CC BY
40
Подсекция радиопередающих устройств
УДК 321.621
Д.В. Семенихина
РЕЗОНАНСНЫЕ НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ В РЕЗОНАТОРАХ СВЧ С НЕЛИНЕЙНЫМИ НАГРУЗКАМИ
В ряде предыдущих публикаций [1-2] обсуждалось решение внешних нелинейных электродинамических задач возбуждения и рассеяния волн. Численные результаты и экспериментальные исследования показали, что явления нелинейного возбуждения и рассеяния для тел с естественными нелинейными контактами или с нелинейными нагрузками типа СВЧ-диодов в случае внешних задач можно отнести к чрезвычайно слабым эффектам. Их нужно учитывать в ряде специальных случаев. Если же использовать эти эффекты для конструирования антенн, то необходимо разрабатывать меры для усиления высших гармоник полей, возбуждаемых на не.
Решение внутренних нелинейных граничных задач позволяет исследовать возбуждение электромагнитных волн на нелинейных нагрузках внутренних облас-, . -диктована тем, что нелинейные эффекты даже на естественных контактах (стыках) оказывают существенное влияние на работу радиорелейных линий связи [3]. Задача о возбуждении нелинейной нагрузки в СВЧ-резонаторе является одной из важных задач для практического использования в технике СВЧ, ввиду того что, во, - - , усилителем полей высших гармоник, возбуждаемых на нелинейной нагрузке, если частоты гармоник являются резонансными, во-вторых, нелинейно-нагруженные резонаторы уже применяются в технике СВЧ, но используется приближенный спо-( ).
В данной работе предлагается строгое решение и численные результаты для задачи возбуждения резонатора с нелинейной нагрузкой в следующей постановке.
,
,
общем случае неоднородного нелинейного контакта, с координатой X = Хк. Во внутренней области резонатора задано распределение сторонних источников /(М)(Т (рис.1,а).
Задача решена методом интегральных уравнений с помощью леммы Лоренца
( ),
модели нелинейного контакта, представленной на (рис.1,6). Считаем контакт узким по г (ЬХ <<Лп), Лп - длина волны на п-й гармонике. Тогда электрический ток
течет поперек контакта по 2, а магнитныи - по х и по у на широкои и узкой стенках резонатора соответственно.
ПУ г<5
А
б
Хц+1
Аг
Рис.1
Разобьем контакты на элементарные участки, размеры которых А<<Лп, т.е. , ,
контакта однородными. Считаем заданными параметры кубической ВАХ, связывающей ток 1 и напряжение и на каждом участке:
м ( Р t)
*'( Р, t) = X ( °у(х, у *(Р, t) + К(х, у)------—2—). (1)
^ Ж
Тогда локальные НГУ на каждом участке можно получить в следующем виде
[4]:
/(хц)Ах = —А ./ (хц)// (хц ) + В ^ (хц )А2 £ Л, (хц)5
V пг п V п п V п.х ^ V п ^ V с г ^
73
Х Jm/п-«х (х" ) - С ^п (х" )Аг3 ^ ^ (х" ) х
/ 3 q = —ж /3
(х" ) / 1/.5х (х" ^
х2: /т3
5 = —ж / 3
q — 5, х " /35
где Ап = a1 + таЬх; Вп = а2 + таЪ>2; Сп = а3 + тюЪ3; индекс ! относится к токам
тМ ._. ...
/й^а верхне и стенке, а индекс 3 - к токам на нижнеи.
Далее применяется лемма Лоренца; в качестве вспомогательного поля выбирается поле в резонаторе без нелинейных нагрузок, удовлетворяющее граничным условиям Ет = 0 на стенках резонатора.
Система нелинейных интегральных уравнений решается методом Крылова -Боголюбова; ток считается кусочно-постоянным на участках разбиения, а точка наблюдения последовательно помещается на каждый участок и применяются НГУ. В результате получается система нелинейных алгебраических уравнений (СНАУ) относительно гармоник магнитных поверхностных токов на нелинейных участках :
оо
А1п(хц) А^1п,х(хц) + В1п(хц)А X -15 х (хц ) -1п—s,x(хц)
со со
С,п (хц )А X -Гп — д,х(Хц) ЗД — 5,х <хн<х (х„) =
д = —о® 5 = —о®
Nх хц + Ах/2
■^г^г^г , г , * ^ „г, х , ,
= 2п Нп^ + Аг X [•/1п, х (хц ) 2 Нпх
V] ц = 1 хц—Ах/2
хц+Ах/2 Ту Уц+АУ /2
+-зГп,х(хц) 2 НГхх^] +А X [-Гп,У(Уц) 2 НГу*У +
хЦ—Ах/2 ц = 1 Уц—АУ/2
Уц+АУ/2
+-Гп, у (Уц) 2 нГ^у]
4п ,у(уц) нп, у‘
уц—Ау/2 (2)
ОО
л гМ ... <
где индекс 2 относится к токам -пу на верхней стенке при х=а, а индекс 4 - к токам на нижней стенке при х=0. В уравнениях (2) магнитный вспомогательный источник в каждой точке наблюдения имеет то же направление, что и магнитный ток на участке.
