sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Особое внимание при создании антенн уделяется в настоящее время автоматизации экспериментальных исследований. Быстро развиваются и совершенствуются новые методы измерений: по ближнему полю в раскрыве антенны или в промежуточной области, с помощью специально сконструированных источников плоской электромагнитной волны — так называемых коллиматоров, по внеземным источникам радиоизлучения — радиоастрономический метод, по источникам, размещаемым на летающих объектах,— облетный метод.
Возрастают требования к качеству измерений, в частности до 50 — 60 дБ увепичивается динамический диапазон определения боковых лепестков диаграмм направленности. Стремление минимизировать взаимные помехи стимулирует создание специальных экранированных и безэховых измерительных помещений. Главным направлением автоматизации измерений является применение программно-управляемых с помощью ЭВМ и микропроцессоров разветвленных измерительных комплексов.
Важная роль принадлежит здесь стандартизации измерений и созданию соответствующих эталонов антенн и образцовых измерительных установок. Переход на автоматизированный контроль прн приемо- сдаточных испытаниях антенн и устройств СВЧ ведет в перспективе к снижению себестоимости изделий на 20 — 25%. Техника антенн и устройств СВЧ вЂ” быстро развивающаяся область современной радиоэлектроники. Развитию ее способствуют совместные усилия специалистов по прикладной электродинамике, системотехнике, радиотехническим устройствам, электронике, автоматике, метрологии, конструированию и технологии производства и др.
Можно с уверенностью сказать, что дальнейшее развитие теории и техники антенн и устройств СВЧ позволит успешно решить многие задачи, связанные с созданием системы глобальной радиосвязи, получением информации об окружаюшей среде и удаленных объектах, освоением космоса, беспроволочной передачей энергии на значительные расстояния, медицинской диагностикой, лечением ряда заболеваний и др. ПРИЛОЖЕНИЕ. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ АНТЕНН й УСТРОНСТВ СВЧ Уравненнн Максвелла в потенциалы пола. Теория антенн н устройств СВЧ базнруется на основных уравненкях электродннамнкн — уравненнях Максвелла.
Для однородной н нзотропной среди, в некоторых областях которой задано распределеняе возбуждающих электрических н магннтних токов с времеянбй завнснмостью ехр (»ю!), уравнепня Максвелла в днфференцнальной форме имеют внд го! Н = » заЕ + ]з, (П. 1) го!Е = -»вр Н вЂ” Ре. Здесь Е н Й вЂ” аектори комплексных амплитуд напряженностей электрического паля (В/и) н магнитного поля (А!м); ~1-» — ) .
= .(1-» — ') — комплексные днэлектрвческая к магннтвая проанцаемостц среды [для вакуума ез 1О '/(Збп) Ф/м; Рз=4п.! О-' Гн/и]; а' н а" — удельные объемные электркческая н магннткая проводнмоетн среды (соответственно См/и н Ом/м); »' н Р' — векторы комплексных амцлнтуд объемных плотностей сторонних электрвческнх я магнитных токов (соответственно А/мз н В/мз). Магнктные токп янляются фнктнвнымн, поскольку магннткых зарядов в природе шжэ не обнаружено. однако нх введенне в уравнения зкачнтельно упрощает расчеты многкх устройств.
напрнмер щелевых антенн. К уравневням (П.1) обычно ешл добавляются уравнения б!ч Е = рз/з „ б!ч ]( = р"/рз, (П.2) где р' н р" — объемная плотность электрических н магнктных зарядов соответственно. Уравнення (П.2) являются следствием уравнений (П.1), так как имеют место уравнення непрерывностн злектряческнх н магннтних токов д!ч 3'+»мр' = О, б!ч]" +»вр" = О. (П.З) Из уравпеннй (П.З) следует, что прн определении полей можно нсходкть только нз налнчня токов, поскольку заряды определяются сразу, как только задается распределение токов. Для решения уравненвй Максвелла (П.1) в случае однородной среды обычно вводят два вспомогательных векторных поля: векторный потенцнал электрнческнх токов А' и векторный потенциал магннтных токов А".
