Автореферат (1103229), страница 4
Текст из файла (страница 4)
С этой целью использовались диэлектрические слои с разной оптической толщиной. Для частоты = 8.4 ГГц в единицах длины волны слои имели толщину , 2, 3,соответственно.В результате проведенных измерений было установлено, что увеличение толщины слоя с = до = 2 приводит к возрастанию амплитудыотраженного сигнала также в два раза. Дальнейшее увеличение толщиныслоя от 2 до 3 не приводит к значительному увеличению амплитуды отраженного сигнала и искажает форму огибающей в области фронтов падающегоимпульса. Это объясняется тем, что в этом случае длительность фронта падающего сигнала становится уже сравнимой со временем прохождения волнойслоя.В разделе 2.5.3 представлены результаты экспериментального исследования влияния волноводной дисперсии на процесс нестационарного отражения амплитудно-модулированного сигнала.
Анализ экспериментальных результатов показал, что при наличии волноводной дисперсии форма огибающей сигнала изменяет свой вид. При увеличении дисперсии (при приближении несущей частоты сигнала к критической частоте → ) интенсивностьотраженного сигнала возрастает, а его длительность увеличивается. Также вобласти сильной дисперсии появляются дополнительные осцилляции амплитуды отраженного сигнала.Третья глава посвящена исследованию влияния сильной волноводной дисперсии на процесс нестационарного отражения электромагнитных импульсов малой длительности от многослойной структуры.С этой целью в разделе 3.1 рассматривается задача согласования высокоотражающей нагрузки за счет сильной волноводной дисперсии.
Исходяиз постановки задачи, высокоотражающая нагрузка с импедансом распо14ложена в волноводе с импедансом , регулярным со стороны падающей нанагрузку СВЧ-волны. Со стороны падающей волны к нагрузке примыкаетсогласующий слой толщиной с импедансом .В разделе 3.2 показано, что поставленная задача может быть решена с помощью согласующей структуры, состоящей всего из одного диэлектрического слоя, толщина которого близка к четвертьволновой. Для условияполного поглощения энергии в нагрузке получена система уравнений:⎧2222⎪⎪⎨ ( − − )tg () + − tg () = 0⎪⎪⎩2 tg2 ()+2 ( 2 +2 )tg2 ()−2 tg()+2(4)=здесь и – действительная и мнимая части импеданса нагрузки соответственно, – постоянная распространения для согласующего слоя.В разделе 3.2.2 рассматривается случай, когда эффективная удельнаяпроводимость нагрузки велика и для относительной диэлектрической проницаемости нагрузки выполнено условие ′′ >> ′ .
Для с точностью дочленов первого порядка малости получено соотношение:′ − 1. = + = (1 + ) √︁20(5)Выведены приближенные выражения, позволяющие рассчитать характеристики рассматриваемой согласующей структуры. Показано, что для ≥30 [Ом · м ]−1 вместо системы уравнений (4), можно пользоваться упрощеннойсистемой уравнений:{︃tg () = 2=(6)При величине удельной эффективной проводимости нагрузки: ≥100 [Ом · м ]−1 показано, что для обеспечения полного поглощения энергиив высокоотражающей нагрузке достаточно выполнения условия:{︃ = 42=15(7)Величины , в системе (7) зависят от поперечного сечения волновода. Подбирая необходимые размеры волновода или величину , можносогласовывать высокоотражающую нагрузку с практически любым напередзаданным коэффициентом отражения с помощью одного четвертьволновогослоя, физическая толщина которого равна:0 =,4(8)здесь – скорость света в вакууме.В разделе 3.2.3 анализируются возможные ограничения при выборематериала для изготовления согласующего слоя.
Проведенный анализ показал, что выбор материала для четвертьволнового диэлектрического слоя ограничивается практически лишь единственным требованием < 1 (потери вслое, разумеется, как и в любом другом методе, должны быть минимальны).В разделе 3.2.4 методом конечных разностей во временной областипроизводится моделирование процесса нестационарного отражения электромагнитного импульса от согласованной высокоотражающей нагрузки.Раздел 3.3 посвящен экспериментальному исследованию процессанестационарного отражения электромагнитного импульса от согласованнойс волноводом высокоотражающей нагрузки.Измерительный стенд, используемый для экспериментального исследования явления нестационарного отражения при наличии сильной волноводной дисперсии, состоял из векторного анализатора цепей ZVB-20,к которому коаксиальным кабелемРис.
3 — Зависимость коэффициента отчерез коаксиально-волноводный пере ражения от частоты для согласованной наход подключался волновод сечением грузки (1 – расчет методом импедансных23х10 мм2 . К волноводу сечением характеристик; 2 – экспериментально из23х10 мм2 через плавный волноводный меренный коэффициент отражения от согласованной высокоотражающей нагрузки;переход подключался волновод сечени 3 – экспериментально измеренный коэфем 16х8 мм2 , в который и устанавли фициент отражения от высокоотражающейвались высокоотажающая нагрузка и нагрузки без согласующего слоя)16согласующий слой. Применение волноводов разного сечения было продиктовано необходимостью снизить влияние эффектов, связанных с возбуждениемволновода на частотах, близких к критическим.В разделе 3.3.1 проведено измерение спектральных характеристик согласованной высокоотражающей нагрузки.На рисунке 3 представлены полученные результаты измерения зависимости коэффициента отражения от частоты для согласованной высокотражающей нагрузки и результат численного моделирования.Раздел 3.3.2 посвящен экспериментальным исследованиям процессанестационарного отражения сигнала c супергауссовой огибающей от согласованной высокоотражающей нагрузки.На рисунке 4 представлены результаты теоретического моделированияи полученные в ходе эксперимента огибающие отраженных импульсов, а также показана огибающая падающего сигнала, уменьшенная для наглядностипо оси в четыре раза.0.60.60.40.4113U(t)U(t)30.20.220-500100t, нса)22000-25040t, нс80100б)Рис.
