неганов В.А., Табаков Д.П., Яровой Г.П. Современная теория и практические применения антенн // М. «Радиотехника». 2009. С. 720.2. Монография про сфокусированные апертуры.
2. Неганов В.А., Табаков Д.П., Яровой Г.П. Современная теория и практические применения антенн // М. «Радиотехника». 2009. С. 720.
3. Халикова К.Н. Антенны, сфокусированные в области ближнего излученного поля для задач микроволновых технологий // Казань. 2017. С.166. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.
4. Лысачкина Т., Потапова О.В. Определение границ использования упрощенной модели для расчета электромагнитных полей в поглощающих средах // 2018. АКТО. С. 4.
5. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства // М. «Советское радио» 1974. С. 536.
6. Кинг Р., Смит Г. Антенны в материальных средах: В 2-х книгах. Кн.1. Пер. с англ.// М. «Мир». 1984. С. 824.
7. Кинг Р., Смит Г. Антенны в материальных средах: В 2-х книгах. Кн.2. Пер. с англ.// М. «Мир». 1984. С. 824.
8. Братчиков А.Н., Васин В.И., Василенко О.О., Воронин Е.Н., Воскресенский Д.И., Гостюхин А.В., Гуськов Ю.Н., Громаков Ю.А., Евстропов Г.А., Иммореев И.Я., Кашин В.А., Котов Ю.В., Кошелев В.И., Кузнецов Ю.В., Лазуткин Б.А., Лиспинь У.Р., Махлин Р.Л., Овчинникова Е.В., Редькин Г.Е., Рогулев В.А., Сапрыкин С.Д., Слока В.К., Старостенков В.Н., Трусов В.Н., Шифрин Я.С. Активные фазированные антенные решетки/Под ред. Д.И.Воскресенского и А.И. Канащенкова // М. «Радиотехника». 2004. С. 488.
9. Петров Б.М. Электродинамика и распространение радиоволн // М. Горячая линия – Телеком. 2007. С. 558.
10. Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. М. «Радио и связь». 2000. С. 536.
11. Гошин Г.Г. Устройства СВЧ и антенны. Учебное методическое пособие. В 2-х частях. Томск. Часть 2: Антенны. 2003. С. С. 130.
12. Карлинер М.М. Электродинамика СВЧ: Курс лекций. 2-е изд. // Новосибирск. 2006. С. 258.
Отзыв-характеристика
Обучающийся Лысачкина Татьяна Анатольевна
КНИТУ-КАИ, группы 5279 изучил вопрос о корректности использования упрощенных формул для расчета поля излучения симметричного вибратора и определил границы использования упрощенных формул для расчета поля, созданного вибратором длиной 
в поглощающей среде.
Руководитель НИР Потапова О.В., доцент каф. РТС
подтверждает участие в формировании следующих компетенций, осваиваемых при прохождении практики:
| № | Код компетенции | Наименование компетенции | Уровень освоения профессиональной компетенции (5 – наивысший балл) | ||||
| ОПК-1 | Готовность к коммуникации в устной и письменной формах на русском и иностранном языках для решения задач профессиональной деятельности | ||||||
| ОПК-3 | Способность осваивать современные и перспективные направления развития ИКТиСС | ||||||
| ОПК-4 | Способность реализовывать новые принципы построения инфокоммуникационных систем и сетей различных типов передачи, распределения, обработки и хранения информации | ||||||
| ОПК-6 | Готовность к обеспечению мероприятий по управлению качеством при проведении проектно-конструкторских и научно-исследовательских работ, а также в организационно-управленческой деятельности в организациях отрасли в соответствии с требованиями действующих стандартов, включая подготовку и участие в соответствующих конкурсах, готовностью и способностью внедрять системы управления качеством на основе международных стандартов | ||||||
| ПК-1 | Способность к разработке моделей различных технологических процессов и проверке их адекватности на практике, готовностью использовать пакеты прикладных программ анализа и синтеза инфокоммуникационных систем, сетей и устройств | ||||||
| ПК-2 | Готовность осваивать принципы работы, технические характеристики и конструктивные особенности разрабатываемых и используемых сооружений, оборудования и средств инфокоммуникаций | ||||||
| ПК-7 | Готовность к участию в осуществлении в установленном порядке деятельности по сертификации технических средств и услуг инфокоммуникаций | ||||||
| ПК-9 | Способность самостоятельно выполнять экспериментальные исследования для решения научно-исследовательских и производственных задач с использованием современной аппаратуры и методов исследования, способностью участвовать в научных исследованиях в группе, ставить задачи исследования, выбирать методы экспериментальной работы |
Зарекомендовал себя как самостоятельный и инициативный магистрант, показавший хорошее теоретические и практические знания и навыки.
Работу обучающегося Лысачкиной Т.А. оцениваю на
Руководитель НИР _______________________ Потапова О.В.