CC BY
8
статьи и монографии по тонкопленочным элвктролюминесцентным индикаторным устройствам.
Самохвалов Константин Михайлович, студент экономико-математического факультета УлГУИмеет публикации в области математ ического моделирования и разработки программного обеспечения.
УДК 621.396.67
МБ. МАРЧЕНКО
АНТЕННАЯ СИСТЕМА ЩМЕРИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ РАДИОВОЯНОВЫМ МЕТОДОМ
Рассмотрена проблема антенной системы установки, для намерения диэлектрической проницаемости, приводящая к появлению погрешности измерения Указан возможный путь расчёта данной погрешности с применением современной ЭВМ.
; 'VI иЯИ? Д ■ СУ 1 ■■ - I- \т ■
•
Диэлектрические материалы широко применяются в радиотехнической промышленности. Б большинстве случаев свойства диэлектриков существенно влияют на характеристики изготавливаемых на их основе изделий. В антенной технике, например, жесткие требования предъявляются к обтекателям Современная технология производства требует высокую степень повторяемости изготавливаемых изделий согласно заданным параметрам. Для этого можно измерять свойства образцов малых размеров при различных внесших воздействиях. Радиоволновый метод считается наиболее подходящим для этой цели. Преимущества этого метода перед другими заключается в том, что он позволяет измерять характеристики образца без непосредственного контакта с ним [1,2,3].
Метод имеет несколько модификаций. В одном случае образен помещается между передающей и приемной антеннами и измеряется
комплексный коэффициент прохождения. Во втором случае антенны
» •
помещаются с одной стороны образца, и измеряется комплексный коэффициент отражения. Возможна также и комбинация первого и второго случае*. Измеренный коэффициент прохождения или отражения позволяет определить как электрические, так и неэлехорические параметры образца.
Система антенн измерительной установки может вносить значительную методическую погрешность в измерения. Выделяют несколько причин, вызывающих искажения измерений. Во-первых, малые размеры образца или широкая диаграмма направленности антенн приводят к тому, что часть
^ Весгшкк УлГТУ 2/2001
излучаемой энергии огибает образец и попадает в приёмную антенну. Во-вторых, исследуемый образец приходится располагать в ближней зоне антенн. Это вызвано малыми разменами образца, а также небольшой
А • * А* " '
зн^гетикой установки. Расположение же образца в дальней зоне приводит к дафрамщи радиоволн, увеличивает габарщн установки, а также снижает и без того низкий уровень принятой СВЧ энергии, компенсировать который можно применением СВЧ усилителей с низким уровнем шума, чтоудорожает стоимость установки.
Сильная неоднородность ближнего поля приводит к тому, что небольшие перемещения образца в пространстве относительно зондирующих антенн сопровождаются значительными колебаниями результатов измерений. Характер этих колебаний описан в литературе. Количественное же их описание носит приближённый и неоднозначный характер [4]>
Практическое измерение зависимости принимаемой мощности от положения пластинки показывает неоднозначность получаемых результатов. В таблице 1 к на рисунке 1 приведены результаты измерения
л
проходящей мощности на 3 см диапазоне для диэлектрической пластины.
Как видно, перемещение пластины в небольших пределах приводит к
• *
значительным колебаниям принимаемой мощности. Измерения проводились методом прохождения в безэховой камере. Пластинка располаг алась в зоне Френеля обеих антенн. Поворот пластины в сторону от оси антенн, вызывающий изменение угла отражения, не приводил к качественному изменению показаний, то есть в данном случае влияние
стоячей волны на результаты измерений можно исключить.
! . .
Таблица 1.
Зависимость принимаемой мошности от положения пластины
Ъ, см -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5
Р/Т*о 0.78 0.91 0.78 0.80 0.96 0.81 0.83
«
[ 2,см 0 0.5 1:0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 •
?/Ро 1 °-97 ] [_ С.80 0.89 0.97 0.80 0.99 1.00 0.80
Видно, что изменение принимаемой мощности в данном случае доходит
9
до 25%. Точные измерения характеристик материала пластины при этом затруднительны. Практически измеренные данные усредняют и далее опираются на них, но правомерность усреднения ничем не закрепляется. Поэтому и возникает" вопрос о верное™ измеряемых свойств материала в ближней зоне антенн.
« •
УлГТУ •¿'"¿СОТ:
1 1 ]
0,7 4-i-i-i--1-1--i-f—i-1-—b—I-i--1---1
-3.5 -2,5 -1,5 -0,5 0,5 1,5 2,5 3.5
Скещакжз Z, см
• «. • • • • •••• — • и. . , ••••« • • • • • • Г-- •• - * 4 •
Рис. 1. Колебания пришшаемой мощности ......
