WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

На рис. 6 показан пример дистантно-модовых характеристик – зависимостей МР от нормированного расстояния между элементами МСДВ - приведенного формата ФП=1 - e-kh).

Рис. 6. Дистантно-модовые характеристики 4-связного планарного МСДВ

Из графиков рис. 6 следует, что при увеличении формата модовый порядок M может не изменяться совсем (кривая для aп = 0,44), может возрастать на единицу (кривая для aп = 0,31), на две единицы и больше – вплоть до (N-1).

По модовому порядку МСДВ разделяются в работе на: одномодовые, маломодовые и полномодовые. Для всех названных видов характерен свой набор явлений, свойств и специфические области применения.

Установлено, что волновые образования в МСДВ, работающих в маломодовом режиме, когда число мод независимо от числа элементов не превышает 3…5, при определенном соотношении амплитуд и фаз составляющих их мод весьма близки к волновым пучкам. Поэтому именно маломодовые МСДВ весьма удобны для построения ВПП.

Показано, что моды у МСДВ для формирования широких пучков (5, …10 и более длин волн), имеют малые замедления. Установлено, что маломодовый и особенно одномодовый режимы в МСДВ достижимы только при введении ограничения на максимальный размер МСДВ.

Детально изучены так называемые «полномодовые» МСДВ, в которых модовый порядок равен порядку связности. Свойства таких МСДВ совпадают со свойствами пучков ДВ.

Глава 3. Направленные узлы на МСДВ: описание и свойства

В третьей главе, на основании изучения явлений и свойств нерегулярных участков МСДВ, получена информация, нужная для проектирования многоэлементных узлов и устройств и для выбора параметров их элементной базы.

Рассмотрено множество принципов действия ВПП на МСДВ. Обнаружено противоречие между эффективностью преобразования и продольными габаритами. Показано, что в работе ВПП важную роль играют дифракционные явления в элементах ВПП. Сформировано множество обликов ВПП на МСДВ, работающих на принципах преобразования волноводных мод ДВ, собственных волн систем ДВ (пучков) и МСДВ. Показано, что в них неизбежно должны входить нерегулярные участки, выполняющие функции переходов (как резких, так и плавных).

Рассмотрены дифракционные явления на резких переходах в МСДВ. Для их описания применены обобщенные матрицы рассеяния. Для расчета их элементов применены два подхода: с позиции концепции собственных волн систем ДВ и с позиции концепции связанных линий. Установлено, что при изменении формата МСДВ Ф возможны не только количественные изменения значений элементов матрицы, но и качественное изменение характера явлений.

В частности для резких переходов установлены такие закономерности.

1) Краевые эффекты на стыке МСДВ разного порядка связности приводят к возникновению волн излучения.

2) Излучение со стыка приводит к тому, что максимальные значения коэффициентов передачи узла меньше единицы.

3) Оба эффекта (п.2 и п.3) максимальны при касании элементов МСДВ в граничном сечении и быстро уменьшаются при увеличении формата МСДВ и с укорочением длины волны.

Отдельно и более детально рассмотрены явления, возникающие в ситуациях, когда на нерегулярных участках узла на МСДВ происходит изменение модового режима.

Рис. 7. Направленные узлы на МСДВ:
а – направленный ответвитель;
б – разветвитель или сумматор;
в - разветвитель с 2 входами и 4 выходами;
г - разветвитель с N входами и M выходами

Проанализированы закономерности явлений в плавных переходах на МСДВ. Наиболее детально исследованы закономерности явлений и свойства переходов класса волноводных соединений с различным числом плеч на разных сторонах соединения (рис. 7,б-г).

В таких соединениях должно наблюдаться явление, которое можно назвать согласованной и направленной самофильтрацией высших мод МСДВ в областях понижения его модового порядка. Этот результат является обобщением «Явления направленного и согласованного разветвления энергии в соединениях на диэлектрических волноводах» на более широкий класс устройств.

Глава 4. Экспериментальное исследование полей и волн в МСДВ

В четвертой главе описываются методики измерений параметров полей и волн, рассмотренных в главах 1-3.

