分析误差引起的近场测量偶极子探测器

Harish.M.S¹Paramesha博士²

副教授,ECE称,人工智能工程学院,Chikmagalur,卡纳塔克邦,印度¹
教授、头、ECE称,政府工程学院,哈桑,卡纳塔克邦,印度²

文摘

开放式矩形波导与无限地平面作为电磁场散热器。标准2.296×1.016厘米X -波段wr - 90与无限地平面矩形波导的工作频率9 GHz作为散热器。波导的辐射出现由于电流分布波导内部墙壁,与领域相关的电流分布在传播的内部指导以及自由空间。偶极子作为测量探头在近场辐射与无限地平面波导散热器。这份报告讨论了错误诱导在近场测量探头在不同位置,测量电流密度和电场强度在不同的位置使用测量探针。

关键字

开放式的波导,辐射场,无限地平面,场等效原理。

介绍

我们知道传输线可以用来指导电磁(EM)能量从一个点到另一个地方。同样,可以使用波导传输电磁能量从一个点到另一个地方。在微波频率(3 - 300 ghz),输电线路成为低效由于集肤效应和介电损失,但他们会在所有的频率。在波导的情况下,它是只在某些频率称为切断频率,因此作为一个高通滤波器。磁场和电场都是出现在这些字段的波导和互动导致的能量穿过波导。的速度波的波旅行指南是恒定的,大约300000000米每秒。空心矩形波导,可以传播TE和TM模式,但不是TEM波,因为只有一个导体。图1显示了矩形波导。„一个吗?尺寸确定波导的频率范围和„b ? determines the power handling capacity of the wave guide.

分析近场的场

开放式矩形波导辐射,但不像波导的有效终止喇叭天线。因为波导内的波阻抗不匹配的周围介质创建一个在波导的开口端不匹配。因此部分即将离任的波反射回波导。考虑一个无底的矩形波导是放置在一个x - y平面。如果我们假定波导只携带主导TE10模,孔的波导的场分布如图1所示。

可以确定线天线的辐射特性,一旦导线天线上的电流分布。等许多散热器配置槽波导,角等电流分布不清楚,只有实验测量可以提供一个合理的近似。

这些配置决定的辐射领域的知识领域的孔径这些设备。光圈字段成为辐射的源字段在更大的距离。这是惠更斯-菲涅耳原理,实际的来源,如天线和辐射波导(发射器),取而代之的是等效源。虚构的来源据说相当于在一个地区,因为他们在该地区产生相同的字段。这也称为场等效原理[2]。的开放式波导终止无限地平面,如图2所示。飞机地面是平的水平进行表面作为波导的一部分,以反映电磁波从其他来源。

辐射场的孔径波导如图3所示。让ds的小元素表面孔径。让Es和Hs是切向电场和磁场孔径分别与表面在z S ?飞机= 0。这些字段是假定为已知和美联储的波导是由来源。在自由空间辐射场在任何时候的帮助下可以计算场等效原理。在图3中,如果一个切向电场Es光圈,光圈的等效磁流可以表示为女士

你在哪里? ?是包含孔径的单位向量垂直于这个平面(在这种情况下,x - y平面)。这个磁电流只存在孔径,因为它是被无限地平面包围,这被认为是完美的进行。

边界条件在一个完美的电导体地面飞机被认为是消失的切向分量电场E .元素的来源,加上一个图像元素的源,辐射到自由空间,产生的切向分量为零的E面平分线加入两个元素[5]。而评估磁场H,因此,我们必须考虑这两种磁电流磁场由于孔径女士和其形象Mi。总磁场H是因此,得到总磁电流上升到M女士就是一笔和Mi [2]。

电矢势在任何点在空间是由F

徐r = ? ?+余? ?u +祖茂堂,r = x ? ? ?+ y ?你? ?+ z ?你? ?和ds = dx dy ?u ? ?

电场在空间是由在任何时候

磁场在空间是由在任何时候

k在哪里自由空间波数(矢量波数),也称为传播因素[1],和η是自由空间的固有阻抗定义为

和自由空间的渗透性和0的介电常数是自由空间。进一步满足分离方程,2 + 2 + 2 = k,并分离常数。与维a×b,矩形波导特征值或特征值分离获得的参数和施加边界条件[3][4]。

用方程5 F的表达式,我们获得

在以下绿色?年代身份[5]

因此

把r = |的rr吗?|在上面的表达式

在这个表达式x ?y ?和z ?是指在源点(孔径)和x, y, z是指任何点的观察在自由空间辐射场是待定。在这个问题,在z源磁电流吗?= 0,强制边界条件的平面孔径,我们有兴趣确定辐射磁场在z = 0飞机。用方程11方程8和简化,

由于Es地上到处都是零平面除了孔径,在12可以写成内积分

很明显从方程(13)内积分12是傅里叶变换的孔径电场。进行必要的替换方程12日

这个方程的逆傅里叶变换。倒三角形被jk取代,当内部变换积分

由于孔径已经假定为切向平面包含它,它可以表示为

场的变换是由

在方程进行积15和简化,磁场的分量给出了衍射屏的孔径电场的傅里叶变换如下:

对于任何光圈电场分布,因此磁场在空间任意点可以发现使用的方法概述了迄今为止。

用公式1、2、3,10个方程4和采样得到的辐射电场孔径波导的近场探头。

或

倒三角形jk所取代,当采取内部转换积分,和取样,组件的电场在空间任意点给出的孔径的傅里叶变换电场如下

这些是磁场和电场的数学表达式。使用基于模拟器模拟的结果。

结果和讨论

在无限地平面孔径由一个标准的2.286 x 1.016厘米x -波段wr - 90矩形波导作为散热器。偶极子(探针)的谐振长度9 ghz(0.475 *λ= 1.583厘米),半径0.005λ(0.01666厘米)作为近场测量探头测量电流密度在不同位置的近场沿z轴。和相应的电场强度测量。Ansoft吗?有限元素法建立高频结构仿真器(基于)作为模拟分析了近场辐射波导散热器。

放置在x - y平面波导,探测器沿着+ z方向定位。由于散热器和探针之间的多次反射,近场值发生了改变。电场强度的大小和电流密度大小的探测器在不同位置观察到。图,规范化的电场强度和归一化电流密度的变化在不同的位置沿±+ z绘制。的探测器远离光圈+ z方向的电场强度略有降低,但电流密度变化显著,最大探测时非常接近的孔径波导,是减少如果探测器远离孔径。这个x波段辐射波导测量探头放置在远处z = 0厘米,z = 0.25厘米,z = 0.5厘米,z = 0.75厘米,z = 1厘米,在每种情况下的电场强度和电流密度测量。使用基于模拟器的模拟结果和图形绘制。和图表绘制规范化电场强度和电流密度对不同的z值如下所示的数据。

结论

从上面的图表,如果测量探头放置在不同的位置,我们得到了不同的结果。规范化的电场强度的变化更多的是探测器离开的孔径波导。但在归一化电流密度的情况下,变化非常少,几乎是常数。这种变化是由于多次反射和近场区域是被动的。

数据乍一看


图1	图2	图3

图4	图4一	图5

引用

Balanis。c.a天线理论,第二版,约翰威利& Sons, Inc ., 1982。

Paramesha和Chakarabarthy估计误差引起的交叉偶极子场附近。电磁研究进展B, 27-45月,页2010

大卫M.Pozar。微波工程第二版。约翰•威利& Sons Inc ., 1982年。

塞缪尔·Y廖,2008年“微波设备和电路”,第3版普伦蒂斯霍尔。

水哈林顿,“时间谐波“电磁场”麦格劳-希尔纽约,1961年。