Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 70

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

3. Taflove A. Computational electrodynamics: The finite-difference time-domain method. - New York: Artech House, 1995. - 599 p.

4. Pochanin G.P., Masalov S.A. Use of the coupling between elements of the vertical an­tenna array of LCRs to gain radiation efficiency for UWB pulses. IEEE Trans. on Antennas and Propagation. - 2007. - Vol. 55, №. 6. - P.1754-1759.

5. Почанин Г. П. Излучение импульсных сигналов разной длительности перестраи­ваемой антенной системой большого тока // Радиофизика и электроника. - 2000. - Т.5, №2. - С.118-127.

6. Вопросы подповерхностной радиолокации / Под ред. А.Ю. Гринева. - М.: Ра­диотехника, 2005. - 418 с.

7. Хармут Х. Ф. Теория секвентного анализа: основы и применения. Пер. с англ. -М.: Мир, 1980. - 575 с.

8. Harmuth H.F., Boules R.N., Hussain M.G.M. Electromagnetic signals: reflection, fo­cusing, distortion, and their practical applications. - New York: Kluwer Academic / Plenum

Publishers, 1999. - 214 p.

9. Пат. 81652 UA Спосіб розв'язки між передавальним і приймальним модулями антенної системи. - Копилов Ю. О., Масалов С. О., Почанін Г. П. Заявлено 17.08.2005; Опубл. 15.03.2007. - 16 с.

СРРСН'2008

I . 2 - 8

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ИМПЕДАНСНЫХ СТРУКТУР С ЗАДАННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ И РАССЕЯНИЯ

Юханов Ю.В., Юханов А.Ю., Привалова Т.Ю.

Технологический институт Южного Федерального университета в г. Таганроге 347928, Некрасовский, 44, Таганрог, Россия E-mail: yu yukhanov@mail.ru; airpu@tsure.ru

The paper deals with synthesis problems of non-uniform stationary and quasistationary impedance planes with necessary directional and scattering characteristics. The synthesis prob­lem of impedance plane reflecting a homogeneous flat wave in the given direction is solved in the strict statement; the reflection coefficients and desired law of the impedance distribution are received in an obvious form. Restrictions on a class of diagram and scattering patterns realizable with reactance planes are formulated.

Введение. Проектирование объектов с заданными излучающими и рассеивающими свойствами требует постановки и решения обратных задач электродинамики или задач синтеза. Эффективное управление процессом рассеяния электромагнитных волн можно осуществлять с помощью широкого класса электродинамических структур, электрофизи­ческие свойства которых поддаются описанию с помощью импедансных граничных ус­ловий Щукина - Леонтовича [1]. Такие задачи, как правило, решают на основе строгих подходов, связанных с использованием различных численных методов [2], [3],. Однако, в большинстве практически важных случаев, как в антенной технике, так и в радиолока­ции, электрические размеры синтезируемых отражателей и антенн велики, и поэтому их эффективное решение возможно лишь с применением приближенных методов. Слож­ность приближенного решения задач синтеза связана с необходимостью определения ко­эффициентов отражения от неоднородной импедансной плоскости, что требует строгого решения задачи рассеяния плоской волны на неоднородной импедансной плоскости в аналитически замкнутой форме.

В данной работе изложены основные результаты, полученные за последние 10-15 лет на кафедре антенн и радиопередающих устройств ТТИ ЮФУ в области анализа и синтеза импедансных структур с заданными характеристиками излучения и рассеяния.

2. Синтез импедансной плоскости. Коэффициенты отражения

Поскольку для решения создания отражателей произвольной формы с заданными характеристиками необходимо знание коэффициентов отражения, то на первом этапе бы­ли найдены коэффициенты отражения плоской волны для изотропной и анизотропной неоднородной импедансной плоскости, переотражающей падающую волну в заданном направлении на требуемой поляризации, в стационарном и квазистационарном режимах.

2.1. Синтез изотропной плоскости. В результате проведенных исследований для плоскости S, параметры которой могут меняться во времени так, что в квазистационарном случае они подчиняются [4] граничным условиям типа Щукина-Леонтовича

[n, E]=— Z [n, [n, H ]] (1)

найден закон распределения импеданса Z(x, t), обеспечивающий преобразование плоско­го фронта падающей однородной волны в плоский фронт отраженной в требуемом на­правлении <р0 однородной плоской монохроматической волны с частотой ю2 ю = ю2 со1 <<с1).

Аналитические представления падающего и отраженного полей в виде:

H1 = i ZH0^; Hs = 1Z H0e*, (2) где; x1 = m1t + k1x cos (pt; x2 = c2t k 2 x cos ^0 ; k12 =cl2l c ; c - скорость света, позволили получить выражение для нормированного поверхностного импеданса в явном виде:

Z = 0,5(cos^ cos^o) + z'0,5(cos y + cosy0)tgj(x, t), (3) где; п = 0.5[Act k2 x(a>1 cosp +c2cosp0 ) /с2 ].

СРРСН'2008

I . 2 - 9

Условие физической реализуемости реальной части пассивного импеданса в фор­мулах (3) cos Yi - cos Yo > 0 определяет ограничение на класс реализуемых диаграмм рас­сеяния: пассивный импеданс (ReZ>0) обеспечивает полное отражение однородной пло­ской волны лишь в сектора углов, для которых выполняются условия: <р0 < р; р0 р.

