CC BY
39
Выводы
При реализации предлагаемого метода, основанного на применении адаптивных устройств, использующих простр анственные и поляризационные различия между сигналом и помехами, оказывается возможным проведение исследований метеорного радиоканала полуактивной локации даже при наличии местных помех.
Научная новизна данного исследования состоит в том, что предложено применение метода разнесенного адаптивного приема для метеорной радиосвязи и метеорного исследования.
Практическая значимость предлагаемого решения состоит в том, что значительно расширяется область применения метода полуактивной локации при метеорных исследованиях, и тот объём научной информации, который может быть получен на его основе, также значительно увеличивается.
Литература: 1. Антипов И. Е., Бавыкина В. В., Коваль Ю. А., Шкарлет А. И. Оценка возможности приёма ТВ сигналов через метеорные следы и её экспериментальное подтверждение. 1996. 196 с. 2. Антипов И. Е., Коваль Ю. А., Нестеренко Г. В. О возможности пассивной радиолокации метеорных следов // Радиотехника. 2004. Вып. 136. С. 91 - 94. 3. Антипов И.Е., Бавыкина В.В., Коваль Ю.А., Нестеренко Г.В., Трощин О. Л. Приём телевизионных
сигналов времени и частоты по метеорному радиоканалу // Радиотехника: 2001. Вып. 117. С. 42-45. 4. Грудинская Г. П. Распространение радиоволн. М.: Высш. школа, 1967. 244 с. 5. Монзинго Р. А., Миллер Т. У. Адаптивные антенные решётки: Введение в теорию: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1986. 448 с. 6. ЛосевЮ. И. ред Адаптивная компенсация помех в каналах связи. М., 1988. 208 с. 7. Седов С.А. Индивидуальные видеосредства. Киев: Наук. думка. 1990. 750 с. 8. Антипов И.Е. Оптимизация ориентации диаграмм направленности антенн метеорных радиотехнических систем с целью повышения их пропускной способности в условиях коротких трасс. Дисс... канд. техн. наук. Харьков, 1996. 144 с.
Поступила в редколлегию 30.03.2006
Рецензент: д-р техн. наук, проф. Титаренко Л. А.
Антипов Иван Евгеньевич, канд. техн. наук, докторант каф. ОРТ ХНУРЭ. Научные интересы: метеорная радиосвязь, метеорное распространение радиоволн. Адрес: Ураина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. 8-057-700-22-84.
Коваль Юрий Александрович, д-р техн. наук, проф. каф. ОРТ ХНУРЭ. Научные интересы: метеорная радиосвязь, синхронизация шкал времени. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. 8-057-700-22-84.
Сапрыкин Анатолий Викторович, соискатель ХНУРЭ, проходчик, АП шахта им. А.Ф. Засядько. Научные интересы: радиоэлектроника. Адрес: Украина, 83119, Донецк, ул. Щетинина, 16, кв. 2, тел. 8-097-9327450.
УДК621.372.8
ЗАПРЕДЕЛЬНЫЙ РЕЗОНАТОР СЛОЖНОЙ СТРУКТУРЫ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ НЕОДНОРОДНОСТЯМИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ
СЛИПЧЕНКО Н.И.___________________________
Приводится аналитический расчет запредельного резонатора сложной структуры с диэлектрическими неоднородностями цилиндрической формы. Получена система уравнений в общем виде, которая позволяет определить коэффициенты отражения и передачи рассматриваемой структуры.
Введение
Использование диэлектрических неоднородностей при расчете запредельных резонаторов сложной структуры объясняется следующими полезными для практики о бстоятельствами:
- электродинамические характеристики исследуемых резонаторов можно изменять, варьируя диаметры диэлектрических цилиндров и изменяя диэлектрические проницаемости материалов, из которых они изготовлены. В пределе при достаточно малых размерах цилиндров и больших значениях проницаемостей ма-
териалов можно перейти в каждой составной части запредельного резонатора просто к диэлектрическому резонатору. При этом приближенно можно полагать, что стенки волновода оказывают небольшое возмущение на электромагнитные поля диэлектрического резонатора. Анализ для таких случаев приведен в [1-3];
- если уменьшать поперечные размеры волновода, то на частотах, ниже критических, существуют участки с ^распространяющимися волнами (запредельные режимы), при этом в областях диэлектрических неоднородностей сохраняются распространяющиеся волны.
