Диссертация (1137113), страница 11

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

Текст из файла (страница 11)

3.12 и 3.13 показаны распределения амплитуд и фазэлектрическогополяпривозбуждениивходов1,2и3распределительной системы.(а)(б)(в)Рис. 3.12.Распределение амплитуды электрического поля H-плоскостнойраспределительной системы оптического типа для пятилучевой АФАРпри возбуждении входов 1 (а) , 2 (б) и 3 (в) для частоты f0.132(а)(б)(в)Рис.

3.13.Распределение фазы электрического поля H-плоскостнойраспределительной системы оптического типа для пятилучевой АФАРпри возбуждении входов 1 (а) , 2 (б) и 3 (в) для частоты f0.Как видно из рис. 3.12, наблюдается отражение от выходовраспределительной системы, которое проявляется в колебанияхамплитуды, с периодом, соответствующим половине длины волны.Также видно, что амплитуда этих колебаний незначительна исоответствует значениям КСВ, меньшим 1.1 (см. рис.

3.8). Амплитудысигналов, проходящих на соседние входы, также незначительны, чтосоответствует уровням сигналов приведенным на рис. 3.9 - 3.11.Важно отметить, что амплитудные распределения на выходахраспределительной системы для случаев возбуждения различныхвходов идентичны, т.е.

амплитудное распределение сильно неизменяется при возбуждении различных входов.133Из рис. 3.13 видно,что фазовый фронт при возбуждениисоответствующих входов поворачивается на угол относительноцентраокружностивозбуждаемого(см.входа,рис.3.1),равныйотносительноуглуцентраотклонениясимметриираспределительной системы.3.5 ВыводыВ главе была промоделирована распределительная системаоптического типа во временной области. Получены характеристикидля переходных процессов системы.134Глава. 4. Возбудитель для распределительнойсистемы оптического типа.4.1 Постановка задачиДлявозбужденияэлектромагнитнойэнергиивраспределительной системе оптического типа из подводящего к нейкоаксиального фидера необходимо смоделировать возбудитель,который возбуждал бы волну в линзе с помощью коаксиальногокабеля.Рассмотрим систему, изображенную на рис.

4.1. На рис. 4.1показана фторопластовая пластина толщиной h, длиной и шириной l иw соответственно. С трех сторон фторопластовая пластина ограниченапоглотителем Е (см. рис. 4.1). Фторопластовая пластина вместе споглотителемЕЭлектромагнитнаяпомещеныволнаввданнойметаллическуюструктурекоаксиальной линией D так, как показано на рис. 4.1.135коробку.возбуждаетсяEwhDlРис. 4.1Модель возбудителя сигнала для СВЧ-распределительнойсистемы в программе Ansoft HFSS 11Длина l и ширина w фторопластовой пластины выбираетсяисходя из условияl   , w  (4.1)где  - длина волны в диэлектрике (фторопластовая пластина с ф = 2,1 и  ф = 1).

Для рабочей частотыf 0 = 4,05 ГГц, длина волны λопределяется из следующего соотношения [34]:cf3 1084,05 109где с – скорость света в вакууме.136 0,074 м  74 мм(4.2)Исходя из выражения (4.2), находим длину волны во фторопластовойпластине (  ):74  51мм2,1ф(4.3)Учитывая условия (4.1) и (4.3), были выбраны следующиеразмеры фторопластовой пластины: l = 100мм, w = 200мм.Конец коаксиального кабеля, входящего во фторопластовуюпластину представляет собой коаксиальный зонд. В качествекоаксиального кабеля выбран кабель радиочастотный РК 50-2-25 [36]Переход от коаксиальной линии во фторопластовую пластинупредставляет собой аналог коаксиально-волноводного перехода [37].Для согласования этого перехода подбирается длина зонда hz ,входящеговофторопластовуюпластину,ирасстояниеотметаллической стенки до центра зонда d z (см.

рис. 4.2). Зонд являетсяпродолжением центральной жилы коаксиального кабеля. На рис. 4.2представленагеометриякоаксиальногорассматриваемую структуру. 1кабеля,возбуждающий– фторопластовая пластина ифторопластовая шайба, 2 – металлическая коробка и крышка.Конструкцияявляетсясборной.Полостьвметаллевыфрезеровывается на высоту h, в нее помещены фторопластоваяпластинаипоглотитель.Сверхуконструкциязакрываетсяметаллической крышкой с отверстием для коаксиальной линии. Нарис. 4.2 D2lc – диаметр зонда, Dlc обозначен диаметр центральнойжилы коаксиального кабеля, возбуждающего данную структуру.1372Dlc1D2lcdzhzРис. 4.2Подборка длины hz и расстояния d z для согласованияперехода.4.2 Расчет волнового импеданса поглотителяПоглотитель Е (см. рис.

4.1) изготавливается из ферроэпоксида сномером состава 19 [38]. Рассчитаем его волновой импеданс дляслучая плоской волны в неограниченном пространстве [35].Данные для материала ферроэпоксид, номер состава 19 [38]:ε’ = 5,3 ... 7,0, ε’’ = 0,3 ... 0,8, μ’ = 2,4 ... 2,5, μ’’ = 0,6 ... 0,9.гдеε’ - вещественная часть коэффициента диэлектрическойпроницаемости, ε’’ – мнимая часть коэффициента диэлектрическойпроницаемости, μ’ – вещественная часть коэффициента магнитнойпроницаемости, μ’’ – мнимая часть коэффициента магнитнойпроницаемости.Рассчитаем случай для минимального значения величин, т.е.:εmin’ = 5,3, εmin’’ = 0,3, μmin’ = 2,4, μmin’’ = 0,6.138Модулидиэлектрическойεminимагнитнойμminпроницаемостей среды находятся из соотношений:minmin min '2 minmin'2  ' '2  5,32  0,32  5,3min' '2  2,42  0,62  2,47(4.4)(4.5)Рассчитаем случай для максимального значения величин, т.е.:εmax’ = 7,0, εmax’’ = 0,8, μmax’ = 2,5, μmax’’ = 0,9.Модулидиэлектрическойεmaxимагнитнойμmaxпроницаемостей среды находятся из соотношений: max   max '2  max ' '2  7,02  0,82  7,0(4.6)max  max '2  max ' '2  2,52  0,92  2,65(4.7)Для средних значений этих величин:εср’ = 6,15, εср’’ = 0,55, μср’ = 2,45, μср’’ = 0,75.Модули диэлектрической εср и магнитной μср проницаемостейсреды находятся из соотношений: ср   ср '2  ср ' '2  6,152  0,552  6,17(4.8)ср  ср '2  ср ' '2  2,452  0,752  2,56(4.9)139Тангенсы угла диэлектрических tg ср и магнитных tg српотерь находятся из следующих соотношений:tg ср tg ср  ср ' ' ср ' ср ' ' ср '0,55 0,096,15(4.10)0,75 0,32,45(4.11)Для оценки отражения электромагнитной волны от границыфторопласт-сопротивленийпоглотительрассмотримфторопластаиотношениепоглотителяволновыхферроэпоксида.Воспользуемся формулой для расчета волнового сопротивления Z дляволноведущей системы с размерами a  b : [34]Z 120где  b Ом a(4.12)и  диэлектрическая проницаемость и магнитнаяпроницаемость среды соответственно.Для фторопласта волновое сопротивление будет вычислятьсяследующим образом:Zф 120фbф a Ом(4.13)Для поглотителя ферроэпоксид волновое сопротивление должнобытькомплексным.Еслипренебречьдиэлектрическимиимагнитными потерями, то соотношение (4.12) примет следующий вид:140Zср 120 ср b Омср a(4.14)Из соотношений (4.13) и (4.14) получаем:Zср ср срZфПодставляязначениядляфф(15)диэлектрическихимагнитныхпроницаемостей обоих материалов:Z срZф2,566,1710,92,1(4.16)получаем:Zф  Zср(4.17)Следовательно, в первом приближении не требуется дажеплавныйпереходнагранице«диэлектрик-поглотитель»,аферроэпоксидная вставка может иметь прямоугольную форму, такуюже, как у фторопласта.За ферроэпоксидным поглотителем расположены металлическиеграницыG(см.рис.4.1).Электрическуюдлинупоглотителяферроэпоксида вычисляем таким образом, чтобы уменьшить доприемлемого значения (<-20 дБ) отражение от металлических стенок.Для расчета толщины (электрической длины) ферроэпоксидногопоглотителя выберем минимальное значение затухания мощности в 20дБ.

