РЕЗОНАНСНЫЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ

May 21, 2012 by admin Комментировать »

Трубин А. А.

Институт Телекоммуникационных систем Национального технического университета Украины “КПИ” Киев, Украина Тел.: (38044) 4411131; e-mail: trubin@i.com.ua

Аннотация – Рассматривается задача рассеяния электромагнитной волны от излучающей апертуры на системе связанных высокодобротных диэлектрических резонаторов (ДР), расположенных в открытом пространстве. Приводятся общие соотношения, необходимые для расчета амплитуд связанных колебаний, а также выражения для поля рассеяния в волновой зоне системы резонаторов. Развитая модель позволяет находить аналитические выражения для поля вол-новой зоны, излучаемое системой связанных диэлектрических резонаторов. Полученные соотношения удобны для исполь-зования при разработке вычислительных средств модели-рования резонансных диэлектрических антенн микровол-нового и оптического диапазонов длин волн.

I.  Введение

Применение систем связанных ДР в антеннах, наряду с уменьшением диссипативных потерь на высоких частотах, достаточно просто позволяет реализовывать и частотно избирательные характеристики входных устройств. Вместе с тем, расчет диаграмм направленности таких антенн, выполняя- емых, как правило, с использованием большого числа резонаторов, достаточно сложен ввиду известных трудностей решения сложных краевых задач для открытых диэлектрических многосвязных структур. В настоящем докладе предлагается метод расчета поля волновой зоны многозвенной антенны, состоящей из большого числа ДР, основанный на использовании теории возмущений.

II.  Основная часть

Рассмотривается многозвенная антенна, представляющая собой систему, состоящую из связанных между собой N ДР, предварительно

настроенных на одну частоту <эп одного из

Fig. 1. System of N coupled dielectric resonators nearby the radiating aperture A

собственных колебаний и расположенных вблизи излучающей аппертуры А. В общем случае поле, излучаемое такой системой, достаточно точно аппроксимируется полем квази-вырожденных собственных колебаний N-связного ДР (рис. 1).

Рис. 1. Система N связанных ДР вблизи излучающей апертуры А.

На первом этапе рассматриваются собственные колебания системы ДР в целом. В случае высокодобротных диэлектриков (tgS «1), исходя

из теории возмущений, поле указанного составного резонатора представляется в виде разложения:

Здесь QD=\/tgS – параметр, определяющий потери в материале резонаторов;

Вычислив из (5) значения коэффициентов разложения, рассеянное поле в волновой зоне (2) представляется в виде

*■ GO j oq

Где компоненты es ,ns (найденные, например,

из [1,2]) рассчитываются с учетом относительного расположения парциальных ДР в системе (рис. 1).

III.  Заключение

Полученные аналитические соотношения позволяют утверждать, что поле резонансной диэлектрической антенны (6) достаточно сложным образом зависит от параметров отдельных резонаторов и определяется одновременно как амплитудами их связанных колебаний (3), так и способом возбуждения (4). Расчет параметров и оптимизацию указанного класса диэлектрических резонансных антенн удобно проводить путем создания комплексной компьютерной модели, учитывающей детальное поведение такой многосвязной излучающей структуры. Все необходимые параметры могут быть рассчитаны на основе аналитических выражений

функций связи К , полученных ранее для

основных форм ДР – цилиндрической, сферической и прямоугольной [3].

IV. Список литературы

[1 ] Трубин А. А. Исследование характеристик излучения дискового диэлектрического резонатора // Вестн. Киев, политехи, ин-та. Радиотехника,- 1984,- Вып. 21. С. 29-33.

[2]    Трубин А. А. Характеристики несимметричных колебаний цилиндрического диэлектрического резонатора в свободном пространстве // Вестн. Киев, политехи, ин-та. Радиотехника,-1991.- Вып. 28. С. 33-37.

[3]    Ильченко М. Е., Трубин А. А. Теория диэлектрических резонаторов. Киев. “Либщь”. – 214 с.

RESONANT DIELECTRIC ANTENNAS

Trubin А. А.

Telecommunication System Institute of National Technical University of Ukraine (KPi)

Kiev, Ukraine phone: (38044) 4411131 e-mail: trubin@i.com.ua

Abstract – The problem of scattering the electromagnetic waves from radiating aperture by the system of high-Q dielectric resonators (DR) in free space is considered. General expressions are presented for calculation both the amplitudes of coupled oscillations and also the scattered field in the wave zone of resonator’s system. The model developed gives analithical expressions for wave zone field, radiated by the system of coupled dielectric resonators. The expressions obtained are convenient to develop computing facilities for modelling the resonant dielectric antennas of microwave and millimetre wave frequency band.

I.  Introduction

Application of coupling dielectric resonator systems in antennas in parallel with decrease of dissipative losses at high frequencies permits enough simply to realize the frequency- selective parameters of input equipment. At the same time calculation of far-field for these antennas being usually realized on the basis of big number of resonators is enough complicated due to known difficulties in solving the complex boundary-value problems for open dielectric multicoupled structures. In this paper the approximate method of remote field analysis is proposed based on perturbation theory for Maxwell equations and for multilink antenna that consist of a large number of DRs.

II.  Main part

The scattering properties of the antenna structure containing N coupled DR-s arranged near the radiating aperture A of Fig.1 are discribed. In the general case the radiated field of

such structure may be given by (1), where es, hs are electric and magnetic field components of individual isolated DRs. The unknown coefficients are obtained from Maxwell equations that also are written in terms of eigenvectors and eigenvalues of coupled-modes of the operator К in (3). Where ® is the complex frequency of multiply-coupled DR.

The second calculation step is the finding the solution of the

scattering problem of E+ , H+ field that radiates by aperture

with the N DR system in the form of (4). It is obtained that Clk

satisfy by the equations (5). Where QD=HtgS is the dissipation factor of the DRs material.

Finally, the scattering field is calculated by (6) in terms of resonant and scattering amplitudes of all DRs.

III.  Conclusion

Analytical relationships obtained is allow to assert that resonant antenna field by a rather complicated way depends upon parameters of single resonators and is determined simultaneously by amplitudes of coupled oscillations as well as by the excitation method. It is convenient to perform calculation and optimization of the parameters for the mentioned above class of dielectric resonant antennas with the complex computer model taking into account the detailed behaviour of thisradiating multi-coupled resonant system. All necessary parameters may be then computed in terms of analytic expressions for coupling functions кш, obtained earlier for the basic shapes of dielectric resonators

–  cylindrical, spherical and rectangular.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты