Электродинамика широкополосных комбинированных излучателей с существенной взаимосвязью полей ближней зоны

, (6)

где

; - функция Макдональда.

Обобщенное функциональное уравнение, к решению которого сводится проблема, не может быть решено в замкнутом виде. Однако с использованием характерных для метода Винера-Хопфа построений это уравнение преобразовано в эквивалентную ему (БСЛАУ) второго рода, удобную для численного решения методом редукции. После нахождения решения этой системы становится возможным расчет основных электродинамических характеристик сферического резонатора с конической вставкой. Для этого от представления решения в форме контурного интеграла (6) осуществлён переход к представлениям в виде рядов. Входящие в эти ряды коэффициенты определяются путем решения БСЛАУ, в общем случае методом редукции.

Структурно ряды представляют собой разложения по собственным функциям полубесконечного конуса в области и по собственным функциям сферической оболочки радиуса в области (рисунок 13а).

Полученное решение использовано при определении собственных частот сферического резонатора с конической вставкой. Для этого в полученных соотношениях момент диполя был принят равным нулю и положено, что волновое число не есть заранее заданный параметр, а подлежит определению.

а) Сферический резонатор с конической вставкой

б) Заземленная сферическая оболочка с проводящим коническим включением

в) Секторные цилиндрические резонаторы, связанные через щель в общей стенке

г) Коаксиальная линия с ребристым внутренним проводником

Рисунок 13 ? Геометрия задач, рассмотренных в разделе 4

В предельном случае сдвиг собственной частоты, обусловленный конической вставкой малых электрических размеров, определяется выражением

(7)

где ? собственные частоты резонатора без конической вставки, ? результат факторизации характерной для данного класса задач функции, и ? производные сферических функций Неймана и Бесселя в определении Дебая, ? полиномы Лежандра.

Справедливость формулы (7) подтверждена в монографии [8^*] при решении обсуждаемой задачи другим строгим аналитико-численным методом. Там же приведены результаты обширных расчетов и выявлены основные особенности распределения полей в резонаторе и влияние его геометрических параметрах на основные типы колебаний.

Эффективность предложенного подхода более ёмко продемонстрирована в п. 4.3 при решении задачи об определении электростатических полей, производимых заряженным коническим включением и точечным зарядом внутри заземленной сферической оболочки (рисунок 13б).

Применение конечного интегрального преобразования типа Меллина

позволяет сформулировать обобщённое функциональное уравнение типа Винера-Хопфа относительно функции, представляющей собой трансформанту от Фурье-гармоники поверхностной плотности заряда на конической вставке. Полученное уравнение преобразовано в эквивалентную ему БСЛАУ, которая допускает эффективное решение методом итераций. В качестве примера приложения полученного решения был произведён расчёт ёмкости структуры в том случае, когда заряд отсутствует , а конус поддерживается при потенциале . Ограничиваясь при решении БСЛАУ в третьем приближении метода итераций членами порядка , получили следующее выражение для ёмкости структуры:

Сравнение результатов расчетов по данной формуле с имеющимися в литературе для случая , показало, что уже при они отличаются не более, чем на 1,3 %.

В п. 4.4 рассмотрена задача о связи двух идеально проводящих, бесконечно протяженных секторных резонаторов через щель в общей стенке при их возбуждении нитью магнитного тока (рисунок 13в).

Показано, что строгое решение задачи получается с использованием конечного интегрального преобразования, родственного преобразованию (6) и метода Винера-Хопфа. При этом установлено выражение для параметра играющего ту же роль, что и "большой параметр" в задачах дифракции на полосе или щели в бесконечном экране. Это обстоятельство позволило получить приближённое решение задачи, отвечающее случаю малых электрических размеров щели, связывающей секторные резонаторы, и учитывающее влияние на связь прилегающих к щели стенок резонаторов.

Ещё одним примером применения развитого в диссертации подхода является исследование в п. 4.5 характеристик цилиндрической коаксиальной линии с внутренним проводником сложного сечения. Линия представляет собой идеально проводящий цилиндрический экран, внутри которого содержится идеально проводящий проводник, составленный из расположенных в радиальных полуплоскостях и разнесенных одна относительно другой на угол пластин (рисунок 13г). В результате решения задачи получены строгие выражения для полей и характеристического импеданса линии.

В пятой главе рассмотрены задачи расчёта и оптимизации характеристик нестационарного излучения ряда излучателей. При этом предложен новый подход к исследованию особенностей нестационарного излучения кольцевых или дисковых излучателей при их синхронном возбуждении импульсами тока.

Существо подхода заключается в том, что сначала находится решение в частотной области, а затем путем применения специального приема осуществляется переход во временную область [20]. Причём в частотной области рассмотрение задач проводится не в цилиндрической системе координат, как это делается традиционно, а в системе координат, начало которой расположено в плоскости размещения излучателя и совмещено с проекцией точки наблюдения на эту плоскость.

В конечном итоге решения задач выписываются в виде однократных определенных интегралов с конечными пределами интегрирования, в подынтегральных функциях которых пространственные и временная переменная не разделены. На рисунке 14 приведен пример расчета зависимости компоненты поля кольцевого источника от времени при его возбуждении импульсом тока в виде функции Хевисайда. Параметры расчёта: радиус кольцевого излучателя ? 0,1 м; расстояние от его центра до проекции точки наблюдения на плоскость расположения излучателя ? 3 м; удаление точки наблюдения от этой плоскости ? 2 м; ? время, выраженное в световых метрах.

Рисунок 14 ? Зависимость поля кольцевого источника от времени при его возбуждении импульсом тока в виде функции Хевисайда

Здесь же дано решение задачи оптимизации [18,19]характеристик нестационарного излучения произвольной антенны. Геометрия антенны описывается всего одним обобщенным параметром ? радиусом воображаемой сферической поверхности целиком охватывающей антенну. Предполагается, что она возбуждается импульсом с ограниченной полосой занимаемых частот и что подводимая к ней энергия полностью излучается. Критерием оптимизации является максимизация амплитуды электрического поля в заданный момент времени в заданной точке дальней зоны. Физическая реализуемость результата оптимизации обеспечена путем наложения требования ограниченности добротности антенны. Существенно то, что это ограничение выражается только через один параметр ? число сферических гармоник, используемых для описания поля. Сначала в сферической системе координат (в частотной области) представлено разложение по сферическим гармоникам для поля. Затем, с использованием обратного интегрального преобразования Фурье, получены выражения для поля и излучаемой энергии во временной области. Задача оптимизации формулируется как вариационная задача с ограничениями и решается методом неопределенных множителей Лагранжа.

Основной является проблема избавления от сверхнаправленности, вызываемой большим запасом реактивной энергии в ближней зоне антенны. Этот запас, в свою очередь, является результатом интерференции реактивных компонент её ближнего поля. При описании поля мультипольными разложениями, представляющими собой с физической точки зрения волны открытого волновода в виде свободного пространства, все упирается в корректный учет числа членов разложения (гармоник). Обычно используемый критерий говорит о необходимости учета гармоник, где ? волновое число, ? радиус сферы, целиком вмещающей антенну. Но он установлен в предположении, что , когда есть точка (область) поворота решения дифференциального уравнения для сферических функций Бесселя. В рассматриваемом же случае значительная доля спектра излучения может попадать в область и даже . Учет этого обстоятельства и соответствующий анализ привели к выводу о необходимости учета гармоник.

В ИСЭ СО РАН (г. Томск) было проведено исследование [19] по оценке эффективных потенциалов ряда используемых на практике антенных систем для излучения мощных коротких сверхширокополосных импульсов: IRA (impulse radiated antenna), TEM, комбинированная антенна. Оказалось, что в эксперименте с 16-элементной решеткой комбинированных антенн, возбуждаемых от одного генератора, эффективный потенциал составил примерно 0,6 от предельно достижимого согласно теоретическим расчётам (рисунок 15). В то же время для 100-элементной решетки по расчетам он составляет 0,75, что примерно в 1,5 раза больше, чем для IRA. Оценки показали также, что отношение эффективного потенциала к объёму, занимаемому комбинированным излучателем или решёткой на основе таких излучателей, на порядок больше, чем для других излучателей.

Рисунок 15 ? Зависимости отношения измеренного эффективного потенциала к предельному (1) и радиуса сферы (2) от числа комбинированных антенн в решетке

В шестой главе сначала в п. 6.1 рассмотрен вопрос об излучающей способности произвольной системы электрических и магнитных токов. С этой целью в сферической системе координат действительная часть радиальной составляющей вектора Пойнтинга выражена через соответствующие компоненты и электрического и магнитного векторных потенциалов. Установлено, что выражение для плотности потока мощности в любом направлении в дальней зоне включает (помимо суммы независимых (парциальных) плотностей потоков, определяемых меридиональными и азимутальными составляющими потенциалов) слагаемое, содержащее произведения разноимённых компонент этих потенциалов. Из анализа следует, что при выполнении неравенства (звёздочка означает комплексное сопряжение) величина превышает значение, определяемое суммой независимых плотностей потоков мощности. Наибольший выигрыш достигается при условии

.

