Методы и средства передачи информации (Лекция №17)
.pdfЭлементы [T]-матрицы могут быть легко найдены на основе известных ко-
эффициентов Sij матрицы рассеяния [S] (определяемых коэффициентами отра-
жения n0 и передачи (1 − n0) , как это показано в лекции № 13 , а также связи между элементами Sij и Tij .
Связь коэффициентов получается из представления системы уравнений
b |
= S a |
|
+ S |
12 |
a |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(17.29) |
|||||||||
|
1 |
|
|
|
11 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
b2 = S21a1 + S22a2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
относительно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
= |
1 |
|
b |
2 |
− |
S22 |
a |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
1 |
|
|
S21 |
|
|
|
S21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
(17.30) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S11S22 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
S11 |
|
|
+ (S12 − |
)a2 |
|
|||||||||||||||||
b1 |
= |
|
|
|
b2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
S21 |
|
S21 |
|
|
||||||||||||||||||||||
откуда с учетом (17.27) получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
T |
11 |
= |
1 |
|
; |
|
T |
12 |
= − |
S22 |
; |
|
|
|
|
|||||||||||
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
21 |
|
|
|
. |
(17.31) |
|||||||
T |
12 |
= |
|
S12 |
; |
|
T |
22 |
=(S |
12 |
− |
S11S22 |
) |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
S21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S21 |
|
В дальнейшем изложении учтено, что a 1 = Rвх; b1= Lвх.
Рассмотрим электродинамическую модель рис. 17.2 как каскадное включение четырехполюсников следующих типов:
|
|
|
1 |
1 |
r |
|
|
||
1) граница I : |
[T |
]= |
|
|
|
0 |
, |
(17.32) |
|
d |
r |
1 |
|||||||
|
|
1 |
|
|
|
||||
|
|
|
10 |
0 |
|
|
где d10 =1+r0 соответствует n0 (17.13) для E и (−n0 ) (17.14) для H оставляю-
щих плоской волны;
2) |
пространство стены (без граничных поверхностей), для которой |
|
||||||||||||||
|
|
|
[S] |
|
|
0 |
|
e |
− pt |
|
|
|||||
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
, |
(17.33) |
|||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
− pt |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
pt |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
и |
|
|
[T |
2 |
]= |
e |
|
|
|
0 |
|
|
, |
(17.34) |
||
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
e |
− pt |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где p − постоянная распространения в стене ( σ ≈5 108 , µr =1, εr |
≈ 4 ); |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21
|
|
|
|
1 |
|
1 |
r |
|
|
|
3) граница II : |
[T |
3 |
]= |
|
|
|
1 |
, |
|
(17.35) |
d21 |
1 |
|
||||||||
|
|
|
r1 |
|
|
|
||||
где d21 =1 + r1; |
r1 = −n0 (для E ); r1 = n0 |
(для H - поля); т.е. r1 |
=−r0 |
(для E и |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
E,H |
|
E,H |
H, соответственно);
4)воздушный промежуток от границы II до референсной плоскости, проходящей через точку наблюдения M , по аналогии с (17.34) описываемый матрицей
|
− jk |
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
[T4]= e |
|
0 2 |
|
0 |
a |
, |
(17.36) |
||
|
0 |
|
|
e |
− jk0 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
где k0 = ω ε0µ0 (σ = 0, εr =1, µr =1);
5)волновая матрица четырехполюсника между точкой М и сечением III повторяет [T4];
6)четырехполюсник границы III описывается [T1];
7)промежуток между сечениями III и IV − [T2];
8)четырехполюсник границы IV повторяет четырехполюсник границы II и описывается матрицей [T3].
Откуда можно записать:
Rвx |
= [T1][T2][T3][T4 |
][T4][T1][T2 |
Rвых |
(17.37) |
|||
|
|
][T3] |
|
. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Lвх |
|
|
|
0 |
|
|
Решение задачи получается из (17.37) и выражения для волн в точке М, вид которого:
R |
|
|
=[T ][T |
|
][T |
|
][T |
|
R |
|
|
(17.38) |
|||
|
вx |
|
|
|
] |
|
M |
|
|||||||
Lвх |
|
1 |
|
2 |
|
3 |
|
4 |
LM |
|
|
||||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
=[T |
|
][T ][T |
|
][T |
|
R |
вых |
|
(17.39) |
|||
M |
|
|
|
] |
. |
||||||||||
L |
|
|
|
4 |
|
1 |
|
2 |
|
3 |
|
|
0 |
|
|
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где RM и LM − волны в точке М (центре экранируемой области).
