Диссертация (1104104), страница 19
Текст из файла (страница 19)
3.10 (à)) êà÷åñòâåííî ìîæíî îáúÿñíèòüρ = 0.06ñëåäóþùèì îáðàçîì. Âñëåäñòâèå ãàóññîâñêîéρ = 0.12ïðîñòðàíñòâåííîé àïîäèçàöèè àìïëèòóäû äàâρ = 0.18ëåíèÿ íà èçëó÷àòåëå ïèêîâîå äàâëåíèå â âîëρ = 0.24íàõ, ïðèõîäÿùèõ îò åãî öåíòðàëüíîé ÷àñòè,ρ05áóäåò áîëüøå, ÷åì îò âîëí, ïðèõîäÿùèõ ñ ïåðèôåðèè èçëó÷àòåëÿ. Ïîñêîëüêó íåëèíåéíûå Ðèñ. 3.10. Âðåìåííûå ïðîôèëè âîëí íàïîïåðå÷íûõ ðàññòîÿíèÿõ ρ îòýôôåêòû ïðîÿâëÿþòñÿ ñèëüíåå äëÿ âîëí ñ ðàçëè÷íûõîñè ãàóññîâñêîãî èçëó÷àòåëÿ ïðè σ = 0.8áîëüøåé àìïëèòóäîé, òî, êîãäà â âîëíàõ îò â ñëó÷àå ïåðèîäè÷åñêîãî (à) è èìïóëüñöåíòðàëüíîé ÷àñòè èçëó÷àòåëÿ óæå îáðàçóåòñÿ íîãî (á) ïîëåé.ðàçðûâ, âîëíû, ïðèõîäÿùèå îò ïåðèôåðèè èçëó÷àòåëÿ, áóäóò èñêàæåíû ãîðàçäî ñëàáåå(ðèñ.
3.10 (à, á)).  íåëèíåéíûõ ïåðèîäè÷åñêèõ ïîëÿõ âîëíû èç öåíòðà èçëó÷àòåëÿ è ñ åãîïåðèôåðèè ôîêóñèðóþòñÿ ïî÷òè â ãåîìåòðè÷åñêèé ôîêóñ èçëó÷àòåëÿ (ðèñ. 3.11). Òîãäàïðè óâåëè÷åíèè àìïëèòóäû äàâëåíèÿ íà èçëó÷àòåëå â öåíòðàëüíîé îáëàñòè ïó÷êà ïðîèñõîäèò íàñûùåíèå, íî ñ ïåðèôåðèè èçëó÷àòåëÿ ïðèõîäÿò âîëíû, â êîòîðûõ íàñûùåíèå åù¼74Волны отцентральной частиизлучателяВолны с периферииизлучателяПериодическаяволнаσИмпульсВолны отцентральной частиизлучателяВолны с периферииизлучателяÐèñ. 3.11. Ôîêóñèðîâêà âîëí îò öåíòðàëüíîé ÷àñòè ãàóññîâñêîãî èçëó÷àòåëÿ è îò ïåðèôåðèè.E/E0E/E0íå äîñòèãíóòî.
Ïðè ýòîì äàâëåíèå â ôîêóñå áóäåò ïðîäîëæàåò óâåëè÷èâàòüñÿ. Èìåííî ïîýòîìó êðèâàÿ íàñûùåíèÿ äëÿ ïåðèîäè÷åñêîãî ïîëÿ â èññëåäóåìîé îáëàñòè ïàðàìåòðà Níå âûõîäèò íà ïîñòîÿííûé óðîâåíü âåëè÷èíà ïèêîâîãî äàâëåíèÿ ïðîäîëæàåò ìåäëåííîðàñòè (ðèñ. 3.9 (à)). îòëè÷èå îò ïåðèîäè÷åñêîãî ïîëÿ, â èì(а)ïóëüñíûõ ïîëÿõ î÷åíü ñóùåñòâåííûì îêàçû1âàåòñÿ ÿâëåíèå íåëèíåéíîé ðåôðàêöèè. Âñëåä0.8ñòâèå íåëèíåéíîé ðåôðàêöèè âîëíû îò öåí0.6òðàëüíîé ÷àñòè èçëó÷àòåëÿ áóäóò ôîêóñèðî0.4âàòüñÿ çà ãåîìåòðè÷åñêèì ôîêóñîì, òîãäà êàêáîëåå ñëàáûå âîëíû ñ ïåðèôåðèè ïó÷êà áóäóò0.2ïî-ïðåæíåìó ïðèõîäèòü ïðèìåðíî â ãåîìåòðè0(б)÷åñêèé ôîêóñ èçëó÷àòåëÿ (ðèñ. 3.11).
Ïîýòîìó, â1îòëè÷èå îò ïåðèîäè÷åñêîãî ïîëÿ, â èìïóëüñíîì0.8ïîëå âîëíû èç öåíòðàëüíîé îáëàñòè èçëó÷àòåëÿè ñ êðàåâ èçëó÷àòåëÿ ôîêóñèðóþòñÿ â ðàçíûåN = 0.20.6N = 0.5òî÷êè è íå óñèëèâàþò äðóã äðóãà. Ýòî ïðèâîäèò0.4N = 1.0ê òîìó, ÷òî â èìïóëüñíûõ ïîëÿõ êðèâàÿ íàñûùå0.2N = 3.0íèÿ âûõîäèò íà ïîñòîÿííûé óðîâåíü äàâëåíèÿ,0ïðè÷¼ì ýòîò óðîâåíü íàõîäèòñÿ íèæå ïî ñðàâíå00.511.5σíèþ ñ äàâëåíèåì â ïåðèîäè÷åñêèõ ïó÷êàõ ïðèÐèñ.
3.12. Çàâèñèìîñòü ýíåðãèè âîëíîòîé æå àìïëèòóäå âîëíû íà èñòî÷íèêå. Òàêèìâîãî ïó÷êà îò ðàññòîÿíèÿ σ äî èçëóîáðàçîì, îãðàíè÷åíèå ìàêñèìàëüíîãî ïèêîâîãî÷àòåëÿ â ïåðèîäè÷åñêîì (à) è èìïóëüñíîì (á) ïîëÿõ ãàóññîâñêîãî èçëó÷àòåëÿïîëîæèòåëüíîãî äàâëåíèÿ â èìïóëüñíûõ ïîëÿõïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ íåëèíåéíîãîîáóñëîâëåíî, â îñíîâíîì, ÿâëåíèåì íåëèíåéíîéïàðàìåòðà N = 0.2, 0.5, 1.0, 3.0.ðåôðàêöèè.Íà ðèñ. 3.12 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè ýíåðãèè âîëíîâîãî ïó÷êà îò ðàññòîÿíèÿ σ äîèçëó÷àòåëÿ â ïåðèîäè÷åñêîì (à) è èìïóëüñíîì (á) ôîêóñèðîâàííûõ ïîëÿõ ãàóññîâñêîãî75ïó÷êà ïðè çíà÷åíèÿõ íåëèíåéíîãî ïàðàìåòðà N = 0.2, 0.5, 1.0, 3.0.
