LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

робити чисельні оцінки розмірів робочого об'єму і вибір необхідних параметрів ПДХ. Установлено критерії якості поля в робочому об'ємі, розглянуті методи розрахунку й оцінки основних параметрів ПДХ, що забезпечують необхідну чистоту поля за заданими критеріями. Отримано променеве наведення електромагнітного поля усередині круглого ПДХ, що дає наочне якісне фізичне обґрунтування методу КХМ, а також дозволяє кількісно в першому наближенні оцінити поперечні розміри вимірювальної області.

За допомогою теорії хвилеводних мод отримані співвідношення, що дозволяють з достатньою для практики точністю розраховувати й оптимізовувати, з урахуванням багатомодовості ПДХ, основні характеристики квазіоптичної електродинамічної структури, призначеної для реалізації методу КХМ, а також здійснити оптимізацію цих характеристик. Так, зокрема, якщо задане значення максимальної радіальної (поперечної) амплітудної варіації поля падаючої хвилі у вхідному перетині Б-Б робочого об'єму діаметра d (рис. 1), то має місце наступне обмеження на мінімально припустимий діаметр D круглого ПДХ при заданих значеннях d і :


. (6)


Як показали проведені оцінки, фазовий фронт хвилі HE11 у межах робочого об'єму, що відповідає критерію (6), виявляється настільки близьким до фронту плоскої хвилі, що фазові обмеження, які звичайно мають місце для відомих методів ЕДМ у вільному просторі, практично не впливають на вибір поперечних розмірів КО вимірювального тракту, виконаного на основі ПДХ при реалізації методу КХМ.

Основне обмеження на максимальний аксіальний (подовжній) розмір l робочого об'єму в ПДХ у поле хвилі HE11 визначається формулою


, (7)


де ? – довжина хвилі, ?AR – гранично припустиме значення амплітудної варіації поля в аксіальному напрямку в межах робочого об'єму; е – ефективна діелектрична проникність внутрішньої границі хвилепровідного каналу. Як видно з (7), аксіальний розмір робочого об'єму швидко зростає зі збільшенням параметра D/л і легко може бути обраний досить великим, шляхом порівняно невеликого збільшення діаметра хвилеводу або зменшення робочої довжини хвилі.

Відносна аксіальна довжина l/d робочого об'єму у вільному просторі зростає зворотньо пропорційно довжині хвилі, у той час як у методі КХМ ця величина росте зворотньо пропорційно квадрату довжини хвилі, тобто набагато швидше, причому в останньому випадку l/d не залежить від радіальної варіації фази тому що фазовий фронт хвилі HE11 у ПДХ, як уже було показано вище, залишається практично плоским у будь-якому поперечному перерізі робочого об'єму. Це дозволяє зробити висновок про перевагу використання методу КХМ при дослідженні характеристик зворотного розсіювання надто протяжних об'єктів . Завдяки використанню квазіоптичної формуючої і спрямовуючої структури у вигляді ПДХ, яка має дуже мале послаблення основної хвилі, аксіальний розмір робочого об'єму за критерієм мінімізації подовжньої варіації поля в методі КХМ виявляється значно більшим аналогічного розміру для методу вільного простору, що відкриває можливість вимірювання в лабораторних умовах моделей дуже протяжних розсіювачів, які складають у довжину сотні і навіть тисячі довжин хвиль.

Відсутність врахування негативного впливу вищих мод на структуру падаючого і прийнятого полів може привести до заниження вимог до параметрів ПДХ і, як наслідок, до помилкових оцінок при розрахунку характеристик МКП. Тому в даному розділі розглянуто також умови і встановлено оптимальні критерії вибору та вимоги, висунуті до ПДХ для використання його як модового фільтра й одночасно як засобу передачі хвилі, що опромінює досліджуваний об'єкт, а також як модового фільтра і засобу передачі розсіяної хвилі в прийомну зону МКП. За результатами цих досліджень вироблені практичні рекомендації з вибору й оцінки основних параметрів ПДХ як базової хвилепровідної структури для КО радіовимірювального тракту, призначеного для реалізації методу КХМ.

У четвертому розділі побудовано математичну модель запропонованого методу квазіоптичного хвилеводного моделювання. За допомогою отриманої моделі оцінюються й аналізуються метрологічні характеристики квазіоптичного тракту мікро-компактного полігона як вимірювального перетворювача і вказуються шляхи їхнього поліпшення. Математична модель будується на основі апарата матриці розсіювання, орієнтованих графів і методів теорії кіл НВЧ. Процес вимірювань характеристик зворотного або прямого розсіювання об'єкта розглядається як процес послідовного модового перетворювання у квазіоптичному вимірювальному тракті МКП, що працює у режимі вимірювання коефіцієнта відбиття або, відповідно, проходження основної хвилеводної моди. Цей процес описується системою лінійних алгебраїчних рівнянь, що зв'язують комплексні амплітуди сигналів на вході і виході МКП через відомі параметри вимірювального тракту і невідомі параметри розсіювання об'єкта. У рамках даної математичної моделі вимірюваний об'єкт 4 (рис. 1), а точніше хвилеводний вузол, розташований між перетинами Б-Б і В-В, наводиться як модовий перетворювач, що характеризується при зворотному чи при прямому розсіюванні скалярними комплексними коефіцієнтами перетворювання cjk (j,k=1,2), що утворюють матрицю вигляду


. (8)


Коефіцієнт cjk зв'язує комплексну амплітуду поля k-ї моди, що падає на об'єкт, з комплексною амплітудою поля j-ї моди, розсіяної об'єктом. Матриця для випадку зворотного розсіювання є усіченою (точніше, двомодовою) матрицею зворотного відбиття, що, у свою чергу, є підматрицею-клітиною матриці розсіювання даного хвилеводного вузла. У випадку прямого розсіювання є, відповідно, підматрицею-клітиною проходження. Методом орієнтованих графів отримане топологічне подання системи лінійних алгебраїчних рівнянь, що описують зв'язки між комплексними амплітудами сигналів на вході і виході квазіоптичного вимірювального тракту. Рішення орграфа з використанням правил перетворення топологічних ланцюгів такого типу, дозволило одержати рівняння вимірювального перетворювання і вивести розрахункові співвідношення для оцінки впливу неідеальності параметрів радіовимірювального тракту на похибки вимірювань розсіяних сигналів. Зокрема, отримано наступну розрахункову формулу для оцінки граничної похибки вимірювання ефективної площі розсіювання (ЕПР) об'єкта, досліджуваного методом КХМ:


, дБ (9)


де G – динамічний діапазон вимірювання ЕПР, QA – параметр, що характеризує чистоту поля основної хвилі, збудженої у ПДХ у перетині А-А на виході з зони випромінювання (рис.1), l1 – довжина ПДХ між зоною випромінювання і робочим об'ємом, ?a – коефіцієнт погонної самофільтрації ПДХ.

За допомогою представленої математичної моделі отриманий також уточнений вираз для розрахунку довжини фільтруючої секції ПДХ, що забезпечує необхідну чистоту поля основної моди на вході робочого об'єму МКП при наявності вищих мод, що збуджуються у зоні випромінювання.

Проведені оцінки дозволили установити межі застосовності методу КХМ і зробити