CC BY
48
УДК 621.396.67(045)
А.О. Касьянов, В.И. Загоровский
РАЗРАБОТКА СВЧ - КОМПОНЕНТОВ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СЕТИ
СБОРА ОПЕРАТИВНОЙ ИНФОРМАЦИИ ОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
ОБСТАНОВКЕ В АКВАТОРИИ
Статья посвящена вопросам применения методов радиолокации к решению задач дистанционного измерения параметров водных сред. Рассматривается элемент радиолокационной сети сбора экологической информации - управляемая отражательная решетка микрополосковых элементов. Приведена методика расчета характеристик рассеяния в зависимости от параметров решетки, основанная на методе интегральных уравнений.
ВВЕДЕНИЕ
Сейчас в начале третьего тысячелетия обозначились как достижения совре-, , последствия этого развития. Решение проблем охраны окружающей среды во многом зависит от разработки и внедрения технических средств контроля параметров . -ской информации, установленных, например, на плавающих буях в различных точках акватории может стать решением проблемы оперативного экологического мо.
возможности управления характеристиками отраженного поля в соответствии с изменениями во времени сигналов экологических датчиков. Для целей создания некоторой поверхности с управляемыми электрическим способом свойствами удобна периодическая решетка микрополосковых элементов с управляемыми нагрузками. В качестве нагрузок могут служить полупроводниковые диоды, шунтирующие каждый микрополосковый элемент. Изменение управляющего напряжения смещения на диодах обеспечивает управление отраженным от такой решетки .
существенно уменьшить вес, габариты и стоимость антенны-отрадсателя для ра.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
.
магнитодиэлектрика толщиной ё в узлах двоякопериодической бесконечно протяженной сетки с прямоугольной формой ячейки расположены микрополосковые элементы произвольной формы (рис. 1), где ёг,ё2- периоды решетки вдоль осей X и у соответственно. Микрополосковые элементы будем считать идеально проводящими. В слое магнитодиэлектрика расположены управляемые нагрузки, шунтирующие в N точках каждый микрополосковый элемент. Управляемые нагрузки представляют собой проводящие штыри, нагруженные на сосредоточенные нагрузки, каждая из которых имеет управляемый поверхностный импеданс. Распределение поверхностного импеданса сосредоточенных нагрузок описывается функцией (гг). Пусть элементы решетки возбуждаются плоской волной произволь-.
Рис.1. Геометрия задачи
Математическая модель. Для расчета параметров рассматриваемой микро-полосковой решетки применен метод интегральных уравнений. Использование леммы Лоренца [2] и условия непрерывности касательных составляющих электрического и магнитного полей на свободной от металлизации поверхности решетки приводит к системе скалярных интегральных уравнений:
| К ({ ( р)+К { р)] - Ех (я )[н 1У ( р)+Н2у ( 4 -
5 о
- |[н2(я)](р№я'--1[2,Е2(я)]2(я,р^я' = -Ы 1 (я“,р),
Як Як
| К (я )[ [ ( р)+К ( р)] - ] (я )[ 1[ (я, р)+н 2У (я, р)] я'-
5 о
- ^ [2 , Н2 (я )]Е^2 ( р)^ ' -- ^ [2 , Е2 (я)] 2 ( р)5я' = -1н 1 ( р),
«к Як
* (р)= 1К (я К2Х (я р)]- Ех (я [ (я р)]я - |[} н2 (я )]е2 ( р)5я'
«о «к
|[ Е2 (я )] ( р)^ '
Е.
Тензорное ядро этой системы интегральных уравнений определяется из решения вспомогательных задач.
Учтем,что рассматривается периодическая решетка.Это обстоятельство позволяет перейти от интегрирования по всей поверхности решетки к сумме интегралов по единичной апертуре решетки.Дадьнейшее применение методов теории периодических структур позволяет посредством применения преобразования Фурье перейти при формулировке интегрального уравнения от поэлементного суммирования полей,отр^енных отдельными элементами,к суммированию по пространственным гармоникам поля,излученного решеткой [3].Последнее обстоятельство дает возможность сформулировать интегральное уравнение относительно неизвестных полей в апертуре решетки.