Рассчитаем значение затухания мощности для нескольких длинl1  10 мм ,l2  20 мм ,l3  30 мм . Распространение электромагнитной141волны с фазовой скоростью Vф вдоль линии описывается следующимсоотношением: [35]j lEEm Vф(4.18)где  – частота электромагнитной волны, l – длина линии. АVф фазовая скорость, для плоской электромагнитной волны в среде,заполненной средой с абсолютной диэлектрической постоянной  иабсолютной магнитной проницаемостью  определяется, следующимсоотношением: [35]Vф 1(4.19)Т.е. с учетом выражения (4.19), соотношение (4.18) примет вид:EE em j  l (4.20)Представим абсолютную диэлектрическую проницаемость  иабсолютную магнитную проницаемость в следующем виде:   0 ' j 0 ' '(4.21)  0  ' j0  ' '(4.22)С учетом выражений (4.21) и (4.22) запишем следующиесоотношение:  ( ' 0  j ' ' 0 )( ' 0  j ' ' 0 )   '  ' 0 0   ' '  ' ' 0 0  j ( ' '  ' 0 0   '  ' ' 0 0 ) 142 4 ( '  ' 0 0   ' '  ' ' 0 0 ) 2  ( ' '  ' 0 0   '  ' ' 0 0 ) 2 e '' ' 00  ' ''0 01j arctg ' ' 00  '' '' 002(4.23)где  0 - диэлектрическая постоянная, 0 - магнитная постоянная.ПустьA   '  ' 0  0   ' '  ' ' 0  0(4.24)B   ' '  '  0  0   '  ' '  0 0(4.25)тогда выражение (23) можно представить в следующем виде:  4 A2  B 2  eСоотношениеBj 1 cos(arctg )2A(26)можно(4.26)представитьввидесуммыдействительной и мнимой части:12BA12BA  4 A2  B 2  cos( arctg )  j 4 A2  B 2  sin( arctg ) (4.27)Следовательно,подставляясоотношение(4.27)в(4.18)получается следующее выражение:EEm1B1B4 24 222 wl ( j A  B  cos( arctg )  A  B  sin( arctg ))2A2Ae(4.28)Затухание мощности электромагнитной волны рассчитываетсяследующим соотношением: [35]L  20 lgEmE(4.29)143где Em - амплитуда поля, E - значение поля на расстоянии l.ТогдаL  20 lgE emEmj  l  20 lg e j  l (4.30)Подставляя соотношение (26) в (30) и взяв модуль из выраженияпод логарифмом, получается: lL  20 lg e1B4 22A  B  sin( arctg )2A(4.31)Учитывая выражения (4.24) и (4.25) получается:L  20 lg e224[  l ( '  '  0  0   ' '  ' '  0  0 )  ( ' '  '  0  0   '  ' '  0  0 )  ' '  '  0  0   '  ' '  0 01 sin( arctg)]2 ' ' 0 0   ' ' ' ' 0 0(4.32)Для выбранных длин l1  10 мм , l2  20 мм , l3  30 мм значениязатухания получаются:L1  5,62дБ l1  10 мм(4.33)L2  11,25дБ l 2  20 мм(4.34)L3  16,88дБ l3  30 мм(4.35)Таким образом, электромагнитная волна, пройдя в прямомнаправлениичерезтолщинупоглотителя,равнуюl2  20 мм ,отразившись от металлической стенки, пройдет еще раз через144толщину поглотителя (вернется обратно к возбудителю), и согласнополученным данным (4.34) ослабление составит2  L2  2 11,25(дБ )  22,5(дБ )(4.36).В результате полученных расчетов можно выбрать толщинупоглотителя, равную 20мм.4.3 Моделирование возбудителя в программе Ansoft HFSSМодель возбудителя сигнала для СВЧ-распределительнойсистемы оптического типа в программе Ansoft HFSS 11 выглядит так,как показано на рис.

Характеристики

Список файлов диссертации