Цель: разработка комплексной модели многовибраторной подземной антенны, функционирующей в диссипативных слоистых средах, с учётом реальных геофизических параметров, и создание алгоритма автоматического расчёта габаритов защитных конструкций.
Метод: использован гибридный алгоритм параметрической оптимизации, интегрирующий электродинамическое ядро, реализованное методом конечных разностей во временной области (FDTD), с методом роя частиц (PSO). Расчёты выполнены для частотного диапазона 4–30 МГц с учётом двухслойной модели подстилающего объёма (песок/щебень), параметры которой обоснованы геофизическими данными для района Хомсской впадины.
Результаты: получены оптимальные геометрические параметры антенны, обеспечивающие на частоте 15 МГц коэффициент усиления 4,4 дБи и активное сопротивление 47,2 Ом, что даёт энергетический выигрыш 3,2 дБ по сравнению с эталонным полуволновым диполем. Разработан и верифицирован алгоритм автоматического расчёта размеров пластикового бокса и котлована, основанный на длине волны и оптимизированных размерах антенны.
Научная новизна: впервые предложена комплексная модель, связывающая геофизические данные реального региона с численным электродинамическим моделированием и глобальной оптимизацией; впервые реализован автоматический расчёт защитных конструкций на основе анализа дифракционных искажений в ближней зоне.
Objective: to develop a comprehensive model of a multivibrator underground antenna operating in dissipative layered media, considering real geophysical parameters, and to create an algorithm for automatic calculation of the dimensions of protective structures.
Method: a hybrid parametric optimization algorithm was used, integrating an electrodynamic nucleus implemented by the finite difference in time domain (FDTD) method with the particle swarm method (PSO). The calculations were performed for the frequency range of 4–30 MHz, considering a two-layer model of the underlying volume (sand/crushed stone), the parameters of which were substantiated by geophysical data for the Homs Depression area.
Results: the optimal geometric parameters of the antenna were obtained, providing a gain of 4.4 dBi and an active impedance of 47.2 Ohm at a frequency of 15 MHz, which gives an energy gain of 3.2 dB compared to the reference halfwave dipole. An algorithm for automatic calculation of the dimensions of a plastic box and a pit based on the wavelength and optimized antenna dimensions was developed and verified.
Scientific novelty: for the first time, a complex model linking geophysical data of a real region with numerical electrodynamic modeling and global optimization is proposed; for the first time, automatic calculation of protective structures based on the analysis of diffraction distortions in the near field is implemented.
Источники финансирования не указаны.
No funding sources reported.
- Borodulin R. Yu. Chislennye metody ehlektrodinamiki: monogr. SPb.: VAS, 2016. – P. 180.
- Stutzman W. L., Thiele G. A. Antenna Theory and Design. – 3rd ed. – N.Y.: John Wiley & Sons, 2012. – P. 848.
- Berenger J. P. A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves // J. Comp. Phys. – 1994. – Vol. 114. – No. 2. – Pp. 185–200.
- Borodulin R. Yu., Klyuchko N. Yu. Metodika rascheta harakteristik antenn, raspolozhennyh v polubeskonechnoj srede s poteryami, metodom konechnyh ehlementov // Informaciya i kosmos. – 2016. – No. 2. – Pp. 41–44.
- Balanis C. A. Antenna Theory: Analysis and Design. – 4th ed. – John Wiley & Sons, 2016. – P. 1104.
- Ehberhart R., Kennedi Dzh. Novyj optimizator, ispol'zuyushchij teoriyu roya chastic / materialy 6-go Mezhdunarodnogo simpoziuma po mikromashinam i naukam o cheloveke, Nagoya, Japan, 4 6 oktyabrya 1995 g, 1995. – IEEE: Piskatauehj, N'yu-Dzhersi, SSHA, 1995. – Pp. 39–43.
- Marti R., Resende M. G. S. i Ribejro K. S. Metody kombinatornoj optimizacii s neskol'kimi zapuskami // Evropejskij zhurnal operacionnyh issledovanij, aprel' 2013 g. – 226(1):1 8.
- Borodulin R. Yu. Metody uvelicheniya ehffektivnosti antenn, pogruzhennyh v dissipativnye sredy // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij Rossii. Radioehlektronika. – 2017. – No. 2. – Pp. 39–46.
- Jin J. The Finite Element Method in Electromagnetics. – 3rd ed. – John Wiley & Sons, 2014. – P. 872.
- Borodulin R. Yu. Primenenie konceptual'nyh modelej chislennyh metodov ehlektrodinamiki dlya analiza harakteristik vibratorov v beskonechnyh dissipativnyh sredah // Nauchno-tehnicheskie vedomosti SPbGPU. Informatika. Telekommunikacii. Upravlenie. – 2016. – No. 4 (252). – Pp. 29–42.
- Borodulin R. Yu., Ismail M. M., Yurtaev A. S., Borobov A. A. Issledovanie vliyaniya mnogoslojnyh dissipativnyh sred na ehffektivnost' antenn dekametrovogo diapazona // Telekommunikacii i svyaz'. – 2026. – No. 2 (11). – Pp. 36–42. – DOI: 10.21681/3034-4050-2026-2-36-42.