Влияние плоскослоистой среды на характеристики проволочных антенн

• Автор: Романов, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с.

Оглавление
Введение
1. Математический аппарат для расчета полей в плоскослоистых средах
Вводится математический аппарат, который испопьзуется е диссертационной работе для расчета полей в плоскослоистых средах.
2. Расчет полей в плоскослоистых средах
Поля источника в однородной среде и отраженные поля в слое представляются в виде спектрального интеграла. Вывод формул проводится при помощи введенных скалярных потенциалов.
3. Расчет распределения электрического тока источника
Рассматривается интегральное уравнение тонкого вибратора. Ток раскладывается по системе базисных функций тока. Интегральное уравнение задачи относительно электрического тока на вибраторе решается методом моментов. Находится входное сопротивление антенной системы.
4. Улучшение сходимости спектральных интегралов
Сходимость спектральных интегралов улучшается выделением асимптотики и сведением ее либо к зеркальным источникам поля, либо к первичному полю источника с известными весовыми множителями.
5. Диаграмма направленности вибраторной системы
Рассчитывается диаграмма направленности вибраторной системы методом стационарной фазы.
6 Учет зависимости относительной диэлектрической
проницаемости слоя по глубине
Учет зависимости относительной диэлектрической проницаемости слоя по глубине сводится к численному решению ДУ с неоднородными коэффициентами для введенных скалярных потенциалов и для функций, связанных с входным сопротивлением слоя.
7. Энергетические характеристики антенной системы
Рассчитываются мощность излучения, мощность потерь в среде и КПД антенной системы. Антенна находится над ПСС, частично или полностью в слоях ПСС. Рассчитывается интегральная мощность потерь в любом слое ПСС.
8. Численные исследования
Приводятся графики распределения тока, входного сопротивления, сопротивления излучения, КПД, отношения мощности потерь в среде к мощности излучения, отношения мощности потерь в среде, приходящейся на спектр поля излучения и на спектр ближних полей, к входной мощности излучателя для различных проволочных антенн и ПСС.
9. Интерпретация результатов зондовых измерений параметров плоскослоистой среды с выносом
информации по постоянному току
В задаче зондирования параметров ПСС находится связь экспериментально измеряемого тока диода с вносимым входным сопротивлением вибратора. Находится приближенная аналитическая зависимость вносимого входного сопротивления диполя от параметров зондируемой среды.
Литература
Акт о внедрении
Приложение А Сокращения и обозначения
Приложение В Нормировка уравнений Максвелла
Приложение С Использование потенциалов Дебая
для расчета полей в плоскослоистых средах
Приложение П Использование матриц сопротивлений слоев
Приложение Е Использование матриц передачи слоев
Приложение Р Поля в дальней зоне источника
Приложение С Связь детектированного тока диода с
вносимым входным сопротивлением вибратора

Введение
Актуальность рассматриваемой задачи
Проволочные антенны, находящиеся над полупроводящей плоскослоистой средой (ПСС), непосредственно в ПСС и пересекающие границы раздела ПСС, находят практическое применение.
В системах радиосвязи широко используются проволочные излучатели различных конфигураций и ориентаций относительно поверхности земли. Непосредственная близость антенны к земному покрову приводит к необходимости построения адекватной математической модели (ММ), которая учитывает влияние среды на ее характеристики. ММ должна включать геометрическую структуру среды, ее электродинамические параметры и учитывать реальную геометрию антенны, которая в общем случае состоит из вертикальных, горизонтальных и наклонных элементов. Влиянием этих элементов, возбуждаемых излучателем и взаимодействующих с землей, пренебрегать нельзя. ММ ПСС должна учитывать различные виды земных сред с их характерными особенностями и изменениями относительных диэлектрических проницаемостей и удельных проводимостей в зависимости от климатических условий. Это приводит к тому, что ММ земли может меняться после дождевых осадков, при наличии снега или при образовании ледяного покрова. Учет всей электродинамической обстановки особенно важен при проектировании малых и средних наземных антенных систем, которые в настоящее время развиваются на мировом рынке антенн [72]. При излучении антенн, расположенных над ПСС и непосредственно в ПСС в верхнее полупространство, требуется оценка энергетических потерь в слоях ПСС для рассматриваемых земных пород и для выбранной несущей частоты передающего устройства [59].
Обычно в ММ ПСС комплексная диэлектрическая проницаемость слоев полагается кусочно-постоянной. Такое допущение однородности среды обычно приемлемо для сред, у которых удельное поглощение велико непосредственно в приповерхностном слое [6, 7]. К таким средам, например, относятся морская вода и засоленные почвы. Для покровов типа льдов, сухих и мокрых песков, влажных почв зависимость комплексной диэлектрической проницаемости по глубине уже неоднородна. При этом эта зависимость носит случайный характер и поэтому не имеет смысла говорить о каком-либо одном законе ее изменения. На практике для описания поведения комплексной диэлектрической

иЧ = г,1 /£.,, и > п (рассматриваемый слой выше слоя с источником), (2.3.2-1)
и?+ = 11„иЦ, I <п (рассматриваемый слой ниже слоя с источником).
Замечание 2
Отметим, что для слоя, расположенного ниже слоя с источником, связывается его правое (верхнее) напряжение 11/с левым (нижнем) и'"1'' напряжением ЧП с источником. Для слоя, расположенного выше слоя с источником, связывается его левое (нижнее) напряжение с правым (верхнем) иг‘( напряжением ЧП с источником (2.2.2-1).
После этого пересчета потенциал Дебая с левого входа ирц (рис. 2.3.2-3) или с правого входа /7/1, (рис. 2.3.2-1) рассматриваемого ЧП нам известен и необходимо связать и1„ег и иЦррег с ним.
/Д, < и »
Рассматриваемый слой / i 2?in 1 Слой и с
2W /ower
Рис. 2
Пусть рассматриваемый слой / находится ниже слоя п с источником (рис. 2.3.2-
1). Напряжения на нижней (lower) и верхней (upper) границе слоя имеют вид (2.3-1):
kr = U""(z = zupperl) = Ulpper + Uler exp(- r, h,)
{u?fß = {jrefß = = exp(_ '
Решение этой системы для амплитуд Ufomr и Up
где ht = zM - г, - толщина слоя /, jrc2 - , et, ju, - относительные комплексные
диэлектрическая и магнитная проницаемости слоя I.