Ýíåðãèÿ èìïóëüñíîãîïîëÿ íà ïðîèçâîëüíîì ðàññòîÿíèè îò èçëó÷àòåëÿ âû÷èñëÿëàñü êàê èíòåãðàë ïî âðåìåííîìóîêíó è ïî àïåðòóðå ïó÷êà îò êâàäðàòà äàâëåíèÿ â êàæäîé òî÷êå, çàòåì íîðìèðîâàëàñü íàñâî¼ èñõîäíîå çíà÷åíèå; â êà÷åñòâå ýíåðãèè ïåðèîäè÷åñêîé âîëíû âû÷èñëÿëàñü ýíåðãèÿ çàîäèí å¼ ïåðèîä è òàêæå íîðìèðîâàëàñü íà èñõîäíîå çíà÷åíèå:E=E0p2adadt.p20(3.35)Íà ðèñ. 3.12 âèäíî, ÷òî âáëèçè èçëó÷àòåëÿ ýíåðãèÿ ïåðèîäè÷åñêîãî è èìïóëüñíîãî ïó÷êîâ îñòà¼òñÿ ïîñòîÿííîé. Çàòåì, íà÷èíàÿ ñ ðàññòîÿíèÿ σ , ñîîòâåòñòâóþùåãî äëèíå îáðàçîâàíèÿ ðàçðûâà â ïðîôèëÿõ âîëí íà îñè ïó÷êà, ýíåðãèÿ íà÷èíàåò óìåíüøàòüñÿ çà ñ÷¼òíåëèíåéíîãî ïîãëîùåíèÿ íà ðàçðûâàõ. Õîðîøî èçâåñòíî, ÷òî â ïëîñêîé íåëèíåéíîé âîëíåýíåðãèÿ èìïóëüñíîãî ñèãíàëà ïîñëå îáðàçîâàíèÿ ðàçðûâà óáûâàåò ñ ðàññòîÿíèåì êàê 1/σ ,à ýíåðãèÿ ïåðèîäè÷åñêîãî âîçìóùåíèÿ óáûâàåò áûñòðåå êàê 1/σ 2 [1].
Ïðè ýòîì â ïëîñêîéïåðèîäè÷åñêîé âîëíå íàáëþäàåòñÿ ýôôåêò íàñûùåíèÿ äàâëåíèÿ, â òî âðåìÿ êàê äëÿ èìïóëüñíîãî ñèãíàëà íàñûùåíèÿ íåò [5, 6]. Êàê âèäíî íà ðèñ. 3.12, â ñëó÷àå ôîêóñèðîâàííîãîèçëó÷àòåëÿ ýíåðãèÿ ïåðèîäè÷åñêîãî ïîëÿ óìåíüøàåòñÿ ñ ðàññòîÿíèåì òàêæå áûñòðåå, ÷åìýíåðãèÿ èìïóëüñíîãî óäàðíîâîëíîâîãî ïîëÿ. Òàêèì îáðàçîì, íåëèíåéíîå ïîãëîùåíèå íàóäàðíîì ôðîíòå âîëíû äëÿ ôîêóñèðîâàííûõ ïåðèîäè÷åñêèõ ïîëåé âûðàæåíî ñèëüíåå, ÷åìäëÿ èìïóëüñíûõ. Ýòî ïîçâîëÿåò ñäåëàòü âûâîä, ÷òî îñíîâíûì ìåõàíèçìîì, ïðèâîäÿùèìê íàñûùåíèþ â ôîêóñèðîâàííûõ ïåðèîäè÷åñêèõ ïîëÿõ, ÿâëÿåòñÿ íåëèíåéíîå ïîãëîùåíèå;âëèÿíèå íåëèíåéíîé ðåôðàêöèè ïðîÿâëÿåòñÿ òîëüêî â íåáîëüøîé îáëàñòè âáëèçè ôîêóñà è, â öåëîì, ÿâëÿåòñÿ íåçíà÷èòåëüíûì. Äëÿ èìïóëüñíûõ ïîëåé îñíîâíûì ìåõàíèçìîì,ïðèâîäÿùèì ê íàñûùåíèþ ïèêîâîãî ïîëîæèòåëüíîãî äàâëåíèÿ, ÿâëÿåòñÿ íåëèíåéíàÿ ðåôðàêöèÿ.Èíòåðåñíî îòìåòèòü, ÷òî, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ýíåðãèÿ ïåðèîäè÷åñêîãî ïó÷êà ñïàäàåò áûñòðåå, ìàêñèìàëüíî äîñòèæèìîå çíà÷åíèå ïèêîâîãî ïîëîæèòåëüíîãî äàâëåíèÿ âïåðèîäè÷åñêîì ïîëå áîëüøå, ÷åì â èìïóëüñíîì.
