WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В первой главе диссертации для узкого криволинейного полоскового вибратора (КПВ) решена внутренняя и внешняя электродинамическая задача. Под криволинейным полосковым вибратором (КПВ) понимается металлическая полоска шириной 2l и угловой длиной 2, расположенная на цилиндрической поверхности = a (рис.1). Под действием вектора стороннего электрического поля Eст, приложенного к зазору угловой шириной 2з, на поверхности антенны возникает вектор поверхностной плотности тока (, z).

- 8 - Рис.1. Криволинейный вибратор Проводник предполагается идеально проводящим, бесконечно тонким и достаточно узким ( 2l << a, 2l <<, где – длина волны в свободном пространстве), поэтому векторы Eст и (, z) имеют тольст ко продольные составляющие E и (, z), причем составляющая (, z) непрерывна в области зазора (2aз << ). На концах полоски ( =| |) (, z) обращается в нуль, а на краях (z =| l |) – в бесконечность:

(, z) = ()(1-( ) z / l )-1/ 2. (1) Выражение (1) можно считать квазистатическим приближением распределения поверхностной плотности тока по ширине полоски [Л14].

В такой постановке относительно неизвестной функции () и ее производной ' () было получено СИУ с логарифмической особенностью и особенностью типа Коши (t [-1;1]) :

(t ') ст E (t) = (t ')D1(t,t ')dt ' - D2 (t,t ')dt ' t ' -1 - (2) (t ') -2 (t ')ln t - t ' dt ' + dt '.

t ' t - t ' -1 -В выражении (2) введены нормированные переменные t = /, t ' = '/ ; - константа; D1(t,t '), D2 (t,t ') - регулярные ядра, = ka, k = 2 a /. При выводе (2) было использовано классическое представление функции Грина в свободном пространстве [Л13]:

1 e-ikR G( p,q) =, (3) 4 R - 9 - где R - расстояние между точкой источника q = q( ', ', z ') и точкой наблюдения p = p(,, z).

Решение СИУ (2) осуществлялось методом ортогонализирующей подстановки [Л14]. Нормированную амплитудную диаграмму направленности в дальней зоне КПВ от определенной из (2) поверхностной плотности тока можно рассчитать по простой формуле [Л13]:

F = E () / E max (0 ), где - E max (0 ) максимальное значение составляющей E, которое имеет место при = 0. Проведенные расчеты говорят о том, что функция Грина (3) является удобным и универсальным преставлением, позволяющим строить сингулярные и гиперсингулярные интегральные уравнения для различных излучающих структур в различных системах координат. Интегральные уравнения, полученные Поклингтоном и Халленом [Л14] с помощью (3), являются некорректными только вследствие некорректности физической модели вибратора.

Рис.2. Сдвиг максимума излучения при изменении угловой длины криволинейного вибратора (2a / = 0.5) ; геометрия КПВ показана на рисунке Полученные результаты хорошо согласуются с результатами в [Л14], где было использовано другое представление функции Грина. Можно сделать следующие выводы:

– распределение поверхностной плотности тока на криволинейном вибраторе мало зависит от кривизны излучателя. Это означает, что ток, рассчитанный на линейном вибраторе, можно использовать для корректного расчета ЭМП в ближней зоне криволинейных антенн вибраторного типа;

- 10 - – криволинейный вибратор не имеет нулей в амплитудной диаграмме направленности в азимутальной плоскости. То же можно сказать и об амплитудной диаграмме направленности трубчатого вибратора в меридиональной плоскости;

– при увеличении угловой длины криволинейного вибратора (при неизменной электрической длине 2 a / ) происходит существенное изменение картины амплитудной диаграммы направленности.

В частности, происходит сдвиг максимума излучения на градусов (рис.2).

Во второй главе диссертации рассмотрена плоская кольцевая антенна (ПКА). ПКА - излучатель электромагнитного поля в виде лежащего в плоскости z = 0 бесконечно - тонкого идеально проводящего диска радиуса a + l с зазором [-, ], в котором действует стороннее электрическое поле Eст (рис.3). Под действием Eст на антенне воз никает поверхностная плотность тока, непрерывная в области зазора.

Рис. 3. Геометрия плоской кольцевой антенны На поверхности антенны выполняется граничное условие:

E + Eст = 0, здесь E - вектор тангенциального электрического поля, возбуждае мый поверхностной плотностью тока. Ширина полоски 2l намного меньше длины волны, поэтому можно считать, что вектор поверх ностной плотности тока имеет только одну составляющую:

(,) = 0 (,), где 0 - единичный орт цилиндрической системы координат. Такая постановка задачи является самосогласованной [Л1]. Представляя ст Eст = 0E и (,) комплексными рядами Фурье:

ст ст E (,) = em ()e-im, (,) = m ()e-im, m=- m=- 11 - получаем набор СИУ следующего вида (t [-1;1], m = 0,1...± ) :

cm em (t) = (t ')Rm (t,t ')dt '- m m (t ') ln t - t 'dt '. (4) m -1 -В (4):, m - константы; t = ( - a) / l, t ' = ( '- a) / l - безразмерные переменные; Rm (t,t ') - регулярные ядра СИУ. Решение набора СИУ (4) осуществляется методом ортогонализирующей подстановки [Л14].

Численное решение (4) показало, что при резонансе максимум поверхностной плотности тока протекает по радиусу, удовлетворяющему условию 2рез / = m, m = 0,1... (рис.4).

Рис. 4. Первый резонанс тока, 2 a / = 1: а) – азимутальное распределение, б) – распределение по ширине полоски; 1 – действительная часть, 2 – мнимая часть.

Возможно, что при 2 a / = m концентрация тока на ребрах полоски равна нулю, и он «фокусируется» на радиусе a.

Из набора СИУ (4) получено выражение для расчета входного сопротивления Zвх антенны. Расчет показал, что чем больше отношение ширины полоски к радиусу кольца, тем сложнее зависимость Zвх от частоты.

Третья глава диссертации посвящена цилиндрической спиральной антенне с линейным шагом намотки (ЦСА). Цилиндрическая спиральная антенна (ЦСА) представляет собой идеально проводящий бесконечно тонкий проводник шириной 2h, свернутый в спираль радиуса a (рис.5). Угловая ширина спирали 2. Считается, что спираль расположена симметрично относительно начала координат.

- 12 - Рис.5. Цилиндрическая спиральная антенна Параметр будем называть коэффициентом намотки. Он является постоянным и не зависит от координат и z, что соответствует винтовой спирали с линейным шагом. Таким образом, мы имеем список геометрических параметров = {a,,, h}, обладающий четырьмя степенями свободы. Отсюда вытекает универсальность модели - с ее помощью можно производить электродинамический анализ множества структур: линейных полосок, криволинейных полосок, конформно расположенных на цилиндрической поверхности, замкнутых колец, разомкнутых колец и цилиндрических спиралей с линейным шагом.

Распределение продольной составляющей вектора поверхностной плотности электрического тока по ширине полоски при 2h можно считать квазистатическим: l (,) = l ()(h2 - ( - a)2 )-1/ 2. Относительно l () было получено СИУ вида (t [-1;1]) :

- Elст (t) = (t ')R(t,t ')dt ' + l - (5) 2 l (t ') +(1-2 ) (t ') ln | t - t ' | dt ' + dt '.

l p2 (t - t ')-1 -В (5),, p - константы, t = /, t ' = '/ - нормированные переменные, R(t,t ') - регулярное ядро, Elст (t) - поле, создаваемое источником сторонней ЭДС в зазоре антенны ( t [(0 -з ) /, (0 +з ) / ]). Результаты расчета тока - 13 - a+h I(t) = l (,t)d a-h и нормированной амплитудной диаграммы направленности (ДН) ЦСА по полю E показаны на рис.6-8. В результате расчетов установлено, что в зависимости от геометрии спирали в распределении тока можно наблюдать режимы стоячих, смешанных или бегущих волн (рис.6-8,а).

Бегущие волны ослабевают при распространении по спирали, и к свободному концу коэффициент стоячей волны увеличивается. Для нормированных амплитудных ДН наблюдаются характерные случаи излучения, описываемые приближенной теорией [Л10] (рис.6-8,б).

а) б) Рис.6. Распределение тока (а) и нормированная амплитудная ДН ЦСА (б), 2a / = 0.1; сплошные кривые рис. 6,а - Re I, штриховые - Im I а) б) Рис.7. Распределение тока (а) и нормированная амплитудная ДН ЦСА (б), 2a / = 0.3 ; сплошные кривые рис. 7,а - Re I, штриховые - Im I - 14 - а) б) Рис.8. Распределение тока (а) и нормированная амплитудная ДН ЦСА (б), 2a / = 0.6 ; сплошные кривые рис. 8,а - Re I, штриховые - Im I В четвертой главе диссертации изложена методика построения СИУ плоской однозаходной спиральной антенны с постоянным коэффициентом намотки (ПСА) - идеально проводящего бесконечно тонкого проводника шириной 2h, свернутого в архимедову спираль, лежащую в плоскости xOy (рис.9).

Рис.9. Геометрия плоской спиральной антенны В зазоре антенны шириной 2aз помещена ЭДС, под действием которой возникает сторонняя продольная напряженность электрического поля Elст, создающая на поверхности антенны поверхностную плотность тока l, непрерывную в области зазора. При коэффициенте намотки a, выполняются приближенные равенства El E, l, существенно упрощающие выводы СИУ, записываемого относительно полного тока I(t) (t [-1;1]) :

- 15 - ст E (t) = I(t ')R(t,t ')dt ' + - (6) Gc(t,t ') + I(t ') Lg(t,t ')ln | t - t ' | + dt ', (t - t ') -здесь R(t,t '), Lg(t,t ') и Gc(t,t ') - регулярные функции, - константа, t = /, t ' = '/ - нормированные переменные, h I(t) = (t, z)dz -h - ток на спирали в предположении квазистатического распределения поверхностной плотности тока по ширине полоски:

(t, z) = (t)(1- (z / h)2 )-1/ 2.