Реактанс (cos Yi cos y0 = 0 ) такой перевод может осуществить только в обратном р0 =р   (Z = icosY/g[0.5Ac;t — 0.5^2cos(pix)(ft)1 + со2)2]   в стационарном случае при

Асо = 0, Z = i cos Ylgkx cos pi)    или    зеркальном     P0 =n pi     (при    Асо = 0,

Z = 0, Z = icosY/g[0.5Aof 0.5k2 cos(pix)(c1 a>2)/с2]) направлениях.

Поверхностный импеданс в квазистационарном случае оказывается однородным при отражении луча не в зеркальном направлении (р0 = л р{), как в стационарном слу-

^ чае, а в направлении р0 = — arccos cos р1

То есть даже однородный вдоль поверхности импеданс, меняющийся во времени, меняет не только частоту отраженного сигнала, но и направление его отражения.

Получено строгое решение задачи анализа реактансной плоскости Z = iZ 0tgn( x, t) в аналитически замкнутой форме, которое показало [5], что в отраженном поле помимо основного луча в направлении р = р0 возникает ещё целый спектр отраженных волн, как

пространственных, так и поверхностных. Лишь при Z0 = sin р0, поверхностные волны отсутствуют, а в отраженном поле будут присутствовать только две пространственные гармоники. Это однородные плоские волны, распространяющиеся в заданном р = р0 на­правлении с требуемым смещением спектра (Eg, Hq ) и в зеркальном р = л р{ направ­лениях с частотой, равной частоте падающего поля.

Для такого импеданса, создающего только две отраженные однородные волны, по­лучены коэффициенты отражения PE H . Для рассмотренной поляризации

р  = (3 cos Yi cos y0 )cos y0 Z(cos Yt + cos y0 ) H (cos Yi + cos y0 Xcos y0 + Z)

Для анализа процессов, происходящих при падении плоской волны на рассматри­ваемую реактансную структуру с произвольного направления, несовпадающего с расчет­ным, и оценки влияния параметра Z0 на соотношение амплитуд различных гармоник не­обходимо иметь решение задачи анализа в замкнутой форме.

В результате решения такой задачи [5] было показано, что действительный множи­тель Z0 обуславливает соотношение между амплитудами пространственных гармоник рассеянного поля и с его помощью можно управлять интенсивностью основного и ди­фракционных лепестков.

2.2. Синтез анизотропной плоскости. Для импедансной квазистационарной анизо­тропной плоскости S с диагональным тензором Z в виде частой решетки ортогональных произвольно ориентированных на поверхности S импедансных полос ZE, ZM найдены

параметры ZE, ZM такими, что при падении плоской волны Hi = x\H0ei[a}lt+kl(x+yяпр)] рассеянное поле представляло собой однородную плоскую волну, отраженную под за­данным   углом    р = р0    на   заданной   поляризации    ( Eq , Hs)    и   частотой а2

Es = ?E0ei[a,2t—k2(x+yяпр0)], где п, % - единичные вектора, определяющие поляризации

падающей и рассеянной волн; H), E0 = |E0\e1W0; ^0 = const - комплексные константы.

Требуемый закон распределения импеданса получен непосредственно из граничных условий (1)

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 1 0

  _ cosaEx - sin aEZ _    _ sin aEx + cosaEz

sin aHx + cos aHz sin aHz - cos aHx

где угол a определяет ориентацию полос ZE, ZM на плоскости S.

Найдены условия реализуемости чисто реактивного тензора импеданса (ограничения на класс реализуемых анизотропных рассеивателей с тензором чисто реактивного импеданса), вытекающие из уравнение баланса энергии падающей и отраженной волн:

Ы _ 1^;   g2a _ 2     ^ ^       , (4) Vsin^o cosx(1 - sin p sinp0)

где x _ У0 + Acot - x(k1 cosp + k2 cosp0).

Синтезированная импедансная структура в этом случае имитирует с одной стороны, наклон отражающей плоскости (поляризатора), а с другой, за счет изменения во времени параметров анизотропной структуры, — её движение.

Анализ условия (4) показывает, что ориентация полос является функцией, как координат, так и времени, т.е. a_a(x,t). Угол a оказывается постоянным, причем

равным nj4, только при нормальном падении и отражении волны (pi _Щ0 _п/2). Импедансная структура в зависимости от знака Аса имитирует движение плоскости навстречу падающей на неё волне или, наоборот, от неё. В остальных случаях компоненты Ze , Zm ,a тензора Z импеданса являются функциями углов падения и отражения волн, а также времени.

Поле, отраженное такой анизотропной квазистационарной структурой, на согласованной поляризации имеет частоту тх, а на кроссовой а2. Причем на согласной поляризации синтезированная анизотропная структура эквивалентна «черному» телу Кирхгофа.

Рассмотрена возможность синтезирования анизотропной структуры с фиксированной геометрией реактансных полос (a_ const). Показано, что с помощью фиксированной ориентаций анизотропной импедансной структуры полный перевод отраженного поля на кроссполяризацию в произвольном направлении со смещением частоты оказывается невозможным. В отраженном поле неизбежно появится дополнительный, зеркальный (Hr), луч на согласной поляризации той же частоты, что и падающая волна (ю1), т.е.

H   _ e/'[a,it+k1(xcosp-+ysinp-)] + Hrgi[_e\t+kx(xcosp-ysinp-)]

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа