Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 84

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 

-23.52

-40.93

-45.12

-42.42

-42.15

55

-43.15

-26.23

-40.79

-44.37

-44.19

-42.61

60

-44.66

-30.42

-42.34

-46.17

-48.04

-42.86

65

-47.23

-40.39

-45.35

-47.04

-49.99

-43.07

70

-49.64

-37.30

-48.76

-45.65

-46.06

-42.77

75

-49.20

-29.64

-51.15

-44.88

-44.17

-43.26

80

-46.45

-25.52

-47.26

-44.77

-42.11

-45.30

85

-43.65

-22.62

-43.51

-46.27

-42.33

-47.06

90

-41.69

-20.59

-42.03

-46.79

-42.40

-46.00

Таблица 2

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

 

к = 0.125Я

к = 0.25Я

 

Х = 0.5/

Х = 1/

Х = 1.5/

Х = 0.5/

Х = 1/

Х = 1.5/

85

-41.02

-8.16

-41.26

-41.98

-24.10

-42.45

80

-42.64

-12.05

-43.22

-46.02

-28.29

-46.41

75

-52.19

-22.84

-49.03

-54.34

-39.27

-55.19

70

-54.95

-24.25

-56.16

-59.99

-40.67

-62.69

65

-49.79

-20.18

-47.16

-56.23

-36.98

-54.19

60

-58.33

-30.39

-65.80

-68.94

-46.07

-62.74

55

-56.98

-25.0

-53.27

-55.12

-42.19

-75.28

50

-48.29

-25.47

-54.88

-52.52

-42.41

-65.22

45

-55.97

-27.00

-57.81

-53.68

-43.77

-62.11

СРРСН'2008

1-ч. 2 - 6 1

Анализ данных из табл.1, 2 показывает, что глубина формируемого без учета по­верхностных волн «нуля» зависит от величины поверхностного импеданса, удаления из­лучателей антенной решетки от поверхности импедансного кругового цилиндра, а также от ориентации решетки относительно продольной оси цилиндра. Наиболее сильное влия­ние поверхностные волны оказывают при поверхностном импедансе Х =1/ на дуговую решетку. Для данной геометрии глубина формируемого «нуля» ДН менее -40 дБ наблю­дается во всем исследуемом секторе углов при высоте подвеса излучателей к = 0.125Я, а при высоте подвеса к = 0.25Я - только в секторе ± 25 градусов в азимутальной плоскости. Для линейной решетки размер пространственного сектора, в котором значение форми­руемого «нуля» ДН менее -40 дБ составляет ± 15 градусов в угломестной плоскости.

Поскольку величина глубины формируемого «нуля» диаграммы направленности зависит от точности задания требуемого амплитудно-фазового распределения, то для по­яснения физических явлений, обуславливающих выявленные при формировании «нуля» ДН закономерности, оценим вклад поля поверхностных волн в изменение амплитудно-фазового распределения на отдельном примере. В качестве последнего рассмотрим слу­чай формирования «нуля» ДН в направлении вр = 90°, срр = 10° при первом варианте раз­мещения антенной решетки и в направлении вр = 80°, рр = - при втором. Несложно за­метить, что в указанных направлениях глубина «нуля», формируемого решеткой первого варианта исполнения, составляет менее -40 дБ для всех рассматриваемых значений по­верхностного импеданса, а для второго варианта исполнения только для поверхностного импеданса, равного Х = 1/. На рис. 1 приведены зависимости погрешностей вычислений амплитуды (аЛ , %) и фазы (Др, градусов) в излучателях, получаемых при отказе от уче­та влияния поверхностных волн при формировании «нуля» диаграммы направленности в указанных направлениях для первого варианта исполнения антенной решетки, когда влияние поля поверхностных волн наблюдается более сильно. При этом на рисунке с ин­дексом «а» приведены зависимости, полученные для случая удаления излучателей ре­шетки на расстояние к = 0.125Я от поверхности импедансного кругового цилиндра, а на рисунке с индексом «б» - на расстояние к = 0.25Я. Левое поле рисунков иллюстрирует зависимость относительной погрешности установки амплитуды в излучателях при отказе от учета поля поверхностных волн, а правое поле рисунков - зависимость абсолютной погрешности установки фазы в излучающих элементах антенной решетки. Кривые 1-3 при этом иллюстрируют зависимости, полученные для поверхностного импеданса, рав­ного соответственно Х = 0.5/ , Х =1/ и Х =1.5/ .

Анализ полученных зависимостей показывает, что наибольшие ошибки в задании требуемого для формирования «нуля» диаграммы направленности амплитудно-фазового распределения получаются при отказе от учета влияния поля поверхностных волн для дуговой антенной решетки при величине поверхностного импеданса Х = 1/. При этом при высоте подвеса к = 0.125Я ошибка в амплитудном распределении составляет порядка 8% и 23 градусов - в фазовом распределении. При большем удалении излучателей от по­верхности кругового импедансного цилиндра ошибки уменьшаются и составляют поряд­ка 5% в амплитудном распределении и 12 градусов в фазовом распределении. При ос­тальных значениях импеданса получаемые ошибки меньше. Следует отметить, что боль­шая высота подвеса излучателей решетки отражается в различии амплитуд ошибок при изменении величины поверхностного импеданса с Х = 0.5/ до Х = 1.5/. Для линейной ан­тенной решетки при величине поверхностного импеданса Х =1/ получаемые наибольшие погрешности в определении амплитудно-фазового распределения при отказе от учета по­ля поверхностных волн меньше приблизительно в два раза по сравнению с аналогичными показателями, найденными для дуговой антенной решетки.

Таким образом, отказ от учета влияния поля поверхностных волн приводит к значи­тельным погрешностям при нахождении требуемого амплитудно-фазового распределения антенной решетки, обеспечивающего формирование «нуля» ДН, а, следовательно, и к уменьшению его глубины.

СРРСН'2008

1-ч. 2 - 62

10

о

-10

-20 -25

О 5 10        .V 5 10 .V

а

10

о

-10 -15

О 5 10        .V 5 Ю .V

б

Рис. 1

Выводы. Приведенные в данном докладе результаты показывают, что при проек­тировании многофункциональных антенн, создаваемых на основе открытой волноведу-щей структуры, образованной на металлической несущей конструкции и многослойного магнитодиэлектрического покрытия, электрические свойства которого моделируются по­верхностным импедансом, необходимо учитывать собственные волны структуры. Отказ от учета данных волн приводит ошибкам в вычислении амплитудно-фазового распреде­ления антенной решетки и ограничивает глубину формируемого «нуля» диаграммы на­правленности. Величина ошибок зависит от значения поверхностного импеданса, удале­ния излучателей антенной решетки от поверхности импедансного кругового цилиндра, а также от ориентации решетки относительно продольной оси цилиндра. Литература

1. Актуальные вопросы проектирования антенно-фидерных устройств радиосвязи / Под ред. Г.И. Трошина. Кн.1. - М.: Радиотехника, 2001. - 72с.

2. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки.- М.: Радио и связь,

1989. - 448 с.

3. Звездина М.Ю. Влияние поверхностных свойств кругового цилиндра на структу­ру поля электрического вибратора. - Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2003, т.6, №5, с.48-51.

4. Лабунько О.С. Излучение продольного диполя из слоя магнитодиэлектрика на металлическом цилиндре. - Электромагнитные волны и электронные системы, 2005, т.10,

№5, с.6-9.

5. 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.

