Автореферат (1137058), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Эллипс − геометрическое место точек наплоскости, для которых сумма расстояний до двух заданных точек, являющихсяфокусами эллипса, постоянна. Фазовый набег зависит от параметров среды ипути, пройденного сигналом. Фазовые центры передающего и приемных рупоров должны быть расположены в фокусах эллипса, который образован линиейодинаковой высоты h для заданного частотного диапазона. В геометрооптиче-8ском приближении изменение высоты h( x, z ) (см. рис.
1) моделируется распределением диэлектрической проницаемости ε ( x, z ) в этой геометрии.Отражение волны происходит в области, находящейся в определенномсечении раскрыва (полости в металле), при условии, что длина волныλ(в сво-бодном пространстве) превышает или равна критической длине волны для этого раскрыва ( λ ≥ λкр ). С другой стороны, если длина волны меньше критической ( λ < λкр ) для соответствующей области раскрыва, то волна беспрепятственно будет распространяться. Как показано на рис. 1 фазовые центры рупоровВход 1 и Вход 2 расположены в фокусах эллипса АВ на котором происходитотражение волн I частотного диапазона, для частот диапазона II отражениепроисходит на границах эллипса CD, фокусы которого совпадают с фазовымицентрами рупоров Вход 1 и Вход 3, для частот III отражение происходит награницах эллипса EF, фокусы которого совпадают с фазовыми центрами рупоров Вход 1 и Вход 4.АEСzyDВВход 1Fh32h22 = h31xh11 h12 = h21EВход 4Вход 3 Вход 2Рис.
1. Модель сверхширокополосного частотного мультиплексора оптическоготипа.9Предложенная методика численного построения траектории лучей, обеспечивает выбранные значения точности по каждой переменной в многомерной пространственной задаче. Интегрирование на каждом шаге вычислительного процесса осуществляется по одной из четырех переменных ( x, z , px , pz ) в фазовом пространстве, которая имеет максимальную скорость изменения на данномшаге интегрирования. Приведена методика задания частотнозависимой среды.Рассмотрены примеры построения фазовых траекторий и лучей в плоскослоистой и слоистой средах. Определена область расхождения, определены погрешности построения траектории в неоднородных средах (см. рис. 2).Рис.
2. Отклонения смоделированной траектории луча от теоретически рассчитанной траектории в процентахВ третьей главе проведена оценка возможного ускорения численногомоделирования методами геометрической оптики и электродинамических расчетов при переходе от использования однопроцессорной системы к векторнымпроцессорам на основе бытовых видеокарт.Решения GPGPU (General Purpose computation on GPU – универсальныерасчеты средствами видеокарты) являются подспорьем в сложных расчётах. Влюбом коде есть участки, которые хорошо исполняются на ЦПУ. Их нет смысла портировать. Но часто можно выделить небольшие по объёму, но критичныепо времени исполнения участки кода. И за счёт их распараллеливания можно10значительно увеличить конечную производительность.
В качестве примераможно привести работу, проведенную в Национальном центре исследованияпогоды США. Имелся код, исполняемый на обычном кластере. Был переписанвсего 1% кода для работы на ГПУ, и в итоге получен суммарный прирост скорости в 20%. Поэтому модернизации подверглось вычислительное ядро, так каконо является самым критичным местом программы. В вычислительном ядрерасполагаются матрицы больших порядков (> 10 ).5Параллельные вычисления средствами видеокарты – являются наиболееэффективным (с точки зрения соотношения: увеличение быстродействия кстоимости) инструментом. Полученные результаты показывают, что использование бытовых видеокарт в качестве векторных процессоров позволяет сократить время моделирования по сравнению ЦПУ в 20-30 раз (см.
рис. 3). Предложенные выше методики построения сверхширокополосного мультиплексора иДОСОТ позволяют строить алгоритмы эффективно использующие мощностибытовых видеокарт.Коэффициент ускорения, вразах3028262422СложениеУмножение201816141210020406080100120Размер матрицы , МБайтРис. 3. График отношения времени выполнения операций покомпонентногосложения и умножения массивов чисел одинарной точности с плавающей точкой на ГПУ относительно ЦПУВ четвертой главе рассмотрены условия перехода к планарной задаче.При переходе к планарной задаче рассматривается только основной тип волны.Поэтому было проведено моделирование трансформации типов волн в Н11плоскостном волноводном переходе (см.
рис. 4). Были определены типы волн(см. табл. 1), распространяющиеся в волноводе 23×10 мм, и проведено моделирование перехода с условием уровня затухания волн высшего типа более 17 дБ.Используя a2 = 23 мм и b = 1 мм, составлена таблица критических частот длямод Hmn (см. таблицу 1).Таблица 1. Типы волн, распространяющиеся в волноводе 23x10 мм.HmnFкр, ГГцH1 06,52H1 1150,14H2 013,04H2 1150,56H3 019,56H4 026,09H5 032,61H6 039,13H7 045,65H8 052,17H9 058,70H10 065,22На основе полученных результатов выбрана длина перехода L2 = 142 мм,позволяющая достичь требуемого уровня затухания волн высшего типа 17 дБ.12a2вход 2L3L2a1L1вход 1bРис.
