Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 83

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 

Анализ полученных решений показывает, что данные выражения могут быть легко сведены к известным случаям тонкого провода конечной проводимости, а также импе-дансной плоскости [2], что доказывает их корректность. Физическая трактовка получен­ных результатов позволяет сделать вывод о том, что гибридная волна низшей моды на тонком импедансном цилиндре будет возбуждаться всегда, поскольку ее критическая частота равна нулю, а коэффициент распространения к ненамного превышает волновое число свободного пространства. Возбуждение симметричной поверхностной волны зави­сит от импедансных свойств поверхности цилиндра. На плоскости возбуждаются только волны Зоммерфельда, что подтверждается стремлением к нулю третьего слагаемого в уравнении (1).

При резонансных размерах цилиндра решение дисперсионного уравнения (1) может осуществляться численно с использованием итерационного метода [2]. При этом точ­ность получаемого решения определяется начальным приближением. Для нахождения начального приближения решения представим спектральные элементы тензора поверх­ностного импеданса в виде двух составляющих, позволяющих выделить вклад кривизны поверхности и неоднородность покрытия, внешний радиус которого совпадает радиусом импедансного кругового цилиндра, а свойства описываются тензором поверхностного

импеданса. Данную связь удобнее описывать для адмиттанса т -й гармоники :

(т, к) =      (т,к) + Х^ (т, к), (5)

где

Хну (т,к) =--°-/т(_оа), (6)   Хн (т,к) = -і——0--. (7)

Здесь егт , йгт - коэффициенты спектрального разложения в представлении напряжен­ности электрического и магнитного полей на внешней стороне покрытия, вид которых описан в [4].

На рис. 1, 2 для низших гармоник (т = 0 и т = 1) приведены зависимости реактив­ной (левое поле) и активной (правое поле) составляющих величины спектрального по­верхностного адмиттанса Хн покрытий, образованных из различного числа слоев (одно­го, двух и четырех). При проведении исследований полагалось, что величина продольно­го волнового числа к составляла 0.9к), источник (продольно ориентированный элемен­тарный магнитный диполь) располагался на удалении 0.4Я от поверхности покрытия. Покрытия образованы из слоев равной толщины 0.Ц- (где Я - длина волны в I - м слое покрытия), а параметры слоев равны: е1 = 5, е2 = 3, /1 = 1.1, /2 = 1 (рис. 1) и е1 = 8, е2 = 8, е3 = 2 , е4 = 2.56 , /1 = /2 = /3 = 1.1, /4 = 1 (рис. 2). Кривые 1-4 иллюстрируют за­висимости, найденные по формулам (5), (6), (7) и (4).

Анализ зависимостей, приведенных на данных рисунках, показывает, что величина поверхностного адмиттанса, найденная в приближении плоскости, является асимптотиче­ским значением и может использоваться при моделировании свойств однослойного по­крытия на цилиндрах радиуса более 1Я в качестве начального приближения решения. Для более точного учета свойств поверхности покрытия следует использовать в случае однослойного покрытия выражение (6), определяющее огибающую для реактивной и ак­тивной составляющих спектральной составляющей элементов тензора поверхностного импеданса. При выполнении покрытия из большего числа слоев необходимо применять

2

к:

1—р

\1

и-1-1-1-1-1-1-1-г~

т =1

1

2

2

0       2       4       6       8 а/Л 2       4       6       8 а/Л

Рис. 1

2 4 а/Л

а/Л        2 4

Рис. 2

8 а/Л

1.5

Рис. 3соотношение (5), учитывающее как кривизну поверхности, так и периодический характер поля, обусловленный изменениями в его структуре внутри покрытия. Вариации выбора используемых соотношений определяется тем, что при моделировании многослойного покрытия величиной поверхностного импеданса необходимо учитывать изменение структуры поля внутри покрытия.

Одним из вопросов, наиболее часто возникающих при практических исследованиях, является вопрос о числе поверхностных волн, которые могут возбуждаться на поверхно­сти импедансного цилиндра и должны быть учтены при моделировании. Для частных случаев малого и большого радиусов ответ на данный вопрос известен и приведен в ряде работ, например, в [2]. Для цилиндров резонансных размеров вопрос остается открытым. На рис.3 приведены зависимости от радиуса цилиндра положения точек полюсов, полу­ченные на основе использования приведенных выше соотношений и соответствующие решению дисперсионного уравнения (1) при возбуждении поперечно-магнитной поверх­ностной волны на гармониках m = 0 и m = 1. Кривые 1, 2 иллюстрируют зависимости для цилиндра с поверхностным импедансом Z = 1.5i, а кривые 3, 4 - с поверхностным импе­дансом Z = 0.5i . При этом кривые 1, 3 соответствуют симметричной волне (m = 0), а кри­вые 2, 4 - гибридной волне (m = 1). Величина поверхностного импеданса считалась по­стоянной и выбиралась в соответствии с данными работы [5]. Штриховыми линиями 5 и 6 показаны результаты, найденные с использованием соотношений (4), т.е. в приближе­нии плоскости.

Анализ результатов, приведенных на данном рисунке, показывает, что для импе­дансного цилиндра радиусом более 0.8/1 (k > 5) дисперсионные кривые для симметрич­ной и несимметричной мод практически совпадают для обеих величин поверхностного импеданса. Это означает, что для импедансных цилиндров большого радиуса, как и для плоскости, симметричная и основная гибридная волны совпадают. Аналогичные зависи­мости имеют место и для других значений Z , а также совпадают с результатами, полу­ченными в [3] для случая строгого описания электрических свойств многослойного маг-нитодиэлектрического покрытия.

Выводы. Приводимые в докладе соотношения дают возможность осуществлять полноволновой анализ поля открытых волноведущих структур, построенных на основе цилиндрических конструкций с круговым поперченным сечением резонансных размеров. Результаты выполненных с их использованием численных исследований позволили сформулировать рекомендации по выбору начального приближения решения дисперси­онного уравнения итерационным методом, а также выявить закономерности, связанные с числом возбуждаемых поверхностных волн на импедансном круговом цилиндре резо­нансных размеров.

Литература

1. «Концепция развития телерадиовещания в Российской Федерации на 2008­2015 гг.». Распоряжение Правительства Российской Федерации №1700-р от 29.11.2007.

2. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. - М.: Радио и связь, 1988. - 440 с.

3. Звездина М.Ю. Условия возбуждения поверхностных волн в слое магнитоди-электрика на круговом металлическом цилиндре. - Электромагнитные волны и электрон­ные системы, 2006, т.11, №4, с.15-19.

4. Звездина М.Ю., Звездина Ю.А., Костенко П.И. Алгоритм нахождения спектраль­ных коэффициентов дифракции на внешней поверхности многослойного магнитодиэлек-трического покрытия на круговом цилиндре. - Излучение и рассеяние электромагнитных волн: сб. докл. Междунар. НТК, Таганрог, 25-30 июня 2007г. с.366-370.

5. Richard, L., Nosich, A.I., Daniel, J.-P. Revisiting the waves on a coated cylinder by using surface-impedance model. - IEEE Trans. Antennas and Propag., 1999, v.47,8, с.1374-

1375.

УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ОТКРЫТОЙ ВОЛНОВЕДУЩЕЙ СТРУКТУРЫ НА ФОРМИРУЕМЫЙ «НУЛЬ» ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ

Звездина М.Ю., Лабунько О.С. Ростовский военный институт ракетных войск 344038 г. Ростов-на-Дону, ул. Нагибина, 24/50, E-mail: zvezdina m@mail.ru ФГУП «Радиочастотный центр Южного федерального округа» 344000 г. Ростов-на-Дону, пр. Буденовский, 50, E-mail: kan@rost.ru

In the paper the results of numerical research of surface wave field on utmost depth of di­rective pattern zero of antenna situated in the vicinity of circular impedance cylinder are given.

Введение. Широкое применение радиоэлектронных средств во всех областях чело­веческой деятельности, приводящее к ухудшению электромагнитной экологии, делает актуальной задачу разработки антенных средств, позволяющих регулировать уровень электромагнитного излучения в пространственном секторе [1]. Управление уровнем из­лучаемого антенной поля обычно осуществляется путем формирования диаграммы на­правленности специальной формы, имеющей «нули» в требуемых направлениях. Однако более эффективное управление уровнем излучаемого антенной и рассеиваемого несущей конструкцией электромагнитного поля достигается при построении многофункциональ­ной антенны, включающей в излучающий раскрыв открытую волноведущую структуру, образующуюся на основе металлической несущей конструкции и многослойного магни-тодиэлектрического покрытия. Для такой конструкции одним из требующих проведения исследований вопросов является влияние собственных волн открытой волноведущей структуры на глубину формируемого методами синтеза «нуля» диаграммы направленно­сти.

