Диссертация (Антенны и экраны для высокоточного спутникового позиционирования), страница 7

2.11а. Результаты расчета для случая a 2  0.75Im,ZLW0z Рис. 2.11б. Распределение импеданса для случая a 2  0.75F , дБ ,градусыD U , дБ ,градусыРис. 2.12а. Результаты расчета для случая a 2  2.2567Im,ZLW0z Рис. 2.12б. Распределение импеданса для случая a 2  2.25F , дБD U , дБ ,градусы ,градусыРис. 2.13а. Результаты расчета для случая a 2  3.75Im,ZLW0z Рис.

2.13б. Распределение импеданса для случая a 2  3.75F , дБ ,градусыD U , дБ ,градусыРис. 2.14а. Результаты расчета для случая a 2  5.2568Im,ZLW0z Рис. 2.14б. Распределение импеданса для случая a 2  5.25D U , дБF , дБ ,градусы ,градусыРис. 2.15а.

Результаты расчета для случая a 2  6.75Im,ZLW0z Рис. 2.15б. Распределение импеданса для случая a 2  6.75F , дБ ,градусыD U , дБ ,градусыРис. 2.16а. Результаты расчета для случая a 2  8.2569Im,ZLW0z Рис. 2.16б. Распределение импеданса для случая a 2  8.25В отличие от случая H-поляризации, при E-поляризации, как видно изрис. 2.11а, при скачкообразном изменении импеданса, амплитуда тока наэкране также испытывает скачки. При этом фазовое распределение тока наэкране изменяется менее заметно. Из графиков рис. 2.11-2.16 видно, чтоприменение полуплоскости с полупрозрачным окончанием с переменнымраспределением импеданса позволяет получить более быстрый спад ДН вобласти полутени по сравнению с идеально проводящей полуплоскостью приразличных значениях расстояния от источника до полуплоскости.

Так,например, для полуплоскости, расположенной на расстоянии a 2  0.75 отисточника сраспределением импеданса, показанном на рис. 2.11б,отношение низ/верхдостигает уровня -15дБ при угле возвышения 15градусов, а для идеально проводящей полуплоскости, расположенной на томже расстоянии от источника, тот же уровень отношения низ/верх достигаетсяпри значении угла возвышения 49 градусов. Увеличение расстояния отисточникадополуплоскостиприводиткуменьшениюугловойпротяженности зоны полутени, как в случае полупрозрачной полуплоскости,так и в случае идеально проводящей.

Так, например, для полупрозрачнойполуплоскости расположенной на расстоянии a 2  8.25 от источника,отношение низ/верх достигает уровня -15дБ при значении угла возвышения 7градусов, а для идеально проводящей полуплоскости, расположенной на том70же расстоянии от источника, тот же уровень отношения низ/верх достигаетсяпри значении угла возвышения 12 градусов. Для E-поляризации такжехарактерно, что в отличие от H-поляризации, оптимальное распределениеимпеданса зависит от расстояния между источником и экраном.2.2.Система полуплоскостейРассмотрим возможности улучшения характеристик за счет введениясистемы полуплоскостей.

Для этого рассмотрим систему, изображенную нарис. 2.17. состоящую из источника, расположенного в начале координат исистемы из N полуплоскостей, которые расположены на расстоянии a1 2 ,a2 2 , …, aN 2 от источника, соответственно. Распределения импеданса наокончаниях полуплоскостей обозначим Z L1 , Z L 2 , …, Z LN . Нижний индексздесь и далее означает принадлежность к полуплоскости, расположенной нарасстоянии an 2 от источника.Задача дифракции на системе полуплоскостей решается аналогичноп. 2.1.1 с помощью решения интегрального уравнения (2.1.3) методоммоментов. При этом каждая полуплоскость заменяется на конечныйфрагмент с длиной L , достаточной для того, чтобы ток в области z   L былзначительно меньше тока в области z  0 .Введем базисные функции для поверхностного тока на системеполуплоскостей: 1p z ( z )   2 l ( z  z p ), p 2 z ( z )   2 l ( z  z p ), Np z ( z )   2 l ( z  z p ),x  a1 2x  a2 2,(2.1.15)x  aN 271zyHj ym 0xZ L1 ( z )Z L2 ( z)Z Ln ( z )a1 2ha2 2Lan 2Рис.

