Диссертация (Диаграммообразующая система оптического типа для многолучевых АФАР), страница 12

4.1.ОптимизацияминимизацииКСВданнойвсистемызаданнойпроводиласьполосеизчастот.условияТолщинафторопластовой пластины h (см. рис. 4.1) была задана 12 мм, такжезаданы диаметр внутренней жилы коаксиальной линии и диаметр еевнешнего проводника (см. рис. 4.2). Оптимизация является аналогомсогласования коаксиально-волноводного перехода (КВП) [37]. Послеварьирования параметрами hz (высоты металлического зонда) и d z(расстояния от металлической стенки до зонда) были полученыследующие характеристики КСВ, представленные на рис.

4.3. По осиординат отложено значения КСВ, а по оси абсцисс значение частоты вГГц. По графику видно, что в результате оптимизации быломинимизировано КСВ до уровня ниже уровня 1,15 в полосе частот от3,9 ГГц до 4,2 ГГц. Распределение модуля вектора напряженностимагнитного поля в выбранный момент времени вдоль внешнейметаллической крышки показано на рис. 4.4.145КСВЧастота, ГГЦРис. 4.3Распределение модуля напряженности магнитного поля.Рис. 4.4Частотная характеристика КСВ возбудителя сигнала для СВЧраспределительной системы оптического типа.1464.4 Экспериментальные исследованияДля данной геометрии был изготовлен макет, представленныйна рис.

4.5 - рис. 4.6.Рис. 4.5Внешний вид возбудителя диаграммообразующей системы.147Рис. 4.6Фторопластовая пластина с поглотителем мощности, вставленные вкорпус и крышка с металлическим зондом возбудителядиаграммообразующей системы.На рис. 4.5 изображен макет в собранном виде. На фотографииможно увидеть коаксиальный разъем, к нему будет подключатьсякоаксиальный кабель для измерения КСВ системы. На рис. 4.6крышка макета снята, на фотографии видны фторопластовая пластина,вставленная в металлический поддон, по краям располагаются вставки148из материала ферроэпоксид.

С нижней стороны крышки можноувидеть коаксиальный зонд.После измерения частотной характеристики КСВмакетавозбудителя диаграммообразующей системы с помощью анализатораспектра Agilent Technologies, выяснилось несоответствие полученнойхарактеристики при моделировании системы и у макета. На рис. 4.7представлена частотная характеристика КСВ макета – 1, и частотнаяхарактеристика КСВ, полученная с помощью моделирования впрограммном комплексе Ansoft HFSS – 2. По оси абсцисс отложеначастота в ГГц, по оси ординат – КСВ.КСВ12Частота, ГГЦРис.

4.7Сравнение частотных характеристик КСВ, полученныхэкспериментальным путем – 1, и с помощью моделирования системыв программном комплексе Ansoft HFSS – 2.149Как видно из рис. 4.7 экспериментальная характеристика имеетзначение КСВ более высокого уровня чем расчетное. Это можетобъясняться несколькими факторами.

Самый значительный факторэтовидимоотличиевпараметрахпоглотителя.Значениедиэлектрической проницаемости ε и магнитной проницаемости µреализованныевмакетномобразцеотличаютсяотзначенийдиэлектрической проницаемости ε и магнитной проницаемости µзаданных для поглотителя в исследуемой модели. Другие факторы,которыеприводятизготовлении,кухудшениюдополнительноеКСВКСВэтонапортахпогрешностивустройстваипогрешность измерений.4.5 ВыводыВ данной главе был предложен возбудитель электромагнитнойволны для распределительной системы оптического типа.

Такжепромоделированы стенки линзы для поглощения электромагнитнойэнергии.150Глава 5. Моделирование E-плоскостного частотногомультиплексораПоказанчастотныймультиплексор,построенныйсприменением геометрической оптики.С Входа 1 на 3-х частотных диапазонов: 18-20 ГГЦ (Вход 2),ГГЦ20-26(Вход 3),26-40 ГГЦ(Вход 4).(см.рис.5.1)Моделирование мультиплексора проходило для двумерной системы снеоднородным частотно дисперсным заполнением во временнойобласти.Было проведено моделирование 2-х различных вариантовпоследовательности расположений приемных рупоров (Вход 2 − 4).Порядок расположения входов по оси “x”: 1, 2, 3, 4 (см. рис. 5.1 А) и4,3,2,1 (см.

рис. 5.1Б). Из-за конструктивных особенностей былприменен вариант “Б”, приведенный на рис. 5.1.151АСEzyFDВВход 1xh11h32h22  h31h12  h21EА)Вход 2 Вход 3 Вход 4АEСzyDВВход 1Fh32h22  h31xh11 h12  h21EБ)Вход 4Вход 3 Вход 2Рис. 5.1. Мультиплексор.5.1 Постановка задачиНеобходимосмоделироватьвовременнойобластиЕ-плоскостного частотного мультиплексора, с помощью которогопроизводится частотное деление сигнала (см.

рис. 5.1Б) с Входа 1 на3 частотные диапазоны: 18-20 ГГЦ (Вход 2), 20-26 ГГЦ (Вход 3), 2640 ГГЦ (Вход 4), ослабление должно быть получено менее 7 дБ.Излучающий рупор и приемный рупор (см. рис. 5.2) имеютодинаковую геометрию и моделировались на двух программныхкомплексах: Ansoft HFSS [39] и Tamic Rt-H [26].

