ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. № 8
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.8.5
УДК: 53.08, 537.877
О ВАЛИДНОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ДЕТЕКТИРОВАНИЮ ДВИЖЕНИЯ СПЛОШНОЙ СРЕДЫ ВОЛНОВОДНЫМ МЕТОДОМ
К. М. Зейде, Д. С. Грищенко
Уральский Федеральный Университет, Институт радиоэлектроники и информационных технологий, 620078, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 32
Статья поступила в редакцию 26 июля 2021 г.
Аннотация. Данная работа посвящена проблеме повышения валидности натурного эксперимента по детектированию движения сплошной среды волноводным методом. В исследовании предпринимается попытка проведения оптимизации эксперимента для поиска оптимальной схемы его проведения. Целевым эффектом, магнитуда которого должна быть максимальной, является обобщенный коэффициент отражение, влияние, со стороны движущейся среды, на который, оказывают как коэффициент увлечения Френеля, так и кручение плоскости поляризации. Объектом исследования в настоящей работе является замкнутая электромагнитная система. Основная задача оптимизации – определить выходные параметры эксперимента по стабильному и достоверному детектированию движения сплошной среды в волноводе. В настоящей работе используется эвристический алгоритм анализа. Факторы оптимизации: частота зондирующего сигнала на СВЧ, физические размеры объектов, форма поперечного сечения волновода, линейная скорость движения среды. Для планирования эксперимента применялась САПР PathWave EM Design (EMPro) 2021. Движущейся средой является дистиллированная вода, что не является предметном оптимизации. Движение сплошной среды учитывается через ее уточненный индекс рефракции. Максимальная магнитуда целевого эффекта, наблюдается для топологии с прямоугольным волноводом и с трубкой, ориентированной вдоль широкой стенки при f = [9,3 ÷ 9,5] ГГц. Данные значения с хорошей степенью точности совпадают с уже проведенными натурными исследованиями.
Ключевые слова: валидность эксперимента, планирование эксперимента, оптимальный эксперимент, движение сплошной среды, волноводные измерения, распространение электромагнитных волн.
Abstract. Present work is devoted to the problem of validity increasing of an experiment to detect the motion of a continuous medium by the waveguide method. The study attempts to optimize the experiment to find the optimal scheme for its installation. The target effect, the magnitude of which should be maximum, is the generalized reflection coefficient, which is influenced by both the Fresnel electromagnetic drag coefficient and the polarization plane rotation due to motion of the medium. The main optimization task is to determine the output parameters for the experiment for stable and reliable motion detection of a continuous medium in a waveguide. In this work, a heuristic analysis algorithm is used. Optimization factors: frequency of the signal at microwave, physical dimensions of objects, shape of the waveguide cross-section, linear velocity of the medium. ECAD PathWave EM Design (EMPro) 2021 was used to the experiment designing stages. Distilled water is the moving medium, which is not subject to optimization. The motion of a continuous medium is considered through its refined refractive index. The maximum magnitude of the target effect is observed for the topology with a rectangular waveguide and with a tube oriented along a wide wall at f = [9.3 ÷ 9.5] GHz. These values coincide with a good degree of accuracy with the already conducted experiments.
Key words: experiment validity, experiment design, optimal experiment, moving continuous medium, waveguide measurements, electromagnetic propagation.
Литература
1. Зейде К.М. Многофакторная нелинейная оптимизация нерелятивистского эксперимента по рассеянию электромагнитных волн от вращающихся целей. Нелинейный мир. 2017. №5. С.11-17.
2. Collier J.R., Tai C.T. Propagation of plane waves in lossy moving media. IEEE Transactions on antennas and propagation. 1964. Vol.12. No.3. P.375-376.
3. Censor D. Scattering of electromagnetic waves by a cylinder moving along its axis. IEEE Transactions on microwave theory and techniques. 1969. Vol.MTT-17. No.3. P.154-158.
4. Pastorino M., Raffetto M., Randazzo A. Electromagnetic inverse scattering of axially moving cylindrical targets. IEEE Transactions on geoscience and remote sensing. 2015. Vol.53. No.3. P.1452-1462.
5. Bladel V.J. Relativity and engineering. New York: Laboratory for Electromagnetism and Acustica State University. 1984. P.214.
6. Zeyde K.M., Sharov V.V., Ronkin M.V. Guided microwaves electromagnetic drag over the sensitivity threshold experimental observation. WSEAS Transactions on Communications. 2019. Vol.18. P.191-205.
7. Ramakrishnan P.K., Raffetto M. Accuracy of finite element approximations for two-dimensional time-harmonic electromagnetic boundary value problems involving non-conducting moving objects with stationary boundaries. ACES Journal. 2018. Vol.33. No.6. P.585-596.
8. Ramakrishnan P.K., Raffetto M. Well Posedness and Finite Element Approximability of Three-Dimensional Time-Harmonic Electromagnetic Problems Involving Rotating Axisymmetric Objects. Symmetry. 2020. Vol.12. No.2.
9. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Изд. второе переработанное и дополненное. Москва. Наука. 1976.
10. Зейде К.М. Исследование нагруженного на круглые отверстия прямоугольного резонатора в рамках теории возмущений. Уральский радиотехнический журнал. 2020. Т.4. №.3. С.261–276.
11. Зейде К.М., Коротков А.Н. Алгоритм сегментирования геометрии диэлектрического объекта по параметру степени малости целевого эффекта наблюдения. Стратификация линзы Люнеберга. Радиотехника. 2019. №1. С.15–23.
12. ГОСТ 6709-72. Вода дистиллированная. Технические условия. Введ. 1972–06–29. Москва. Изд-во стандартов. 2010. С.8.
13. Asif S., Braaten B., Iftikhar A. Effectiveness of a dielectric probe calibration using deionized, distilled and tap water. IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting. 2017. San Diego – USA. P.893–894.
14. Zeyde K.M., Sharov V.V. Fluid flow sensors design based on electromagnetic drag effect. ICCAIRO Conference Proceedings. 2019. Athens – Greece. P.48–53.
15. Zeyde K.M. Generalized approach for the rotating axisymmetric bodies electromagnetic scattering problems. USBEREIT Conference Proceedings. 2020. Ekaterinburg – Russia. P.238–241.
16. Meissner T., Wentz F.J. The complex dielectric constant of pure and sea water from microwave satellite observations. IEEE Transactions on geoscience and remote sensing. 2004. Vol.42. No.9. P.1836–1849.
Для цитирования:
Зейде К.М., Грищенко Д.С. О валидности эксперимента по детектированию движения сплошной среды волноводным методом. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.8.5