2.17. Геометрия модели системы из N полуплоскостейЗапишем систему уравнений относительно амплитуд базисныхфункций поверхностной плотности электрического тока в матричном виде,аналогично п. 1.1.1W1,2W1,1  WZ1,1 WW2,2  WZ 2,22,1 WWN ,2N ,1  C1   B1  C  B  2    2 ,    WZ N ,N  C N   BN W1,NW2,NWN ,N(2.1.16)где Wn ,n  WZ n ,n - блоки матрицы, элементы которых представляют собойвзаимныесопротивлениябазисныхфункций,принадлежащиходнойполуплоскости с индексом n , и которые определяются выражениями (2.1.8,2.1.10); Wnq,m, p  Wmp,n,q - блоки матрицы, элементы которых представляют собойвзаимные сопротивления базисных функций, расположенных на разных72полуплоскостях с индексами n и m , которые определяются следующимвыражениемWmq,,np8i W0 k u0ul2 u 2  k 2 cos u( z  z )e qp4sin 4uu 2 k 2 an am /2du ;(2.1.17)Bn - блоки столбца возбуждения для базисных функций, расположенных наэкране с индексом n , элементы которых определяются выражением (2.1.11),где a 2 заменяется на an 2 .По формулам (2.1.8), (2.1.10), (2.1.11), (2.1.16), (2.1.17) былисоставлены вычислительные программы.

Рассмотрим результаты расчетовдля двух полуплоскостей с полупрозрачным окончанием. Анализ показал,что значения параметров L  40 и 2l  0.05 достаточны для обеспечениянеобходимой точности расчета.Отметим, что при расчетах для системы полуплоскостей, междусоседними полуплоскостями возникает волноводный эффект, которыйзаключается в распространении в пространстве между полуплоскостями модплоскопараллельного волновода. Эти моды, в силу конечного учитываемогоразмера полуплоскостей, будут излучаться от дальнего конца системыполуплоскостей, искажая дифракционную картину. Длятого чтобыуменьшить искажение дифракционной картины, на дальних концах всех, заисключениемпоследней,полуплоскостейвводитсяраспределениеdрезистивного импеданса Z Ln, в области протяженностью d , как показано нарис.2.18.Такимобразом,волны,распространяющиесямеждуполуплоскостями, будут частично поглощаться и частично рассеиваться вобласть, расположенную за системой.73zyHj ym 0xZ L1 ( z )Z L2 ( z)Z Ln ( z )ha1 2a2 2Lan 2dZ Ld1 ( z )Z Ld2 ( z )Рис.

2.18. Подавление волноводного эффекта в модели системыполуплоскостейРассмотримнаходятсянаконфигурацию,расстоянияхприa1 2   ,которойдвеa2 2  2.25полуплоскостиотисточника.Распределение импеданса на полуплоскостях показано на рис. 2.19-2.20. Нарис. 2.21 кривая 2 соответствует ДН и отношению низ/верх для даннойконфигурации из двух полуплоскостей, а кривая 1 соответствует однойидеально проводящей полуплоскости, расположенной на расстоянии a2 2 .Im,Z L1W0z Рис.

2.19. Распределение импеданса на 1-й полуплоскости74Im,Z L2W0z Рис. 2.20. Распределение импеданса на 2-й полуплоскостиD U , дБF , дБ ,градусы ,градусыРис. 2.21. Результаты расчета для случая a1 2   , a2 2  2.25Сравним отношение низ/верх под углом 10 градусов для даннойконфигурации и варианта с одной полуплоскостью на расстоянииa 2  2.25 от источника с распределением импеданса как на рис. 2.4. Изсравнения видно, что применение промежуточной полуплоскости сполупрозрачными областями позволяет получить отношение низ/верх-18.5дБ против -13дБ под углом 10 градусов для случая с однойполуплоскостью.