Проведена классификация экспериментальных КВЧ задач. Все они разделены на четыре класса: волноводные, волновые, полевые и дифракционные. Сформулирован состав признаков классов задач: по объекту изучения; по составу средств возбуждения и/или измерения амплитуд; по характеру происходящих явлений. Все названные классы определены и описаны, проанализированы их особенности (раздел 4.1).

Выявлены проблемные вопросы постановки эксперимента, связанные с характером объектов. Показано, что почти все изучаемые устройства можно назвать «дифракционными устройствами» (раздел 4.1).

Измерения распределений КВЧ полей вблизи открытых направляющих структур – слабо изученная область. Поэтому постановке таких измерений уделено особое внимание. Проанализированы и сопоставлены четыре методики измерения распределений полей в КВЧ диапазоне:

    • измерение интенсивности с помощью пробных тел;
    • измерение распределений с помощью зондов в виде штырей
      и отверстий в экранах и/или стенках элементов системы;
    • применение зондов, интегрированных с детектором;
  • применение «зондовых измерительных узлов», интегрирующих зонд с линией передачи.

Выбран вариант с зондовым измерительным узлом с ДВ в качестве линии передачи. Его достоинства заключаются в минимальном влиянии на исследуемые поля и, что особенно важно для полевых измерений ВПП, в очень малом рассеянии от диэлектрических зондов в заднюю полусферу.

Рис. 8. Исследование амплитудно-фазовых распределений (АФР) полей зондирующего (ЗВО) и информационного (ИВО) волновых образований с помощью направленных зондов; МОД – модель объекта диагностики

Разработаны зонды с различной геометрией для разных измерительных задач. Пример применения диэлектрических зондов для исследования распределений зондирующего и информационного волновых образований показан на рис. 8.

Обоснован (разделы 4.3-4.6), разработан и реализован макет аппаратно-программного комплекса, позволяющего проводить измерения как двумерных амплитудно-фазовых распределений полей волновой подсистемы, так и волноводных полей внутри ВПП.

Разработана интерпретирующая модель для программной коррекции систематических аппаратных погрешностей. Это позволило повысить точность анализа структуры полей с помощью радиоинтерферометра. Высказано предположение, что применение подобной коррекции в процессе обработки динамических измерений позволит существенно повысить точность и газодинамических исследований, что особенно важно при многоканальной диагностике.

Глава 5. Синтез принципов действия и принципов построения ВПП

В пятой главе производится обобщение материалов предыдущих глав с целью получения рекомендаций по формированию принципов действия, проектированию и реализации ВПП. В разделе 5.1 дается общая постановка задачи, начиная с синтеза волновой подсистемы диагностики – справа на рис. 9.

Рис. 9. Место и состав волновой подсистемы в системе диагностики

Далее задается набор функций, выполняемых волноводными и волновыми устройствами, входящими в ее состав. Их совокупность составляет принципы действия этих устройств. Назовем их, начиная с более простых устройств.

1) Приемные волновые устройства рефлектометра (внизу) служат для преобразования движущегося поля информационного волнового образования (ИВО) в волны одномодовых волноводов на их одномодовых выходах.

2) Приемные волновые устройства «директометра» (вверху) служат для определения направлений движения (ориентации фазового фронта) ИВО.

3) Собственно волноводно-пучковые преобразователи, являющиеся объектом исследования в работе, служат для выполнения двух наборов функций:

  • формирование перед апертурой ВПП (в области диагностики) зондирующих волновых образований (ЗВО) в виде одного или нескольких зондирующих волновых пучков, возбуждаемых от одномодовых волноводов;
  • прием ИВО, их пространственная обработка и преобразование в информационные сигналы во входных волноводах.

