Чисельний аналіз розв’язуючих властивостей неоднорідної імпедансної смуги

 

4.1 Залежність розв’язуючих властивостей неоднорідної імпедансної смуги від кількості імпедансних смужок, розташованих на ній

 

В [5] показано, що ширину імпедансної смуги доцільно вибирати не більш за 5λ. Надалі всі розрахунки в дипломній роботі будуть дані для випадку .

Для оцінки розв’язуючих властивостей імпедансної смуги на величину розв’язки були проведені розрахунки величини для різних значень імпедансу на смузі

При практичній реалізації імпедансної смуги за допомогою ребристої структури її канавки можуть бути розташовані на різній відстані друг від друга і мати різну ширину. У [4] показано, що канавки ребристої структури не впливають одна на одну в тому випадку, коли вони знаходяться друг від друга на відстані не менш 0,1λ. У зв'язку з цим необхідно з'ясувати, як буде мінятися величина в тому випадку, якщо розподіл імпедансу на смузі буде неоднорідним, тобто таким же. як у ребристої структури. Для цієї мети були розглянуті 3 канавки різної ширини і глибини: перша канавка шириною , друга канавка шириною , третя канавка шириною . Використовуючи розподіли імпедансу , , , були проведені наступні розрахунки:

1).Розраховувалася величина для випадку, коли на смузі на відстані не менш за друг від друга розташовувались від однієї до десяти імпедансних смужок з імпедансом зазначеним вище.

2). Розраховувалася величина для випадку, коли на смузі розташовувалося п імпедансних смужок із зазначених трьох типів. При цьому відстань між канавками вибиралося так, щоб перша і друга канавки розташовувалася на краях імпедансної смуги, а інші розташовувалися рівномірно.

3). Для вище зазначених умов розраховувались модуль, дійсна та мнима частини щільності поверхневого струму на імпедансній смузі.

В якості прикладів на рис 4.1 - 4.8 приведені залежності коефіцієнта придушення h та модуля, дійсної та мнимої частини щільності струму від кількості імпедансних смужок для різних значень імпедансу.

 

Рисунок 4.1- Залежність коефіцієнта придушення h від кількості імпедансних смужок шириною (товста лінія), (тонка лінія), (пунктирна лінія), при , коли ширина

 

 

Рисунок 4.2- Залежність модуля щільності струму від , коли кількість імпедансних смужок шириною дорівнює одної (товста лінія), десяти (тонка лінія), при , для ширини

 

 

Рисунок 4.3- Залежність дійсної частини щільності струму від , коли кількість імпедансних смужок шириною дорівнює десяти при (товста лінія), (тонка лінія), (пунктирна лінія) для ширини

 

Рисунок 4.4 - Залежність мнимої частини щільності струму від , коли кількість імпедансних смужок шириною дорівнює десяти при (товста лінія), (тонка лінія), (пунктирна лінія) для ширини

 

Рисунок 4.5- Залежність коефіцієнта придушення h від кількості імпедансних смужок шириною (товста лінія), (тонка лінія), (пунктирна лінія), при , коли ширина

 

 

Рисунок 4.6- Залежність модуля щільності струму від , коли кількість імпедансних смужок шириною дорівнює одної (товста лінія), десяти (тонка лінія), при , для ширини

Рисунок 4.7- Залежність коефіцієнта придушення h від кількості імпедансних смужок шириною (товста лінія), (тонка лінія), (пунктирна лінія), при , коли ширина

 

 

Рисунок 4.8- Залежність модуля щільності струму від , коли кількість імпедансних смужок шириною дорівнює одної (товста лінія), десяти (тонка лінія), при , для ширини

Таблиця 4.1 - Значення коефіцієнта придушення η для величіні імпедансу , для випадку ,

