Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1269 вузов, 4660 предметов.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Московский государственный юридический университет им. О.Е. Кутафина
Предмет:
Криминология
Файл:

Distantsionny_kontrol_psikhofiziologicheskogo_sostoyania_s_pomoschyu_sverkhshirokopolosnoy_RLS

.pdf
Скачиваний:
25
Добавлен:
04.05.2022
Размер:
12.15 Mб
Скачать
☆

301

В табл. 4.4 приводятся значение КНД в режиме излучения и приема гармонических сигналов,

рассчитанное по формуле (4.38) и по известной методике [266]. Высокая точность совпадения резуль-

татов свидетельствует о достоверности решения задачи приема.

4.6.5. Согласованные передающий и приемный вибраторы

Рассмотренные модели прямолинейных симметричных вибраторов не учитывают потери на из-

лучение в режиме передачи и потери на отражение в режиме приема электромагнитных волн, а также неравномерность распределения волнового сопротивления вдоль плеч вибратора, что в практических случаях при использовании тонких вибраторов может привести к значительным искажениям СШП сигналов (см. рис. 4.111).

Уменьшить неравномерность распределения волнового сопротивления в антенне и обеспечить лучшую согласованность с линией передачи и свободным пространством можно, уменьшая угол между плечами вибратора (рис. 4.127). Это позволяет снизить искажения сверхширокополосных сиг-

налов, что иллюстрируют рис. 4.128 и 4.129.

z

 

 

 

1

 

 

 

 

M

0

 

r

 

 

l 2

Рис. 4.127. Согласованный вибратор со сведенными плечами

302

Uген N(

uпрм

,

 

 

Uпрм2( t)

t) t

 

0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.2

 

9

 

9

 

9

 

9

 

9

 

9

 

9

 

9

 

9

 

8

 

0

 

1 10

 

2 10

 

3 10

 

4 10

 

5 10

 

6 10

 

7 10

 

8 10

 

9 10

 

1 10

 

t

Uген_пик

 

 

 

 

 

 

 

 

 

65.762 20

 

Uген_пик

44.39

10

 

Wген

49.35

 

 

 

 

Рис. 4.128. Сигналlog

на выходе симметричногоlog

вибратора

Uпрм_пик

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uпрм_пик

 

 

Wпрм

 

с

t_ген

 

10

t_прм

2.181 10

 

 

 

70

0

20.629

углом между плечами9

 

t_прм 4.498 10

t_ген

 

 

 

 

0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uпрм

 

, t 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uпрм( t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.2

2 10 10

4 10 10

6 10 10

8 10 10

 

1 10 9

1.2 10 9

1.4 10 9

1.6 10 9

 

1.8 10 9

 

2 10 9

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10log

Wген

 

 

 

10

t_прм

 

 

 

 

 

 

50.01

54.193

t_ген 2.181 10

 

1.02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

Рис. 4.129. Сигнал на выходе симметричного

вибратора

с углом между плечами 30

 

 

 

 

 

 

 

Uпрм_пик

 

 

Wпрм

 

 

 

 

10

t_ген

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t_прм

2.224 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В согласованной антенне импульсы тока не отражаются от концов вибратора, а полностью излучаются в окружающее пространство. Поэтому распределение тока в согласованной передающей антенне, в отличие от выражения (4.24), описывается только импульсами, распространяющимися от точки питания к концам антенны:

 

 

 

 

z

 

I1

z 0,t I t

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

c

(4.39)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

I

2 z 0,t I t

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

303

В плоскости передающего вибратора поле описывается выражением, состоящим из суммы импульсов двух плеч вибратора:

E ( ,t) E1 ( ,t) E2 ( ,t) ,

(4.40)

где

 

 

 

Zc

 

E1

( ,t)

 

 

I t

 

 

 

4

r sin 1

 

 

 

 

 

 

Zc

 

 

E2

( ,t)

 

 

I t

 

r sin2

 

4

 

 

r

 

l

 

 

 

I t

 

 

 

 

c

 

c

 

r

 

l

 

 

 

I t

 

 

 

 

c

 

c

 

r l cos

 

 

 

1

1

cos 1

,

 

c

 

 

 

r l cos2

 

 

 

 

1

cos 2

,

 

c

 

 

 

 

,

 

2

 

.