.а» • тштт • * I • • • • U • • ' • . • • V
в ш - . • • • а • t • - • Ч •• • •
* •
Изучению картины ближнего ноля антенн а присутствии посторонних
. •/ X — • • Л «/ \
предметов, даже идеальных,. посвящено очень, мало .работ. В литературе можно найти грубые оценки результирующего поля, но лучшим всё же считается экспериментальное исследование картины поля и внесение в
« • • • • • • ' ••• • в .4 • • ' • • •• •« •
измерешясоответствующйх пойравок "[5]г Л1одсбные исследования были проведены ещё в 60-70-х годах. С тех пор в згой области существенно ничего не изменилось.
Достаточно хорошо изученным можно считать ближнее поле различных антенн в свободном пространстве. Этот вопрос актуален в технике антенных измерений. Для больших антенн проблематично измерить поле в зоне Фрауягофера, поэтому измерения поля антенны проводят в зоне Френеля. Картина ближнего поля некоторых антенн приводится в [б], После этого с помощью специальных преобразований рассчитывают диаграмму направленности антенны [7?8].
Малые размеры образца заставляют использовать в установке в качестве антенн фокусирующие системы. С их помощью становится возможным сконцентрировать энергию излучения только на исследуемой
пластине. Поле фокусирующих антенн не имеет точной математической
• • • •
модели и описывается применительно к конкретным областям излучаемого поля. Наибольший практический интерес представляет фокальная область. Поле з фокальной области может быть представлено через поле эквивалентной синфазной антенны в зоне Фраунгофера [9]. Кроме того, через эквивалентную синфазную антенну возможен расчёт фокусирующей
антенны по заданному распределению поля з фокальной области.
• ^^ * * »■■ • .
Глубокие исследования поля фокусирующих антенн диапазона СВЧ в литературе не встречаются. В то же время фокусирующие системы нашли очеть широкое применение в звуковой и ультразвуковой технике. В 70-80-е годы - было проведено значительное количество работ по изучению звук©вых полей разлкчвых излучателей., в том числе фокусирующих. Например, монография [10] полностью посвящена этому
щ
г ? В&г^ик УлГТУ 2/2001
вопросу. Поскольку природа элеюромагшпных и звуковых колебаний носит волновой характер, то возможно заимствование результатов исследований из одной области в другую.
Наличие математического описания ближнего поля даёт возможность создать модель его взаимодействия с посторонними предметами. Таким образом, задача сводится к изучению дифракции заданного поля на заданном теле. Можно существенно упростить задачу, пренебрегая взаимными отражениями между антенной и образцом. На практике это означает, что размеры антенны или образца должны быть достаточно малыми.
Образец чаще всего представляет собой плоскую пластину. Поскольку считается, что на нее падает вся энергия излучения антенны, то пластику в задаче можно представить идеально бесконечной, что исключает огибание ее волнами и упрощает решение.
Поле излучения антенны в зоне Френеля, где располагается пластина, является сферическим. Для расчета прошедшего или отражённого поля удобно представить сферическую волну в виде суперпозиции плоских
волн. Тогда для каждой плоской волны задача имеет хорошо щученное
_ . •
решение. Суммарное результирующее поле получается при сложении всех сосгашьпощих плоских воля. Такой метод решения зада^ш подробно описан в монографии [11]. Математически задача описывается интегральным уравнением.
Сложность метода заключается в большом объёме вычислительной работы. Без привлечения вычислительной машины метод даёт лишь грубые приближения [4]. За последние десять лет вычислительная техника значительно изменилась. Мощность современных ЭВМ и наличие тотальных алгоритмов [7] позволяют проводить вычисления, высокой сложности. Так, например, возможность представления интегрального уравнения в виде одного или нескольких преобразовании Фурье, для которого разработаны быстрые алгоритмы вычисления, может существенно, более челм в десять раз, повысить скорость отыскания решений.
Поставленная задача взаимодействия излучаемого поля с диэлектрической пластиной в общем случае является задачей дифракции. Решение задачи дифракции сферического ноля плоским предметом дозволит определить связь между пространственным положением образца
в измерительной системе и точностью измерения его свойств.
► •
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
щ •
1, Брадят А. А. Исследование днэдеетркко» на сверхвысоких чагаггах/ШФМД^М.. 1963, ' '
2. Высстчгтслжик метод дамереш*я кезяекгрйчесхих ¿еличин / Вадстаров В.А. и др.
тЩщ 1978.