Ýòà îñîáåííîñòü ïðîÿâëåíèÿ íåëèíåéíûõýôôåêòîâ óêàçûâàåò íà òî, ÷òî èìïóëüñíûå ïó÷êè ëó÷øå ïîäõîäÿò äëÿ ïåðåäà÷è ýíåðãèèâîëíû ê ôîêóñó ñ ìåíüøèìè ïîòåðÿìè, à ïó÷êè ïåðèîäè÷åñêèõ âîëí - äëÿ äîñòèæåíèÿâûñîêèõ çíà÷åíèé äàâëåíèÿ â ôîêàëüíîé îáëàñòè.3.4.
Âëèÿíèå àïîäèçàöèè ïîëÿ íà èçëó÷àòåëå íàïðîñòðàíñòâåííóþ ñòðóêòóðó è ïðåäåëüíûå çíà÷åíèÿïàðàìåòðîâ ôîêóñèðîâàííûõ ïîëåé ïðåäûäóùåì ïàðàãðàôå áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ïðîñòðàíñòâåííàÿ ñòðóêòóðà è ïðåäåëüíûå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ ôîêóñèðîâàííûõ ïîëåé çàâèñÿò îò âðåìåííîé ñòðóêòóðû76èçëó÷àåìîãî ñèãíàëà. Ðåçóëüòàòû ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî óêàçàííûåâûøå õàðàêòåðèñòèêè àêóñòè÷åñêèõ ïîëåé òàêæå îêàçûâàþòñÿ â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíèçàâèñÿùèìè îò àïîäèçàöèè èçëó÷àòåëÿ.  äàííîì ïàðàãðàôå ðàññìîòðåíû ãàóññîâñêàÿ èðàâíîìåðíàÿ (èëè ïîðøíåâàÿ) àïîäèçàöèè èçëó÷àòåëÿ, ïîñêîëüêó ýòè äâå ìîäåëè ÿâëÿþòñÿ íàèáîëåå ðàñïðîñòðàí¼ííûìè è, êðîìå òîãî, èçëó÷àòåëè ñ àïîäèçàöèåé áëèçêîé êïîðøíåâîé øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ íà ïðàêòèêå [3, 4, 96].Íà ðèñ.
3.13, 3.14 ïîêàçàíû ïðîñòðàíñòâåííûå ðàñïðåäåëåíèÿ ïèêîâîãî ïîëîæèòåëüíîãî (ðèñ. 3.13) è ïèêîâîãî îòðèöàòåëüíîãî (ðèñ. 3.14) äàâëåíèé â ñëó÷àå ïåðèîäè÷åñêîãî(à, â) è èìïóëüñíîãî (á, ã) ïîëåé ãàóññîâñêîãî (à, á) è ïîðøíåâîãî èçëó÷àòåëåé (â, ã).Íà ýòèõ ðèñóíêàõ áåëûìè çàìêíóòûìè êðèâûìè ïîêàçàíû ãðàíèöû ôîêàëüíûõ îáëàñòåé,îïðåäåëÿåìûå ïî óðîâíþ e−1 îò ìàêñèìàëüíîãî äàâëåíèÿ â êàæäîì ïîëå. Õîðîøî âèäíî,êàê ñèëüíî îòëè÷àþòñÿ ïðîñòðàíñòâåííûå ñòðóêòóðû âñåõ ÷åòûð¼õ ïîëåé è èõ ôîêàëüíûåîáëàñòè. Äëÿ èçëó÷àòåëÿ ñ ãàóññîâñêîé àïîäèçàöèåé ôîêàëüíûå îáëàñòè ïèêîâûõ äàâëåíèé îêàçàëèñü â 23 ðàçà óæå â ïðîäîëüíîì íàïðàâëåíèè σ , ÷åì â ñëó÷àå ïîðøíåâîãîèçëó÷àòåëÿ.
Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî â ñëó÷àå ãàóññîâñêîãî èçëó÷àòåëÿ ðàçðûâ â ïðîôèëÿõ âîëí íàñòóïàåò òîëüêî äëÿ öåíòðàëüíîé îáëàñòè èçëó÷àòåëÿ, ãäå àìïëèòóäà âîëíûâåëèêà. Íà ïåðèôåðèè ãàóññîâñêîãî èçëó÷àòåëÿ íà÷àëüíîå äàâëåíèå íåáîëüøîå, è ëèíåéíàÿ ôîêóñèðîâêà âîëí îò ýòîé ÷àñòè èçëó÷àòåëÿ ïðîèñõîäèò â ãåîìåòðè÷åñêèé ôîêóñ.
ÂПериодическая волнаИмпульс(а)(б)p+/p00.10.050-0.05-0.16040ρГауссP+20(в)0p+/p0(г)0.10.050-0.05-0.1Поршеньρ600.640200.81σ1.21.4 0.60.81σ1.20Ðèñ. 3.13. Ïðîñòðàíñòâåííûå ðàñïðåäåëåíèÿ ïèêîâîãî ïîëîæèòåëüíîãî äàâëåíèÿ â ñëó÷àå ãàóññîâñêîãî èçëó÷àòåëÿ (âåðõíèé ðÿä à, á) è ïîðøíåâîãî èçëó÷àòåëÿ (íèæíèé ðÿä â, ã).
Ëåâîìóñòîëáöó (à, â) ñîîòâåòñòâóåò ïåðèîäè÷åñêîå ïîëå, ïðàâîìó ñòîëáöó (á, ã) èìïóëüñíîå ïîëå. Ñïëîøíûìè áåëûìè ëèíèÿìè ïîêàçàíû ãðàíèöû ôîêàëüíûõ îáëàñòåé, áåëûì ïóíêòèðîìïîêàçàíà ïëîñêîñòü ãåîìåòðè÷åñêîãî ôîêóñà èçëó÷àòåëÿ. Ðàñïðåäåëåíèÿ ñîîòâåòñòâóþò çíà÷åíèÿì G = 40, N = 1.0.77ρГауссИмпульс(б)Периодическая волна(а)|P-|| p_| /p 0150.10.050105-0.1150.10.050-0.05-0.110ρПоршень0| p_| /p 0(г)(в)0.650.81σ1.21.4 0.60.81σ1.20Ðèñ. 3.14.
Ïðîñòðàíñòâåííûå ðàñïðåäåëåíèÿ ïèêîâûõ îòðèöàòåëüíûõ äàâëåíèé â ñëó÷àå ãàóññîâñêîãî èçëó÷àòåëÿ (âåðõíèé ðÿä à, á) è ïîðøíåâîãî èçëó÷àòåëÿ (íèæíèé ðÿä â, ã). Ëåâîìóñòîëáöó (à, â) ñîîòâåòñòâóåò ïåðèîäè÷åñêîå ïîëå, ïðàâîìó ñòîëáöó (á, ã) èìïóëüñíîå ïîëå.
Ñïëîøíûìè áåëûìè ëèíèÿìè ïîêàçàíû ãðàíèöû ôîêàëüíûõ îáëàñòåé, áåëûì ïóíêòèðîìïîêàçàíà ïëîñêîñòü ãåîìåòðè÷åñêîãî ôîêóñà èçëó÷àòåëÿ. Ðàñïðåäåëåíèÿ ñîîòâåòñòâóþò çíà÷åíèÿì G = 40, N = 1.0.ñëó÷àå ïîðøíåâîãî èçëó÷àòåëÿ ôîêóñèðîâêà êðàåâûõ âîëí áóäåò íåëèíåéíîé, ÷òî ïðèâîäèò ê óñèëåíèþ âëèÿíèÿ íåëèíåéíîé ðåôðàêöèè â ôîêàëüíîé îáëàñòè è ê óâåëè÷åíèþ å¼ïðîäîëüíûõ ðàçìåðîâ.Ñòîèò îòìåòèòü, ÷òî ïåðåõîä îò ãàóññîâñêîé àïîäèçàöèè èçëó÷àòåëÿ ê ïîðøíåâîéñóùåñòâåííî ìåíÿåò ñòðóêòóðó êàê ïåðèîäè÷åñêîãî, òàê è èìïóëüñíîãî ïîëåé.