Полное поле в резонаторе может быть найдено либо с помощью леммы Ло, -ков в виде кусочно-постоянных магнитных токов на нелинейном контакте на частотах пт, амплитуды которых определены СНАУ (2). Для расчетов выбран вто.
Вычислительный эксперимент проводился для резонатора 23x10x10 мм с нелинейным контактом шириной 10-5 м, который возбуждается магнитным сторонним источником в середине передней стенки.
Резонатор интересен в режимах резонанса и близком к резонансному, поэтому ряд вычислений производился на частотах стороннего источника, близких к резонансу третьей гармоники на основном типе колебаний Н101
(/ст = 5,45ГГц). Учтено затухание а=0,001 в стенках резонатора, т.е. коэффициент распространения к считался комплексным, но не учтена пока частотная за-а.
Резонансные характеристики для поля третьей гармоники, возбуждаемого не, , . 2. -новной частоте на несколько десятков децибел. Ширина резонансной характеристики составляет около 1%.
-80 -40 0 40 /™/Рез
Рис.2
Отличие первой и третьей гармоник на резонансной частоте зависит от амплитуды стороннего источника (рис. 3), а вне резонанса определяется также частотой стороннего источника и длиной нелинейного контакта. В целом разница между первой и третьей гармониками вне резонанса остается в тех же пределах, что и в волноводе с аналогичным нелинейным контактом, и составляет 40...50 дБ.
Рис.3 Рис.4
Интересны также результаты вычислительного эксперимента, проведенного на частотах, близких к резонансу первой гармоники. Из графиков (рис.4), на которых показаны зависимости амплитуд гармоник поля от амплитуды стороннего ис, (
). -ной частоты (р^ница между амплитудами 10...15 дБ). Таким образом, даже вблизи резонанса первой гармоники не учитывать третью нельзя.
ЛИТЕРАТУРА
1. Петров Б.М., Семенихина Д.В. Паразитные сигналы при зондировании сложных металлических конструкций//Техника средств связи. Сер. Радиоизмерительная техника, 1989, Вып.8, С.7-13.
2. Петров Б.М., Семенихина Д5. Возбуждение электромагнитных волн на полуплоскости с нелинейными контактами//Изв. вузов. Радиоэлектроника, 1990, №5, С.81-83.
3. . ., . . //
Электросвязь, 1975. №7, С.34-36.
4. Петров Б.М. Нелинейные граничные условия//Изв. вузов. Радиоэлектроника, 1992. №3, С.30-37.
УДК 621.396.67
В.В. Чечетка
ФОРМИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПРАВЛЕННОСТИ ПЕРЕДАЮЩИХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ АНТЕНН В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ
ПЛОСКОСТИ
,
свойствами всенаправленного излучения в горизонтальной плоскости. Длительное время такие требования к их всенаправленности были оправданными и служили основой для проектирования антенных устройств и для формулирования требований к конструкции, обеспечивающей максимальную равномерность диаграммы направленности (ДН) и приближение ее к круговой форме при максимальной дальности действия телецентра за счет достижения максимального значения КНД.
Однако в связи с развитием сети телецентров некоторая часть требований утратила свою значимость, и поэтому возникла, в частности, необходимость создания антенных устройств с определенными направленными свойствами с целью исключения из зоны обслуживания части территории региона. Например, такая ситуация может возникнуть вблизи морского побережья, административной границы и т.д.
Выигрыш в технических характеристиках направленной антенны очевиден -она обладает более высоким значением КНД. Формулировка требований к направленным свойствам обычно сводится к необходимости достижения в заданном секторе углов провала ДН заданного уровня.
При этом следует иметь в виду, что поскольку антенны размещаются на достаточно высоких опорах, то при естественных ограничениях на их максимальные размеры в теоретическом отношении решение указанной проблемы проектирования антенны связано с трудностями достижения требуемого уровня снижения излучения в заданном угловом секторе.
В результате анализа различных типов конструкций с целью получения требуемых параметров направленности была выбрана конструкция многопанельной , -го смещения некоторых панелей в системе и при необходимости регулировки ДН. Дальнейшее решение задачи заключалось в построении расчетных формул для произвольного угла поворота панелей, разработки алгоритма и выполнении расчетов характеристики направленности в зависимости от углового смещения.
