Современная электроника №5/2019

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 53 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2019 Рис. 3. Ближнее поле ФАР и напряжённость электрического поля вдоль оси излучения Рис. 4. Расчёт динамического изменения температуры облучаемого объекта на CST MWS ной решётки. В данном случае были применены 9 магнетронных генерато- ров, работающих на рупорную структу- ру ФАР с 16 излучателями (см. рис. 1), каждый из которых способен излучать ЭМ-энергию мощностью 1 кВт. В качестве базовой схемы для сум- мирования и синхронизации магне- тронных генераторов была выбрана схема Е. Дэвида [2] на основе волново- дов сечением 34 × 72 мм. На рисунке 2 представлена схема для трёх магне- тронных генераторов (3/4), которая в дальнейшем была расширена для излу- чателя 9/16. Данная схема включает в себя три тройника Н-типа и два трой- ника Е-типа, связанные между собой отрезками волноводов. При этом пор- ты 1–3 являются входными, а порты 4–7 – выходными. С помощью математического моде- лирования были выполнены расчёт и оптимизация геометрических разме- ров сумматора для работы на частоте входных сигналов используемых гене- раторов. В результате проведения опти- мизации: ● обеспечено равномерное распреде- ление мощности на выходных пор- тах схемы ( Р вых1 ≈ Р вых2 ≈ Р вых3 ≈ Р вых4 , при этом разброс Δ Р вых составил не бо- лее 5%); ● обеспечено необходимое равно- мерное распределение отражённой мощности на входных портах схе- мы ( Р отр1 ≈ Р отр2 ≈ Р отр3 , при этом разброс Δ Р отр составил не более 5% при отра- жении ρ < − 10 дБ); ● обеспечена необходимая рабочая по- лоса частот не менее 200 МГц; ● коэффициент суммирования ( К сум = = ∑ Р вых / ∑ Р вх ) составил 0,8. После проведения расчётов был изго- товлен экспериментальный образец схемы. Для питания 16 выходов исполь- зована система с 12 входами. Для даль- нейшей концентрации поля были про- изведёны расчёт и изготовление фази- рованной решётки (излучатель ФАР). М ОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ КОНЦЕНТРАЦИИ ПОЛЯ Для расчёта мощности поглощения в целевом объекте могут использовать- ся современные программы электроди- намического моделирования, такие как FEKOAltair, HFSSANSYS. Однако внасто- ящее время наиболее подходящей для этихцелейявляетсяпрограммаCSTSUITE, которая с большой точностью позволя- етрассчитатьповышение температурыв среде, на которуювоздействуетЭМ-поле (см. рис. 3), а такжепотокчастиц, воздей- ствующих на электронные приборы, находящиеся в целевомобъекте. Воздействие мощности ЭМ-поля на целевой объект можно представить в виде наведения на нём токов, гене- рирующих тепло, или в виде перехо- да энергии фотонов в энергию хаоти- ческого движения частиц. Из расчё- тов, показанных на рисунке 3, видно, что на расстоянии 4 м в пространстве появляется максимум электромагнит- ного поля с напряжённостью 600 В/м. Данные о напряжённости электриче- ского поля, полученные в FEKO, позво- ляют рассчитать в программе CST тем- пературное распределение как в уста- новившемся (статическом) состоянии, так и в динамическом. Нарастание тем- пературы в различных точках целе- вого объекта в зависимости от време- ни экспонирования изображено на рисунке 4. Расчёты и эксперименты показали, что температура в целевом объекте на расстоянии 10 м от излучателя может увеличиваться до +500 ° С за 10 с экспо- нирования. В условиях разреженно- го пространства, которое имеет место в мощных СВЧ-приборах (электрон- ных лампах, ЛБВ, ЛОВ, магнетронах), а также в условиях космоса, темпера- тура устройства повышается за счёт бомбардировки металлов частицами. Этот механизм превращения энергии 0 700 |E| 600 500 400 300 200 100 0 1 Z X 2 3 4 Расстояние, м Напряжённость электрического поля вдоль линии, В/м 5 6 7 850 800 700 600 500 400 300 250 0 5 2 1 3 4 10 15 20 25 30 35 40 45 Время, с Температура, К