4. Геометрия H-плоскостного волноводного перехода.В пятой главе рассмотрена теория синтеза сверхширокополосного Еплоскостного частотного мультиплексора оптического типа (см. рис. 1), осуществляющего частотное деление сигнала с Входа 1 на 3-х частотных диапазона:18-20 ГГЦ (Вход 2), 20-26 ГГЦ (Вход 3), 26-40 ГГЦ (Вход 4).Методика синтеза заключается в том, что сначала моделируется геометрия для первого частотного диапазона.
На рис. 5 приведена проекция геометриидля 1-частотного диапазона мультиплексора на плоскость XOZ.zb12b11α2α1α12−a12α11− f1−a11Of1a11a12xВход 2Вход 1Рис. 5. Проекция геометрии мультиплексора на плоскость xOz .13Далее проводится моделирование второго частотного диапазона, приэтом параметры геометрии I частотного диапазона остаются неизменными. Нарис. 6 приведена проекция геометрии мультиплексора для I и II частотногодиапазонов на плоскость XOZ.
Аналогично первым двум частотным диапазонам проводится моделирование III диапазона частот.zпереходная областьh22 h21 h12h11 IIобласть−Iобласть−f1f1f2f1L = f 2 Lf2O2O1f1Rf 2RВход 1Вход 3xВход 2Рис. 6. . Проекция геометрии мультиплексора для I и II частотного диапазоновна плоскость xOz .Среднее значение потерь для трех частотных диапазонов смоделированного мультиплексора получились: 1) 18-20 ГГЦ – 4.19 дБ, 2) 20-26 ГГЦ –5.95 дБ и 3) 26-40 ГГЦ – 6.75 дБ. Размеры моделируемой геометрии составилипо ширине 1200 мм, по глубине 1000 мм. При этом потери на передачу возрастали на границах частотного диапазона, как и предполагалось в процессе моделирования.Шестая глава посвящена моделированию H-плоскостной распределительной системы оптического типа (см. рис.
7) во временной области для многолучевой АФАР. Целью данной работы являлось изучение искажений рассчитанных диаграмм направленности, т.к. амплитудно-фазовое распределение вы-14равнивалось только для центрального входа 3. На рис. 8 приведена ДН распределительной системы для частоты 3.9 ГГц.Output 64Output 63Input 1RInput 2αInput 3αααInput 4Input 5Output 2Output 1Рис. 7 Геометрия H-плоскостной распределительной системы оптического типадля 5-лучевой АФАР.Рис.
8 Диаграммы направленности 5-лучевой АФАР при использовании входов1, 2 и 3 распределительной системы для частоты 3.9 ГГц.Как видно из рис. 8, полученные диаграммы направленности требуюткорректировки для уменьшения уровня боковых лепестков. Без использованияапотизации уровни боковых лепестков составляют 13 дБ, 14.5 дБ и 17.5 дБ длявходов 1, 2 и 3 соответственно (см. рис. 7). Поэтому для уменьшения уровня15боковых лепестков необходимо ввести дополнительную корректировку амплитудного распределения для излучателей АФАР. Полученные расчетные диаграммы направленности 5 лучевой АФАР соответствуют ожидаемым.В седьмой главе развита методика синтеза квазиоптической диаграммообразующей системы, позволяющая формировать заданное амплитуднофазовое распределение на элементах решетки (см.
рис. 9). ДОС оптическоготипа состоит из полости в металле A , M излучающих зондов Z1' ÷ Z M ' , и Nприёмных зондов Z1 ÷ Z N . В данной главе предложен переход к геометроооптическому решению задачи и методика нахождения местоположения излучающих Z1' ÷ Z M ' и приемных Z1 ÷ Z N зондов по начальным условиям направлениялучей многолучевой АФАР.Z1 Z2 Z3Z1'AZ2'Z3'ZM-1'ZN-2ZN-1ZNZM'Рис. 9.
Геометрия распределительной системы оптического типа.Предложенная методика позволяет сократить время моделирования и габариты при сохранении технических характеристик, по сравнению другими моделями ДОС.В восьмой главе рассмотрена антенная насадка (АН) (см. рис. 10), являющаяся ДОС неоптического типа, предназначенная для испытаний АФАР.Данная система является более сложной по сравнению с представленной вышеДОСОТ.16Рис. 10. Структурная схема антенной насадки.Рис. 11.
Геометрия балансного делителя.Были проведены сравнения результатов расчета частотных характеристикбалансного микрополоскового делителя (см. рис. 11) с результатами измеренийизготовленного макета делителя. По результатам сравнения были сделаныпредложения по изменению конструкции и уточнению расчетной модели балансного синфазного делителя (БД) мощности. При электродинамическом моделировании на ЭВМ необходимо более подробно рассматривать геометрию17БД, учитывая влияние металлического корпуса, размеры которого не должныдопускать распространения волноводных волн; задавать точность размеров топологии устройства в корреляции с технологически возможными значениями.
Вчастности, надо провести исследование влияния топологических неоднородностей и разброса значений величины диэлектрической проницаемости подложкина характеристики устройства. Необходимо так же увеличивать расстояние достенки корпуса от микрополосковой линии.При проектировании синфазного балансного делителя желательно внестив конструкцию устройства согласующие площадки, что в дальнейшем позволило бы менять электрическую длину 2-х четвертьволновых плеч делителя.
Этопозволит упростить этап настройки экспериментального макета и, в дальнейшем, ввести необходимые изменения в электродинамические расчеты.При сборке макета следует обеспечить надлежащее качество монтажа,что существенно влияет на характеристики БД (в большей степени на разностьфаз между каналами).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
