Содержание к диссертации
Введение
1 Постановка задачи 7
1.1 Современное состояние вопроса и актуальность темы 7
1.2 Выбор и обоснование метода исследования 11
1.3 Основные задачи диссертационной работы. 12
1.4 Научная новизна. 13
1.5 Практическая ценность. 14
1.6 Внедрение 14
1.7 Апробация. 15
1.8 Содержание работы. 16
2 Геометрооптическое приближение. 18
2.1 Уравнение лучей. 18
2.2 Моделирование Е-плоскостной системы как частотнодисперсной среды. 20
2.3 Построение фазовых траектории и лучей в плоскослоистой среде с зависимостью диэлектрической проницаемости от одной координаты. 23
2.4 Распространение луча в слоистой среде с зависимостью диэлектрической проницаемости от двух координат . 28
2.5 Построение фазовых траекторий и лучей в слоистой среде с зависимостью диэлектрической проницаемости от двух координат. 31
2.6 Определение погрешности моделирования неоднородной среды методом геометрической оптики. 39
2.7 Выводы. 43
3 Реализация параллельных вычислений на платформе NVIDIA CUDA. 44
3.1 Особенности ЦПУ и ГПУ. 46
3.2 Структура библиотеки CUDA. 47
3.3 Архитектура графического процессора G80 GeForce 8800 GTX. 48
3.4 Особенности программирования при использовании CUDA . 50
3.5 Основные параметры программы Tamic RT-H Analyzer.. 51
3.6 Модернизация вычислительного ядра для параллельных вычислений 53
3.7 Выводы. 55
4 Электродинамическое моделирование трансформации типов
волн в Н-плоскостном волноводном переходе 57
4.1 Постановка задачи. 58
4.2 Типы распространяющихся мод. 59
4.3 Моделирование волноводного перехода. 60
4.4 Результаты моделирования. 61
4.5 Выводы. 68
5 Моделирование E-плоскостного частотного мультиплексора . 69
5.1 Постановка задачи. 70
5.2 Выбор варианта расположения приемных рупоров. 73
5.3 Моделирование первого частотного диапазона. 74
5.4 Моделирование второго частотного диапазона . 87
5.5 Моделирование третьего частотного диапазона 94
5.6 Выводы 97
6 Моделирование Н-плоскостных распределительных систем оптического типа во временной области для построения широкополосных многолучевых АФАР 99
6.1 Постановка задачи 99
6.2 Результаты моделирования распределения электрического поля во временной области 102
6.3 Результаты моделирования сигналов, отраженных от входов распределительной системы 106
6.4 Результаты моделирования по развязкам входов распределительной системы 111
6.5 Результаты моделирования распределения амплитуд и фаз электрического поля для стационарного режима 114
6.6 Результаты моделирования диаграмм направленностей АФАР при использовании синтезированной распределительной системы оптического типа 117
6.7 Выводы 119
7 Развитие методики синтеза квазиоптической распределительной системы для многолучевой АФАР 120
7.1 Структура многолучевой АФАР 120
7.2 Постановка задачи 122
7.3 Переход к геометрическому решению задачи 126
7.4 Геометрическое построение положений приёмных зондов ZX-ZN 128
7.5 Свойство эллипса 132
7.6 Доказательство свойства эллипса. 134
7.7 Следствие свойства эллипса 137
7.8 Условие по углу направления луча. 139
7.9 Выводы. 142
8 Сравнение расчетных и экспериментальных характеристик синфазного балансного делителя антенной насадки АФАР 143
8.1 Постановка задачи. 149
8.2 Рассмотрение характеристик синфазного балансного делителя. 149
8.3 Предложения по изменению конструкции и уточненю расчетной модели балансного синфазного делителя мощности. 152
8.4 Выводы. 153
9 Заключение. 155
Список литературы 156
Приложение 1. Программные комплексы. 161
1.1. OptisWorks. 161
1.2. TracePro 166
1.3. ANSYS. 168
1.4. FEKO 169
Приложение 2. Исходный текст вычислительной процедуры для
организации векторных вычислений на видеокарте
производителя NVidia. 172
Приложение 3. Текст вычислительной процедуры для
построения фазового портрета системы и траектории
распространения луча 186
Список докладов на конференции. 200
- Основные задачи диссертационной работы.
- Распространение луча в слоистой среде с зависимостью диэлектрической проницаемости от двух координат
- Особенности программирования при использовании CUDA
- Моделирование второго частотного диапазона
Введение к работе
Актуальность темы.
На сегодняшний день методы геометрической оптики играют важную роль при анализе волновых полей, обеспечивая хорошее количественное описание чрезвычайно широкого круга волновых явлений различной физической природы. Особенно широко этот метод применяется в оптике и радиофизике, в физике плазмы, в теории распространения радиоволн через атмосферу Земли. Наиболее важна роль геометрической оптики при расчете полей в неоднородных средах. В частности, большой интерес представляют приложения, связанные с распространением и излучением волн в волноводах с неоднородным заполнением и в нерегулярных волноводах.
Тема диссертационной работы в наибольшей степени стимулировалась необходимостью проведения работ по созданию диаграммообразующей системы (ДОС) для современных многолучевых активных фазированных антенных решеток (АФАР) и диапазонного частотного селектора. Разработанные устройства используют свойства самого пространства для распределения СВЧ энергии, поэтому они имеют более простую структуру, лучшие характеристики, меньшую стоимость и большую надежность.
Целью диссертационной работы является создание методик численного построения траектории лучей, которые позволяют сократить время проектирования и уменьшить сложность изготовления.
-
Развитие методик численного построения траектории лучей.
-
Развитие методики построения сверхширокополосного частотного мультиплексора оптического типа.
-
Развитие методики синтеза квазиоптической ДОС оптического типа (ДОСОТ) для многолучевой АФАР.
Задачи исследования :
-
Теоретическая часть - разработка и обоснование методики построения траектории лучей в неоднородных диэлектрических средах, обеспечивающей заданную степень точности нахождения траектории лучей. Развитие методики синтеза квазиоптической ДОС оптического типа (ДОСОТ) для многолучевой АФАР. Развитие методики построения сверхширокополосного частотного мультиплексора оптического типа.
-
Практическая часть - разработка вычислительных процедур для построения траектории лучей в неоднородной диэлектрической среде; проведение численных экспериментов по проверке точности и сходимости предложенной методики; внедрение разработанных вычислительных процедур в инженерную практику.
Общая методика исследования заключалась в развитии метода геометрической оптики для неоднородных диэлектрических сред.
Научная новизна работы, определяемая характером и методами решения поставленных задач, состоит в следующем:
-
развита методика численного построения траектории лучей, обеспечивающая выбранные значения точности по каждой переменной в многомерной пространственной задаче, интегрирование на каждом шаге вычислительного процесса осуществляется по той переменной, которая обеспечивает максимальное значение точности;
-
построены эффективные численные процедуры, обеспечивающие заданную степень точности нахождения траектории лучей в двумерной неоднородной среде;
-
развита методика построения сверхширокополосного частотного мультиплексора оптического типа; проведено моделирование сверхширокополосного частотного мультиплексора оптического типа во временной области;
-
проведено моделирование во временной области H-плоскостной распределительной системы оптического типа для построения широкополосной многолучевой АФАР; развита методика синтеза квазиоптической диаграммообразующей системы для многолучевой АФАР;
-
проведена оценка возможного ускорения вычислений при переходе от использования однопроцессорной системы к векторным процессорам для проведения численного моделирования методами геометрической оптики и электродинамических расчетов.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертации, подтверждается:
использованием теоретически обоснованного и многократно апробированного метода геометрической оптики;
соответствием полученных результатов фундаментальным физическим принципам (таким как закон Снеллиуса, закон полного внутреннего отражения);
проведением аналитических исследований по оценке точности определения траектории лучей, в результате которых показана сходимость результатов к точным значениям;
проведением численных экспериментов и тестированием созданных программ на примерах, для которых известны точные аналитические решения.
Практическая ценность. Предложенная методика была реализована в программном комплексе MathCAD, который позволяет, при заданном значении погрешности, эффективно решать задачи построения траектории лучей в средах с произвольным распределением диэлектрической проницаемости с помощью персональных компьютеров. По предложенной методике было проведено электродинамическое моделирование сверхширокополосного мультиплексора оптического типа с коэффициентом перекрытия по частоте более 3 и ДОСОТ для многолучевой АФАР. Разработанная методика позволяет уменьшить время проектирования систем оптического типа (ДОСОТ, мультиплексор), создать устройство с меньшими габаритными размеры, упростить конструкцию, увеличить надежность проектируемых устройств.