 ïåðèîäè÷åñêîì ïîëå ïîÿâëÿåòñÿ ÿðêî âûðàæåííàÿ îñöèëëèðóþùàÿ ñòðóêòóðà, ÷òî ñâÿçàíî ñèíòåðôåðåíöèåé öåíòðàëüíîé è êðàåâîé âîëí (ðèñ. 3.13, 3.14 (â)).  èìïóëüñíîì ïîëå îñöèëëèðóþùåé ñòðóêòóðû íåò, îäíàêî íåëèíåéíûå ýôôåêòû òåïåðü îêàçûâàþò âëèÿíèå íåòîëüêî íà öåíòðàëüíóþ âîëíó, íî è íà êðàåâóþ.Ðàññìîòðèì ïîäðîáíåå ñòðóêòóðó èìïóëüñíîãî ïîëÿ íà îñè ïîðøíåâîãî èçëó÷àòåëÿ.Íà ðèñ. 3.15, 3.16 ïîêàçàíû ðàñïðåäåëåíèÿ ïèêîâîãî ïîëîæèòåëüíîãî è ïèêîâîãî îòðèöàòåëüíîãî äàâëåíèé ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ íåëèíåéíîãî ïàðàìåòðà N .
 ñëó÷àå óìåðåííîé ôîêóñèðîâêè (ðèñ. 3.15, G = 10) ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ àìïëèòóäû âîëíû íà èçëó÷àòåëåìàêñèìóì ïèêîâîãî ïîëîæèòåëüíîãî äàâëåíèÿ ñìåùàåòñÿ ñíà÷àëà â ñòîðîíó îò èçëó÷àòåëÿäî òåõ ïîð, ïîêà â ïðîôèëå èìïóëüñà íå îáðàçóåòñÿ ðàçðûâ; ïîñëå îáðàçîâàíèÿ ðàçðûâàôîêóñ P+ ñìåùàåòñÿ íàîáîðîò â ñòîðîíó ê èçëó÷àòåëþ. Òðàåêòîðèÿ ñìåùåíèÿ ôîêóñà èìååò ôîðìó ïåòëè (ðèñ.
3.15). Ñìåùåíèå ôîêóñà P+ îò èçëó÷àòåëÿ â äîðàçðûâíîì ðåæèìåîáóñëîâëåíî óñèëåíèåì ïðîÿâëåíèÿ íåëèíåéíîé ðåôðàêöèè, à ïîñëåäóþùåå ñìåùåíèå â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè ñâèäåòåëüñòâóåò î ïðåâàëèðîâàíèè âëèÿíèÿ íåëèíåéíîãî ïîãëîùåíèÿ78P+ 25562091011158G = 1074310121250-5P-100.50.60.70.80.911.11.21.31.41.5σÐèñ. 3.15. Ðàñïðåäåëåíèå ïèêîâîãî ïîëîæèòåëüíîãî P+ è ïèêîâîãî îòðèöàòåëüíîãî P− äàâëåíèé íà îñè ïîðøíåâîãî èçëó÷àòåëÿ â èìïóëüñíîì ïîëå ïðè G = 10. Çíà÷åíèÿ íåëèíåéíîãîïàðàìåòðà N ïîêàçàíû íà ëåãåíäå ðèñ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
