Z^/Z0= i a/b tg(kд d),
где kд – коэффициент распространения в канавках с учетом их диэлектрического заполнения, импеданс будет емкостным при l/4<d<l/2, так что такая структура принципиально может использоваться лишь в полосе частот с перекрытием несколько меньшим, чем два к одному.
Существует целый ряд как приближенных, так и точных методов исследования периодических ребристых структур.
Как правило, развязывающие структуры располагают на линии связи либо в виде кольца, охватывающего приемную и передающую антенны. В то же время всегда имеется выделенное направление, вдоль которого определяются развязывающие свойства структуры. Поэтому целесообразно соответствующие граничные задачи ставить для цилиндрических структур, образующая которых перпендикулярна выделенному направлению. Поскольку на практике ширина развязывающих структур составляют несколько длин волн, то полученные в результате расчетов оптимальные (обеспечивающие максимальную развязку или широкополосность системы) геометрические параметры структуры оказываются такими же, как и для реальных трехмерных структур.
Основные методы исследования периодических структур могут быть условно разделены на две группы. В первой группе методов решается задача рассеяния плоской волны периодической структурой и по ее результатам определяется эквивалентный импеданс Z(0) периодической структуры, соответствующий нормальному падению плоской волны на бесконечную плоскую структуру, равный [101]
Z(0)=Zo(1–R(0))/(1+R(0)),
где R (0) – коэффициент отражения в задаче о нормальном падении.
Суть импедансного метода заключается в том, что для любого угла падения полагают Z=Z(0), а периодичность структуры дополнительно не учитывается. Это предположение, разумеется, справедливо лишь для частопериодических структур, для которых выполняется условие 0,05 < b/l < 0,3. Выводы, сделанные на основании импедансного подхода, являются ориентировочными, поскольку и метод, и само понятие импеданса как величины, которая может быть задана заранее; являются приближенными.
Вторая группа – более точные результаты могут быть получены лишь с использованием строгих электродинамических методов и в результате численных исследований. К наиболее распространенным следует отнести интегральные уравнения (ИУ) для полей на границе, ИУ относительно спектральных составляющих полей [109,110].
Наиболее распространенным типом развязывающих структур являются металлические структуры с прямоугольным профилем канавок. Геометрические размеры ребристых структур можно подбирать, анализируя бесконечные периодические структуры. Однако решить вопрос об оптимальном местоположении развязывающего устройства, с точки зрения получения наибольшей развязки, на основе такого подхода невозможно.
Оказывается, что эффективность развязывающей структуры на 10–13дБ выше при расположении ее в непосредственной близости от источника или приемника излучения по сравнению с тем случаем, когда структура лежит посередине между антеннами. Это объясняется эффектом "взлетной" и "посадочной" площадок, заключающимся в том, что наибольшее влияние на распространение радиоволн над плоской поверхностью оказывают области, примыкающие к антеннам [111].
Таким образом, эффективность развязывающей ребристой структуры существенно зависит от места ее расположения [107]. Кроме того, структура существенно влияет на ДН антенны, вблизи которой она находится ( в наибольшей степени влияет глубина канавки в ребристых структурах) [111]. По оценкам, приведенным в [107], отталкивающая структура, расположенная вблизи антенны, сфазированной в направлении, совпадающем с плоскостью раскрыва, может обеспечить "отжатие" ДН решетки на 100 и более.
Часто в качестве бортовых антенн используются антенны, расположенные непосредственно на поверхности сложного профиля. Такие антенны позволяют реализовать существенно более широкий спектр ДН по сравнению с антеннами плоской апертуры. При расположении ребристой структуры на выпуклой криволинейной поверхности абсолютная величина развязки возрастает при фиксированном расположении антенн по сравнению с плоским случаем из-за затенения их выпуклой поверхностью [112,113], а присутствие структуры слабее сказывается на форму ДН антенны.
Увеличить широкополосность структуры можно путем использования трапецевидной формы канавок и путем внесения дополнительных резонансных элементов, например, слоя магнитодиэлектрика. Это приводит к тому, что увеличивается эквивалентная глубина канавок, структура с заполненными канавками менее эффективно возбуждается и зависимости величины развязки от геометрических параметров становятся более сглаженными [107].
C помощью развязывающих ребристых структур возможно получение развязки примерно 30дБ в полосе частот 20% при длине устройства порядка l. Расширения диапазонных свойств развязывающего устройства можно достичь путем совместного использования развязывающих устройств, основанных на отражении от отдельных неоднородностей с устройствами, в которых развязка обеспечивается потерями на излучение [101].
В [114] рассмотрено влияние на взаимную связь антенн, расположенных над неровной кромкой полуплоскости. Установлено, что в случае прямоугольных неровностей можно достичь ослабления поля –23дБ в 40% диапазоне частот. Связано это с тем, что вблизи изрезанной кромки поле представляет результат интерференции прямой волны и волны, переизлученной кромками прямоугольных канавок. "Срыв" волны (наилучшее условие для компенсации полей) наблюдается при глубине прямоугольного выреза острого края, меньшей, чем глубина двумерной канавки [55], т.к. поперечная относительно края компонента магнитного поля имеет особенность типа i(2/kd)1/2 , осутствующая на двумерных структурах, что оказывает влияние на фазовые соотношения интерферирующих полей.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.