1

2

2

 

2

2

 

 

 

(4.41)

(4.42)

(4.43)

Напряжение на выходе согласованного приемного вибратора определяется аналогично:

uпрм , t uпрм1 , t uпрм1 , t ,

(4.44)

где

 

, t

1

 

 

uпрм1

 

u t

sin 1

 

 

 

 

 

, t

1

 

 

uпрм2

 

u t

sin 2

 

 

 

 

r

 

l

 

 

 

u t

 

 

 

 

c

 

c

 

r

 

l

 

 

 

u t

 

 

 

 

c

 

c

 

r l cos

 

 

 

1

1

cos 1

,

 

c

 

 

 

r l cos2

 

 

 

 

1

cos 2

.

 

c

 

 

 

(4.45)

(4.46)

Проверка достоверности решений (4.40) – (4.46) проводилась путем сравнения численных рас-

четов и экспериментальных исследований. На рис. 4.111,а показан сигнал генератора, возбуждающий передающий вибратор со сведенными плечами длиной 0, 25 м (рис. 4.130). Для улучшения согласо-

вания использовался плавный переход от коаксиальной линии к двухпроводной цилиндрической ли-

нии и антенне.

304

Принимаемый сигнал рассчитывался на основании последовательного применения решений задачи излучения, а затем задачи приема, а также экспериментально регистрировался с помощью стробоскопического осциллографа с полосой 0-18 ГГц. На рис. 4.131, 4.132 показаны временные формы расчетных и экспериментальных принимаемых сигналов для вибраторов с углом между пле-

чами 300 и 500 . Среднее квадратическое отклонение численных расчетов и натурных изме-

рений составило 0,47% и 0,79% соответственно, что свидетельствует о достаточно высокой точности представленного временного метода расчета сверхширокополосных антенн.

Рис. 4.130. Согласованный симметричный вибратор со сведенными плечами

 

1

 

 

 

uпрм расч t

 

 

 

0.047

 

 

 

 

Uрасч(t)

 

 

 

 

uпрмUэксэкс(t)t

0

 

 

 

 

1

5 10 10

1 10 9

1.5 10 9

 

0

 

 

 

t

 

Рис. 4.131. Расчетная и экспериментальная временная форма

на выходе приемного согласованного вибратора с углом между плечами 300

305

 

1

 

 

 

 

uпрм расч t

 

 

0.079

 

 

 

 

Uрасч(t)

 

 

 

 

 

Uэкс(t)

0

 

 

 

 

t

 

 

 

 

uпрм экс

 

 

 

 

 

1

5 10 10

1 10

9

1.5 10 9

 

0

 

 

 

t

 

 

Рис. 4.132. Расчетная и экспериментальная временная форма на выходе приемного согласованного вибратора с углом между плечами 500

Однако вибраторная антенна обладает незначительной площадью излучающего раскрыва.

Увеличение поверхности антенны и, следовательно, амплитуды сигналов возможно в биконических вибраторах со сведенными плечами и в ТЕМ-рупорах.

4.6.6. Согласованный ТЕМ-рупор

В основе модели ТЕМ-рупора лежит конструкция согласованного вибратора со сведенными плечами. Представим поверхность излучающих пластин ТЕМ-рупора суммой симметричных вибра-

торов (рис. 4.133).

l

Рис. 4.133. Ленточный ТЕМ-рупор, представленный суммой вибраторов со сведенными плечами

306

Поле центрального вибратора в направлении нормали к поверхности раскрыва, то есть в направлении максимального излучения, распространяется раньше полей других вибраторов. Таким образом, сигнал ТЕМ-рупора можно представить суммой запаздывающих полей N-го количества условных составных вибраторов. Поэтому амплитуда излучаемого сигнала возрастает за счет сумми-

рования полей вибраторов. Однако запаздывание элементарных полей приводит к увеличению про-

должительности суммарного поля ТЕМ-рупора, что несколько уменьшает ширину диапазона частот антенны.

4.6.7. Конструкции и параметры эффективных сверхширокополосных антенн для биора-

даров

Ниже приводятся параметры некоторых конструкций сверхширокополосных антенн, использу-

емых в биорадарах.

Биконический симметричный вибратор (рис. 4.134) является наиболее простой сверхширокопо-

лосной антенной, которая позволяет излучать и принимать сверхширокополосные сигналы без зна-

чительных искажений (рис. 4.135).

