Ослабление помеховых полей с помощью щелевых экранов ограниченной протяженности

Вынесенные дифракционные щелевые экраны являются эффективным средством для обеспечения электромагнитной совместимости радиосредств и находят широкое применение в практике распространения радиоволн [1-3]. Такие экраны не оказывают существенного влияния на характеристики антенной системы и потому не требуют внесения в нее каких-либо конструктивных изменений. Благодаря интерференционной структуре поля, обусловленной суперпозицией краевых волн от кромок таких экранов, имеется потенциальная возможность ослабления мешающих полей до глубокого минимума за счет регулирования фазами краевых лучей. Разработка щелевых экранов связана с решением дифракционных задач обратного характера со множеством искомых параметров (в зависимости от числа щелей) и поэтому сопряжена с определенными трудностями. Известны щелевые дифракционные экраны, где при постановке задачи было принято условие бесконечной протяженности (рис. 1 а), что значительно упростило задачу и позволило разработать так называемый метод годографа ее решения [2].

Рис. 1

Однако на практике реальная ограниченность длины экрана не позволяет из-за влияния боковых краевых волн достичь тех уровней ослабления, которые дают теоретическое решение задачи для экранов бесконечной протяженности. Исходя из этого, была поставлена задача разработки ослабляющего щелевого экрана с ограниченной длиной (рис. 1 б).

Для предлагаемого k -щелевого симметричного экрана решается с учетом направленных свойств излучателей уравнение целевой функции Ф (множителя дифракционного ослабления относительно свободного пространства):

2k+1         ^j " ¹

Ф= ^(-1)  -a(U j ) = 0,                                  (1)

j=i где a(uj) = FH(1) (u j) • F^2) (u.) • Ffl (u.); FД (uj) = F(uy, иj) - функция, характеризующая дифракцию на базовом экране; uy, и - обобщенные параметры Френеля, определяющие размеры базового экрана соответственно в горизонтальном (υy) и вертикальном (υj) направлениях; F^CVj) и ^2)(и ) - функции, характеризующие направленные свойства излучающей и приемной антенн. Параметр k определяет число щелей в экране. Используя аналитические приемы, уравнение целевой функции представили в виде (1) с тем, чтобы для его решения использовать ранее разработанный метод годографа [2]. Как известно, этот метод заключается в использовании свойств годографа, представляющего амплитудно-фазовое распределение дифракционного поля (в нашем случае функции a(uj) ) и напоминающего по виду спираль Корню. В основе определения оптимальных величин параметров υj из уравнения (1) лежит правило параллелограмма, построенного на векторе a(υ1) путем его параллельного переноса таким образом, чтобы концы вектора лежали на этом годографе. На основе этого правила разработана программа расчета оптимальных параметров щелевых экранов [3], которая путем модификации использована при нахождении оптимальных параметров экранов с ограниченными в направлении у размерами. При этом функция F(uy, Vj) представлена в виде:

F(uy, Vj) = 1 - 2[5(uу) • C(иj) + C(uу ) • 5(uj)] + i • 2[C(vy ) • C(Vj) - 5(uy ) • 5(uj)] , (2) где С(υ), S(υ) – интегралы Френеля.

Решение уравнения (1) позволяет выявить и проанализировать области, в пределах которых обеспечиваются условия оптимального ослабления полей, и определить значения параметров экранов и гарантируемые уровни ослабления.

Рис. 2

На рисунке 2 представлены годографы функции (2), построенные в полярных координатах, где амплитудой вектора служит модуль функции F(υ y , υ j ), а полярным углом – ее фаза.

Из представленных годографов видно наличие или отсутствие областей абсолютного ослабления в зависимости от горизонтальной длины υ y экрана. Например, при υ y = 0,6 параллельный перенос исходного вектора с амплитудой 1 и полярным углом 0 невозможен в пределах годографа, что свидетельствует о невозможности достижения абсолютного ослабления при значении υ y = 0,6.

В таблице приведены значения оптимальных параметров однощелевого экрана, найденные с использованием годографа целевой функции (рис. 2) для проведения модельного эксперимента на указанных частотах (длина трассы r 0 = 30 м; при расположении экрана посередине трассы m = 0,5).

Таблица

Оптимальные параметры щелевых экранов

m = 0,5; r = 30 м
υ y	f = 9,375 (λ = 3,2 см)				f = 5,3 (λ = 5,66 см)
	2 y	h 1	h 2	h 3	2 y	h 1	h 2	h 3
0,8	55,4	0	15,9	43,9	73,7	0	21,2	58,3
1,0	69,3	0	17,0	38,6	92,1	0	22,7	51,3
1,2	83,1	0	15,2	34,7	110,6	0	20,2	46,2
1,4	97,0	0	11,3	31,7	129,0	0	15.0	42,2

На рисунке 3 приведены расчетные значения ослабления Ф при определении значений оптимальных параметров υ j экрана и измеренные значения Ф, полученные на модельных экспериментах с рупорными антеннами на частотах 5,3 и 9,375 ГГц. Рупорные антенны имели достаточно широкие направленные характеристики, которые представлены в виде кривой 2 на рисунке 4, а кривая 1 соответствует направленности полуволнового вибратора (изотропного излучателя).

5.3        9.37 f. ГГц

-20

-40*

-60

-80*

Ф. дБ

Рис. 3

Расчетное ослабление находится в пределах -80 дБ, в действительности же с учетом реальных аппаратурных ограничений в проведенном эксперименте оно составляет порядка -38 (±1,5) дБ, что свидетельствует о достаточно высокой эффективности разработанных экранов.

Рис. 4

В данной работе путем модификации ранее разработанного графо-аналитического метода получены с учетом направленных характеристик излучателей оптимальные параметры прямоугольных щелевых экранов ограниченной протяженности, что значительно упрощает конструкции экранов при обеспечении высокого уровня ослабления мешающих полей. Высокую эффективность разработанных экранов и самого метода выбора их оптимальных параметров подтверждают высокие уровни расчетного ослабления и результаты модельных экспериментов с реальными рупорными антеннами на частотах 5,3 и 9,375 ГГц.