4 — Амплитуды огибающих отраженных сигналов от согласованной высокоотражающей нагрузки; а) длительность падающего импульса 150 нс.; б) длительность падающегоимпульса 50 нс.(1 —теоретически рассчитанный отраженный сигнал; 2 —экспериментальноизмеренный отраженный сигнал; 3 —падающий импульс)Проведенный анализ экспериментальных результатов показывает, чтопри уменьшении длительности падающего сигнала, происходит «искажение»отраженного импульса. По сравнению с системами без дисперсии, наблюдается существенное возрастание интенсивности отраженных сигналов. Как и вслучае нестационарного отражения от систем без дисперсии [7], при отраже17нии сигнала от рассмотренной структуры образуются два импульса в областипереднего и заднего фронтов.Четвертая глава посвящена теоретическому и экспериментальномуанализу процесса нестационарного отражения импульсного сигнала малойдлительности от интерференционных многослойных фильтров с максимальноплоской амплитудно-частотной характеристикой.В разделе 4.1.1 анализируется возможность создания такой многослойной структуры, чтобы в процессе нестационарного отражения от неёформировался сигнал с огибающей, пропорциональной второй производнойогибающей падающего сигнала.С этой целью рассматривается следующая задача: пусть на многослойную структуру неотражающего типа падает короткий электромагнитный импульс; необходимо определить, при какой функциональной зависимости коэффициента отражения структуры () от частоты, огибающая отраженногосигнала будет пропорциональна второй производной от огибающей падающего сигнала.В результате теоретического анализа получено условие того, что огибающая отраженного сигнала есть вторая производная от огибающей падающего сигнала, в виде:⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩⃒ ⃒ ⃒=02 ⃒ 2 ⃒== 0 ⃒ =0= 0, > 2= (9)0⃒В разделе 4.1.2 выполнен синтез многослойной структуры с максимально плоской амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ).
Проведенный аналитический синтез МИС показал, что одной из простейших реализаций многослойной структуры с максимально плоской АЧХ является фильтр,состоящий из двух полуволновых резонаторов, между которыми реализованакритическая связь.Раздел 4.1.3 посвящен спектральному анализу синтезированного многослойного интерференционного фильтра с максимально плоской АЧХ. Методом импедансных характеристик; рассчитан коэффициент отражения, ипосле разложения в ряд Тейлора в окрестности частоты нулевого отражения0 , ((0 ) = 0), получено приближенное соотношение:18(︀√ )︀21+1 (︀ 2 √ )︀ = 21 − 1 + ( 3 ),√2 1 1(10)здесь = ( − 0 )/0 . Из соотношения (10) видно, что член, пропорциональный отсутствует, а так как — малый параметр величиной 3 можнопренебречь относительно 2 .В разделах 4.1.4 и 4.1.5 выполнен анализ процесса формированияотраженного сигнала при падении на многослойный интерференционныйфильтр с максимально плоской амплитудно-частотной характеристикой электромагнитного импульса малой длительности.
Проведенный анализ показал,что для структуры без потерь отраженный сигнал состоит из серии уединенных импульсов. Показано, что расположение импульсов в отраженном сигнале соответствуют точкам максимума второй производной огибающей падающего импульса.Раздел 4.2 посвящен экспериментальному исследованию процессанестационарного отражения электромагнитного импульса малой длительности от многослойного фильтра с максимально плоской АЧХ.На рисунке 5 представлен результат теоретического моделирования иэкспериментально измеренные огибающие импульса, отраженного от исследуемой структуры.0.030.12110.020.0103U(t)3U(t)0.08220.04010t, нс0020а)510t, нс15б)Рис.
5 — Огибающая отраженного сигнала для падающего импульса c трапецеидальнойогибающей (а) и с супергауссовой огибающей (б) от трехслойного фильтра (1– огибающаяпадающего сигнала; 2 – эксперимент; 3 – теория)19Проведенный анализ результатов эксперимента показал, что сигнал,сформированный в процессе нестационарного отражения от рассмотреннойструктуры, принципиально отличается от сигнала, отраженного от однослойного фильтра. Как и в случае полуволнового фильтра, потери в слоях структуры оказывают существенное влияние на процесс нестационарного отражения. Также видно, что существует момент времени, когда амплитуда отраженного сигнала стремится к нулю.В заключении приведены основные результаты работы, которые заключаются в следующем:1. Создан экспериментальный стенд и разработана методика обработки сигналов, позволяющие проводить исследования явления нестационарного отражения коротких и сверхкоротких электромагнитных импульсов от многослойных интерференционных структур вСВЧ-диапазоне.2.
Впервые были получены результаты экспериментального наблюдения явления нестационарного отражения амплитудно-модулированного сигнала от многослойной интерференционной структуры вСВЧ-диапазоне.3. Аналитические, численные и экспериментальные исследования явления нестационарного отражения амплитудно-модулированногосигнала от слоистой структуры с потерями показали, что огибающая отраженного сигнала существенно изменяет свой вид при наличии даже малых потерь в слоях неотражающей многослойнойструктуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