Таким образом, выигрыш от добавления промежуточнойполуплоскости составил 5.5дБ.Рассмотрим другую конфигурацию, при которой две полуплоскостинаходятсянарасстоянияхa1 2   ,a2 2  3.75отисточника.Распределение импеданса на полуплоскостях изображено на рис. 2.22-2.23.На рис. 2.24 кривая 2 соответствует ДН и отношению низ/верх для данной75конфигурации из двух полуплоскостей, а кривая 1 соответствует однойидеально проводящей полуплоскости, расположенной на расстоянии a2 2 .Im,Z L1W0z Рис.

2.22. Распределение импеданса на 1-й полуплоскостиIm,Z L2W0z Рис. 2.23. Распределение импеданса на 2-й полуплоскостиF ,дБ ,градусыD U ,дБ ,градусыРис. 2.24. Результаты расчета для случая a1 2   , a2 2  3.75Сравним отношение низ/верх под углом 10 градусов для даннойконфигурации и варианта с однойполуплоскостью на расстоянии76a 2  3.75 от источника с распределением импеданса как на рис.

2.4. Изсравнения видно, что применение промежуточной полуплоскости сполупрозрачными областями позволяет получить отношение низ/верх-19.5дБ против -17.5дБ под углом 10 градусов для случая с однойполуплоскостью. Таким образом, выигрыш от добавления промежуточнойполуплоскости составил 2дБ.Таким образом, введение промежуточной полуплоскости позволяетполучить значительный выигрыш в отношении низ/верх при малыхрасстояниях от источника до внешней полуплоскости.

При увеличениирасстояния источника до внешней полуплоскости, выигрыш за счет введенияпромежуточной полуплоскости менее заметен.Рассмотрим результатырасчетовдлятрехполуплоскостей сполупрозрачными окончаниями.Рассмотримконфигурацию,прикоторойтриполуплоскостинаходятся на расстояниях a1 2   , a2 2  1.5 , a3 / 2  2.25 от источника.Распределение импеданса на полуплоскостях показано на рис.

2.25-2.27. Нарис. 2.28 кривая 2 соответствует ДН и отношению низ/верх для даннойконфигурации из трех полуплоскостей, а кривая 1 соответствует однойидеально проводящей полуплоскости, расположенной на расстоянии a3 2 .Im,Z L1W0z Рис. 2.25. Распределение импеданса на 1-й полуплоскости77Im,Z L2W0z Рис. 2.26. Распределение импеданса на 2-й полуплоскостиIm,Z L3W0z Рис. 2.27. Распределение импеданса на 3-й полуплоскостиD U , дБF , дБ ,градусы ,градусыРис. 2.28.

Результаты расчета для случая a1 2   , a2 2  1.5 , a3 2  2.25Отношение низ/верх под углом 10 градусов для данной конфигурациисоставляет -21дБ, а для случая с двумя полуплоскостями на расстояниях доисточника a1 / 2   , a2 / 2  2.25 , как видно изрис. 2.21, составляет-18.5дБ. В данном случае выигрыш от добавления третьей полуплоскостисоставляет 2.5дБ.78Рассмотрим другую конфигурацию, при которой три полуплоскостинаходятся на расстояниях a1 2   , a2 2  2 , a3 / 2  3.75 от источника.Распределение импеданса на полуплоскостях показано на рис.

2.29-2.31. Нарис. 2.32 кривая 2 соответствует ДН и отношению низ/верх для даннойконфигурации из трех полуплоскостей, а кривая 1 соответствует однойидеально проводящей полуплоскости, расположенной на расстоянии a3 2 .Im,Z L1W0z Рис. 2.29. Распределение импеданса на 1-й полуплоскостиIm,Z L2W0z Рис.

2.30. Распределение импеданса на 2-й полуплоскостиIm,Z L3W0z Рис. 2.31. Распределение импеданса на 3-й полуплоскости79D U , дБF , дБ ,градусы ,градусыРис. 2.32. Результаты расчета для случая a1 2   , a2 2  2 , a3 2  3.75Отношение низ/верх под углом 10 градусов для данной конфигурациисоставляет -22.5дБ, а для случая с двумя полуплоскостями на расстояниях доисточника a1 / 2   , a2 / 2  3.75 , как видно из рис. 2.24, составляет -19.5дБ.В данном случае выигрыш от добавления третьей полуплоскости составляет3дБ.