у
К ( у' Кп ( - Е у'- у) - Ех (( у')к12 ( - X у'- у )}$я' +
12т£ |(*')К13 ((, (, *'/х у,о) = -|н1 (я0,р) ,
(=1 -а
[Еу ( )Е 21 - X, у' - у)- Ех (х', у’)К 22 ((' - X, у'- у )}я' -
-12жг£ |Гг] (*,)к23 (, (, */ ху,о) = -|я 1 (я0, р}
]=1 -а
Е (ху' )Е31 (х' - Е у' - у)- ЕХ (х', у')к З2_(х'- х у'- у )}я' -
^ у
«а
-Пт—£ |J*] (*)к33(,((, */х,у, *) = (*)гп (*).
к2 (=1 -а
Коэффициенты Ктп(х’-х,у’-у) представлены через функции Грина дня соответствующих объемов.
Численное решение. Для численного решения системы интегральных уравнений применялся общий случай метода моментов,заключающийся в том,что для разложения неизвестной функции выбирается система базисных функций,опреде-ляется система пробных функций,берется скалярное произведение каждой пробной функции с левой и правой частями интегрального уравнения,в результате получается система линейных алгебраических уравнений (СЛАУ).В результате решения этой системы определяются коэффициенты разложения неизвестной функ-ции.В жадном случае в качестве базисных и пробных были использованы функции треугольной призмы,каждая из которых представляет собой произведение кусочно-постоянной функции в направлении протекания тока на дельта-функцию в перпендикулярном направлении.Такие пробные функции являются наиболее простыми из всех функций,обеспечивающих абсолютную сходимость рядов в коэффициентах СЛАУ [4], получающейся из векторного интегрального уравнения после применения к тему метода моментов.
Для представления электрических токов нагрузок применен кусочно. , ,
обеспечить равенство нулю производной по координате z от функции распределения тока нагрузки в точках его соединения с экраном и полосковым элементом. Указанный выбор базиса дает возможность в явном виде вычислить все интегралы, входящие в выражения для коэффициентов системы.
,
уравнений сведена к СЛАУ, коэффициенты которой вычисляются в явном виде. Определение коэффициентов СЛАУ составляет основную трудность и занимает большую часть машинного времени. Это связано с тем, что коэффициенты СЛАУ представляют собой двойные ряды.Дадьнейшее решение задачи заключается в решении СЛАУ и не вызывает затруднений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Поставлена и строго решена методом интегральных уравнений с привлечением теории периодических структур трехмерная задача электромагнитного возбуждения микрополосковой решетки с управляемыми нагрузками. Разработаны алгоритм и комплекс программ расчета на ЭВМ характеристик рассеяния микрополос. -диться в достоверности полученных численных решений. Полученные численные результаты позволяют выработать рекомендации по компоновочным схемам и характеристикам решеток различного назначения: импедансным нагрузкам, поляризаторам, радиолокационным отражателям и т.д.
Результаты настоящей работы могут быть использованы при разработке радиолокационных отражателей для абонентских сетей спутниковой связи, радиолокационных сетей сбора оперативной экологической информации и т.д.
ЛИТЕРАТУРА
1. Применение средств локации для контроля параметров водной среды / Под ред. К.Е. Румянцева. Таганрог, 1991.
2. Марков Г.Т.,Петров Б.М.,Г^динская ГЛ. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Сов. радио, 1979.
3. Р.Миттра. Методы анализа плоских частотно-избирательных решеток: Обзор. ТИИЭР. Т.76, №12. 1988.
4. C.H.Chan, R.Mittra. On the Analysis of Frequency-Selective Surfaces Using Subdomain Basis Functions. IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-38, no. 1, pp. 40-50, Jan. 1990.
УДК 543.42.061
. . , . .
СПЕКТРОФОТОМЕТР-АНАЛИЗАТОР
Целью работы является упрощение эксплутационных характеристик спектрофотометра при повышении его быстродействия, снижения габаритно-весовых и энергетических характеристик и обеспечения вывода информации в дискретной , -сителях и оперативной передачи по каналам коммутации.
В результате проведенного патентного поиска выявлено два прибора, наиболее отвечающих по техническим характеристикам требованиям экспресс-