Рис. 4.134. Симметричный биконический вибратор

Среднее значение коэффициента стоячих волн по напряжению (КСВН) биконического вибра-

тора длиной 20, 7 см с углом сведения 40 градусов в диапазоне от 3 до 10 ГГц составляет 1,733, а ко-

307

эффициента

усиления

(КУ)

в

диапазоне

частот

от

2

до

10 ГГц равняется 6,78 дБ.

 

 

 

 

 

 

 

Щелевая антенна (рис. 4.136) также позволяет формировать сверхширокополосные сигналы

в

пространстве без значительных искажений (рис. 4.137). В зависимости от размеров антенны и профи-

ля щели достигается необходимая частотная зависимость КСВН и КУ в заданном диапазоне. Напри-

мер, при размерах антенны 20х30 см среднее значение КСВН в полосе частот от 1 до 10 ГГц состав-

ляет 1,435, а КУ в диапазоне от 0,8 до 7 ГГц – 6,96 дБ.

 

0.5

 

 

 

 

 

 

 

0.25

 

 

 

 

 

 

Uпрм(t)

0

 

 

 

 

 

 

 

0.25

 

 

 

 

 

 

 

0.5

4 10 10

8 10 10

1.2 10 9

1.6 10 9

2 10

9

 

0

 

 

 

 

t

 

 

 

 

Рис. 4.135. Сверхширокополосный сигнал на выходе

 

приемного биконического симметричного вибратора

Рис. 4.136. Сверхширокополосная щелевая антенна

308

0.5

0.25

Uпрм(t) 0

0.25

 

 

 

 

 

0.5

1 10 9

2 10 9

3 10 9

4 10 9

5 10 9

0

t

Рис. 4.137. Сверхширокополосный сигнал на выходе приемной щелевой антенны

Следует отметить, что обязательным условием отсутствия искажений при излучении сверхши-

рокополосных сигналов является наличие единого фазового центра антенн, то есть обеспечение излу-

чения и приема гармонических составляющих с одинаковой начальной фазой. Это условие разделяет многочастотные и сверхширокополосные антенны на разные классы. Поэтому антенны, имеющие приемлемое значение КСВН в полосе частот, не всегда являются сверхширокополосными. Например,

многочастотная щелевая антенна (рис. 4.138) размером 35х35 см при среднем значении КСВН 1,257 в

полосе частот от 300 МГц до 10 ГГц (рис. 4.139) не обеспечивает передачу сверхширокополосных сигналов без искажений (рис. 4.140).

Рис. 4.138. Многочастотная щелевая антенна

309

 

5

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

КСВН(f)

3

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

1

2 109

4 109

6 109

8 109

1 1010

 

0

 

 

 

 

f

 

 

 

 

Рис. 4.139. Частотная зависимость КСВН

 

 

 

многочастотной щелевой антенны

 

0.5

0.25

Uпрм(t) 0

0.25

 

 

 

 

 

0.5

2 10 9

4 10 9

6 10 9

8 10 9

1 10 8

0

t

Рис. 4.140. Искажение сверхширокополосного сигнала многочастотной щелевой антенной

310

Для повышения амплитуды сигналов и КУ антенн необходимо увеличивать действующую по-

верхность антенн. Это достигается в ленточных ТЕМ-рупорах. Созданы специальных программы расчета параметров ТЕМ-рупора на ЭВМ, которые позволяют разработать конструкцию рупора,

обеспечивающую максимальную амплитуду излучаемых сверхширокополосных сигналов. На рис.

4.141 приведен пример ленточного ТЕМ-рупора высотой 30 см и площадью раскрыва 13,2х17,1 см, у

которого профиль излучающих пластин и расстояние между ними рассчитаны для генератора, фор-

мирующего двухполярные сигналы длительностью 250 пс. Такая конструкция рупора обеспечивает низкий КСВН (рис. 4.142) и высокий КУ (рис. 4.143) в диапазоне частот от 1 до 10 ГГц, а также излу-

чение и прием сверхширокополосных сигналов без искажений (рис. 4.144).

 

Рис. 4.141. Ленточный ТЕМ-рупор,

разработанный

 

5

 

 

 

 

 

 

 

для двухполярного сигнала длительностью 250 пс

 

4

 

 

 

 

 

 

КСВН(f)

3

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1

2 109

4 109

6 109

 

109

1 1010 1.2 1010

 

0

8

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

Рис. 4.142. Частотная зависимость КСВН

 

 

 

ленточного ТЕМ-рупора рис. 4.141

20

15

Соседние файлы в предмете Криминология
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности