Смирнов В.Ю., Никитин О.Р.

Владимирский Государственный Университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, Россия

Моделирование поля ближней зоны ФАР с частичным заполнением апертуры, при фокусировке в слоистой среде

Моделирование электромагнитного поля в слоистой среде без потерь показало, что плоская ФАР позволяет фокусировать электромагнитное поле, как в свободном пространстве, так и в среде с отличной диэлектрической проницаемостью. Однако, параметры фокальной области сильно зависят от параметров модели, таких как шаг решетки, фокусное расстояние и количества излучателей. При этом существенное влияние на сложность и стоимость ФАР оказывает последний из перечисленных. Таким образом, необходимо найти компромисс между стоимостью антенной решетки и параметрами формируемой фокальной области. Наиболее эффективным решением данной задачи является использование антенных решеток с частично заполненной апертурой. В качестве моделей не полностью заполненных решеток рассмотрим крестообразное (рис.1.) и контурное (рис.2.) заполнение излучающего раскрыва.

Рис.1. Решетка с крестообразным заполнением излучающего раскрыва (1-подложка, 2-излучатели, 3-узлы квадратной сетки).

Рис.2. Решетка с контурным заполнением излучающего раскрыва (1-подложка, 2-излучатели, 3-узлы квадратной сетки).

В качестве модели ФАР будем использовать антенную решетку 11 на 11 изотропных излучателей, с шагом решетки равеным длине волны, диэлектрическую проницаемость первой среды примем равной 1 (), а диэлектрическую проницаемость второй среды 3 ().

В результате компьютерного моделирования была проведена качественная оценка изменения распределения напряженности электрического поля в слоистой среде без потерь.

Результатом моделирования является матрица элементов, хранящая значения амплитуды электромагнитного поля в каждой точке.

Выводы:

Проведенное моделирование показало принципиальную возможность фокусировки поля с помощью ФАР как с полностью заполненной, так и разреженной апертурой.

При фокусировке поля полностью заполненной решеткой:

· Граница раздела сред ярко выражена.

· Фокальная область представляет собой вытянутый вдоль фокальной оси веретенообразный объем.

· Фокальная область значительно вытягивается вдоль фокальной оси и практически не имеет областей побочной фокусировки.

При фокусировке поля антенной с крестообразным расположением излучателей:

· Граница раздела сред ярко выражена.

· Фокальная область представляет собой вытянутый вдоль фокальной оси веретенообразный объем.

· Амплитуда поля в фокусе сильно убывает по сравнению с полным заполнением.

· Появляются области побочной фокусировки значительной амплитуды.

При фокусировке поля антенной с контурным расположением излучателей наблюдаются следующие результаты:

· Фокальная область значительно смещается относительно заданной точки,

· Наблюдаются области побочной фокусировки со значительной амплитудой.

· Амплитуда поля выше, чем в случае крестообразного заполнения.

· В результате смещения фокальной области поле за границей раздела сред, в отличии как от полностью заполненной, так и от крестообразной решетки имеет практически нулевую амплитуду, что очень важно для многих прикладных задачах.

Таким образом, использование разреженного заполнения излучающего раскрыва приводит к значительному снижению стоимости антенны при приемлемом ухудшении параметров фокусировки. Кроме того, контурное заполнение излучающего раскрыва обладает «мертвой зоной» вблизи границы раздела сред, что является необходимым условием во многих прикладных задачах.