Рис. 10. ВПП на МСДВ:
а – 2 ступенчатый ВПП;
б – ВПП с фазовым корректором

ВПП на МСДВ проще всего выполнять в виде последовательного соединения нескольких отрезков МСДВ (т.н. ступеней). Эти отрезки могут быть регулярными или нерегулярными. Начальная из ступеней - отрезок одномодового ДВ, по которому приходит зондирующий сигнал, а конечная – МСДВ такого порядка связности, сколько локальных экстремумов желательно иметь в распределении поля на апертуре ВПП.

В разделе 5.3 работы рассмотрены и сопоставлены различные варианты построения ВПП по сформулированному выше принципу. На рис. 10, а показан макет простой конструкции ВПП с 5-связным МСДВ на второй ступени.

Отдельно рассмотрены особенности вариантов ВПП, ступени которых содержат переходы между МСДВ различного модового порядка. Обсуждено влияние и дополнительные возможности, даваемые введением в состав ВПП таких переходов.

Одной из сложных задач при построении ВПП является одновременное обеспечение желательных законов распределений амплитуд и фаз полей по сечению МСДВ. Дело в том, что за счет взаимодействия этих полей амплитуды и фазы оказываются, как правило, взаимосвязанными.

Это затруднение предлагается преодолеть, введя в ВПП ступень так называемой фазовой коррекции. В разделе 5.4 рассмотрены варианты выполнения таких фазовых корректоров. На рис. 10,б показан пример конструкции ВПП с фазовым корректором на третьей ступени, в котором использовано явление изменения фазового набега локального поля МСДВ на том его участке, где диэлектрический элемент удален.

Особый интерес (раздел 5.5) представляют ВПП, выполненные на т.н. слабо замедленных МСДВ. Их главное отличие – малое замедление фазовой скорости (порядка 1% или даже меньше). Они работают, как правило, не в полномодовом, а в маломодовом или даже в одномодовом режиме. Показано, что затухание в таких волноводах может быть значительно (на порядок и более) меньше, чем затухание в ДВ со значительным замедлением (10-30%).

Важные особенности таких ВПП:

  • большой относительный размер поля на апертуре;
  • более медленное спадание поля за пределами сечения МСДВ,

Рис. 11. Облики макетов ВПП на базе МСДВ
с малым замедлением: а – линейная решетка;
б – двумерная решетка; 1 – входное плечо на ПДВ,
2 - нерегулярная часть, 3 - регулярная часть

  • меньший модовый порядок, что облегчает управление полем.

В работе созданы и исследованы на частоте около 96 ГГц макеты (их эскизы показаны на рис. 11) 4-связных МСДВ из полиэтиленовых нитей с сечением 1,2х0,6 мм2 и переходов к нему от односвязного ДВ со значительным замедлением с размерами 1,2х2,4 мм2. Результаты экспериментов качественно подтвердили возможность получения ожидаемых от таких волноводов характеристик.

В разделе 5.6 дано описание экспериментальных макетов ВПП для диапазона частот 27-30 ГГц и на частоте около 96 ГГц. Все ДВ выполнялись из полиэтилена, а конструктивные элементы их крепления - из пенопласта с проницаемостью от 1,05 до 1,4. Описана разработанная технология сборки лабораторных макетов ВПП с помощью конструктивных элементов, выполненных из пенополистирола с проницаемостью от 1,05 до 1,4.

Краткие выводы по пятой главе:

1) Создание ВПП на основе МСДВ – задача перспективная, но весьма сложная и трудоемкая. В настоящей работе исследована физика явлений и сформировано понимание происходящих в ВПП процессов, которые являются достаточной базой для разработки ВПП и других устройств на основе МСДВ.

2) Рассмотрено и сопоставлено несколько принципов действия и принципов построения таких ВПП.

3) Качественно показано, что применение МСДВ открывает перспективы получения высокой эффективности преобразования волноводной волны в волновой пучок размером (3…15).

В заключении приводятся основные выводы и результаты работы. Показано, что ее дальнейшее развитие должно быть направлено на разработку набора вариантов ВПП для многоканальной диагностики, поиск новых обликов волноводной элементной базы и создание промышленной технологии производства ВПП и их элементов с повторяющимися и воспроизводимыми параметрами и характеристиками.

Основные результаты работы

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»