В результате использования волноводно-диэлектрических структур с запредельными связями появляется возможность создавать резонансные элементы с достаточно большой нагруженной добротностью. В связи с этим создание и описание математических моделей подобных структур остается востребованным с точки зрения последующего анализа протекающих в них процессов.
Постановка цели и задач исследования
Рассмотрим волноводно-диэлектрический резонатор сложной структуры с одной диэлектрической неоднородностью цилиндрической формы, а второй -плоской формы, который возбуждается прямоуголь-
8
РИ, 2006, № 2
ным волноводом с распространяющейся волной Ню (см. рис. 1 из [4], но начало координат переносится в точку z = li). При анализе такого волновода используются те же предположения, что и при анализе сложного диэлектрического резонатора с плоскими диэлектрическими слоями [4]. Главное отличие от [4] состоит в том, что распределение полей в продольном направлении в областях диэлектрических цилиндров описывается с помощью специально введенных функций.
Цель данного исследования - построить математическую модель волноводно-диэлектрического резонатора сложной структуры с одной диэлектрической неоднородностью цилиндрической формы и одним диэлектрическим элементом плоской формы для изучения его свойств и последующего проектирования.
Для достижения поставленной цели следует решить такие задачи:
1) описать граничные условия на основе геометрии структуры и постановки задачи;
2) сформулировать общий вид искомых электромагнитных полей в терминах функций распределения волн;
3) выписать систему функциональных уравнений;
4) получить систему линейных алгебраических уравнений относительно амплитудных коэффициентов падающих и отраженных волн в каждой частичной области резонатора, решая которые можно вычислить амплитудно-частотные характеристики рассматриваемой структуры.
Решение задачи
Учитывая сказанное выше, результирующее электрическое поле Ey представим в следующем виде:
eA =oAexp[-iP1A(z + /i)] +
(Ю A A
+ 2 Am Ф m exp[iP m(z + /1)], z /1; (1)
m=1
T <X> T T T
Ey = ЕФn[Bn exp(-Pnz) + Bnexp(Pnz)], (2)
n=1
- /1 < z < 0,
E^y = Z [C^OJ+ (x,z) + CkOkI_ (x,z)], (3)
k=1
0 < z < /2 ,
ЕУ11 = Z Фp11 [Dp exp(-ppII(z - /2)) + p=1
РИ, 2006, № 2
+ Dp exp(PpiI(z - /2))], /2 < z < /2 + /3, (4)
E? = Z Ф ?Ej exp[-ipj(z - /2 - /3)], (5)
q=1
/2 ^ /3 ^ z ,
EyV = ЕФnV(x)[Bn exp(-pnV(z -L2)) + n=1
+ B- exp(pnV(z - L2))], (6)
EV = ЕФV(x)[C+ exp(-ipV(z - L2 -/4)) + s=1
+ Cs exp(ip V(z - L2 - /4))], (7)
EVI =Ii oVI(x)[DJexp(-pVI(z - L2 -/4 -/5)) + p=1
+ Dp exp(PVI(z - L2 - /4 - /5))], (8)
bC =ЕФ C(x)exp(-iPC(z - L3))EJ (9)
q=1
где Ф J + (x,z), ФJI_ (x,z) - функции распределения волн квази- H0k на участке волновода с диэлектрическим цилиндром; /2 = D - диаметр цилиндра.
Подводящий волновод запитан основной волной прямоугольного волновода Ню единичной амплитуды. Геометрические размеры и проницаемости слоев выбираются так, чтобы в каждом звене возникали участки с ^распространяющимися волнами (запредельные) [5, 6]. При таких условиях амплитуды волн с большими номерами довольно быстро затухают по мере их удаления от сечений, в которых они возбуждаются. На электрическое поле Ey на границах областей, прилегающих к различным волноводам, налагается условие непрерывности. Такое же условие должно выполняться и в отношении поперечного магнитного поля Hx.
