Диссертация (1137125), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Однако интенсивность радиального излучения значительно уменьшается сувеличением количества щелей.Нарисунке5.2.17данырезультатымоделированиядиаграммнаправленности электрода при угловом размере щелей (50, 100 и 150) вгоризонтальной (слева) и вертикальной (справа) плоскостях.995050100100150150Рисунок 5.2.17. – Сравнение диаграмм направленности электрода при изменении углачетырех симметричных щелевых разрезов.100На рисунке 5.2.18 показан внешний вид модели ребристого стержня вэкране с четырьмя симметричными щелевыми разрезами.Рисунок 5.2.18.
– Внешний вид модели ребристого стержня в экране с четырьмящелевыми разрезами.На рисунке 5.2.19 представлена 3D – диаграмма направленности электрода счетырьмя щелевыми разрезами по 150 на частоте 2000 МГц.Рисунок 5.2.19. – 3D - диаграмма направленности электрода с четырьмя щелевымиразрезами на частоте 2000 МГц.Как и в предыдущих случаях, сохраняется вращательный характер конусаизлучения с поворотом на 900 в горизонтальной плоскости при варьированииугловой величины щелей, и незначительном сужении лепестков диаграммы прищелях в 150.Ввертикальнойплоскостидиаграммынаправленностиэлектродапрактически не меняются по интенсивности, сохраняя форму излучения приизменении углового размера щелей.1015.2.4 Экспериментальное исследование характеристик ребристого стержня визотропном и азимутально неоднородном экранахДля проведения физического эксперимента изготовлен ребристый стерженьс габаритными размерами, представленными на рисунке 5.2.20, а также одинизотропный экран и четыре азимутально неоднородных экрана, содержащие одну,две и четыре щели.
Радиус всех экранов 21 мм.Рисунок 5.2.20. – Габаритные размеры ребристого стержня (в мм).На рисунке 5.2.21 представлена фотография изготовленных элементовмакета исследуемого электрода.Рисунок 5.2.21. – Элементы макета электрода.Собранный макет электрода с азимутально неоднородным экраном показаннарисунке5.2.22.Дляцентрированияребристогостержнявэкранеиспользовалась втулка с относительной диэлектрической проницаемостью ε=3.102Рисунок 5.2.22. – Макет электрода в сборе.Экспериментальные измерения S – параметров макетов электродов наоснове ребристого стержня с изотропным экраном и азимутально неоднороднымиэкранами выполнены на базе векторного анализатора цепей ZVB 4 компанииRohde & Schwarz.
Фотография экспериментальной установки приведена нарисунке 5.2.23.Рисунок 5.2.23. – Фото экспериментальной установки.Оценка погрешности измерений выполнена на основании алгоритма,используемого в промышленном эксперименте [105, 106] и техническиххарактеристик векторного анализатора цепей ZVB 4 [107], декларируемыхизготовителем – компанией Rohde & Schwarz и приведенных в таблице 5.1.Издопусковтаблицы5.1следует,чтосуммарнаяотносительнаяпогрешность измерений частоты, модуля и фазы коэффициентов передачи S21 иS12, модуля и фазы коэффициентов отражения S11 и S22 в рабочем диапазонечастот не превышает 1%.103Таблица 5.1Технические характеристики векторного анализатора цепей ZVB4 компанииRohde & SchwarzДиапазон рабочих частот, МГц:от 0,3до 4000Уровень гармонических составляющих в выходном сигнале мощностью6 дБ/мВт, в диапазоне частот, дБс*, не более:от 300 кГ ц до 50 МГцминус 30от 50 МГц до 4 ГГцминус 20Диапазон мощности выходного сигнала, в диапазоне частот, дБ/мВт**:от 300 кГц до 50 МГцминус 40 до 10от 50 МГц до 4 ГГцм инус 40 до 13Пределы допускаемой абсолютной погрешности установки уровня выходноймощности минус 10 дБ/мВт*, дБ: от 50 МГц до 4 ГГц+2,0Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений модуля коэффициента передачидля значений S21 и S12 в диапазоне частот, дБ:от 300 кГц до 50 МГцот 15 дБ до минус 30 дБ± 0,2от минус 30 до минус 45 дБ± 1,0от 50 МГц до 4 ГГц- от 15 до 5 дБ± 0,2- от 5 до минус 55 дБ± 0,1- от минус 55 до минус 70 дБ± 0,2- от минус 70 до минус 85 дБ± 1,0Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений фазы коэффициента передачидля значений S21 и S12 в диапазоне частот:от 300 кГц до 50 МГц- от 15 дБ до минус 30 дБ±2- от минус 30 до минус 45 дБ±6от 50 МГц до 4 ГГц- от 15 до 5 дБ±2- от 5 до минус 55 дБ±1- от минус 55 до минус 70 дБ±2- от минус 70 до минус 85 дБ±6Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений модуля коэффициентаотражения S11 и S22 в диапазоне частот, дБ:от 300 кГц до 8 ГГц- от 10 до 3 дБ± 0,6- 3 до минус 15 дБ± 0,4- от минус 15 до минус 25 дБ±1,0- от минус 25 до минус 35 дБ±3,0Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений фазы коэффициентаотражения при значениях S11 и S22 в диапазоне частот:от 300 кГц до 8 ГГц±4- от 10 до 3 дБ±3- 3 до минус 15 дБ±6- от минус 15 до минус 25 дБ±20Уровень собственного шума при полосе измерительного фильтра 10 Гцв диапазоне частот, дБм, не более:от 300 кГц до 100 МГцминус 70от 100 до 4000 МГцминус 110от 4 до 8 ГГцминус 105Напряжение питания от сети переменного тока частотой (50±1)Гц, В220±22Потребляемая мощность от сети переменного тока, В А ,не более 450-температура окружающего воздуха, °Сот 5 до 40-относительная влажность воздуха при температуре 25 °С, %90-атмосферное давление, кПаот 84 до 106,7Габаритные размеры (длина х ширина х высота), мм, не более465x286x417Масса, не более, кг20104Нарисунках5.2.24представленырезультатыизмерениймодулякоэффициента отражения S11 (слева) и коэффициента стоячей волны напряжения(КСВН) (справа) для макета ребристого стержня в изотропном металлическомэкране.Рисунок 5.2.24.
– Зависимости модуля коэффициента отражения (слева) и КСВН(справа) для ребристого стержня в изотропном экране.Из полученных характеристик видно, что в исследуемом диапазонеприсутствуют три резонансные частоты 875,5; 2072 и 2772 МГц при КСВН нехуже 1,65.Результаты измерений параметра S11 и КСВН для макета ребристогостержня в азимутально неоднородном экране с одним щелевым разрезом 10 0 и 220представлены на рисунках 5.2.25 и 5.2.26 соответственно.
Из полученныхзависимостей следует, что при наличии в экране щели в 100 резонансный характерзависимостей практически не меняется при сохранении значений резонансныхчастот. При этом КСВН на частоте 2772МГц становится равным 1,39. Приувеличении углового размера щели до 220 изменяются реактивные погонныепараметры макета, что приводит к некоторому уменьшению резонансных частот.При этом КСВН остается не хуже 1,69.105Рисунок 5.2.25. – Зависимости модуля коэффициента отражения (слева) и КСВН(справа) для ребристого стержня в азимутально неоднородном экране с щелевымразрезом 100Рисунок 5.2.26.
– Зависимости модуля коэффициента отражения (слева) и КСВН(справа) для ребристого стержня в азимутально неоднородном экране с щелевымразрезом 220Полученные результаты измерений модуля коэффициента отражения S11 икоэффициента стоячей волны напряжения (КСВН) для макета ребристого стержняв азимутально неоднородном экране с двумя и четырьмя щелевыми разрезамипредставлены на рисунках 5.2.27 и 5.2.28.106Рисунок 5.2.27.
– Зависимости модуля коэффициента отражения (слева) и КСВН(справа) для ребристого стержня в азимутально неоднородном экране с двумящелевыми разрезами 130.Рисунок 5.2.28. – Зависимости модуля коэффициента отражения (слева) и КСВН(справа) для ребристого стержня в азимутально неоднородном экране с четырьмящелевыми разрезами 150.Анализ измеренных характеристик параметра S11 показывает, чтоувеличение количества щелевых разрезов в экране приводит к появлению новыхрезонансных минимумов и снижению резонансных частот, что может бытьсвязано с наличием колебаний высших типов волн. КСВН при этом остается нехуже 1,65-1,68.107Из-за отсутствия азимутальных токов, наличие щелевых разрезов в экранеэлектрода приводит к тому, что эквивалентная погонная индуктивностьпрактически не изменяется, а увеличение количества щелей и их углового размерасопровождается уменьшением эквивалентной погонной емкости.