Кількість імпедансних смужок	Коефіцієнт придушення
	3,306519	9,132321	10,82821
	7,22311	11,95837	14,4792
	9,217876	13,15016	16,18134
	10,20602	14,59649	17,84981
	11,28452	16,05395	20,85445
	11,06771	19,77389	22,9465
	12,64743	22,37583	25,06605
	14,15773	23,48651	27,98781
	14,81408	24,54703	31,49478
	14,74475	24,13554	34,42082

 

Таблиця 4.2 - Значення коефіцієнта придушення η для величіні імпедансу , для випадку ,

Кількість імпедансних смужок	Коефіцієнт придушення
	3,315967	-4,40934	2,641496
	7,185295	-1,35E-01	8,528676
	8,92007	6,213767	12,17843
	11,63979	14,59649	15,20191
	14,7238	16,05395	18,75092
	13,61169	19,77389	22,07922
	19,24161	22,37583	25,06591
	21,09813	23,48651	25,38271
	19,67355	24,54703	27,66493
	17,32593	24,13554	30,384

 

Таблиця 4.3 - Значення коефіцієнта придушення η для величіні імпедансу , для випадку ,

Кількість імпедансних смужок	Коефіцієнт придушення
	23,50346	30,01264	31,20494
	27,10528	34,61684	36,55121
	28,52084	36,59518	39,10745
	30,45029	38,00271	40,81061
	32,69935	40,52603	43,2585
	32,10675	41,69963	44,99536
	35,46191	44,50186	47,42205
	37,53613	44,31997	46,63605
	37,21793	45,07711	48,00521
	36,17807	44,91192	49,26496

Із проведених розрахунків можна зробити слідуючи важливі висновки:

1). В області де на імпедансних смужках розподілений ємнісний імпеданс зі збільшенням їх числа на імпедансній смузі значення коефіцієнта придушення збільшуються. При цьому збільшення кількості імпедансних смужок більш ніж вісім не приводить до значного зросту значення коефіцієнта придушення.

2). Коли на імпедансних смужках розподілений ємнісний імпеданс, то зі збільшенням їх ширини значення коефіцієнта придушення збільшуються.

3) Із рисунка 4.2 видно, що осцилюючий характер модуля струму виникає на самих імпедансних смужках. Значення модуля струму при десятьох імпедансних смужках менш ніж при одній, що приводить до збільшення значень коефіцієнта придушення. Також максимальне значення поверхневого струму знаходиться біля джерела магнітного струму. Струм який розповсюджується на імпедансній смузі убуває.

4). Із рисунків 4.3-4.4 видно, що дійсна та мнима частини поверхневого струму мають найбільше значення біля джерела досягають при індуктивному імпедансі (випадок коли на імпедансній смузі розповсюджується поверхнева хвиля), а найменше значення при ємнісному імпедансі . Характер змінення струму на імпедансній смузі при різних імпедансах однаковий.

5). Коли на імпедансній смузі розповсюджується поверхнева хвиля мається область, в якій коефіцієнт придушення від’ємний () див. рисунок 4.5. Також є області, в якій коефіцієнт придушення зі збільшенням кількості імпедансних смужок зменшується. Це явище можна пояснити наступним чином. На імпедансній смузі інтерферують дві хвилі – падаюча та відбита. Ці хвилі інтерферують в місцях, де знаходяться імпедансні смужки, при цьому якщо вони протифазні, то коефіцієнт придушення збільшується, якщо вони синфазні, то коефіцієнт придушення зменшується.

6). Із рисунка 4.6 видно, що осцилюючий характер модуля струму виникає на самих імпедансних смужках, при цьому струм відбивається від країв імпедансних смужок. Значення модуля струму, як і у випадку ємнісного імпедансу при десятьох імпедансних смужках менш ніж при одній, що приводить до збільшення значень коефіцієнта придушення. Також максимальне значення поверхневого струму знаходиться біля джерела магнітного струму. Струм який розповсюджується на імпедансній смузі убуває.

7). Із рисунка 4.7 видно, що в області де на імпедансних смужках розподілений індуктивний імпеданс зі збільшенням їх числа на імпедансній смузі значення коефіцієнта придушення збільшуються. При цьому збільшення кількості імпедансних смужок більш ніж п’ять не приводить до значного зросту значення коефіцієнта придушення.

8). Із рисунка 4.8 видно, що для імпедансу , як і у випадку ємнісного імпедансу, осцилюючий характер модуля струму виникає на самих імпедансних смужках. Значення модуля струму при десятьох імпедансних смужках менш ніж при одній, що приводить до збільшення значень коефіцієнта придушення. Також максимальне значення поверхневого струму знаходиться біля джерела магнітного струму. Струм який розповсюджується на імпедансній смузі убуває.

9). Із таблиць 4.1-4.3 випливає, що найбільше значення коефіцієнта придушення можна досягти при індуктивному імпедансі, у випадку коли на імпедансній смузі не розповсюджується поверхнева хвиля, при десяти імпедансних смужках та їх ширині . При цьому виявилося, що величина має найбільше значення в тому випадку, коли імпедансні смужки розташовані безпосередньо біля країв імпедансної смуги. Цей факт погодиться з поняттям «злітної» і «посадкової» площадок, введеним у теорії поширення радіохвиль над неоднорідною поверхнею Землі.

Проведені розрахунки показують, що збільшення ширини імпедансних смужок при однаковому їхньому числі, приводить до зменшення величини .

 

4.2 Аналіз діапазонних властивостей неоднорідної імпедансної смуги

 

При практичній реалізації розв’язуючої плоскої структури необхідно враховувати її діапазонні властивості. Для оцінки діапазонних властивостей розв’язуючої імпедансної смуги розраховувалась величина для випадку, коли на смузі на відстані не менш за друг від друга розташовувались від однієї до десяти імпедансних смужок з імпедансом , , .

В якості прикладів на рис 4.9-4.11 приведені залежності коефіцієнта придушення h від при коли ширина імпедансної смуги .

 

 

Рисунок 4.9- Залежність коефіцієнта придушення h від довжини хвилі при , коли на імпедансній смузі розташована одна смужка (товста лінія), та десять смужок (тонка лінія), для , коли ширина

 

 

Рисунок 4.10 - Залежність коефіцієнта придушення h від довжини хвилі при , коли на імпедансній смузі розташована одна смужка (товста лінія), та десять смужок (тонка лінія), для , коли ширина

 

 

Рисунок 4.11 - Залежність коефіцієнта придушення h від довжини хвилі при , коли на імпедансній смузі розташована одна смужка (товста лінія), та десять смужок (тонка лінія), для , коли ширина

 

Таблиця 4.4 - Значення коефіцієнта придушення η для величіні імпедансу , при , для випадку ,

Довжина хвилі	Коефіцієнт придушення
1,5	11,1245	25,21505
	10,32174	23,01865
2,5	9,676311	20,85377
	9,145582	21,7781
3,5	8,698455	21,85748
	8,313919	21,70971
4,5	7,977633	21,47243
	7,679528	21,19706
5,5	7,412326	20,90591
	7,170615	20,61089

 

Із проведених розрахунків можна зробити слідуючи висновки:

1). Коли на імпедансній смузі розташовані смужки з ємнісним імпедансом, то зі збільшенням чи зменшенням довжини хвилі значення коефіцієнта придушення змінюються відповідно. При цьому значення коефіцієнта придушення при десяти смужках приблизно на 10 дБ більш ніж при одній смужці (див. рис. 4.9).

2). Із рисунку 4.10 видно, що характер змінення коефіцієнта придушення для різної кількості імпедансних смужок однаковий. Зі збільшенням кількості імпедансних смужок коефіцієнт придушення значно зменшується. Розв’язуючі властивості імпедансної смуги з однією смужкою зі збільшенням довжини хвилі більш ніж покращуються. При .

3). Із рисунку 4.11 видно, що характер змінення коефіцієнта придушення для різної кількості імпедансних смужок однаковий. Зі збільшенням кількості імпедансних смужок коефіцієнт придушення збільшується.

4). В області коли на імпедансній смузі не розповсюджується поверхнева хвиля (див. рис 4.11), як і у випадку імпедансної смуги з однорідним розподілом імпедансу, зі збільшенням довжини хвилі від 3 см до 3,4 см коефіцієнт придушення збільшується. Максимум розв’язки при різній кількості імпедансних смужок досягає при .

5). При довжині хвилі коефіцієнт придушення зменшується незначно.

6). Із таблиці 4.4 випливає, що найбільше значення коефіцієнта придушення досягає у випадку, коли довжина хвилі дорівнює при різній кількості імпедансних смужок для .

Із проведеного аналізу властивостей неоднорідної імпедансної смуги випливає наступне:

- найбільше значення коефіцієнта придушення можна досягти при індуктивному імпедансі, у випадку коли на імпедансній смузі не розповсюджується поверхнева хвиля;

- найбільше значення коефіцієнта придушення можна досягти у тому випадку, коли імпедансні смужки розташовані безпосередньо біля країв імпедансної смуги;

- коли на імпедансних смужках розподілений ємнісний імпеданс, то така розв’язуюча імпедансна смуга є широкополосною;

- найбільше значення коефіцієнта придушення можна досягти у тому випадку, коли на імпедансних смужках розподілений індуктивний імпеданс та не розповсюджується поверхнева хвиля при зменшенні довжини хвилі.

 

ВИСНОВКИ та ПРОПОЗИЦІЇ

 

В дипломній роботі проведено аналіз розв’язуючих властивостей імпедансної смуги з однорідним та неоднорідним розподіленням імпедансу. Проведені дослідження діапазонних властивостей імпедансної смуги з однорідним та неоднорідним розподіленням імпедансу. Результати роботи такі.

1. Для розв’язки між передавальною та приймальною антенами доцільно використовувати імпедансну смугу, на якій розподілений однорідний імпеданс, у випадку відсутності поверхневої хвилі, коли розподілений ємнісний чи індуктивний імпеданс в області .
2. Максимальне значення коефіцієнта придушення, який характеризує розв’язку, досягає коли на імпедансній смузі розподілений індуктивний імпеданс у випадку відсутності поверхневої хвилі. Але при цьому імпедансна смуга е вузькополосною. Тільки у випадку коли на імпедансній смузі розподілений ємнісний імпеданс, така смуга є широкополосною.
3. Збільшенням ширини імпедансних смужок при ємнісному імпедансі та однаковому їхньому числі, приводить до зменшення величини коефіцієнта придушення.

4. Найбільшого значення коефіцієнта придушення можна досягти при неоднорідному індуктивному імпедансі, у випадку коли на імпедансній смузі не розповсюджується поверхнева хвиля. При цьому виявилося, що величина має найбільше значення в тому випадку, коли імпедансні смужки розташовані безпосередньо біля країв імпедансної смуги. Цей факт погодиться з поняттям «злітної» і «посадкової» площадок, введеним у теорії поширення радіохвиль над неоднорідною поверхнею Землі.

1. Розв’язуюча імпедансна смуга з неоднорідним імпедансом є широкополосною тільки у випадку розподілення на ній ємнісного імпедансу.
2. За допомогою розв’язуючої імпедансної смуги з неоднорідним індуктивним імпедансом, у випадку коли на імпедансній смузі не розповсюджується поверхнева хвиля, можна досягти найбільшого значення коефіцієнта придушення, але при цьому така структура буде вузькополосною.

Отримані в дипломній роботі результати можуть бути використані на практиці при розробці ребристих структур, які використовуються в якості розв’язуючих приладів.

 

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Терешин О.Н. Развязка двух антенн щелевого типа, при помощи ребристой структуры, расположенной в плоскости щелей // Радиотехника и электроника. – 1960. - № 12. – С. 1943-1950.

2. Кюркчан А.Г. Связь между антеннами в присутствии ребристых структур // Радиотехника и электроника, АН СССР, 1985. - № 7. – С. 1362.

3. Цалиев Т.А., Черенков В.С. Анализ развязывающих свойств однородной импедансной полосы, расположенной на бесконечном экране // Радиотехника и электроника. – 1983. – № 1. С. 165-167.

4. Черенков В.С., Гладких В.И. Анализ развязывающих свойств ребристой структуры // Наукові праці ОНАЗ ім. О.С. Попова. – 2003. – № 2. – С. 43-48.

5. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. – М.: Радио и связь, 1983. – 376 с.

6. Терешин О.Н., Седов В.М., Чаплин Л.Ф. Синтез антенн на замедляющих структурах. – М.: Связь, 1980. – 135 с.

7. Лошухин Ю.Я., Чимитдоржиев Н.Б. Уменьшение взаимного влияния антенн на неровной проводящей кромке // Тезисы докладов и сообщений Всесоюзного научно-технического симпозиума «Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств». – М.: 1986. С. 57-58.

8. Ямпольский В.Г., Фролов О.П. Антенны и ЭМС. – М.: Радио и связь, 1983. – 272 с.

9. Полищук И.М., Черенков В.С. Об электродинамическом подходе к задаче синтеза антенн с излучающим отверстием в металлической поверхности // Радиотехника и электроника. – 1973. - № 12. – С. 242 250.

10. Полищук И.М., Черенков В.С. Задача дифракционного синтеза антенн с дополнительным условием на уровне поля в зоне тени // Радиотехника и электроника. – 1980. - № 7. – С. 1405-1419.

11. Чаплин А.Ф. О единственности решения уравнений Максвелла в области с импедансными граничными условиями // Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника. – 1967. - № 12. – С. 1214-1218.

12. Цалієв Т.А. Електромагнітна сумісність радіоелектронних засобів. Ч.2 Методи забезпечення електромагнітної сумісності радіоелектронних засобів: Конспект лекцій. – Одеса: ОНАЗ, 2003. – 153 с.

13. Чаплин Л.Ф. Возбуждение импедансной полосы на бесконечном экране // Известия вузов. Сер. Радиофизика. – 1963. - № 3. – С. 585-590.

14. Терешин О.Н., Покас Г.И. Синтез пассивных структур, обеспечивающих заданную коррекцию ближних и дальних полей антенны с произвольной поляризацией // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Теоретическая радиотехника. – 1975. – Вып. 5. – С. 134-144.

15. Васильев Е.Н. Возбуждение тел вращения. – М.: Радио и связь, 1987.

16. Верлань А.Ф., Сизиков В.С. Интегральные уравнения: методы, алгоритмы, программы. Справочное пособие. – Киев: Наукова Думка. – 1986. – С. 543.

17. Черенков В.С. Рекуррентные формулы в задачах дифракции волн на неоднородной импедансной плоскости // Наукові праці УДАЗ ім. О.С. Попова. – 2000. - №1. – С. 42-46.

18. Гладких В.И. Разработка рекуррентных методов решения задач радиосвязи, моделируемых интегральными уравнениями // Диссертация на соискание научной степени к.т.н. – ОНАС, 2004, 168 листов

19. Справочник по специальным функциям. Под редакцией М. Абрамовица и И. Тигана. – М.: Наука. – 1979.

20. Градштейн И.С., Рыжик И.М. и др. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. – М.: Наука. – 1974.

21. ДСТУ 3008 – 95. Документація. Звіти у сфері науки і техніки. Структура і правила оформлення. – К.: Держстандарт України. 1995. – 38 с.

 

ДОДАТОК А

 

Рисунок А.1 Функціональна блок-схема загального алгоритму

ДОДАТОК Б