Этот вывод подтверждается рассмотрением простейшей излучающей системы, состоящей из ортогонально ориентированных, элементарных электрического и магнитного диполей.

Здесь же на конкретных примерах показано, что комбинация из электрического и магнитного излучателей при выполнении определенных условий позволяет расширить полосу согласования. На рисунке 16а представлен вариант комбинированного излучателя [21], который состоит из симметричного активного электрического вибратора и двух пассивных рамок, расположенных в одной плоскости по разные стороны от плеч вибратора. Отношение периметра рамки к длине вибратора .

У излучателя относительная полоса согласования по уровню КСВ=2 (рисунок 16б) равна 0,427, что примерно в 4 раза больше, чем у одиночного симметричного вибратора. Расширение полосы невелико вследствие слабости электродинамического взаимодействия вибратора и рамок. Путем надлежащего увеличения в конструкции комбинированной антенны такого взаимодействия можно существенно расширить полосу согласования.

Рисунок 16а ? Геометрия комбинированного излучателя

Рис. 16б ? Зависимость КСВ от отношения для комбинированного излучателя

В качестве примера на рисунке 17 приведен эскиз плоского вибратора, проводящие элементы которого поддерживают электрические токи, а отверстия и щели - магнитные [30]. Здесь же показаны частотные зависимости коэффициента отражения (КО) в питающем фидере. Видно, что полоса согласования по уровню КО=0,333 (соответствует КСВ=2) составляет не менее шести (расчёты выполнены Ю.И. Буяновым).

В п. 6.2 произведен вывод общих соотношений для нахождения запасенных энергий и добротностей излучения электрически малых антенн. При этом используется известное представление поля произвольной системы электрических и магнитных токов в виде суперпозиции полей электрического и магнитного типов. Запасенные энергии представляются разложениями в виде бесконечных рядов, причем (в отличие от известных работ) для коэффициентов этих разложений получены явные соотношения, исходя из распределения реальных токов излучающей системы. На основе полученных соотношений рассчитаны добротности ряда моделей электрически малых комбинированных антенн. Причем основное внимание уделялось выявлению влияния на добротность степени заполнения выделяемого под размещение антенны объема (внутренность сферы радиуса ).

Рисунок 17 ? Плоский вибратор (а) и частотная зависимость коэффициента отражения в питающем вибратор фидере (б)

Установлено новое соотношение для добротности излучения сферического излучателя. Существенным, здесь является то, что произведен учет запаса энергии и внутри излучателя. Показано, что это приводит к увеличению добротности излучения примерно в 1,47 раза по сравнению с известным предельным значением Маклина.

В п. 6.3 сначала анализируются условия при которых входной импеданс антенны является чисто активным. Исходя из анализа соотношений, следующих из комплексной теоремы Пойнтинга, установлено, что для этого достаточно обеспечить вполне определенную взаимосвязь полей ближней зоны антенны. Это выражается в том, что в ближней зоне должна реализовываться существенная взаимосвязь в форме взаимосвязи разноименных компонент полей. А именно, электрическое и магнитное поля должны быть связаны одним из соотношений

.

При указанной взаимосвязи запас реактивной энергии в ближней зоне антенны оказывается равным нулю. Поэтому иногда в литературе [6^*] это специфичное электромагнитное поле именуется резонансным. В некоторых разделах физики и радиофизики используются и другие названия подобных полей: поля Белтрами, поля Белтрами-Мозеса, поля волн круговой поляризации.

Существует еще и другая возможность реализации принципиально иной существенной взаимосвязи полей двух токовых систем с целью уменьшения запаса реактивной энергии в ближней зоне излучающей системы при одновременном сохранении в полосе частот величины излучаемой мощности. В этом случае необходимо обеспечить [13] определенные амплитудно-фазовые соотношения между одноименными компонентами полей этих токовых систем. Тогда существенная взаимосвязь полей токовых систем реализуется в форме взаимодействия одноименных компонент этих полей.

