Диссертация (Численное электродинамическое моделирование электрически малых антенн и элементарных излучателей), страница 11

3.12 приведем частотную характеристику КСВ ВПКССВ. Околочастоты 1 ГГц размер стороны ВПКССВ составляет 1/300 длины волны – этоквазистатический случай (рис. 3.12).Значение КСВ на частоте 1 ГГц равняется 1.01. При увеличении частоты до 64ГГц значение КСВ возрастает до максимального значения 2.23. Далее значение КСВубывает, и на частоте 150 ГГц, что соответствует размеру ребра ВПКССВ половинедлины волны, равняется значению 1.24. Затем на частоте 200 ГГц значение КСВстановится равным 1.07, на 250 ГГц опускается до 1.06 и на 300 ГГц (размер ребра93ВПКССВ равен длине волны) значение КСВ снова возрастает и равняется значению1.07.Рис. 3.12.

Частотная характеристика КСВ ВПКССВ для 2 входа, рассчитаннаяв программе ANSYS HFSS v.15.На рис. 3.13 показана частотная характеристика модуля коэффициентаотражения для второго входа ВПКССВ, из которой видно, что на частоте 1 ГГц(1/300 длины волны) уровень отражения составляет -43.5 дБ. На частоте 64 ГГцуровень отражения достигает значения в -8.37 дБ. Далее на частоте 150 ГГц (полдлины волны) уровень отражения уменьшается до значения -19.32 дБ и плавноприходит к значению -30 дБ на частоте 190 ГГц. На частоте 300 ГГц (длина волны)уровень отражения равняется -28 дБ.На рис. 3.14 показаны частотные характеристики затуханий при прохождениисигнала из второго в третий вход ( L23 ) и из второго в четвертый вход ( L24 ) [22] дляВПКССВ. Как видно из рисунка на всех частотах L23  L24 , это очевидно из свойствсимметрии.

На частоте 1 ГГц (1/300 длина волны) значения затуханий L23 и L24составляют -3 дБ, т.е. можно сказать, что поступающая на второй вход энергияделится между третьим и четвертым входами. На частоте 150 ГГц (половины длиныволны) ВПКССВ затухания L23 и L24 принимают значения -15.1 дБ. На частоте 24694ГГц значения затуханий L23 и L24 продолжают убывать и принимают минимальныезначения -43 дБ. Далее при увеличении частоты до 300 ГГц значения L23 и L24возрастают и становятся равными -35 дБ.Рис.

3.13. Частотная характеристика модуля коэффициента отраженияВПКССВ для 2 входа, рассчитанная в программе ANSYS HFSS v.15.Рис. 3.14. Частотные характеристики затуханий при прохождении сигнала извторого в третий вход ( L23 ) (кривая 1) и из второго в четвертый вход ( L24 ) (кривая2) для ВПКССВ, рассчитанные в программе ANSYS HFSS v.15.95На рис. 3.15 показаны частотные характеристики развязок между вторым ипятым входами ( L25 ) и вторым и шестым входами ( L26 ) для ВПКССВ. Как видно изрис.

3.15 на всех частотах значения развязок L25  L26 . На частоте 1 ГГц (1/300длина волны) значения L25 и L26 составляют -33.98 дБ. При увеличении частоты до55 ГГц, значения развязок L25 и L26 увеличиваются до -16.87 дБ. При дальнейшемувеличении частоты до 126 ГГц, значения развязок убывают до -23.20 дБ. Начастоте 150 ГГц (ребро ВПКССВ равно половине длины волны) виден характерныйрезонанс ВПКССВ, при котором минимальные значения развязок L25 и L26составляют -28.71 дБ. Значения развязок L25 и L26 возрастают до значений -17.5 дБна частоте 180 ГГц. Далее при увеличении до частоты 300 ГГц, значения затуханийL25 и L26 продолжают убывать и принимают значения -31.24 дБ.Рис. 3.15.