СРРСН'2008 1-ч. 2 - 6 3 МРФ'2008

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ РУПОРНЫХ АНТЕНН АПЕРТУРНЫМ МЕТОДОМ И МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Кизименко В.В., Юрцев О.А. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники 220013, Минск, ул. П.Бровки, д.6, кафедра антенн и устройств СВЧ, тел. +375(17) 2932208, E-mail: vsapfir@narod.ru Organized benchmark analysis of the horn antennas by aperture method and method final element. Package HFSS was used for consideration of the method final element. The calculated diagram and main features horn antennas. They are evaluated required for calculation hardware facility computer. Conclusions are made about advantage of the aperture method before method final element on accuracy and time of the calculations.

Введение. Существует большое количество программных продуктов, позволяющих с помощью различных методов рассчитать целые устройства СВЧ и антенны. Однако, несмотря на это, до сих пор остаётся открытым вопрос об эффективности использовании компьютерных ресурсов при проектировании новых устройств. Какие пакеты и для каких задач могут быть применены с наименьшими затратами времени и памяти ЭВМ - рек­ламные проспекты различных компаний дают очень оптимистические ответы на эти во­просы или не дают их. Цель данной работы - сравнение результатов моделирования не­скольких конструкций рупорных антенн с использованием апертурного метода и метода конечных элементов (МКЭ).

Основная часть. Проведено моделирование рупорных антенн с различными разме­рами апертуры и глубиной с применением апертурного метода и метода конечных эле­ментов (пакет Ansoft HFSS v10.1). При расчете поля рупорной антенны апертурным ме­тодом использовался векторизованный интеграл Кирхгофа. Учтено нелинейное фазовое распределение поля на раскрыве рупора и изменение амплитудного распределения поля на раскрыве по сравнению с распределением поля в поперечном сечении прямоугольного волновода на основной волне Hw , обусловленное конечной глубиной рупора. На рис. 1-5 и рис.7 представлены рассчитанные диаграммы направленности (ДН) антенны F (Q) в плоскостях Е и Н (Q - угол наблюдения, отсчитываемый от нормали к плоскости апер­туры). На рис.6 приведено фазовое распределение в градусах на раскрыве оптимального рупора, соответствующее максимуму коэффициента направленного действия. Глубина рупора равна 10 X, размеры раскрыва 5,69Л х 4,5Л .

Сравнение полученных результатов показывает, что метод конечных элементов да­ёт результаты близкие к значениям, полученным с использованием апертурного метода. Однако МКЭ требует значительно больших ресурсов компьютера. Так, для расчёта рупо­ра с размерами апертуры х и глубиной потребовалось около 3 минут и свыше 600 МБ оперативной памяти компьютера. Моделирование оптимального рупора с разме­рами апертуры 5,69Л х 4,5Л и глубиной 10X стало возможным лишь при задании Е и Н

плоскостей симметрии антенны, что несколько снизило точность результатов. Несмотря на это, на решение задачи было затрачено 2 минуты и 94 МБ памяти. Для расчета этих же антенн то время апертурным методом потребовалось лишь несколько секунд. Кроме того, пакет HFSS не позволяет рассчитывать рупорные антенны с размером раскрыва более х , в явном виде не рассчитываются параметры ДН. Значения ширины главного лепестка и максимальный уровень боковых лепестков можно определить только визуаль­но по графику ДН.

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 64а і_і_

1

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 | 0.3 0.2

0.1

Диаграмма направленности

 

 

 

 

у\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

и.....

\

 

 

 

 

 

 

 

J

 

\

1

 

 

 

 

 

 

Ґ

 

V

 

 

 

 

 

 

1/

 

 

\ \

 

 

 

 

 

,.......г

У /

 

 

\ V.

.......

 

 

 

 

и

 

 

 

\

X

 

 

 

 

.........

 

.....

.........^

 

 

21 і_і_

1

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

Диаграмма направленности

 

 

 

 

д..

 

 

 

 

 

 

 

 

Ґ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

' \

 

 

 

 

 

 

 

 

І /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ц

 

 

 

 

 

 

П

 

 

\\

 

 

 

 

 

І

/

 

 

\

 

 

 

 

 

 

/

 

 

ч

 

 

 

 

/

 

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