В п. 6.4 рассмотрен механизм формирования специального интерференционного потока энергии, возникающего при наложении ближних полей излучателей электрического и магнитного типов, составляющих в совокупности конструкцию комбинированной антенны. Использованные модели антенн представляют собой:

а) разнесенные в пространстве и ортогонально ориентированные электрический и магнитный диполи (рисунок 18);

б) размещенные подобным же образом электрический и магнитный вибраторы конечной длины со стоячей волной тока.

Рисунок 18 ? Модель комбинированной антенны, включающей электрический и магнитный диполи

Рисунок 19 ? Модель комбинированной антенны для расчета интерференционного потока энергии

Установлено, что между диполями происходит интерференционный перенос энергии (рисунок 18). В частности, вычисление в точке среднего за период значения компоненты комплексного вектора Пойнтинга, характеризующего интерференционный поток энергии, показывает, что она определяется суммой трех составляющих [35]. Первая из них является действительной вне зависимости от фазировки диполей и, таким образом, описывает безызлучательный интерференционный перенос энергии между диполями. Если начальные фазы моментов диполей равны, то вторая составляющая также действительна, однако имеет существенно отличную зависимость от электрического расстояния . С практической точки зрения разной функциональной зависимостью этих составляющих от объясняются существенные трудности при реализации качественного согласования реальной электрически малой комбинированной антенны с питающим фидером.

Третья составляющая является чисто мнимой. Она значительно слабее зависит от и описывает интерференционное колебательное движение части энергии "связанной" с диполями.

Из сказанного следует, что с интерференцией реактивных компонент полей ближней зоны излучателей электрического и магнитного типов, составляющих в совокупности комбинированную антенну, связано уменьшение суммарного запаса реактивной энергии и расширение полосы согласования. В то же время, численные расчеты для конкретных моделей антенн показывают, что направленные свойства антенн не только сохраняются, но и улучшаются.

Анализ показал, что в модели комбинированной антенны, содержащей вибраторы, структура общего интерференционного потока энергии является гораздо более сложной, вследствие существования центров излучения из узлов питания вибраторов и их концов.

Возможность управления безызлучательным переносом энергии в области интерференции активных и реактивных компонент поля ближней зоны исследована в рамках модели комбинированного излучателя, изображенной на рисунке 19. Определяется интерференционный поток энергии через сферическую поверхность радиуса , заключающую внутри себя магнитный диполь. Для него получено замкнутое выражение с учетом как активных, так и реактивных компонент полей диполей. Поток является комплексным. Его действительная часть имеет вид

.

Здесь и ? сферические функции Бесселя и Неймана первого порядка; и начальные фазы токов в электрическом и магнитном диполях, соответственно.

Как видно, поток состоит из двух потоков. Один (пропорциональный ) возрастает при . Второй (пропорциональный ) стремится к нулю при . Направления этих потоков противоположные. Выражение для мнимой части потока не приводится, вследствие его громоздкого вида.

Получено также представление для интерференционного потока энергии за пределами объема, вмещающего комбинированный излучатель. Он является комплексным. Причем действительная и мнимая части определяются выражениями:

, (8)

. (9)

(10)

Анализ выражений (8-10) позволяет сделать следующие выводы:

1. Интерференционный поток энергии пропорционален произведению .

2. Он равен нулю при ; если , то при происходит уменьшение суммарного потока энергии, а при ? его увеличение. Наиболее благоприятная разность начальных фаз .

3. Оптимальным с точки зрения максимизации потока является выбор .

4. Если , то интерференционный поток отсутствует; таким образом, совмещенные диполи не порождают интерференционного потока.

5. Оценка показывает, что при за счет интерференционного потока в комбинированной антенне поток энергии может на 65% превысить сумму потоков энергии уединенных диполей.

6. Если существует действительный интерференционный поток энергии, то существует и мнимый поток. Причем последний, как видно из (10), весьма медленно стремится к нулю при .

Изложенным выше демонстрируется реальная возможность в широкой полосе частот управлять безызлучательным переносом энергии в области интерференции активных и реактивных компонент поля ближней зоны комбинированного излучателя. Это осуществимо путем изменения амплитудно-фазовых соотношений возбуждающих излучатель электрических и магнитных токов. Анализ результатов численных расчетов для других моделей комбинированных излучателей, проведенных нами, а также имеющихся в литературе [17^*] показал, что указанное управление позволяет регулировать импедансные и направленные характеристики излучателя в широкой полосе частот.

Дополнительный анализ решения задачи, рассмотренной во второй главе диссертации, показал, что интерференционный поток энергии возникает и в том случае, когда в ближней зоне активного излучателя размещена пассивная система проводников. Этот эффект проанализирован на примере электрического диполя, находящегося в центре спирально проводящей сферы.

В данном случае интерференционный поток энергии направлен от сферы к диполю. Именно этим потоком энергии обеспечивается некоторое выравнивание запасов электрической и магнитной энергий в области сферической спиральной антенны, что находит отражение в уменьшении добротности и расширении полосы согласования такой антенны в области низких частот.

Рассмотрение, представленное в п. 6.5, имеет целью более детальный анализ возможных принципов построения излучателей с широкой полосой пропускания на основе решения задачи синтеза. Задача сформулирована относительно эквивалентных электрических и магнитных токов на охватывающей излучатель сферической поверхности. Предполагается, что в объеме, ограниченном сферой , имеются две независимые системы электрических и магнитных токов. Токи первой системы порождают электромагнитное поле, которое вне сферы однозначно определяется значениями тангенциальных компонент электрического поля на ней. Поле, порождаемое токами второй системы, однозначно определяется значениями тангенциальных компонент магнитного поля на этой же сфере. Необходимо установить такую взаимосвязь компонент полей, которая обеспечивает минимальность запаса реактивной энергии такой излучающей системы.

Поля первой и второй систем токов вне выражаются, соответственно, через электрические , и магнитные , потенциалы Дебая. Показано, что взаимосвязь потенциалов Дебая вида

обусловливает взаимосвязь векторов электрического и магнитного полей в пространстве

.

При такой взаимосвязи полей первой и второй систем токов обеспечивается равенство нулю запаса реактивной энергии вне . Чисто действительной оказывается излучаемая мощность, причем поле излучения в дальней зоне является кругополяризованным. Сохранение этих свойств излучающей системы в определенной полосе частот сопряжено, с практической точки зрения, с решением проблемы создания в излучающей системе токов с необходимой зависимостью от частоты.

Рассмотренные вопросы имеют самое непосредственное отношение к одному из вариантов задачи синтеза излучателя с расширенной полосой согласования. Эта задача ставится следующим образом [14,31]: среди функций, описывающих поверхностные распределения эквивалентных электрических и магнитных токов на плоских поверхностях и , расположенных сверху и снизу от плоского излучателя, требуется найти такие, для которых действительная часть входного импеданса излучателя имеет заданное значение и при этом обеспечивается минимальная величина мнимой части входного импеданса. Полученное для такой частной постановки задачи решение позволило разработать [14,31] вариант конструкции плоского комбинированного излучателя (рисунок 20), у которого характерный размер не превышает 0,3 максимальной рабочей длины волны и, в то же время, полоса согласования по уровню КСВ=2 превосходит две октавы. Разработка конструкции излучателя произведена Ю.И. Буяновым.

Рисунок 20 ? Топология плоского сверхши-рокополосного комбинированного излучателя (а); сверхширокополосное симметрирующее устройство (б)

Рисунок 21 ? Частотная зависимость КСВН излучателя

В п. 6.6 рассматривается еще один вариант задачи синтеза широкополосного излучателя. Здесь, в отличие от п. 6.5, к рассмотрению привлечены неизлучающие распределения токов [13^*]. Предполагается, что в некотором объеме (который для удобства рассмотрений считается ограниченным сферой конечного радиуса) имеются неизвестные распределения плотностей электрических и магнитных токов.

Поля, возбуждаемые этими распределениями токов вне объема , представляются мультипольными разложениями при дополнительных условиях, что внешние поля, а следовательно и мультипольные моменты, заданы. Задача формулируется как вариационная задача изопериметрического типа и заключается в минимизации функционалов энергии вида

, (11)

при дополнительном условии минимума реактивной энергии.

Как видно, наличие ограничений типа (11) в постановке этой задачи важно с той точки зрения, что обеспечивается минимум омических потерь в элементах антенной системы. В то же время, ограничение уровня реактивной энергии за счет выбора подходящего распределения неизлучающих токов позволяет решить вопросы согласования. При этом частотная зависимость множителей Лагранжа, фигурирующих в постановке задачи, позволяет, по крайней мере в принципе, оптимизировать габаритные, частотные и электрические характеристики синтезируемой антенны.

Получено решение этой задачи, совпадающее в частном случае с решением, представленным в работе [13^*].

В приложениях излагается вспомогательный материал: кратко описываются математические модели и граничные условия в задачах электродинамики для спиральных структур; приводятся необходимые асимптотические представления для функций Уиттекера и их нулей по индексу, а также для частных решений уравнения Гельмгольца в сферической системе координат; выписываются соотношения ортогональности и вычисляются некоторые определенные интегралы; в таблицах приводятся значения нулей функции Лежандра и её производной по индексу.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Впервые получено строгое решение граничной задачи об осесимметричном возбуждении выпуклой спирально проводящей структуры общего вида (параболоид вращения) и на его основе дана наглядная физическая интерпретация волнам, возбуждаемым в подобных структурах. Особое внимание обращено на свойства волны, характеризующейся пространственно распределенным дифференциальным резонансом поля.

2. Предложена новая методика решения задачи о несимметричном возбуждении сферической спиральной антенны с постоянным углом намотки спиралей. При этом в случае симметричного возбуждения:

2.1. Подробно исследованы основные электродинамические характеристики антенны: поле в дальней зоне, поляризация излучения, сопротивление излучения, коэффициент направленного действия, реактивное наведенное сопротивление, свойство частотной селекции, энергия, запасаемая в ближней зоне антенны, и её добротность излучения.

2.2. Выявлены новые типы множественных низкочастотных резонансов спирально проводящей сферы, обусловленные наличием анизотропии проводимости. Выяснено, что именно с этими резонансами связан успех создания саморезонансных многозаходных полусферических спиральных антенн, описанных в [15^*].

2.3.Найдены условия возбуждения волны, характеризующейся пространственно распределенным дифференциальным резонансом поля.

2.4. Определены условия расширения в область низких частот полосы согласования комбинированного излучателя, в виде стороннего источника и размещённой в его ближней зоне пассивной сферической спиральной структуры. Установлено, что существующий в излучателе интерференционный поток энергии способствует уменьшению суммарного запаса реактивной энергии, что обусловливает уменьшению добротности излучения.

3. Впервые показано, что комбинирование структуры сферической спиральной антенны с нерезонансным проводящим экраном конической формы приводит к снижению добротности существующих в ней множественных низкочастотных резонансов. Это обеспечивает расширение полосы пропускания антенны, а также позволяет, путем изменения угла раскрыва конуса, управлять направленными и поляризационными характеристиками её поля в дальней зоне.

4. Впервые показано, что широкополосность клиновидных излучающих структур с радиальной проводимостью граней обеспечивается возбуждением двух волн, характеризующихся пространственно распределенным дифференциальным резонансом поля смешанного типа с нулевым запасом реактивной энергии. В рамках этого исследования:

4.1. Построена теория нового интегрального преобразования по сферическим функциям.

4.2. Обоснована возможность использования этого преобразования в композиции с интегральным преобразованием Конторовича-Лебедева.

4.3. Осуществлен строгий электродинамический анализ в частотной и временной областях свойств указанных волн и показано, что при определенных условиях возбуждения они вносят доминирующий вклад в поле излучения.

5. Впервые развит подход, сочетающий использование при решении задач о возбуждении структур-прототипов некоторых антенн с полупрозрачными поверхностями, конечных интегральных преобразований типа Конторовича-Лебедева или Меллина и метода Винера-Хопфа. Основываясь на этом:

5.1. Установлена приближенная формула для определения разрежения спектра резонансных колебаний резонатора с конической вставкой малых электрических размеров и выявлена зависимость величины смещения резонансных частот от угла раскрыва конуса, а также рассмотрены особенности взаимодействия двумерных секторных цилиндрических резонаторов через апертуру в общей стенке.

5.2. Получено строгое решение трехмерной задачи об электростатических полях в проводящей сферической оболочке с коническим включением. Найдена точная формула для емкости такой структуры и на ее основе установлена приближенная формула. Подтверждена хорошая точность формулы на основе сопоставления с данными для включения в виде диска [9^*].

5.3. Найдено обобщение соотношения для "большого параметра", встречающегося в задачах о связи двух резонансных объемов через апертуру в общей стенке, на случай, когда к этой апертуре близко примыкают соседние стенки резонатора.

5.4. Развита методика исследования частного вида линии передачи с внутренним проводником сложного сечения, составляющая альтернативу методу конформных преобразований.