Частотные характеристики развязок со второго в пятый L25 (кривая1) и со второго в шестой L26 (кривая 2) входы ВПКССВ, рассчитанные в программеANSYS HFSS v.15.Частотные характеристики фазы  коэффициентов прохождения из второго втретий вход arg( S 23 ) и из второго в четвертый вход arg( S 24 ) для ВПКССВ приведемна рис. 3.16. В силу симметрии геометрии ВПКССВ фазы коэффициентов96прохождения сигнала из второго в третий вход и второго в четвертый вход равны навсех частотах, что и видно из рис. 3.16.Рис. 3.16. Частотные характеристики фазы  коэффициентов прохождения совторого в третий arg( S 23 ) (кривая 1) и со второго в четвертый arg( S 24 ) (кривая 2)входы ВПКССВ, рассчитанные в программе ANSYS HFSS v.15.Стоит отметить, что значения фаз  коэффициентов прохождения arg( S 23 ) иarg( S 24 ) , посчитанных в программе ANSYS HFSS v.15, были уменьшены на радиан, поскольку поляризация электрического поля для входов ВПКССВпрограмма ANSYS HFSS v.15 выбирает противоположного направления.

Дляпостроения частотной характеристики времени задержки t , которую приведем нарис. 3.17, используем следующие формулы:t23 arg( S23 )  ,2f(3.1)t24 arg( S24 )  ,2f(3.2)где t 23 - время задержки в секундах со второго в третий вход; t24 - времязадержки в секундах со второго в четвертый вход; arg( S 23 ) - фаза коэффициентапрохождения со второго в третий вход ВПКССВ в радианах; arg( S 24 ) - фаза97коэффициента прохождения со второго в четвертый вход ВПКССВ в радианах; f частота в герцах.Рис.

3.17. Частотные характеристики времени задержки прохождения сигналаиз второго в третий (кривая 1) и из второго в четвертый (кривая 2) входы ВПКССВ,рассчитанные в программе ANSYS HFSS v.15.На рис. 3.17 показаны частотные характеристики времени задержкипрохождения сигнала t из второго в третий вход t 23 и из второго в четвертый входt 24 ВПКССВ. Как видно из рис. 3.17, из второго хода время задержки сигналасоставляет -3.45 пс для частоты 1 ГГц. С увеличением частоты время задержкисигнала по абсолютному значению убывает. На частоте в 150 ГГц (пол длиныволны) время задержки сигнала равно -2.97 пс, а на частоте 300 ГГц (длина волны)времени задержки сигнала равняется -0.3 пс.Такимобразом,представленычастотныехарактеристикиВПКССВ,рассчитанные с помощью программы ANSYS HFSS v.15.3.5 Внешний куб Сестрорецкого при противофазном возбужденииРассмотрим внешний куб Сестрорецкого при противофазном возбужденийвходов 1 и 2 (см.

рис. 3.3). При таком возбуждении, решение задачи о рассеяниипадающих электромагнитных волн эквивалентно решению задачи для геометрии,98показанной на рис. 3.18, которая представляет собой верхнюю половину внешнегокуба Сестрорецкого (см. рис. 3.5), на нижней грани которой задано условиекороткого замыкания [15, 31-34]. Будем называть такую геометрию внешнейполовиной куба Сестрорецкого при противофазном возбуждении (ВПКСПВ), иобозначим ее на рис.

3.18 А+-.Рис. 3.18. Геометрия ВПКСПВ А+-.На рис. 3.19 покажем грани ВПКСПВ, на которых заданы граничные условияХХ.Рис. 3.19. Геометрия ВПКСПВ А+-, на которой задано граничное условие ХХ.На рис. 3.20 покажем грани ВПКСПВ, на которых заданы граничные условияКЗ. Нумерацию входов, на которых заданы граничные условия согласования и99возбуждения плоских электромагнитных волн, оставим такой же, как на исходнойгеометрии (см.

рис. 3.4).Рис. 3.20. Геометрия ВПКСПВ А+-, на которой задано граничное условие КЗ.Поляризации напряженностей электрических E и магнитных H полей, атакже направления векторов Умова-Пойнтинга S [4, 5, 13, 17] для падающих волнна входы ВПКСПВ А+- покажем на рис. 3.21.На рис. 3.22 покажем грани ВПКСПВ, на которых заданы граничные условиявозбуждения и согласования плоских волн [6, 15, 16].Моделирование задачи о рассеянии электромагнитных волн ВПКСПВпроведем в 3D-электродинамическом программном комплексе ANSYS HFSS v.15[12].Рис.

