Диссертация (1137059), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Длина рупора L =140 мм, расширение вдоль узкой стенки волновода равно 22 мм. График КСВ рупораот частоты приведено на рис. 5.3. На рис. 5.4 приведены нормирован71ные по амплитуде ДН рупора для частот: 1 – 18 ГГц, 2 – 24 ГГц, 3 –32 ГГц. На рис.

5.5 приведены нормированные по амплитуде главные максимумы ДН рупора для частот: 1 – 18 ГГц, 2 – 24 ГГц, 3 –32 ГГц. Ширина луча по уровню -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 низкихчастотах.Рис. 5.2. Геометрия рупора.72Рис. 5.3. Частотная характеристика КСВ рупора.Рис.

5.4. Амплитудная нормированная ДН рупора.73Рис. 5.5. Главный лепесток амплитудной ДН излучающегоприемного рупора.Как видно из характеристик, данный рупор может быть использован для моделируемого мультиплексора.5.2 Выбор варианта расположения приемных рупоров.Необходимо провести моделирование во временной областиЕ-плоскостного частотного мультиплексора, осуществляющего частотное деление сигнала (см. рис.

5.1Б) с Входа 1 на 3 частотныедиапазоны: 18-20 ГГЦ (Вход 2), 20-26 ГГЦ (Вход 3), 26-40 ГГЦ.При выборе первого варианта геометрии (см. рис. 5.1А) уровни одинаковой высоты h будут выглядеть как показано на рис. 5.6.При выборе второго варианта геометрии (см. рис. 5.1Б) уровни одинаковой высоты h будут выглядеть как показано на рис. 5.7.Был выбран второй вариант геометрии, поскольку, как видноиз рис.

5.6 и 5.7, этот вариант ближе к плоскослоистой среде.74Рис. 5.6Рис. 5.75.3 Моделирование первого частотного диапазона.Для отражения сигналов первого частотного диапазона используем область ABCD (см. рис. 5.1Б), в которой линии одинаковойвысоты h1 представляют собой семейство эллипсов, имеющих следующие параметры: фокальный радиус f1  250 мм, малая полуосьэллипса a1 изменяется от a11 =420 до a12 =508 мм, высота h1 изменение линейно от h11 =23 до h12 =7.5 мм. Рупора расположены такимобразом, чтобы их фазовые центры совпадали с координатами расположения фокусов эллипсов, рассчитанных для данного частотногодиапазона.На рис.

5.8 показана проекция на координатную плоскостьxOz модели, представленной на рис. 5.1Б. Угол поворота рупора,75представленный на рис. 5.8, характеризуется направление распространения сигнала и рассчитывается исходя из значений большой,малых полуосей эллипса и фокуса (являющегося линией одинаковойвысоты h1 ).zb12b112112 a1211 f1 a11Of1a11a12xВход 2Вход 1Рис.

5.8 Проекция геометрии мультиплексора на плоскость xOz .Малая полуось эллипса определяется следующим уравнением[24]:b1  a12  f12(5.1)Для a11  420 мм малая полуось b11  337.49 мм. Для a12  508мм малая полуось b12  442.23 мм.Угол 1 , определяющий направление ДН излучающего рупораиз фокуса до центра эллипса по оси абсцисс, изменяется по следующему закону:76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 необходимобрать меньше 12  29.48 . Для излучающего рупор был взят угол1  23 .

Угол поворота приемного рупора Входа 2, соответствующего I частотному диапазону, равен  2  25 .Моделируемая геометрия изменения профиля диэлектрической проницаемости для частоты 18 ГГЦ, соответствующего профилю линейного изменения высоты и сигнал в ней представлены нарис. 5.9.Рис. 5.9. 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 в77программный комплекс Planar Rt-H, в котором рассчитывались значения коэффициентов передачи.Сопутствующие рисунки и графики для частоты 18 ГГц приведены на рис. 5.9 – 5.18 ниже.

На рис. 5.9, 5.10 показаны профильдиэлектрической проницаемости модели и амплитуда сигнала на 7.8и 7.9 наносекунде (нс), соответственно.Рис. 5.10. Профиль диэлектрической проницаемости для частоты18 ГГц и пространственное распределение модуля напряженностимагнитного поля H y на 7.9 нс в среде.78Рис. 5.11. Распределение поля H y в момент времени 0.4 нс начастоте 18 ГГц.На рис. 5.11-5.16 можно увидеть распределение поля H y начастоте 18 ГГц в различные моменты времени, для которого проводилось оптимизирование геометрии для I−частотного диапазона.Как видно из рис. 5.13, основная часть поля концентрируется на семействе эллипсов I-ого частотного диапазона, незначительная частьпроходит дальше. При этом на эллипсе, соответствующем границе Iого частотного диапазона происходит отражение сигнала. Нарис.

5.14 видно поле, отраженное от первой области и прошедшее вобласть CDEF, соответствующую II частотному диапазону. Нарис. 5.15 показан момент прихода собирания отраженной волны вточку, являющуюся фокусом семейства эллипсов первого частотного диапазона и приемного рупора. На рис. 5.16 видно как поле волны распространяется по приемному рупору, отраженное от границыпервого частотного диапазона.79Рис. 5.12.

Распределение поля H y в момент времени 2.14 нс начастоте 18 ГГц.Рис. 5.13. Распределение поля H y в момент времени 2.8 нс начастоте 18 ГГц.80Рис. 5.14. Распределение поля H y в момент времени 4.0 нс начастоте 18 ГГц.Рис. 5.15. Распределение поля H y в момент времени 4.6 нс начастоте 18 ГГц.81Рис. 5.16. Распределение поля H y в момент времени 4.9 нс начастоте 18 ГГц.На рис. 5.16 видно как поле отраженной волны направляется кприемному рупору, отраженное отграницы первого частотногодиапазона.Рис. 5.18.

3D картина распределения амплитуды поля H y в моментвремени 4.9 нс на частоте 18 ГГц в мультиплексоре.82На рис. 5.19 помимо поля волны H y показано распределениедиэлектрической проницаемости на частоте 18 ГГц. Красный цветотвечает за максимальное значение  , желтый – за минимальноезначение  . Как видно из этого рисунка, в правой части геометрииприсутствует область постоянным значением  . Наличие даннойобласти охарактеризовано тем, что основная часть поля волны непопадает в нее.На графике рис. 5.20 показан коэффициент передачи с входа 1на вход 2 от времени на частоте 18 ГГц 1-ого частотного диапазона.По оси абсцисс отложено время в наносекундах (нс), по оси ординат– коэффициент передачи в дБ. Как видно из графика волна приходитна вход 2 на 6 нс, а коэффициент передачи от входа 1 к 2 в установившемся режиме на частоте 18 ГГц составляют 3,4 дБ.Рис. 5.19.

Распределения амплитуды поля H y с распеределениемдиэлектрической проницаемости в момент времени 5.0 нс на частоте18 ГГц.83Рис. 5.20. Коэффициент передачи с входа 1 на вход 2 от времени начастоте 18 ГГц 1-ого частотного диапазона.Частота 20 ГГц являются граничной для I и II частотных диапазонов, соответственно ближе к этой частоте будут возрастать потери при передаче энергии сигнала, т.к. часть сигнала будет проходить во II область и, отражаясь, попадать на вход 3 (см.

рис. 5.1Б).Так же, в процессе моделирования стало ясно, что h12 (см. рис. 5.1)должно быть больше 1 2. / 2 , для того, чтобы сигнал II частотногодиапазона проходил дальше. При оптимизации коэффициента прохождения с Входа 1 на Вход 2 (см. рис. 5.1Б) было подобрано значение высоты h12  8.0 мм. Ниже приведены результаты расчетов распределения магнитного поля H y для заданных моментов времени играфик коэффициента передачи со входа 1 на вход 2 от времени начастоте 19.5 ГГц.84На рис. 5.21-5.22 можно увидеть распределение поля H y начастоте 19.5 ГГц в моменты времени 2.8 и 4.9 нс.

Как видно изрис.5.22, основная часть поля концентрируется на семействе эллипсов одинаковой высоты, соответствующей I частотному диапазону,незначительная часть энергии, соответствующая более высоким частотам, проходит дальше.Рис. 5.21. Распределение поля H y в момент времени 2.8 нс начастоте 19.5 ГГц.На рис. 5.23, 5.24 показаны профили диэлектрической проницаемости для частоты 19.5 ГГц и пространственное распределениемодуля напряженности магнитного поля H y на 6.3 и 6.46 нс (соответственно).85Рис. 5.22.

Распределение поля H y в момент времени 4.9 нс начастоте 19.5 ГГц.Рис. 5.23. Профиль диэлектрической проницаемости для частоты19.5 ГГЦ и пространственное распределение модуля напряженностимагнитного поля H y на 6.3 нс в среде.86Рис. 5.24. Профиль диэлектрической проницаемости для частоты19.5 ГГЦ и пространственное распределение модуля напряженностимагнитного поля H y на 6.46 нс в среде.Рис. 5.25. Коэффициент передачи с входа 1 на вход 2 для 1-ого частотного диапазона.На графике рис.

5.25 показан коэффициент передачи с входа 1на вход 2 для 1-ого частотного диапазона. По оси абсцисс отложеновремя в наносекундах (нс), по оси ординат – коэффициент передачив дБ. Минимальные потери на границе I-частотного диапазона пере-87дачи сигнала от Входа 1 к Входу 2 в установившемся режиме составляют 2.5 дБ; максимальные − 5.76 дБ; средние – 4.19 дБ.5.4 Моделирование второго частотного диапазона.На рис. 5.26 схематично показана геометрия модели, включающая два частотных диапазона. Эллипсы образованы линиями одинаковой высоты от h11 до h12 для I частотного диапазона и от h21 доh22 для II частотного диапазона, где O1 и O2 центры этих эллипсов.Фокусы I-ого частотного диапазона расположены в точках f1L и f1R ,f1 − фокальный радиус эллипса.

Для II-ого диапазона в фокусы расположены в точках f 2L , f 2R , а f 2 − фокальный радиус эллипса.Для второго частотного диапазона приемный вход 3 (см.рис. 5.1Б, 5.26) располагается левее входа 2. Фокусное расстояниедля семейства эллипсов (образованными линиями одинаковой высоты h , см. рис. 5.26) этого частотного диапазона выбиралось из двухпредположений: 1) точки расположения левых фокусов f1L и f 2L эллипсов для I и II частотных диапазонов должны совпадать, правыйфокус f 2R эллипса, совпадающий с фазовым центром Входа 3, для IIдиапазона должен располагаться левее фокуса f1R I-ого диапазона(см.

Характеристики

Список файлов диссертации