6. Разработан новый метод решения ключевых задач об излучении кольцевых и дисковых источников существенно нестационарного излучения. Рассмотрена проблема максимизации по заданному критерию нестационарного поля излучения произвольной антенны в дальней зоне.

При этом произведена сравнительная оценка потенциалов ряда мощных современных источников сверхширокополосного импульсного излучения и обоснованы преимущества использования в таких источниках антенной решетки из комбинированных антенн.

7. Исследована проблема расширения полосы пропускания электрически малых антенн. В рамках этого исследования:

7.1. На основе решения ряда модельных задач дано теоретическое обоснование принципов конструирования электрически малых комбинированных антенн

7.2. Сформулированы требования к амплитудно - фазовым распределениям электрических и магнитных токов, обеспечивающих минимизацию запаса реактивной энергии в ближней зоне электрически малых комбинированных антенн и, тем самым, расширение полосы пропускания.

7.3. Установлен электродинамический механизм безызлучательного переноса энергии в ближней зоне комбинированного излучателя за счёт формирования специального интерференционного потока энергии.

7.4. Изложены два подхода к решению задач синтеза комбинированных излучателей. В рамках одного из них обоснована важная роль неизлучающих распределений токов в обеспечении расширения полосы пропускания излучателя.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1^*. Proceedings of the Ultra-Wideband, Short-Pulse Electromagnetics, 5. - New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2002. - 751p.

2^*. Schantz H. The Art and Science of Ultrawideband Antennas. ? Boston, London: Artech House, 2005. ? 331 p.

3^*. Буянов Ю.И., Смирнов В.П. Активные антенны. - Томск: Изд-во ТГПИ, 1976. - 90с.

4^*. Андреев Ю.А., Буянов Ю.И., Кошелев В.И. Комбинированная антенна с расширенной полосой пропускания // Радиотехника и электроника. ? 2005. ? Т. 50. ? № 5. ? С. 585-594.

5^*. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1988. - 440 с.

6^*. Ошлаков А.К., Перов В.П. Синтез источников резонансного электромагнитного поля // Радиотехника и электроника. - 1980. - Т. 25. - № 7. - С. 1338 - 1347.

7^*. Лебедев Н.Н., Скальская И.П. Интегральные разложения, родственные преобразованиям Мелера-Фока // Дифференциальные уравнения. ? 1986. ? Т. 22. ? № 9. ? С. 1515-1523.

8^*. Куриляк Д.Б., Назарчук З.Т. Аналитико-числовi методи в теорії дифракції хвиль на конiчних i клиноподiбних поверхнях. ? Київ.: Наукова думка, 2006. ? 277с.

9^*. Уфлянд Я.С. Метод парных уравнений в задачах математической физики. ? Л.: Наука, 1977. ? 220 с.

10^*. Борисов В.В. Излучение электромагнитного сигнала круговым током // Волны и дифракция. Краткие тексты докладов Х Всесоюзного симпозиума по дифракции и распространению волн. ? Винница, 1990. ? С. 171-174.

11^*. Колоколов А.А., Скроцкий Г.В. Интерференция реактивных компонент электромагнитного поля // УФН. - 1992. - Т. 162. - № 12. - С. 165-174.

12^*. Афанасьев С.А., Семенцов Д.И. Потоки энергии при интерференции электромагнитных волн // УФН. - 2008. - Т. 178. - № 4. - С. 377-384.

13^*. Marengo E.A., Devaney A.J., Gruber F.K. Inverse source problem with reactive power constraint // IEEE Trans. - 2004. - V. AP-52. - No 6. - P. 1586-1595.

14^*. Костин М.В., Шевченко В.В. К теории киральной среды на основе сферических спирально проводящих частиц. // Радиотехника и электроника. - 1998. - Т. 43, № 8. - С. 921-926.

15^*. Best S.R. The radiation properties of electrically small folded spherical helix antennas. // IEEE Trans. - 2004. - Vol. AP-52. - No. 4. - P. 953-960.

16^*. Электродинамика антенн с полупрозрачными поверхностями. Методы конструктивного синтеза / Н.Н. Войтович, Б.З. Каценеленбаум, Е.Н. Коршунова и др. - М.: Наука, 1989. - 175 с.

17^*. Tefiku F., Grimes C.A. Coupling between elements of electrically small compound antennas // MOTL. - 1999. - V. 22. - No 1. - P. 16-21.

Размещено на Allbest.ru