Время переключения сверхпроводящего защитного устройства в рупорной антенне Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

где

F(0, ф) = b(e) + —

sin у sin Є

-1 + Re

1 + Ь(е)е1ф

Jb2 (е)е2іф- 2Ь(е)еіф

d ,

cos— +1 2 у

x

ь(е)

e

tg - • ctg

е

ctg - • tg

- ,0 <e< y; 2

y

—, y < e < n. 2

Анализ поведения магнитного поля показал, что у вершины конуса по мере приближения к кромке

(ребру) у компоненты поля Не , перпендикулярной к кромке, обнаруживается «двойная» особенность

(7):

е = Т,Н е —. ' '(kr)-1-!')2”"2 Y'"d J

т/ф2 - (d/2)2

|ф = d,Hе ~Т=Ц'(krр-/(2sin2Y'lndJ

2 vm ,

что вполне согласуется с «классическими» результатами теории дифракции [12].

4. Заключение

В работе развит подход к решению дифракционных задач для незамкнутых конических структур, основанный на использовании интегрального преобразования Конторовича-Лебедева и метода задачи Римана-Гильберта. В случае полупрозрачного конуса и конуса с узкой щелью получено аналитическое решение задачи дифракции плоской электромагнитной волны. Исследованы спектр соответствующих граничных задач, структура поля и его поведение вблизи нерегулярной границы (кромки щелей, вершина конуса). Показано, что в структуре поля для конуса с узкой щелью присутствует волна типа

щелевой. При значительном увеличении числа щелей (N >> 1) данная волна не наблюдается. Это связано со спецификой возбуждения рассматриваемой конической поверхности. Предложенный алгоритм может быть использован и для решения нестационарных электродинамических задач с более сложной геометрической конфигурацией.

Литература: 1. Айзенберг Г. 3., Белоусов С.П., Журбенко Э.М. Коротковолновые антенны. М.: Радио и связь, 1985. 536с.

2. Гошин Г.Г. Граничные задачи электродинамики в конических областях. Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1987. 127с.

3. Беличенко В.П., Гошин Г.Г., Дмитренко А.Г. Математические методы в граничных задачах электродинамики. Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1990. 171с. 4. Ильинский А. С., Кравцов В.В., Свешников А.Г Математические модели электродинамики. М.: Высш. шк., 1991. 224с. 5. Шестопалов В.П. Сумматорные уравнения в современной теории дифракции. К.: Наук. думка, 1988. 252с. 6. Дорошенко В.А. Возбуждение конуса с продольными щелями магнитным радиальным диполем. Радиотехника. 1992, №97. С. 54-61. 7. Горяинов А. С. Дифракция плоской электромагнитной волны, распространяющейся вдоль оси конуса. // Радиотехника и электроника. 1961. Т6, №1. С. 47-57. 8. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Методы теории функций комплексного переменного. М.: Наука, 1987. 688с. 9. Гобсон Е.В. Теория сферических и эллипсоидальных функций. М.: И.Л., 1952. 476с. 10. Ван Бладель Я. Сингулярности поля вблизи вершины конуса // ТИИЭР. 1983. Т.71. С. 146-147. 11. Велиев Э.И., Носич А.И., Шестопалов В.П. Распространение электромагнитных волн в круглом волноводе с продольной щелью // Радиотехника и электроника. 1977. Т.32,№3, С.466-473. 12. Хенл X, Мауэ А., Вестпфаль К. Теория дифракции. М.: Мир, 1964. 428 с.

Поступила в редколлегию 17.12.1998 Рецензент: д-р физ.-мат. наук Николаев А.Г. Дорошенко Владимир Алексеевич, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры высшей математики ХТУРЭ. Научные интересы: электродинамика, математическая физика. Адрес: Украина, 310202, Харьков, пр. Победы, 52-Б, кв.90, тел. 36-04-38.

Климова Наталья Павловна, канд. техн. наук, доцент кафедры высшей математики ХТУРЭ. Научные интересы: математическая физика. Адрес: Украина, 310726, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. 40-96-19.

УДК 621.396.6

ВРЕМЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ЗАЩИТНОГО УСТРОЙСТВА В РУПОРНОЙ АНТЕННЕ

ФЫКА.И., ВАСИЛЬЕВ Д.Г.

Рассчитывается время переключения защитного устройства на основе высокотемпературного сверхпроводника в рупорной антенне для защиты радиоэлектронной аппаратуры от проникновения мощных электромагнитных воздействий малой длительности.

Защита радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) средств боевого управления и связи от проникновения электромагнитных воздействий через антенно-фцдерные устройства осуществляется использованием в качестве защитных устройств (ЗУ) газоразрядных и полупроводниковых приборов [1-5]. Обычно

такие ЗУ обеспечивают надежную защиту в случае, если длительность электромагнитного воздействия tE не менее их времени срабатывания Гу (для газоразрядных приборов Гу не менее 250' 10-9 с, для полупроводниковых — не менее 10-8 с). В случае, если ф<4зу, необходимо использование защитного устройства, построенного на другом физическом принципе и обладающего меньшим значением Гу.