Векторы напрекенносгей полей определяются через этн потенцнаяы следукш!Пм образом: Й = га! Аь — »маеА" + [1/(»врд)] Кгаб б!ч Ам, (П.4) Š— го! Ам — »мр Аз + [1/(»ва )] агаб б)ч Аз Заметим, что в ряде руководств яспользуются потенцналы А' н А", отлнчаввцяеся от прнведенных здесь дополнвтельнымн множнтелямн р н е,. Этн множателн постоянны, так как среда прн введеннн потенцяалов предполагается однородной. Прн отказе от множнтелей р„н в„не теряются пренмущесгва, предоставляемые потенциалами, однако упрощаются расчетные саотношенвя.
При подстановке (ПА) в (П.!) получакггся следующие взято ные родные уравнения Гельмгольца относительно потенциалов: ахль + узлэ — )з уэлч + узды — )и где у=а)' »„на=9 — /п — коэффициент распространения. Таким образом, интегрирование уравнений Максвелла сводится к нахождению решений векторных неоднородных уравнений (П.б). Единственность решения м граничные условна. Решения уравнений Максвелла являются единственными„если оин: !) являются коыечнымн во всех областях, не содержа- Р /з щих б-образяых исто шиков; 2) удоэлещоряют условиям излучения на бесконечности; 3) удовлетворяют соатлетствующим граничным условиим на поверхыостих раздела сред, "4) удовлетворяют специальяым условиям иа острых ребрах н нала-:„::: -::,Я.' зг,",:, ч Уз»,„~ мах поверхностей тел (прн стремлении точки наблюдения к острым изломам поверхностей раздела сред некоторые компоненты поля должны стремиться к бесконечности строго определенным образом).
На оогерхкоств раздела двух одыоролкых еред с век»ором единичной нормали и (рис. П.)) граэичыые условия сводятся к равенствам (П.б) Рнс. ПЛ. Граница раздела двух сред [и, ЙЙ= [в, Еы), [п, ЙЙ =[и, ЙЙ, п6г п6а пйг =пВа выражающим непрерывность касательных составляющих напряженностей палей Е и Н ы непрерывность нормальных составлиющих векторов иылукций 6 е,Е ы В=и й. При наличны на границе раздела 3 поверхностных токов н зарядов граничные условия Принимают вид [п, (Ег — Ех)) = — »зн, п (Йг — Вз) = рз.
[и, (Йг — НэЯ =ф, п (61 — 6э) = рл~, (П.б) Из (П.б) следует, что на поверхности идеального проводника [п, ЕЙ = О, [и, НЙ =/з, пбг = рзь. Неидеальный электрический проводник (аэчл ювп) характеризуется глубиной проиияновення электромагнитного поля б [2/(мр эаэ')) Ж Если радиус кривизны поверхности неидеального проводника во много раз превышает величину б, то справедливо приближенное граничное условие Леонтовича: [п, ЕЙ = ~2,м'[п, [и, ЙЙ), где й,м'щ (/ю)ьа/аэь) пэ — комплексное хаРактеРистическое сопротивление проводника. Условия излучения на бесконечности сводятся к тому, что электромагнитное возмущение от возбуждающих источников должно удаляться иа бесконечность в виде бегущих волн.
При этом ие долншо быть волы, движущихся иэ бесконечности к возбуждающим источникам. Теорема Умова — Пайнтивга. Эта теорема имеет важное значение при расчете энергетяческих харантеристик устройств СВЧ и антенн. В комплексной форме теорема Умова — Пойитиига сводится к соотяошеыию ветствует смене направлення поля полмагннчпвання для феррнтовых нлн плазменных аннзотропних сред). Существует также усложненный варнант теоремы азанмностя, когда поля Еь Н~ н Еп. Нс нмеют разные частоты ы, н ыс, Нрмнцнп зквнаалентностн нсточннкоа палей позволяет заменпть реальние токн, возбуждающне электромагннтное поле, более удобной снстемой эквнвалентных поверхностных нсточннков. Пусть поверхность 8, разделяющая пространство на объемы У, я Уп, полностью охватывает нстннные нсточннкн, создающне алек.
