LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Фізичне моделювання електромагнітного розсіювання в квазіоптичних спрямовуючих структурах

огляд і порівняльний аналіз різних видів квазіоптичних хвилеводів класу ПДХ, що розрізняються формою хвилепровідного каналу і межовими структурами. Показано, що з погляду застосовності того чи іншого виду ПДХ для реалізації методу КХМ вирішальне значення має ефективність самофільтрації основної хвилеводної моди, що залежить від виду межової структури. Тому при виборі ПДХ для зазначеної мети найбільше підходять ПДХ із гофрованими і багатошаровими межовими структурами, що забезпечують максимальну ефективність самофільтрації. При цьому найбільш доцільними формами хвилепровідного каналу є кругла і прямокутна. Однак, якщо виникають задачі проведення точних поляризаційних вимірів на різних (не обов'язково лінійних) поляризаціях, то в цьому випадку перевагу варто віддати ПДХ із круглою формою перерізу.

Виходячи з того, що на межі каналу виконуються граничні умови імпедансного типу, з використанням леми Лоренца було знайдено комплексні амплітуди хвилеводних мод, що збуджуються при розсіюванні на неоднорідності, локалізованій усередині ПДХ. Це дозволило одержати усі хвилеводні аналоги характеристик розсіювання для тіла, що розсіює, визначені через відповідні хвилеводні параметри - коефіцієнти відбиття і проходження.

Так, зокрема, при падінні моди з індексом i на розсіювач усередині ПДХ має місце наступне співвідношення для перерізу екстинкції (величини, що характеризує послаблення енергії хвилі що пройшла, в порівнянні з падаючою хвилею, обумовлене взаємодією останньої з розсіювачем):


. (1)


де Ni - норма моди; с+i – комплексний коефіцієнт проходження моди.

Цей вираз є хвилеводним аналогом відомої оптичної теореми, що уявлює той факт, що екстинкція у вільному просторі залежить тільки від амплітуди розсіювання в напрямку "уперед", хоча є результатом як поглинання електромагнітної енергії в матеріалі розсіювача, так і її розсіювання у всіх напрямках. Отриманий вираз дозволяє сформулювати наступний висновок: якщо в межах об'єкта, що розсіює, у хвилеводі сформувати квазіплоске поле і звести до мінімуму перевідбиття між об'єктом і стінками хвилеводу, то за допомогою коефіцієнта проходження хвилеводної моди можна визначити екстинкцію для цього об'єкта у вільному просторі у полі плоскої хвилі.

При виконанні зазначених умов можна встановити зв'язок між комплексним коефіцієнтом проходження моди в хвилеводі й амплітудою розсіювання хвилі в напрямку "уперед" для вільного простору:


, (2)


а також встановити аналогічний зв'язок між амплітудою зворотного розсіювання хвилі у вільному просторі і комплексним коефіцієнтом відбиття моди в хвилеводі:

, (3)

де k – хвильове число.

За допомогою виразу (3) і стандартного визначення перерізу зворотного розсіювання (радіолокаційної однопозиційної ЕПР) можна визначити переріз зворотного розсіювання у хвилеводі:

. (4)


Переріз поглинання Cabs визначається різницею між перерізом екстинкції і повним перерізом розсіювання Csc : Cabs = Cext - Csc .

Якщо об'єкт, що розсіює, непоглинаючий, то у ПДХ, так само як і у вільному просторі, між повним перерізом розсіювання і перерізом екстинкції має місце співвідношення


. (5)


Отже, повний переріз розсіювання непоглинаючого об'єкта може бути визначений за результатами виміру його перерізу екстинкції у хвилеводі.

Установлені взаємо-однозначні відповідності між величинами, що спостерігаються - коефіцієнтами відбиття і пропущення хвилеводної моди на об'єкті, поміщеному у хвилевід класу ПДХ, і характеристиками розсіювання цього ж об'єкта у вільному просторі в полі плоскої хвилі є теоретичною основою методу КХМ.

З метою теоретичного підтвердження отриманих результатів на характерному об'єкті, для якого строго розв'язана задача розсіювання у вільному просторі, розглянута і розв'язана задача хвилеводного розсіювання на ідеально провідній сфері радіуса b, розташованій у круглому ПДХ радіусу a. Отримано аналітичні вирази, що дозволяють визначити перерізи зворотного розсіювання і екстинкції зазначеного об'єкта через коефіцієнти відбиття і проходження основної HE11-моди та геометричні і матеріальні параметри ПДХ. Проведено чисельне порівняння результатів розрахунку ефективності зворотного розсіювання й ефективності екстинкції для випадку розсіювання плоскої однорідної хвилі на сфері у вільному просторі з відповідними даними, отриманими для сфери у ПДХ, що показало високий ступінь їхньої узгодженності в широкій області зміни параметра дифракції , у тому числі в найбільш цікавій резонансній області ( рис. 2, 3).


Рис.2. Залежність ефективності зворотного розсіювання ідеально провідної сфери від параметра дифракції kb: - у вільному просторі; - у ПДХ (ka=38).

Рис.3. Залежність ефективності екстинкції ідеально провідної сфери від параметра дифракції kb: - у вільному просторі; - у ПДХ (); - у ПДХ ( ).

Хід кривих у правій частині рис. 3 можна пояснити тим, що для сфери усередині ПДХ із зростанням її параметра дифракції kb при фіксованому значенні хвилеводного параметра ka, починає усе істотніше позначатися нерівномірність поля падаючого пучка (інтенсивність хвилі HE11 падає в міру наближення до межі каналу ПДХ). Внаслідок цього внесок у екстинкцію дифракційних променів у міру збільшення b/a слабшає і зрештою ефективність екстинкції у ПДХ прямує до свого природного геометрооптичного краю, рівному 1. Зрозуміло, цей край настає тим пізніше, чим більше параметр ka. Однак, як випливає з розрахункових оцінок, відносне відхилення ефективності екстинкції ідеально провідної сфери у вільному просторі від ефективності екстинкції сфери у круглому ПДХ не перевищує 0.8дБ або 20% аж до b/a ? 0.3. Таким чином, вибираючи діаметр ПДХ досить великим, можна з задовільною для практики точністю моделювати у хвилеводі умови розсіювання "уперед".

Проведені теоретичні оцінки методичних похибок вимірювання ефективностей зворотного розсіювання і екстинкції еталонних сферичних об'єктів показали, що метод забезпечує досить високу для більшості практичних застосувань точність вимірювань характеристик зворотного і прямого розсіювання в широкій області зміни електричних розмірів об'єкта. Найбільш точні результати вимірювань методом КХМ варто очікувати при використанні хвилеводної моди HE11 як опромінюючої хвилі, а також як прийнятої хвилі, що несе інформацію про розсіюючі властивості об'єкта. Використання інших типів хвиль чи їхніх комбінацій з основною модою HE11 неминуче веде до погіршення точності і до звуження меж вимірювань.

У третьому розділі представлено результати теоретичних досліджень, присвячених аналізу квазіоптичного хвилеводу класу ПДХ як формувача поля у методі КХМ, розробці методик розрахунку й оцінки основних параметрів ПДХ для реалізації методу у БММ і СММ діапазонах хвиль. Вивчено умови, при яких ПДХ забезпечує формування заданого квазіплоского амплітудно-фазового розподілу поля падаючої хвилі HE11 на розсіювачі й отримані аналітичні співвідношення, що дозволяють