Можно получить искомое решение и из системы матричных уравнений
(17.38) и (17.39).
22
Алгоритм действий более рационален в варианте решения системы на базе
(17.38) и (17.39). Он осуществляется в результате следующих действий:
1) Записать в явном виде матрицы[Tл]=[T1][T2][T3][T4]и[Tп]=[T4][T1][T2][T3]. При этом получаем
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
[T |
л |
]= |
|
|
||
r 2 |
||||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
[T |
п |
]= |
|
|
||
r 2 |
|
|||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
(e pt − r02 e− pt ) |
e jk0 2 |
a
2r0 e jk0 2 (sh pt)
e jk |
0 |
a |
(e |
pt − r02 e− |
pt ) |
|||||||
2 |
||||||||||||
|
|
|
||||||||||
2r e− jk0 |
|
a |
(sh pt) |
|||||||||
2 |
||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2) Выразить Rвш через RМ, LМ :
− 2e− jk0 |
|
a |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
(sh pt) |
|
|
|
|
||||||||||||
2 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
− e− jk0 |
|
|
(r02 e− |
pt − e |
pt ) |
|
||||||||||||
2 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− 2e jk0 |
a |
|
(sh pt) |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
2 |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
− e− jk0 |
|
|
|
(r02 e− |
pt − e |
pt ) |
||||||||||||
2 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
(e |
|
|
pt )RM − |
|
|
1 |
e jk0 |
|
р |
t − r02 e− |
||
Rвш = |
|
2 |
||||||
|
− r2 |
|
||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3) Выразить RM и LM через Rвых:
− jk0 |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2r0 e |
2 sh pt LM . |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RM = (e |
pt − r02 e− |
pt )e jk0 |
a |
|
1 |
|
|||||||
2 |
|
Rвых; |
|||||||||||
|
1 − r2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
||
|
|
|
− jk0 |
a |
1 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
2 |
|
|
Rвых. |
|||||||
LM = 2r0 sh |
pte |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
1 − r2 |
|||||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
(17.40)
(17.41)
(17.42)
(17.43)
(17.44)
4) Подставить RM и LM в виде (17.43) и (17.44) в (17.42) и получить связь Rвых с Rвш в виде:
|
|
|
(1 − r2 )2 R |
вш |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||
Rвых = |
(e |
pt − r02 e− |
pt )e jk0a |
− 4e− jk0a r02 |
(sh pt)2 |
(17.45) |
|||
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5)Подставить (17.45) в (17.43) и (17.44).
6)Сложить RM и LM , получив поле в точке М.
23
7) Записать коэффициент передачи
|
|
R |
M |
+ L |
M |
|
|
|
|
|
|
1 − r2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
S = |
|
|
|
|
|
= |
0 |
|
|
|
|
. |
(17.46) |
|||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|||||||||
|
|
|
|
Rвш |
|
|
|
|
(e |
γ |
t − r02e− |
γ |
t)− 2r0sh γte− jk0 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если подставить в полученное выражение (17.46) соотношения коэффици-
ентов отражения для Eвш (величину r0Е ) и Hвш (величину r0Н ), то получаем для электрического поля:
S |
E |
= |
Eвт |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
(17.47) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
||||||||||
|
|
Eвш |
|
|
|
|
|
Zст |
|
|
|
a |
|
|
|
Z0 |
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
jk0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sh pt |
|
|
|
cos k0 |
|
|
+ |
j |
|
|
|
sin k0 |
|
|
|
+ ch рt e |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Z0 |
|
2 |
|
Zст |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
для магнитной составляющей поля: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
S |
H |
= |
H вт |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
(17.48) |
||||||
H вш |
|
|
|
|
|
Z |
0 |
|
|
|
a |
|
|
Zст |
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
jk0 |
a |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sh pt |
|
|
|
|
cos k0 |
|
|
|
+ |
j |
|
|
|
sin k0 |
|
|
|
+ ch рt e |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zcт |
|
|
|
2 |
|
|
|
Z |
0 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Итак, в итоге реализации алгоритма мы получили связь внешних полей (возбуждаемых источником сигнала) с полями внутри помещений здания. Конкретные значения интенсивности полей (т.е. сигналов) в конкретных условиях можно легко оценить, применяя связи, приведенные в данной лекции, начиная от мощности, подводимой к антенне излучателя (генератора сигнала).
В заключении заметим, что приведенный алгоритм чаще используется для оценки экранирующего действия различных прямоугольных проводящих полостей, о чем мы будем говорить в нашем курсе в конце следующего семестра.
24