WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 1998, том 68, № 5 01;09;12 Экспериментальное исследование резонансного отражения плоской электромагнитной волны от редкой ленточной решетки © С.Н. Воробьев1, И.К. Кузмичев2 1 Радиоастрономический институт АН Украины, 310002 Харьков, Украина 2 Институт радиофизики и электроники АН Украины, 310085 Харьков, Украина (Поступило в Редакцию 15 апреля 1996 г.) Экспериментально подтвержден и изучен режим резонансного отражения плоской электромагнитной волны от дифракционной решетки, состоящей из редко расположенных тонких наклонных металлических лент.

Получено хорошее совпадение эксперимента с известными теоретическими данными.

Электромагнитные поля, рассеянные решетками из ми словами, решетка с редко расположенными лентами одинаковых тонких металлических лент, обладают свой- для такой плоской волны ведет себя как идеально отраствами, позволяющими успешно использовать такие жающий экран [7].

структуры в антенной технике и устройствах сверхвысо- Из численного анализа, проведенного в [7], следует, ких частот. Применение ленточных решеток в качестве что решетка, состоящая из семи элементов, с параметраселективных элементов достаточно разнообразно [1–5]. ми d/l = 0.25, = 45 (2d — ширина ленты; l —периВ частности, решетка из наклонных металлических лент од решетки; — угол наклона лент, отсчитываемый от может использоваться как направленный ответвитель нормали к плоскости решетки) отражает 80% энергии или полупрозрачный экран с регулируемым уровнем де- падающей волны, т. е. модуль коэффициента отражения ления, который при определенном соотношении ширины по полю имеет величину || 0.9. Напомним, что лент, угла их наклона к плоскости решетки и ее периода необходимым условием режима полного резонансного может изменяться в широких пределах — практически отражения является существование в спектре волн пеот нуля до единицы. Отражение волн от решетки име- риодической решетки только одной, основной распроет четко выраженный резонансный характер, поскольку страняющейся волны. Это соответствует наличию одного оно обусловлено интерференционным взаимодействием доминирующего лепестка в диаграмме направленности полей в областях между лентами. отраженного поля для ограниченной структуры.

В работе [6] на основе строгого решения задачи Для экспериментального исследования была изгодифракции электромагнитных волн на периодической товлена решетка с параметрами 2d = 1.835 mm, решетке было обнаружено, а в работе [7] изучено явле- l = 3.67 mm, = 45, толщина лент из медной фольги ние полного резонансного отражения плоской H-поляри- составляет 0.3 mm (величина d/l и угол совпадают с зованной волны от редкой решетки из наклонных лент. приведенными выше данными из [7], а число лент равЦелью данной работы является экспериментальная про- но 12 (решетка представлена на рис. 1). Это достаточно верка существования таких резонансов в реальных эквидистантных решетках, а также выяснение точности совпадения теоретических результатов с практическими данными. Это позволит оценить справедливость допущений математической модели решетки (идеальная проводимость и бесконечно малая толщина лент) и в дальнейшем, используя режим резонансного отражения, создать сложные электродинамические системы миллиметрового диапазона длин волн.

Физически резонанс полного отражения в бесконечной периодической решетке интерпретируется как возбуждение нормально падающей на решетку плоской волной двух собственных волн структуры, которые распространяются вдоль решетки (т. е. в направлении перпендикулярном ребрам лент) навстречу друг другу. Таким образом, в области решетки устанавливается высокодобротный режим стоячих волн и, следовательно, решетка Рис. 1. Редкая решетка из наклонных лент. Оправка, в оказывается ”невосприимчивой” к падающему полю, кокоторую вставлены ленты, закрыта поглощающим экраном для торое возбуждает собственные волны структуры. Други- устранения переотражений.

Экспериментальное исследование резонансного отражения плоской электромагнитной волны... Рис. 2. Схема экспериментальной и измерительной установки. 1 — генератор сигналов высокочастотный Г4-142, 2 — фазовращатель, 3 — рупорная антенна, 4 — экран с исследуемой решеткой, 5 — согласованная нагрузка, 6 — E-тройник, 7 — волномер, 8 — детекторная секция, 9 — усилитель измерительный, 10 — осциллограф, АТ1 — аттенюатор развязывающий, АТ2 — аттенюатор поляризационный, НО1 и НО2 — направленные ответвители.

редкая решетка (расстояние между лентами превыша- 5050 mm, помещенная в поглощающий экран способна ет видимый размер ленты), не имеющая волноводных перемещаться перпендикулярно облучающей антенне.

областей между соседними лентами [6,7]. Число лент в Сигнал, отраженный от исследуемой решетки, через решетке выбиралось исходя из следующих соображений. фазовращатель, направленный ответвитель 2 (Н02) плеВо-первых, эквидистантная структура с числом элемен- чи II и III E-тройника, поступает в приемный тракт, тов, большим 10, эквивалента по электродинамическим состоящий из детектора, измерительного усилителя и характеристикам бесконечной периодической решетке с осциллографа. Для контроля частоты генератора Г4-относительной точностью 1% (если пользоваться в приемный тракт включен волномер. При перемещении для оценки соответствия критерием, приведенным в [8]), экрана с решеткой (рис. 2) сигнал на экране осцила для решетки из семи элементов, как указано в [7], лографа изменяется по синусоидальному закону (это величина 12%. Значит, режим резонансного отра- связано с отражением от решетки). Переотражения от жения на решетке, состоящей из 12 лент, будет более антенны (представляющей собой пирамидальный рупор) четким, чем для семиэлементной решетки. Кроме того, с и различных тел, расположенных в поле ее излучения, увеличением числа элементов в структуре уменьшается устранены путем экранировки поглощающими покрыизлучение вдоль решетки [7,8], которое в данном случае тиями.

является паразитным. Во-вторых, если поместить такую Методика эксперимента состоит в следующем. Экран с решетку, например, в открытый резонатор, в котором решеткой перемещается и устанавливается таким обрасуществует основной тип колебаний TEM00q, то ”пятно” зом, чтобы отраженный сигнал в плече III E-тройника поля должно ”осветить” не менее трех лент структуры, имел максимальную величину. Затем с помощью атчтобы возбудить в решетке режим резонансного отра- тенюатора 2 (АТ2) и фазовращателя добиваются комжения. Заметим, что при наличии в открытом резона- пенсации сигналов в плече III E-тройника (одного — торе одного из высших типов колебаний (TEM20q или отраженного от решетки и поступающего в плечо II тем более TEM40q распределение полей в плоскости E-тройника и другого — опорного сигнала от генератора расположения решетки существенно превысит размеры в плече I E-тройника), фиксируя при этом показания ”пятна” поля основного типа колебаний такой системы.

АТ2, равные значению a1. После этого производится В-третьих, желательно исследовать решетку небольших калибровка измерительной установки. Исследуемая реразмеров (значит, число лент должно быть невели- шетка заменяется идеально отражающим медным листом ко), если иметь в виду последующее ее применение и снова проводится балансировка E-тройника с помощью в качестве составного элемента электродинамической фазовращателя и АТ2, показания которого при этом системы.

имеют величину a2. В результате модуль коэффициИзмерения проводились в диапазоне длин волн ента отражения по полю || от исследуемой решетки = 4.0... 4.6 mm. Блок-схема измерительной уста- легко вычисляется по формуле [3,9] || = 10a/20, где новки приведена на рис. 2. Решетка (рис. 1) размером a = a2 - a1.

Журнал технической физики, 1998, том 68, № 140 С.Н. Воробьев, И.К. Кузмичев Авторы считают своим долгом выразить благодарность С.Л. Просвирнину за постоянную поддержку в процессе выполнения работы, а также ценные советы и замечания, высказанные при обсуждении полученных результатов.

Список литературы [1] Шестопалов В.П., Литвиненко Л.Н., Масалов С.А., Сологуб В.Г. Дифракция волн на решетках. Харьков: Изд-во ХГУ, 1973. 287 с.

[2] Ando M., Takei K. // IEEE Trans. on Antennas and Propagation. 1987. Vol. AP-35. N 4. P. 367–371.

[3] Андросов В.П., Кузьмичев И.К. Препринт ИРЭ АН УССР.

№ 355. Харьков, 1987. 14 с.

[4] Naqvi S.S.H., Gallagher N.C. // J. Opt. Soc. of America. 1990.

Vol. A. N 7. P. 1723–1729.

Рис. 3. Зависимость модуля коэффициента отражения || от [5] Gimeno B., Cruz J.L., Navarro E.A., Such V. // J.

частотного параметра.

Electromagnetic Waves and Applications. 1993. Vol. 7. N 9.

P. 1201–1219.

[6] Воробьев С.Н., Литвиненко Л.Н., Просвирнин С.Л. // ЖВВМ. 1986. Т. 26. № 6. С. 894–905.

На рис. 3 представлены измеренные значения коэф[7] Воробьев С.Н., Просвирнин С.Л. // ЖТФ. 1988. Т. 58. Вып. 3.

фициента отражения || от безразмерного частотного С. 458–468.

параметра = l/. Мелкомасштабные осцилляции [8] Воробьев С.Н. // РиЭ. 1987. Т. 32. № 4. С. 687–695.

экспериментально снятой зависимости |()| (точки на [9] Frait Z., Patton C.E. // Rev. Sci. Instr. 1980. Vol. 51. N 8.

P. 1092–1094.

рис. 3 обозначают измеренные значения ||) вызваны, по-видимому, неустраненными переотражениями от объектов, находящихся достаточно далеко от экспериментальной установки. Близкая к истинной усредненная зависимость |()| приведена на рис. 3 сплошной кривой, из анализа которой следует, что в интервале частот refl = 0.85... 0.87 существует резонансное отражение волны в решетке. Измеренное значение частоты refl = 0.86 совпадает с теоретически полученным в [7] (разница в величинах составляет менее 5%, при этом учтено смещение рассчитанного значения refl для решетки с большим числом лент).

Следовательно, математическая модель решетки и происходящих в ней процессов рассеяния волн практически адекватна тем условиям, которые имели место в эксперименте, таким образом, известные допущения математической модели можно считать оправданными.

Применение строгого электродинамического метода решения краевой задачи в [7] и тщательно проведенный эксперимент привели к хорошему совпадению расчетных и измеренных физических характеристик эффекта резонансного отражения волн.

В заключение отметим, что полученные результаты открывают возможность создания сложных электродинамических систем, в частности, на основе открытого резонатора, в котором редкая решетка из наклонных лент (специальным образом помещенная в объем резонатора) служит селективным управляющим элементом. Метод, изложенный в [7,8], позволяет провести предварительное численное изучение процессов дифракции волн в такой сверхвысокочастотной системе, существенно уменьшая объем последующих экспериментальных исследований.

Журнал технической физики, 1998, том 68, №




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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.