тромагннтное поле Еь Н~ (рнс. П.2, а). Удалнм нсточннкн нз объема Уг н постулнруем существавзняе в объеме Ус произвольного поля Еь Нс (нсточннкн этого поля, уловлетзоряющего уравнениям Максвелла для пронзвольной срелы е с, рсс, Е,.Й, би с)пг Уц ЕоНс бпг Х(пг Щп,Й,-Й,~ Рнс. П.2. К прннцнпу эквнвалентнастн: н — нес»дня» с»ту»дн»; б — яннн»нас»сная яяснтэсднняннссск»я »»д»са для нбъ- снн Ю Фнктнвние поверхностные токн Я.с н йсн могут рассматрнваться как эквнвалентные нсточннкн, создающие поле Еь Н, в объеме У, н поле Еь Нс в объеме )'э Именно в этом суть прннцнпа эквнвалентяастн. Следует подчеркнуть, что первоначальние нсточннкн поля оказались удалевнымп нэ объема Уз.
Аналагячно, удаленнымн яз объема У, оказалась н нстачннкн, создакяцне пале Е». Нс. Важно заметить, что новое поле Ес, Н, н среда е,с, р„п в объеме Уз могут быть сформнрованы по усмагренню наследователя незавнснмо от поля Еь Й~ я среды к,ь р«ь Наиболее распространены следующне способы амбара эквнвалентных нсточников. 1. Поле Е», Йс постулнруется нулевым, срела сохраняется без нзмененнй, т е. в сене ь р сенр ь Тогда (ПЛО) прнннмает внд йз»=-[п, Нг), йз — (и, Е1] (П.(!) н электромагннтнае поле в объеме У, можно рассматривать как создаваемое находятся вне $'с).
Одновременно сохраним первоначальное пале в объеме У, (рнс. П.2, б). Чтобы сконструнрованнае таким образом электромагнитное поле повсюду в У, н )'я являлось елннственньпн решеннем уравненнй Максвелла, надо обеспечнть «сшнванне» злектромагннтных полей Еь Н~ н Ес, Й, нз поверхностн раздела 8 с помощью граннчних условнй типа (П.б). Для этого прлходнтся постулнровать существование на 5 фнктнвных поверхностных электрнческнх н магннтных токов, определяемых по заданным полям слелующнм образом: Эл = (и, (Нг — ЙЙ), Ялн ся — (и, (Е1 — Йх)). электрическими н магянтнымя эквивалентными токами (П.11). находящимися и однородной безграничной среде. 2. Поле Ет, Нз постулнруется нулевым, среда в абьеме Уз наделяется свойствами идеального проводника. В этом случае эквивалентный электрический поверхностиый ток Я; оказывается «иензучающнмз (он как бы «закорачнваетсяь внутренней средой в Уз) н поле в области У, можно рассматривать как создаваемое только магнитными зквнваленткымн токами Й'= — [и, Е ), однако с обнзательным учетом присутствия идеально проводящего тела У,.
3. Поле Еь Йз постулируется нулевым, среда в объеме Уз наделяется свойствамн идеального магяегнка. В этом случае оказывается «неизлучающим» эквивалентный магнитный поверхностный ток и поле в области Ф', можно рассматрнзать как создаваемое только электрическими эквивалентными токами Зз'= = 1п, Н )„однако с обязательным учетом присутствия идеально магинтопроводящего тела Уз с гранич- Е иым условием Йг О. Способы 2 н 3 мамболее удобны при расчете из- 11 лучення апертур в бесконечных плоских флапцах, учнг з тываемых с помощью метода зеркального изображения (см. далее). Принцип эквивалентных источников гл является не только теоретической основой расчетных методов теории антенн н устройств СВЧ, но находит н непосредственное применение в разнообразных Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