3.21. Направление векторов напряженностей электрических E и магнитных Hполей, а также направление векторов плотностей потоков энергийSэлектромагнитных полей (Умова-Пойнтинга) для падающих волн на входыВПКСПВ А+-.100Рис. 3.22. Грани ВПКСПВ А+-, на которых заданы граничные условиявозбуждения и согласования плоских волн.3.6 РезультатымоделированияполовинкикубаСестрорецкогоприпротивофазном возбужденииПоскольку геометрия ВПКСПВ является дуальной [37] к геометрии ВПКССВпри повороте ВПКСПВ на 90 градусов вокруг оси z, то для ВПКСПВ частотныехарактеристики КСВ, затуханий, развязки, фаз коэффициентов прохождения,времени задержки и относительной скорости задержки сигналов (см. рис.

3.12-3.17)будут такими же как и для ВПКССВ при следующей замене нумераций входов: 2вход ВПКССВ соответствует 2 входу ВПКСПВ, 3 вход ВПКССВ соответствует 5101входу ВПКСПВ, 5 вход ВПКССВ соответствует 4 входу ВПКСПВ, 4 вход ВПКССВсоответствует 6 входу ВПКСПВ, 6 вход ВПКССВ соответствует 3 входу ВПКСПВ.Поэтому расчет проводить нет необходимости.Полная матрица рассеяния внешнего куба Сестрорецкого находится исходяматриц рассеяния ВПКССВ и ВПКСПВ по методике, изложенной в [15, 31-34].3.7 Результаты моделирования внешнего куба СестрорецкогоВнешний куб Сестрорецкого обладает симметрией, поэтому его матрицарассеяния находится из матриц рассеяния ВПКССВ и ВПКСПВ, с учетом того, чтопри синфазном и противофазном возбуждениях входы 3, 4, 5, 6 куба Сестрорецкогорассекаются на две половины.

Приведем результаты полученных, исходя изчастотных характеристик ВПКССВ и ВПКСПВ, частотных характеристик полноговнешнего куба Сестрорецкого.Графики частотных характеристик КСВ, модуля коэффициента отражения длявторого входа внешнего куба Сестрорецкого совпадают с соответствующимичастотными характеристиками для ВПКССВ (см.

рис. 3.12-3.13).Нарис.3.23приведенычастотныехарактеристикизависимостейкоэффициентов прохождения из входа 2 на входы 3, 4, 5, 6 внешнего кубаСестрорецкого. Для сравнения на данном рисунке приведены также частотныехарактеристики зависимостей коэффициентов прохождения из входа 2 на входы 3, 4дляВПКССВ. Каквидно из рисунка, графикичастотныхзависимостейкоэффициента прохождения из входа 2 на входы 3, 4, 5, 6 совпадают. Это очевидноиз свойств симметрии.

На частоте 1 ГГц (ребро внешнего куба Сестрорецкогосоответствует 1/300 длины волны) значения коэффициентов прохождения длявнешнего куба Сестрорецкого составляют -6.19 дБ. До частоты 120 ГГц (2/5 длиныволны) значения коэффициентов прохождения уменьшаются до -14.12 дБ. Начастоте 150 ГГц (ребро внешнего куба Сестрорецкого соответствует половинедлины волны) виден характерный резонанс частотных характеристик внешнего кубаСестрорецкого и значения коэффициентов прохождения составляют -16.81 дБ.Далее характеристики коэффициентов прохождения для куба Сестрорецкого102продолжают убывать, и на частоте 294 ГГц принимают значения -34.7 дБ. Начастоте 300 ГГц значения коэффициентов прохождения куба Сестрорецкогосоставляют -32 дБ.Рис.

3.23. Частотные характеристики коэффициента прохождения со второговхода: кривая 1 – на 3, 4, 5, 6 входы (внешний куб Сестрорецкого), кривая 2 – на 3 и4 входы (ВПКССВ).Как мы видим, до половины длины волны, пока не начали распространятьсявысшие типы мод, поведение коэффициента прохождения для внешнего кубаСестрорецкого соответствует коэффициенту прохождения ВПКССВ, а их значенияотличаются на 3 дБ. Это понятно, поскольку для ВПКССВ энергия, поступающая навторой вход делится на два входа 3 и 4, а для полного внешнего куба Сестрорецкогоэнергия, поступающая на второй вход делится на четыре входа: 3, 4, 5 и 6. Дочастоты 120 ГГц значение развязки между 2, 5 и 6 входами ВПКССВ составляетвеличину меньшую -25 дБ (см.