С этой точки зрения наиболее перспективным является использование фазового перехода из сверхпроводящего (S) в несверхпроводящее (N) (или резистивное) состояние в высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП). Экспериментально было доказано, что такой переход осуществляется за время, не превышающее единицы пикосекунд [1].

Защитное устройство, построенное на основе ВТСП, располагается непосредственно в волноводе рупорной антенны. Для поддержания рабочей температуры (для ВТСП T«93 К) данное устройство должно быть помещено в жидкий азот.

Конструктивно ЗУ представляет собой сверхпроводящий стержень, расположенный в волноводе и осуществляющий переход от волновода к коаксиаль-

28

РИ, 1998, № 4

ному кабелю. Стержень, выполненный из ВТСП, расположен перпендикулярно к широкой стенке закороченного волновода размером a х b . Расстояние от приемного сверхпроводящего стержня до закороченной стенки волновода (^ = X в /4) выбирается из условия согласования волновода с коаксиальным кабелем [1]. Для обеспечения передачи полезного сигнала без потерь входное сопротивление перехода из волновода в коаксиальный кабель (ПВК) должно быть равно волновому сопротивлению фидерной линии [2]. Таким образом, активное сопротивление ПВК будет равно сопротивлению коаксиального фидера (Z ф ) [3]:

R вх = ^ф . (1)

Волновое сопротивление коаксиального кабеля известно (2ф=50 Ом), и можно определить действующую высоту стержня h д [3]:

h д 1 R вх a ' b ЧЯ

2 Z0 sin2 f— x1 j sin2 f2 , (2)

CX7 l1 J

где

12

4,6 X

2 — •, Д T -1

1 V a j

(5)

Диэлектрическая диафрагма в волноводе и диэлектрическая шайба могут быть изготовлены из лейкосапфира (є=2) [3].

При приёме сигнала в антенне могут возникать отражения в раскрыве рупора и в его горловине [2]. Поэтому согласовывать необходимо сочленение рупора с волноводом, которое достигается при выполнении равенства[2]

ap -a bp -b

a

V

4a

j

b

(6)

где ap,bp — размеры раскрыва рупора.

В (6) не входят размеры раскрыва рупора, однако они должны быть достаточно велики, чтобы выполнялось условие малости углов раскрыва, т.е. максимальная возникающая фазовая ошибка в раскрыве Умакс определяется:

в магнитной плоскости Н

где a х b — поперечные размеры волновода, x. = a /2; р0 — магнитная проницаемость вакуума; є0 — диэлектрическая проницаемость вакуума; X — длина волны вволноводе,

Zo

X

X

2

2a

Определим геометрическую длину сверхпроводящего стержня [4]:

і=iv arccT- ¥•h дj. (3)

Стержень изготавливается из высокотемпературного сверхпроводника YBa2Cu3O7. Диэлектрическая

шайба длиной X в /4 фиксирует положение стержня в

волноводе [4,5]. На расстоянии 12 от стержня в сторону, противоположную закороченной стенке волновода, расположена диэлектрическая диафрагма-заглушка. Волновод заполнен воздухом, а полость между стенкой, закорачивающей волновод, и диафрагмой заполнена жидким азотом. Диафрагма может выступать элементом рассогласования в волноводе и снижать влияние полей высших мод [4]. Исходя из условий согласования коаксиального кабеля и волновода, можно определить расстояние от стержня до

диафрагмы 12 и толщину диафрагмы [4,5]:

X

h= 12-^, (4)

=vL < з П

Умакс 4XRH 4 в электрической плоскости Е

(7)

= nb2 < П (8)

Умакс= 4XRE < 2 , (8)

здесь ReRh — размеры раскрыва рупора в Е и Н плоскостях, которые описываются соотношениями [2]

RH = —,

H 3X

R = bP(aP - a)R (9)

RE = TT----T7 RH .

ap(bp -b)

Выберем форму импульсного воздействия [6]: u(t) = Um(e-ait - e-a2t), (10)

a

где a1 =0,7/ти, a2 =3,25/тф , ти , Тф —длительности импульса и фронта импульса. Тогда ток, протекающий через ПВКС в момент перехода из сверхпроводящего в резистивное состояние, можно определить следующим образом [5]:

is-n(t)

Um(e-a1t A (e

-e

-a2t

),

(11)

где A = pn • l /(S • IKp2), pn — удельное сопротивление сверхпроводника в N-состоянии; S — площадь поперечного сечения сверхпроводящего стержня; !кр2 — второе значение критического тока сверхпроводящего стержня.

Окончание см. на с. 139

РИ, 1998, № 4

29