В сечениях z = -/1, z = 0, z = D,z = D + /3 должны выполняться условия непрерывности для E y и dEy / dz. В результате выполнения указанных выше условий получаем следующую систему функцио-
9
нальных уравнении относительно искомых амплитудных коэффициентов электромагнитных полеИ в каждой частичной области:
Е Рр:Фtn[-Dj exp(-ppiI/3) + Dp exp(PpiI/3)] = p=1
• uu д
фг + E Ainфт =
m=1
-i ЕР?Ф? (Ej+ Eq)
q=1
(17)
OU у t t
: Ефn[Bn exp(PnlO + Bn exp(-pn/i)], (ip)
n=1
1Р1 Ф1 +1 ЕРmAmфm -
m=1
E фq (x)[E J exp(-ipq (L2 - L^)-
q=1
+ E- exp(ip® (L2 - L1))] =
°0 T T T T
: ерПфП[-вп exp(pn/1)+Bn exp(-pn/1)], (11)
n=1
uu 7
= Еф nV(x)(B++B“)
n=1
(18)
j
Еф П(в n+B n) =
n=1
E іР?фq (x)[-EJ exp(-ip J(L2 - L1))
q=1
= E [Є^фkI+ (x,0) + CkOj^- (x,0)], (12)
k=1
у t
EP n ф П(-в n+B n) =
n=1
: E [Ck (<+ (x,0))' + Ck (фkI_ (x,0))'], (13) k=1
E [C+ФkI + (x, D) + CkOJ-(x,D)] = k=1
jjj
E фpII(D++ Dp)
+ Eq exp(ipq (L2 - L1))] =
= ЕР ПУф nV(x)(-B++B“)
n=1
(19)
ЕфnV(x)[Bn exp(-PnVl4) + Bn exp(PnVl4)] = n=1
a j
!®V(x)(Cs+ + C-) s=1
(20)
p=1
(14)
I [Ck (ФkI + (x, D))' + Ck (Ф J- (x, D))']
k=1
ip pII®pII(-D;+ Dp), (15)
p=1
E фpII[Dp exp(-ppIIl3) + Dp exp(PpIIl3)] = p=1
EPnVфnV(x)[-Bp exp(-pnVl4) +B- exp(PnVl4)]: n=1
uu аг \j ~ ~
= E iPs^V (x)(-Cp + Cs-), (21)
s=1
E ФSV(x)[Cs+ exp(-ip VI5) + C- exp(ip V/5)] =
s=1
A 7T
E фp(x)(Dp + D-)
p=1
(22)
^ r> ,
: ЕФ£(Ej+ Eq) q=1
E 1P VФ V(x)[-C+ exp(-ip V/5) + C- exp(ip V/5) = s=1
(16)
: E pVI°VI(x)(-DP + Dp)
p=1
(23)
10
РИ, 2006, № 2
(31)
&
Z ФVі (x)[DJ exp(-pV!/6) + Dp exp(pVI/6)] = p=1
= Z ФC (x)Ej , (24)
q=1
(Ю
Z iPV1 фpI(x)[-Dp' exp(-pVI/6) + Dp exp(PVіІ6)] p=1
= Z Фq(x)PqEq (25)
q=1
Как указано в [5, с. 44], для определения функций
Ф k1 + (x, z), Фk1 (x, z) участок волновода с диэлектрическим цилиндром следует заменить волноводом такого же сечения, заполненным эквивалентной продольно-неоднородной средой. Тогда поперечное электрическое поле в нем будет описываться функцией
Ф k(x) , причем
фkI + (x,z) = фk(x)F1(k)(z),
Ф kI" (x,z) =Ф k(x)E(k)(z),
где F1(k)(z), F,2k)(z) - функции распределения поперечного электрического поля в продольном направлении для прямой и обратной волн с номером k .