Реализация и внедрение результатов работы.
Результаты диссертационной работы были использованы на НПО «Лианозовский электромеханический завод» при создании диаграммообразующей системы оптического многолучевой АФАР в ВВО АП.
Выпущены методические указания к лабораторным работам, разработаны и внедрены в учебный процесс на кафедре "Радиоэлектроники и телекоммуникаций" МИЭМ НИУ ВШЭ вычислительные процедуры, реализованные на программном комплексе MathCAD, которые используются при проведении лабораторных работ по курсу "Техническая электродинамика" в 7, 8 семестре для групп по специальности 211000 "Конструирование и технология электронных средств".
Результаты диссертационной работы были использованы на «НПО им. С.А. Лавочкина».
Положения, выносимые на защиту.
-
Методика численного построения траектории лучей, обеспечивающая выбранные значения точности по каждой переменной в многомерной пространственной задаче, интегрирование на каждом шаге вычислительного процесса осуществляется по той переменной, которая обеспечивает максимальное значение точности.
-
Эффективные численные процедуры, обеспечивающие заданную степень точности нахождения траектории лучей в двумерной неоднородной среде.
-
Методика моделирования сверхширокополосного частотного мультиплексора оптического типа с коэффициентом перекрытия более 3-х.
-
Методика синтеза квазиоптической ДОСОТ, позволяющая сократить время моделирования и габариты при сохранении технических характеристик, по сравнению другими моделями ДОС.
-
Проведена оценка точности и показана сходимость предложенных алгоритмов, создан программный комплекс, реализующий предложенные алгоритмы, который был протестирован на задачах, имеющих точное аналитическое решение.
Апробация работы. Результаты работы, изложенные в настоящей диссертации, были доложены автором на следующих конференциях:
-
Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, Москва, 2011 г.
-
Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, Москва, 2012 г.
-
Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, Москва, 2013 г.
Основные задачи диссертационной работы.
Принцип действия мультиплексора основывается на следующем свойстве [17, 18, 19]: если точечные источники поместить в один из фокусов эллипса, то после отражения от стенок эллипса все лучи пройдут через второй фокус. Эллипс - геометрическое место точек на плоскости, для которых сумма расстояний до двух заданных точек, являющихся фокусами эллипса, постоянна. Фазовый набег зависит от параметров среды и пути, пройденного сигналом. Следовательно, фазовые центры передающего и приемных рупоров должны быть расположены в фокусах эллипса (см. рис. 1.1), который образован линией одинаковой высоты h для заданного частотного диапазона. Касательная эллипса образует в точке касания равные острые углы с фокальными радиусами.
Отражение волны происходит в области, находящейся в определенном сечении раскрыва (полости в металле), при условии, что длина волны Л (в свободном пространстве) превышает или равна критической длине волны для этого раскрыва (А \). С другой стороны, если длина волны меньше критической (А АК ) для соответствующей области раскрыва, то волна беспрепятственно будет распространяться. Высота И1=А1/2 мм (см. рис. 1.1)образует линию одинаковой высоты для частоты 20 ГГц первого частотного диапазона, где А1/2 равна критической длине волны Н10 на частоте
20 ГГц. Аналогично высота h2=A2/2 мм образует линию одинаковой высоты для частоты 26 ГГц второго частотного диапазона, где 2 /2 равна критической длине волны Я10 на этой частоте; для частоты 40ГГц третьего частотного диапазона /г3 = A3 /2, где А3/2 критическая длина волны Н10; для частоты 60ГГц четвертого частотного диапазона h4=A4/2, где А4/2 критическая длина волны Н10.
Как показано на рис. 1.1 фазовые центры рупоров Вход 1 и Вход 2 расположены в фокусах эллипса АВ на котором происходит отражение волн I частотного диапазона, для частот диапазона II отражение происходит на границах эллипса CD, фокусы которого совпадают с фазовыми центрами рупоров Вход 1 и Вход 3, для частот III отражение происходит на границах эллипса EF, фокусы которого совпадают с фазовыми центрами рупоров Вход 1 и Вход 4, для частот IV диапазона отражение происходит на границах эллипса GH, фокусы которого совпадают с фазовыми центрами рупоров Вход 1 и Вход 5.
Геометрические размеры рупоров выбираются таким образом, чтобы ширина их диаграмм направленности, по уровню половиной мощности, перекрывала область, в которую приходит электромагнитная волна.
Таким образом обеспечивается частотная селекция сигналов, поступающих в мультиплексор (представленный на рис. 1.1) с вхо 11 да 1. Отражение сигнала будет происходить от той части мультиплексора, где высота полости в металле h равняется Л/2.
Изменение высоты h полости в металле должно происходить плавно, чтобы не возникли высшие типы волн. Плавность изменения высоты h оценивается заранее с помощью электродинамического пакета HFSS [20, 21].
Такая система может быть промоделирована на 2D модели с заполнением волновода частотнодисперсным диэлектриком, диэлектрическая проницаемость которого є(х, z) зависит от двух переменных х, z, соответственно зависимости от этих же переменных высоты h(x,z) [22, 13].
Такой подход позволит значительно сократить как объем требуемой оперативной памяти, так и время вычислений.
Целью диссертационной работы является развитие методики анализа СВЧ систем на основе методов геометрической оптики, которые позволяют сократить время проектирования и повысить точность электродинамического анализа сложных неоднородных систем.
Выбор и обоснование метода исследования. К сожалению представленные в настоящее время программное обеспечение (см. приложение 1) не позволяет проводить проектирование сложных многоканальных распределительных систем, в которых распределение диэлектрической проницаемости s(x,z) имеет сложную зависимость от каждой координаты (х, z) двумерного пространства. В связи с этим возникла необходимость разработки эф 12 фективного метода, основанного на выборе переменной интегрирования для минимизации ошибки на каждом шаге интегрирования.
Уравнения эйконала и оптических длин лучей представляют собой систему дифференциальных уравнений первого порядка. Таким образом, необходимо решить задачу Коши.
Приближенные методы решения задачи Коши:
1. Метод ломаных Эйлера - это метод нахождения аппроксимирующей интегральную кривую ломаной [24].
2. Метод Рунге-Кутты - модифицированный и исправленный метод Эйлера, представляют собой схемы второго порядка точности [24].
3. Многошаговый метод Адамаса - характеризуются тем, что решение в текущем узле зависит от данных в нескольких предыдущих узлах [24].
4. Метод Адамса-Бэшфортса-Моултона - метод типа предиктор-корректор позволяет повысить точность вычислений метода Адамса за счет двойного вычисления значения функции f(x,y) при определении yk+l на каждом новом шаге по х [24].
Распространение луча в слоистой среде с зависимостью диэлектрической проницаемости от двух координат
Научная новизна, определяемая характером и методами решения поставленных задач, состоит в следующем:
1. развита методика численного построения траектории лучей, обеспечивающая выбранные значения точности по каждой переменной в многомерной пространственной задаче; интегрирование на каждом шаге вычислительного процесса осуществляется по той переменной, которая обеспечивает максимальное значение точности;
2. построены эффективные численные процедуры, обеспечивающие заданную степень точности нахождения траектории лучей в двумерной неоднородной среде;
3. развита методика построения сверхширокополосного частотного мультиплексора оптического типа; проведено моделирование сверхширокополосного частотного мультиплексора оптического типа во временной области;
4. проведено моделирование во временной области H-плоскостной распределительной системы оптического типа для построения широкополосной многолучевой АФАР; развита методика синтеза квазиоптической диаграммообразующей системы для многолучевой АФАР;
5. проведена оценка возможного ускорения вычислений при переходе от использования однопроцессорной системы к век 14 торным процессорам для проведения численного моделирования методами геометрической оптики и электродинамических расчетов.
Предложенная методика была реализована в программном комплексе MathCAD, который позволяет, при заданном значении погрешности, эффективно решать задачи построения траектории лучей в средах с произвольным распределением диэлектрической проницаемости с помощью персональных компьютеров. По предложенной методике было проведено электродинамическое моделирование сверхширокополосного мультиплексора оптического типа с коэффициентом перекрытия по частоте более 3 и ДОСОТ для многолучевой АФАР. Разработанная методика позволяет уменьшить время проектирования систем оптического типа (ДОСОТ, мультиплексор), создать устройство с меньшими габаритными размерами, упростить конструкцию, увеличить надежность проектируемых устройств.
Результаты диссертационной работы были использованы на НПО «Лианозовский электромеханический завод» при создании диаграммообразующей системы оптического многолучевой АФАР в ВВО АП.
Выпущены методические указания к лабораторным работам, разработаны и внедрены в учебный процесс на кафедре "Радиоэлектроники и телекоммуникаций" МИЭМ НИУ ВШЭ вычислительные процедуры, реализованные на программном комплексе MathCAD, которые используются при проведении лабораторных работ по кур 15 "Техническая электродинамика" в 7, 8 семестре для групп по специальности 211000 "Конструирование и технология электронных средств"; выпущены методические указания по дисциплине “Метрология, стандартизация и технические измерения” для студентов 2 курса специальности 210700 "Инфокоммуникационные технологии сети и системы связи".
Результаты диссертационной работы были использованы на «НПО им. С.А. Лавочкина». 1.7 Апробация. Результаты работы, изложенные в настоящей диссертации, были доложены на следующих конференциях: 1) Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, Москва, 2011 г. 2) Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, Москва, 2012 г. 3) Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, Москва, 2013 г. Содержание диссертации было представлено также на следующих конференциях: 1) 18-ой Международной студенческой конференции-школы-семинара «Новые информационные технологии», Крым, 2010 г.; 2) Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития науки и образования», Тамбов, 2012 г.
Особенности программирования при использовании CUDA
Из кривых, приведенных на рис. 2.11 видно, что с возрастанием отношения длины большой оси эллипса к расстоянию от центра эллипса до его фокуса область точек пересечения лучей становится меньше. Для уменьшения расхождения лучей, приемный и передающий рупора должны иметь более узкие диаграммы направленности. При значении параметров f = 140 мм, anin = 420 мм, aш = 570 мм лучи, выходящие из первого фокуса под углами @ = -85..75, приходят во второй фокус эллипса, образуют область расфокусировки, по оси х составляющую 17.5 мм, по оси z 9.1 мм. При сужении углов выхода луча до области 0 =-40..40 -область расфокусировка уменьшается до значений по оси х -6.12 мм, z - 0.99 мм. Таким образом, при сужении угла излучения луча можно так же сузить область расфокусировки и перейти к использованию рупора с более узкой диаграммой направленности.
Определение погрешности моделирования неоднородной среды методом геометрической оптики. В данном параграфе рассмотрены погрешности, получаемые при моделировании распространения луча в кусочно-линейной Е-плоскостной неоднородной системе Z -типа [22]. Рис. 2.12. Кусочно-линейная модель.
Для тестирования программы и исследования точности применяемого алгоритма, моделирующего распространение лучей в неоднородных средах, необходимо сравнить рассчитанные траектории лучей с известными точными аналитическими решениями. В качестве тестового примера была взята кусочно-линейная модель, состоящая из двух сред, имеющих различные значения коэффициентов преломления, для которой известно точное аналитическое решение. Геометрия такой задачи представлена на рис. 2.12.
Как видно из рис. 2.12 геометрия представляет собой плоскую границу раздела двух сред с показателями преломления n1 и n2 , где n1 — показатель преломления среды, из которой свет падает на границу раздела; n2 — показатель преломления среды, в которую свет попадает, пройдя границу раздела; Как известно, точное решение для такой задачи описывается законом Снеллиуса [26]: Wjsin! = w2sin02 (2.46) где 0j — угол падения света — угол между падающим на поверхность лучом и нормалью к поверхности; 02 — угол преломления света — угол между прошедшим через поверхность лучом и нормалью к поверхности.
Для волн LEXn -типа показатель преломления 1 . Также важно, что в исследуемой геометрии электромагнитная волна распространяется из более плотной оптической среды в менее плотную см. рис. 2.12. Поэтому также важно точное определение угла полного внутреннего отражения.
Для заданной структуры, имеющей значения показателей преломления в этих средах, известны точные решения для отраженного и преломленного луча, а так же угол полного внутреннего отражения: пх sin! = п2 (2.47).
В тестовой задаче коэффициент преломления первой среды равен п1 = 0.98662, второй - п2 =0.34799. Луч будет выходить из более плотной среды с показателем преломления пх в менее плотную с щ под углами 0, -5, -10, -15, -20, -25; -40, -50, -60 градусов.
Так же, на модель накладывается сетка с шагом , равным в 1-ом случае 0,001 мм; во 2 - 0,005 мм; в 3-ем - 0,01 мм. Будет рассматриваться отклонение траектории от известной, после прохождения луча во вторую среду или отражения от границы раздела двух сред. С помощью формулы (2.14) найден угол полного внутреннего отражения, равный -20,653 градуса. На рис. 2.14 приведены траектории лучей, падающих на границу раздела двух сред, для геометрии, приведенной на рис. 2.12 с шагом = 0,001 мм. Пунктиром показана граница раздела сред.
Ниже на рис. 2.15 приведены графики погрешностей отклонения смоделированной траектории луча от теоретически рассчитанной траектории в процентном соотношении. максимальная погрешность равна 0,34%, для =0,005 мм - 1,68%, для =0,01 мм - 3,25%. при этом видно, что максимум погрешности для этих случаев наблюдается при углах близких углу полного внутреннего отражения рассматриваемой задачи.
Из графиков, приведенных на рис. 2.15 можно сделать вывод, что при уменьшении шага сетки наблюдается сходимость результата к точному решению и результаты, полученные при таком моделировании можно использовать в дальнейшей работе. Так же можно определить шаг сетки исходя из точности определения траектории луча.
Описан метод выбора переменной интегрирования при минимизации ошибки на каждом шаге интегрирования.
Проведено моделирование распространения луча для E-плоскостной неоднородной системы, с изменяемой высотой широкой стенки h . Получены фазовые портреты, по которым построены картины распространения лучей в этих средах.
Показана возможность фокусировки лучей в E-плоскостной системе, когда линии постоянной ширины волновода представляет собой семейство эллипсов, с совпадающими фокусами.
Оценена расфокусировка лучей, даны рекомендации по уменьшению расфокусировки для рассмотренного случая. Реализация параллельных вычислений на платформе NVIDIA CUDA. Для повышения производительности программ электродинамического анализа, в том числе программ, реализующих геометро-оптическое приближение, целесообразно использовать векторные вычисления.
Использование для параллельных вычислений на персональных компьютерах видеокарт, в основе которых лежит ГПУ, впервые началось примерно в 2003 году. Это связано с тем, что любая видеокарта последнего поколения в основе имеет массивно-параллельную архитектуру, когда великое множество относительно медленных элементов (ядер) работают одновременно. Это значит, что пиковая мощность типичного ГПУ намного выше, чем у ЦПУ.
На данный момент существует два ведущих производителя видеокарт AMD и NVidia. Доля дискретных видеокарт занимаемых AMD составляет 40.9% рынка, NVidia – 58.7% рынка [27]. Рассмотрим в качестве примера реализации параллельных вычислений на платформе NVidia.
Моделирование второго частотного диапазона
Помимо КСВ входов, важными характеристиками распределительной системы являются также развязки между ее входами. С помощью программного комплекса Planar Rt-H [22] были промоделированы переходные характеристики развязок между входами распределительной системы.
Входы 1 - 5 распределительной системы, избраженной на рис. 6.1, поочередно возбуждались по основному типу волны прямоугольного волновода H10 синусоидальными сигналами с частотой заполнения f0. Сигнал для моментов времени меньших 0 нс отсутствовал, а для времени больших или равных 0 нс амплитуда сигналов соответствовала мощности 1 Вт.
На рис.6.9 показаны развязки для сигналов прошедших на входы 2, 3, 4 и 5 распределительной системы оптического типа для временного интервала от 0 до 10 нс при возбуждении входа 1. По оси абсцисс на данном рисунке откладывается время в наносекундах, по оси ординат затухание прошедшего сигнала со входа 1 в де-цибеллах. Кривыми 2, 3, 4 и 5 на рис.6.9 показаны затухания про-шедшедших со входа 1 сигналов на входы 2, 3, 4 и 5 соответственно. Как видно из приведенных рассчитанных характеристик стационарный режим, как и для случая отраженных сигналов, достигается к 7 нсек, а стационарные значения развязки между входами при возбуждении входа 1 превышают 25 дБ.
На рис. 6.10 показаны развязки для сигналов прошедших на входы 1, 3, 4 и 5 распределительной системы оптического типа для временного интервала от 0 до 10 нс при возбуждении входа 2. По оси абсцисс на рис. 6.10 откладывается время в нсек, по оси ординат затухание прошедшего сигнала со входа 1 в дБ. Кривыми 1, 3, 4 и 5 на данном рисунке показаны затухания прошедших со входа 2 сигналов на входы 1, 3, 4 и 5 соответственно.
На рис. 6.11 показаны развязки для сигналов прошедших на входы 1, 2, 4 и 5 распределительной системы оптического типа для временного интервала от 0 до 10 нс при возбуждении входа 3. По оси абсцисс на данном рисунке откладывается время в наносекундах, по оси ординат затухание прошедшего сигнала со входа 1 в де-цибеллах. Кривыми 1, 2, 4 и 5 на рис. 6.11 показаны затухания про-шедшедших со входа 3 сигналов на входы 1, 2, 4 и 5 соответственно. Как видно из приведенных рассчитанных характеристик стационарный режим, как и при возбуждении входа 1 (рис. 6.9) достигается к 7 нс, а стационарные значения развязки между входами при возбуждении входа 2 превышают 25 дБ, а при возбуждении входа 3 превышают 30 дБ. Рис. 6.11. Развязки для сигналов прошедших на входы 1 (квадратики), 2 (крестики), 4 (треугольники) и 5 (темные треугольники) распределительной системы оптического типа для временного интервала t от 0 до 10 нс при возбуждении входа 3.
Результаты моделирования распределения амплитуд и фаз электрического поля для стационарного режима. При помощи программного комплекса Planar Rt-H [22] были промоделированы распределения амплитуд и фаз электрического 115 поля для стационарных режимов при различных значениях частот возбуждающих сигналов. Приведем результаты вычислений распределения амплитуд и фаз электрического поля для частоты f0 на рис. 6.12 и 6.13 соответственно.
Как видно из рис. 6.12 имеется отражение от выходов распределительной системы, которое проявляется в колебаниях ампилиту-ды, с периодом, соответствующим половине длины волны. Также видно, что амплитуда этих колебаний незначительна и соответствует значениям КСВ, меньшим 1.1 (см. рис. 6.8). Амплитуды сигналов, проходящих на соседние входы, также как видно из рис. 6.12 незначительны, что соответствует значениям, приведенным на рис. 6.9-6.11. Важно отметить, что как видно из рис. 6.12 амплитудное распределение на выходах распределительной системы для случаев возбуждения различных входов (а), б) и в) на рис. 6.12) идентичны, т.е. амплитудное распределение сильно не изменяется при возбуждении различных входов распределительной системы.
Рисунки 6.13а -6.13в, показывающий фазовое распределение электрического поля при возбуждении входов 1, 2 и 3 распределительной системы соответственно, демонстрирует, что фазовый фронт при возбуждении соответствующих входов поворачивается на угол относительно центра окружности (см. рис. 6.1), равный углу отклонения возбуждаемого входа, относительно центра симметрии распределительной системы.
Результаты моделирования диаграмм направленностей АФАР при использовании синтезированной распределительной системы оптического типа.
Используем теперь синтезированную распределительную систему оптического типа и рассчитаем для нее диаграммы направленности пятилучевой АФАР. Пятилучевая АФАР построена так, как описано выше, т.е. выходы распределительной системы соединены с излучателями АФАР коаксиальными кабелями, длины которых подобраны таким образом, что бы при возбуждении входа 3 распределительной системы на излучатели АФАР имели равные фазы. Приведем на рис. 6.14 рассчитанные диаграммы направленности пятилучевой АФАР при использовании входов 1, 2 и 3 распределительной системы для частоты f0 (см. кривые 1, 2 и 3 соответственно).
Как видно из рис. 6.14, полученные диаграммы направленности требуют корректировки для уменьшения уровня боковых лепестков. Без использования апотизации уровни боковых лепестков состовляют 13 дБ, 14.5 дБ и 17.5 дб для входов 1, 2 и 3 соответственно (см. рис. 6.14). Поэтому для уменьшения уровня боковых лепестков необходимо ввести дополнительную корректировку амплитудного распределения для излучателей АФАР.