Решение задачи. Исследование влияние собственных волн открытой волноведу-щей структуры на глубину формируемого методами синтеза «нуля» диаграммы направ­ленности будем проводить на модели бесконечного вдоль образующей кругового импе-дансного цилиндра радиуса a , поскольку большинство несущих конструкций имеет круглое поперечное сечение. Вблизи данного тела расположена N - элементная антенная решетка излучателей, ориентированных вдоль образующей цилиндрического тела. Излу­чатели удалены на расстояние h от поверхности импедансного кругового цилиндра. Не­обходимо определить амплитудно-фазовое распределение излучателей решетки, обеспе­чивающее формирование «нуля» диаграммы направленности в направлении Op, pp .

Для решения задачи используем стандартный подход, описанный, например, в [2], когда для получения «нуля» в требуемом направлении формируется требуемое ампли­тудно-фазовое распределение в раскрыве антенной решетки. Амплитудно-фазовое рас­пределение в раскрыве антенной решетки, получаемое с учетом и без учета поля поверх­ностных волн, найдем с использованием результатов, приведенных в работах [3, 4]. Оценим вклад поля возбуждаемых на импедансной поверхности кругового цилиндра ра­диуса a = Л - рабочая длина волны в свободном пространстве) поверхностных волн в амплитудно-фазовое распределение, обеспечивающее формирование «нуля» диаграммы направленности 16-тиэлементной антенной решетки. При этом рассмотрим два варианта расположения излучателей в составе раскрыва относительно образующей цилиндра: ду­говую и линейную. Для выбранного значения радиуса цилиндра и величин поверхност­ных импедансов Z = 0.5i, Z = 1i и Z = 1.5i полюса поверхностных волн в соответствии с результатами, приведенными в работе [5], располагаются в точках {1.1533458; 1.1808409}, {1.14142136;1.14142136} и {1.8027756;1.8027756} соответственно. В табл. 1, 2 приведены значения глубины «нуля» диаграммы направленности, формируемого в направлениях 85 >Op > 45 градусов в угломестной плоскости и 85 >Pp > 5 градусов в азимутальной

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 60плоскости при использовании обоих вариантов выполнения антенной решетки полувол­новых электрических вибраторов для двух значений удаления от поверхности импеданс-ного цилиндра: стандартного, равного к = 0.25Я , и к = 0.125Я, позволяющего рассмотреть возможность создания низкопрофильных антенн. Фазирование исходной диаграммы на­правленности при моделировании осуществлялось с использованием метода эквивалент­ного плоского раскрыва. Величины углового интервала выбраны так, чтобы они выходи­ли за пределы половины ширины главного лепестка диаграммы направленности по поло­винной мощности в соответствующем главном сечении.

Таблица 1

Глубина формируемого «нуля» диаграммы направленности дуговой антенной решетки без учета поля поверхностных волн

<рр

 

к = 0.125Я

 

 

к = 0.25Я

 

 

Х = 0.5/

Х = 1/

Х = 1.5/

Х = 0.5/

Х = 1/

Х = 1.5/

5

-24.58

-9.86

-22.22

-22.0

-19.44

-16.18

10

-32.48

-16.58

-29.75

-39.19

-27.89

-24.42

15

-38.83

-21.95

-35.50

-36.96

-33.99

-30.20

20

-43.50

-23.39

-39.89

-46.90

-38.53

-34.07

25

-45.25

-20.99

-42.12

-41.17

-39.55

-36.78

30

-43.15

-18.68

-42.03

-42.24

-40.45

-39.27

35

-42.25

-17.75

-42.79

-45.2

-42.57

-44.53

40

-42.92

-18.9

-42.59

-50.26

-44.64

-52.4

45

-43.22

-21.2

-41.78

-47.15

-42.96

-44.86

50

-43.05

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