С учетом сказанного из уравнений (10)-(25) следует такая система относительно неизвестных коэффициентов:
= Pm(-Dm + D mb
Z ^mp[Dp exp(_Pp l3) + Dp exp(Pp l3)] = p=1
= E m +E m, (32)
Z Pmp[-Dp exp(-ppiIl3) + Dp exp(PpiIl3)] = p=1
= iPm(_Em +E m), (33)
Em exp(—ipm(L2 _ L1)) + Em exp(ipm(L2 _ L1)) =
<X ~ ~
= ZC mn(§n +Bn), (34)
n=1
iPm[_Em exp(_iPm(L2 _L1)) +
+ Em exp(ipm(L2 - L1))] =
ж
= ZPnVC mn(-B^+B-), (35)
n=1
Вm exp(_Pm l4) + Вm exp(Pm /4) = Cm + Cm,(36)
PU[-Bm exp(-PmV/4) +Bm exp(PU14)] =
j j
^1m + ^m = Zv nm(Bnexp(Pn /1) + Bnexp(_Pn /1))
n=1
(26)
_ i?1 ^1m + iP m A m =
Ж I I I
= ZP nv nm(_B nexp(P n/1) + B nexp(-P n/1)), (27)
n=1
BjU +Bm = C mFkm)(0) + C mF2m)(0), (28)
Pm[-Bm +Bm] = CU(F1(u)(0))' + Cm(F-(m)(0))',
(29)
CUF1(u)(D) + C mF2m)(D) = D m + D m, (30) C m(F/m)(D))' + C m(F2m)(D))' =
=ipUc-c u+C m), (37)
Cm exp(_iPm/5) + Cm exp(iPml5) = Dm + Dm,(38) iPm[_Cm exp(_iPm/5) + Cm exp(iPml5)] =
= Pm(-D U + D m), (39)
Z ^mp[Dp exp(_Pp /6) + Dp exp(Pp l6)] = Em
p=1
(40)
i ZP p ^mp[-Dj exp(-p p\) + p=1
+ Dp exp(pp\) = PUEm. (41)
РИ, 2006, № 2
11
Выводы
1. В результате решения поставленной граничной электродинамической задачи получена в общем виде без наложения каких-либо ограничений на геометрические размеры структуры система линейных алгебраических уравнений, из которой могут быть найдены амплитудно-частотные характеристики исследуемого объекта.
2. Для случая одноволнового приближения, когда в соответствующих рядах удерживается только первое слагаемое, бесконечные системы становятся конечными, что позволяет получить выражения для коэффициентов отражения и передачи рассматриваемого резонатора.
Литература: 1. Шеламов Г.Н. Диэлектрические и ферритовые резонаторы в СВЧ устройствах // Радиотехника.
1973. Т. 28, № 12. С. 22-27. 2. Bladel V.-J. Dielectric resonator in waveguide above cut-off // AEk 1978. 32, N 12. P. 465-472.
3. Ильченко М.Е., Мирских Г.А. Расчет волноводных фильтров с диэлектрическими СВЧ резонаторами // Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. 1973. Т. ХХф № 8. С. 90-93. 4. Слипченко Н.И. Волноводно-диэлектрические резонаторы сложной структуры. Аналитический расчет // Радиоэлектроника и информатика. 2004. №3. С. 9-13. 5. Капиле-вич Ю.Б. Волноводные диэлектрические фильтры. М.: Связь, 1980. 136с. 6. Кириллов Л.Г., Двоскина Ю.Н. СВЧ устройства на запредельных волноводах (обзор) // Зарубежная радиоэлектроника, 1974. №3. С.93-120.
Поступила в редколлегию 12.04.2006
Рецензент: д-р физ.-мат наук, проф. Чурюмов Г.И.
Слипченко Николай Иванович, канд. техн. наук, профессор, проректор по научной работе ХНУРЭ. Научные интересы: радиофизика и электроника. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. (0572) 702-10-20.
12
РИ, 2006, № 2
