компактные диэлектрические антенны для беспроводных сетей

УДК 627.372
РАССЕЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ НА РЕШЕТКАХ
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРОВ
Трубин А.А.
Научно-исследовательский институт телекоммуникаций НТУУ «КПИ»
E-mail: atrubin@ukrpost.net
The scattering of the electromagnetic pulses on the lattices of Dielectric Resonators
The properties of square lattices dielectric resonators (DR) under the scattering of electromagnetic
pulses plane waves in the open space are examined.
Решетки диэлектрических резонаторов (ДР) являются новыми пространственными
структурами, которые сегодня могут быть использованы в антенно-фидерных устройствах
микроволнового, миллиметрового и инфракрасного диапазонов длин волн. Свойства их
изучены недостаточно. В настоящем докладе, на основе развитой ранее теории [1],
проведены результаты исследования процессов рассеяния линейно поляризованных
импульсов (p-типа) плоских электромагнитных волн в дальней зоне слоистых квадратных
решеток цилиндрических ДР.
Рис. 1. А – плотность мощности рассеянного поля в волновой зоне прямоугольной решетки
10 x 10 цилиндрических ДР в открытом пространстве (б). В - результат рассеяния
прямоугольного импульса (пунктирная кривая) в дальней зоне (сплошная кривая). Г результат рассеяния нормального импульса в дальней зоне решетки.
Предполагалось, что в каждом резонаторе возбуждается основной магнитный вид
собственных колебаний H101 (рис.1 - 3), а вместе они образуют связанную систему. В
2
расчетах полагалось, что частота собственных колебаний каждого изолированного ДР равна
f 0  4 ГГц; относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика равна 36;
отношение высоты L к диаметру 2r0 резонатора:   L / 2r0  0,4 . Направление волнового
вектора падающих импульсов на рис. 1-3, а и на рис. 2, б показано пунктирной прямой. В
локальной сферической системе координат, связанной с центром решетки
( , )  (0,25 ,0) . Рассчитанные зависимости плотности потока мощности отраженных
волн в дальней зоне решетки от углов наблюдения приведены сплошными кривыми (рис. 1,
3, а и 2, б). При этом, верхняя полуплоскость 0   0   соответствует значению
азимутального угла    0 , а нижняя - полуплоскости   0 . Где ( 0 , 0 ) направление на
приемник в сферической системе координат решетки.
Рис. 2. А – 2 x 10 x 10 прямоугольная решетка цилиндрических ДР в открытом пространстве.
Б – плотность мощности рассеянного поля в волновой зоне решетки. В - результат рассеяния
нормального импульса в дальней зоне (сплошная кривая). Г - результат рассеяния
супергауссовского импульса.
Исследовались огибающие нормированных по амплитуде рассеянных импульсов в
волновой зоне решеток, распространяющихся в направлении главного лепестка отражения О
(см. рис. 1, 3, а, а также рис. 2, б). Рассмотрены случаи падения линейно поляризованных
импульсов с различной формы - прямоугольной (рис. 1, в), нормальной (рис. 1, 3, г, рис. 2, в),
супергауссовский (рис. 2, г, рис. 3, в) и солитоноподобный. При этом, в проведенных
расчетах рассматривалось только собственное - вносимое решеткой - запаздывание во
времени. Очевидное пространственное запаздывание, обусловленное конечной скоростью
распространения падающих и рассеянных импульсов от источника до решетки и от решетки
3
до приемника, не учитывалось. Изучены огибающие рассеянных импульсов в зависимости от
направления, поляризации и частоты падающих.
Исследованы также частные случаи рассеяния на квадратных решетках при различных
относительных расстояниях между центрами соседних ДР: d  s  0 / 4 , где 0  c / f 0 длина волны в открытом пространстве ( s  1,2,3... ). Проанализированы возможные случаи
различного относительного расположения каждого из образующих "слоев" решетки: ( H , x )
(см. рис. 2, а; рис. 3, б). Отмечается возможность увеличения времени задержки отраженных
импульсов, обусловленная увеличением числа слоев решетки.
Рассчитано распределение поля рассеяния в ближней зоне решеток. Отмечены условия,
при выполнении которых наблюдается увеличение плотности потока мощности в ближней
зоне. Установлена возможность пространственно-временного "сжатия" рассеянных
импульсов в ближней зоне решетки ДР.
Рис. 3. А – плотность мощности рассеянного поля в волновой зоне прямоугольной решетки 3
x 10 x 10 цилиндрических ДР в открытом пространстве (б). В - результат рассеяния
супергауссовского импульса (пунктирная кривая) в дальней зоне (сплошная кривая)
решетки. Г - результат рассеяния нормального импульса.
Обсуждаются возможные области применения предлагаемых планарных решеток ДР в
антенно-фидерных трактах, измерительных устройствах, источниках излучения и
детектирования миллиметрового и инфракрасного диапазонов длин волн различных
беспроводных и волоконно-оптических систем связи.
Литература
1.
Трубин А.А. Рассеяние электромагнитных волн на плоской квадратной решетке
цилиндрических диэлектрических резонаторов //19-я Межд. Крымская конференция “СВЧ
- техника и телекоммуникационные технологии”. Севастополь. 2009. с. 405-407.