• < • • • • •• ' ^ • • »• - • 1«
в
I '<•* в 1 ^ 9
Вгстшн УлГТУ 2ЙЮ01 19
3. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Стшавочник. В 2 кн. / Под ред. В.В.50поева. М.: Машиностроение, 1986.
4. Арсадев И.Е. Влияние близости приемной и передающей ангекк на нзмерзняе диэлектрической яронтдемостн вещества /А Радиотехника и элегсгроника. [970-N10.
5. Радио&змерения на миллиметровых волнах/ Бурдун Г. Д., Валетов P.A. к др.;Под ред. ГДБурдуна. Харьков: йзд*во /СГУ, 1958.
6. Сканирующие антенные системы СВЧ / Под ред. Р.Хансена. М.: Сов. радио, 1966.
7. Методы измерения характеристик днгенн СВЧ / Под ред. Н.МДейтлина. М.: Радио < и сзязь, 1985,
8. Фрэдан А.З., Рыжков Е.В. Измерение параметров антенно-фидеркых устройств. М.: Связь, 1972.
9. Трефилсв H.A. Технологический контроль радиопрозрачных диэлектриков ори нагреве Саратов: Изд-зо СГУ, 1989.
10. Каневский Й.Н. Фокусирование звуковых и ультразвуковых волн. М.: Паука, 1977.
11. Бреховсхих JIM. Волны в слоистых средах. М.: Изд-вс АН СССР, 1957.
»
*
%
Марченко Максим Владимирович, аспирант кафедры «Радиотехника» УяГТУ.
У - 1 ' *
4
УДК 681.335
Д.В.АНДРЕЕВ
тИИЩШЫ ОРГАНИЗАЦИИ РЕЛЯТОРНЫХ РАНГОВЫХ ФИЛЬТРОВ СО СГРУКТУРНОНЕЗАВИСИМОЙ •НАСТРОЙКОЙ*
Рассмотрена специфика организации реляторнш сетей, обеспечиваюгцга структурконезависшлую настройку па заданный алгоритм ранговой селекции аналоговых сигналов.
щ
Современные системы управления, контроля, диагностики и другие часто требуют обязательного включения в свой состав вычислительных средств, ориентированных на высокогфоизводительную обработку непрерывной (аналоговой) информации в режиме реального времени. К таким средствам могут быть отнесены коммутационно-логические преобразователей и сети, построенные в элементном базисе реляторов [1] (аналоговых элементов с высокой концентрацией воспроизводимых операций и функций) и предназначенные для решения типовых задач
* ? ¿бота выполнен^ щул финансовой поддержке Микистерстеа образования РФ (шифр
грайтз. 100-3.3-2659) <v * , - %
t
Вевтешг УаПУ 2/2С01
ранговой обработки аналоговых сигналов (адресная или ранговая идешификация, селекция, сортировкам др.).
Эффективную математическую основу синтеза указанных реляторных устройств 'храдихщонно составл^т логшсо-аш-ебраический ; аппарат предикатной- алгебры выбора (Ш\В) [2] и его частная реализация -прикладная теория непрерывной логики (НЯ). При этом сама процедура синтеза обычно сводится к получению необходимых ПАВ- или НЛ-функций (математических моделей заданных реляторных устройств), выраженных через базовые операции соответственно ПАВ или НЛ, и к последующему схемному воплощению этих функции в адекватном ПАВ и НЛ элементном базисе реяяторов.
Основным недостатком известных реляторных устройств [Г] является фиксированная зависимость их структуры от воспроизводимой фуккщш, что обуславливает актуальность задачи поиска таких математических ПАВ- или ШТ-мсделен, которые обеспечат построение реляторных комм>тациошю-логических преобразователей (сетей), обладающих возможностью структурнонезависимой настройки на заданный алгоритм обработки информации.
В статье указанная задача решается применительно к синтезу реляторных сетей, предназначенных для ранговой селекции аналоговых сигналов.
Исходной для построения типовых ранговых селекторов (фильтров) традиционно является ранговая НЛ-фушашя [3], дизъюнктивная нормальная форма которой имеет вид
~ У (х/г А... А Х1п )> (1)
где х1Г е {хх,...>хп - континуальные переменные, представ-
* 1 яяемые при аппаратурной реализации аналоговыми сигналами; N -Сп~ -
количество неповторяющихся НЛ-конъюнкций х,г л ...л хт, определяемое
как число сочетаний из п по г -1.
Согласно (!) воспроизводится комбинаторная операция
(г)
.г. яри х-. ~хК }
хп при х„ = х(г) . .
еелекщш переменной зздашюго ранга г е ¡1у...7п из мяожШЖ
9...9Хп} ' = ^ ~
V
Весг-нкк У яГТУ 2/2001
5.1