В результатефазовая скорость волны увеличивается при приближении к концу электрода, чтотакже приводит к увеличению угла излучения в продольном направлении. Сростом частоты электромагнитное поле сильнее концентрируется вблизи реберстержня и зависимость эквивалентной погонной емкости от углового размеращелей становится меньше.По измеренным характеристикам модуля коэффициента отражения S11(рисунки 5.2.24 – 5.2.28) рассчитаны дисперсионные характеристики макетаребристого стержня с изотропным и азимутально неоднородным экраном,представленные на рисунке 5.2.29 [108, 109].Рисунок 5.2.29. – Дисперсионные характеристики макета ребристого стержня визотропном и азимутально неоднородном экране.Сплошныекривыенарисунке5.2.29демонстрируютзависимостькоэффициента замедления от частоты для ребристого стержня в изотропномметаллическом экране и экранах с одним, двумя и четырьмя щелевыми разрезами.Пунктирная кривая рассчитана аналитически в предположении, что ребристый108стержень центрируется в экране с помощью диэлектрической втулки сотносительной диэлектрической проницаемостью ε = 3, которая использовалась вэксперименте (рисунок 5.2.22).Изанализадисперсионныххарактеристикследует,чтозначениякоэффициента замедления усредняются по длине электрода.
При этом дисперсияпрактически не изменяется в широком диапазоне частот. Видно также, что,несмотря на очевидное уменьшение эквивалентной погонной емкости, вызванноеувеличением количества щелей и их углового размера, коэффициент замедленияуменьшается незначительно. В некотором приближении это можно объяснитьдвумя причинами. Во – первых, большая часть эквивалентной погонной емкостиопределяется величиной замедления ребристого стержня и мало зависит от типаэкрана.
Во – вторых, уменьшающаяся величина эквивалентной погонной емкости,определяемая количеством щелей экрана и их угловой величиной, частичнокомпенсируется увеличением эквивалентной погонной индуктивности.Таким образом, наличие одного или более щелевых разрезов в азимутальнонеоднородном экране не вызывает существенного изменения дисперсионныхсвойств макетов электрода на основе коаксиальной ребристой линии, чтоупрощаетоценкуиххарактеристикиобеспечиваетвозможностьмногофункционального применения.5.3 Выводы по разделу 51. Проведен анализ физических и конструктивных параметров аксиальносимметричных и планарных замедляющих систем, сформулированынаиболееважныеособенности,дающиевозможностьобеспечитьэффективное применение таких электродинамических структур в качествеизлучателей и электродов для микроволновой термотерапии, в том числедля лечения заболеваний предстательной железы с использованиемтерапевтического метода трансуретральной микроволновой термотерапии(ТУМТ).1092.
С помощью программных средств Ansoft HFSS v.12 и CST Microwave Studio2011 выполнено компьютерное моделирование: характеристикметаллическогоребристогостержня,включаяраспределения электрического и магнитного полей вблизи егоповерхности, а также диаграмм направленности, позволившиеустановить, что пространственная характеристика излучения обладаетсимметрией вращения и имеет конусообразную форму с радиальнымнаправлением вектора электрического поля; диаграмм направленности, в виде пространственных кардиоид, дляребристого стержня в азимутально неоднородном экране с однимщелевым разрезом, в воздушном пространстве с ε = 1,0 идиэлектрической среде, моделирующей биоткани предстательнойжелезы с эффективным ε = 5,6, позволивших оценить влияниеугловой величины щелевого разреза, а также угол поворота конусаинтенсивности излучения; диаграмм направленности для ребристого стержняв азимутальнонеоднородном экране с двумя и четырьмя щелевыми разрезами,позволивших установить вращательный характер конуса излучения споворотомна900вгоризонтальнойплоскости,иоценитьинтенсивность излучения при изменении числа щелевых разрезов.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