Одна и та же152геометрия приемного и передающих рупоров обоснована тем, чтоширины ДН по уровню половинной мощности совпадали иперекрывало область, в которую приходит сигнал. За основу был взятволновод, имеющий размеры 23х10 мм. После моделирования былполучен рупор (см. рис. 5.2), работающий в частотном диапазоне 16 –60 ГГц. Длина рупора L =140 мм, расширение вдоль узкой стенкиволновода равно 22 мм. График КСВ рупора от частоты приведено нарис. 5.3. На рис. 5.4 приведена нормированные по амплитуде ДНрупора для частот: 1 – 18 ГГц, 2 – 24 ГГц, 3 – 32 ГГц.

На рис. 5.5приведены нормированные по амплитуде главные максимумы ДНрупора для частот: 1 – 18 ГГц, 2 – 24 ГГц, 3 – 32 ГГц. Ширина луча поуровню -3дБ для 1 – составляет 18,76 град., для 2 – 14,97 град., для 3 –12,367 град. Как видно из графиков приведенных на рис. 5.5,расширение луча происходит на более низких частотахРис. 5.2.

Геометрия рупора153Рис. 5.3. Частотная характеристика КСВ рупораРис. 5.4. Амплитудная нормированная ДН рупора.Рис. 5.5. Главный лепесток амплитудной ДН излучающего приемногорупора154Как видно из рис. 5.3 – 5.5, данный рупор может бытьиспользован для моделируемого мультиплексора.5.2 Первый частотный диапазонДляотражениясигналовпервогочастотногодиапазонаиспользуем область ABCD (см. рис. 5.1 Б).

В этой области линииодинаковой высоты h1 представляют собой семейство эллипсов, соследующими параметрами: фокальный радиусf1  250 мм, малаяполуось эллипса a1 изменяется от a11 =420 до a12 =508 мм, высота h1изменение линейно от h11 =23 до h12 =7.5 мм. Рупоры расположенытак,чтобырасположенияихфазовыефокусовцентрыэллипсов,совпадалисрассчитанныхкоординатамидляданногочастотного диапазона.На рис. 5.6 можно увидеть проекцию на координатнуюплоскость xOz модели, представленной на рис. 5.1 Б. Угол поворотарупора, представленный на рис.

5.6, характеризуется направлениемраспространения сигнала и рассчитывается из значений большойполуоси, малой полуоси эллипса и фокуса.155zb12b112112 a1211 f1 a11Вход 1Of1a11a12xВход 2Рис. 5.5 Проекция геометрии на плоскость xOz .Малая полуось эллипса определяется уравнением [40]:b1  a12  f12(5.1)Для a11  420 мм малая полуось b11  337.49 мм. Для a12  508 мммалая полуось b12  442.23 мм.Угол 1 , который определяет направление ДН излучающегорупора из фокуса до центра эллипса по оси абсцисс, меняется последующему закону:1  arctan  f1 b  1(5.2)Диапазон изменения углов: 12  29.48 , 11  36.53 .Так как за первой областью будут находиться еще две областиотражения, то угол поворота излучающего рупора 1 необходимо156брать меньше 12  29.48 . Для излучающего рупор был взят угол1  23 .УголповоротаприемногорупораВхода 2,соответствующего I частотному диапазону, равен  2  25 .Моделируемая геометрия изменения профиля диэлектрическойпроницаемостидлячастоты18 ГГц,соответствуетпрофилюлинейного изменения высоты и сигнал в ней представлены на рис.

5.6.Рис. 5.6. Профиль диэлектрической проницаемости для частоты18 ГГЦ и пространственное распределение модуля напряженностимагнитного поля H y на 7.8 нс в среде.Размеры геометрии для I−частотного диапазона вводились впрограммный комплекс Planar Rt-H, в котором рассчитывалисьзначения коэффициентов передачи.Сопутствующие рисунки и графики для частоты 18 ГГцприведены на рис. 5.6 – 5.16 ниже.

На рис. 5.6, 5.7 показаны профильдиэлектрической проницаемости модели и амплитуда сигнала на 7.8 и7.9 наносекунде (нс), соответственно.157Рис. 5.7. Профиль диэлектрической проницаемости для частоты18 ГГц и пространственное распределение модуля напряженностимагнитного поля H y на 7.9 нс в среде.Рис. 5.8. Распределение поля H y в момент времени 0.4 нс на частоте18 ГГц.На рис. 5.8-5.13 можно увидеть распределение поля H y начастоте 18 ГГц в различные моменты времени, для которого158проводилось оптимизирование геометрии для I−частотного диапазона.Как видно из рис.

5.10, основная часть поля сконцентрирована насемействе эллипсовI-ого частотного диапазона, а незначительнаячасть проходит дальше. При этом на эллипсе, соответствующемгранице I-ого частотного диапазона происходит отражение сигнала.На рис. 5.11 видно поле, отраженное от первой области и прошедшеев область CDEF, соответствующую II частотному диапазону. Нарис. 5.12 показан момент прихода собирания отраженной волны вточку, являющуюся фокусом семейства эллипсов первого частотногодиапазона и приемного рупора. На рис. 5.13 видно как поле волныраспространяется по приемному рупору, отраженное от границыпервого частотного диапазона.Рис.

5.9. Распределение поля H y в момент времени 2.14 нс на частоте18 ГГц.159Рис. 5.10. Распределение поля H y в момент времени 2.8 нс на частоте18 ГГц.Рис. 5.11. Распределение поля H y в момент времени 4.0 нс на частоте18 ГГц.160Рис. 5.12. Распределение поля H y в момент времени 4.6 нс на частоте18 ГГц.Рис. 5.13. Распределение поля H y в момент времени 4.9 нс на частоте18 ГГц.На рис. 5.14 можно увидеть, как поле, отраженное от границыпервого частотного диапазона, направляется к приемному рупору.161Рис. 5.14.