На рис.9 показана геометрия, на рис.10 - результаты расчета тока ПСА при внешнем диаметре 2b / = 1.

а) б) Рис.10. а) – комплексное распределение тока: сплошная кривая - Re I, штриховая кривая - Im I ; б) – амплитудное распределение тока, x = 2 / Спираль возбуждается в точке x = 0.6. Под x понимается электрическая длина эквивалентного кольца 2 /. Из рис.10 видно, что в спирали устанавливается режим, близкий к режиму бегущих волн, затухающих при распространении к свободному концу спирали. Характер затухания – осциллирующий. Пики осцилляций расположены вблизи резонансных радиусов спирали.

В заключении сделаны соответствующие выводы, сформулированы основные научные и практические результаты диссертационной работы.

- 16 - ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Построены самосогласованные модели криволинейного вибратора, плоской кольцевой антенны, цилиндрической и плоской спиральных антенн.

2. Для данных структур получены сингулярные и гиперсингулярные интегральные уравнения, записанные относительно продольной составляющей поверхностной плотности тока и ее первой производной.

3. Записаны алгоритмы решения СИУ различными методами (методом ортогонализирующей подстановки и методом дискретных вихрей).

4. Из СИУ плоской кольцевой антенны выведено простое аналитическое выражение для определения ее входного сопротивления.

5. Показано, что при электрической длине кольца плоской кольцевой антенны, кратной длине волны, возникает поперечный резонанс поверхностной плотности тока.

6. Установлены режимы распределения токов в плоской и цилиндрической спиральной антеннах при различных соотношениях между геометрическими параметрами и длиной волны.

7. Выявлено, что на свободном конце спирали наблюдается усиление стоячей волны тока.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Неганов В.А. Электродинамический анализ электромагнитного поля в ближней зоне кольцевой полосковой антенны [Текст] / В.А. Неганов, Н.М. Святкин, Д.П. Табаков // – Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2006. –Т.9. – №4. – С.38-49.

2. Неганов В.А. Расчет входного сопротивления электрического вибратора методом сингулярного интегрального уравнения [Текст] / В.А. Неганов, М.И. Лемжин, А.А. Сарычев, Д.П. Табаков // – Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2006. –Т.9. – №4. – С.57-58.

3. Неганов В.А. Задача о распределении поверхностной плотности тока по кольцевой полосковой антенне [Текст] / В.А. Неганов, Д.П.

Табаков // – Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2007. –Т.10. – №4. – С.8-19.

- 17 - 4. Неганов В.А. Дифракция плоской электромагнитной волны Нполяризации на идеально проводящем разомкнутом кольце [Текст] / В.А. Неганов, Е.И. Пряников, Д.П. Табаков // – Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2008. –Т.11. – №1. – С.22-29.

5. Неганов В.А. Электродинамический анализ криволинейного полоскового вибратора, расположенного на цилиндрической поверхности [Текст] / В.А. Неганов, Д.П. Табаков, Т.Ю. Чванова, А.А. Шарипова // – Физика волновых процессов и радиотехнические системы.

– 2008. –Т.11. – №1. – С.14-21.

6. Вороной А.А. Сингулярные интегральные уравнения для анализа диаграммы направленности кольцевой полосковой антенны с учетом распределения тока по проводнику [Текст] / А.А. Вороной, В.А.

Неганов, Д.П. Табаков // – Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2008. –Т.11. – №2. – С.7-13.

7. Неганов В.А. Физическая регуляризация некорректных задач расчета антенн СВЧ [Текст] / В.А. Неганов, Д.П. Табаков // – Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2008. –Т.11. – №3. – С.6-14.

8. Неганов В.А. Применение сингулярных интегральных уравнений для электродинамического анализа плоской кольцевой антенны [Текст] / В.А. Неганов, Д.П. Табаков // – Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2008. –Т.11. – №4. – С.4-16.

9. Неганов В.А. Применение сингулярных интегральных уравнений для электродинамического анализа плоской кольцевой антенны [Текст] / В.А. Неганов, Д.П. Табаков // – Антенны. –2008. – №4. – С. 25-33.

10. Неганов В.А. Применение теории сингулярных интегральных уравнений к электродинамическому анализу цилиндрической спиральной антенны [Текст] / В.А. Неганов, Д.П. Табаков // – Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2009. –Т.12. – №2. – С.20-29.

11. Неганов В.А. Электромагнитное поле в ближней зоне кольцевой полосковой антенны [Текст] / В.А. Неганов, Д.П. Табаков // - Тезисы и доклады XXXII Самарской областной студенческой научной конференции. – Часть I: Общественные, естественные и технические науки, 18-28 апр., 2006 г., г. Самара. – Самара, 2006. – С.12. Неганов В.А. Теория идентификации электромагнитного поля и его источников по экспериментальным данным при цилиндрическом сканировании [Текст] / В.А. Неганов, Н.М. Святкин, М.И. Лемжин, Д.П. Табаков // Физика и техн. приложения волновых процессов:

- 18 - тезисы докладов IV МНТК, 3-9 окт., 2005 г., г. Нижний Новгород.

- Нижний Новгород, 2005. – С.212-214.

Pages:     | 1 || 3 |






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