авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Открытые поперечно-неоднородные и продольно нерегулярные цилиндрические направляющие структуры свч и квч диапазонов

На правах рукописи

Попов Евгений Александрович ОТКРЫТЫЕ ПОПЕРЕЧНО-НЕОДНОРОДНЫЕ И ПРОДОЛЬНО НЕРЕГУЛЯРНЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ НАПРАВЛЯЮЩИЕ СТРУКТУРЫ СВЧ И КВЧ ДИАПАЗОНОВ 05.12.07 – Антенны, СВЧ-устройства и их технологии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород 2011

Работа выполнена на кафедре «Физика и техника оптической связи» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Раевский Сергей Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент Орлов Олег Сергеевич кандидат технических наук, старший научный сотрудник Тимофеев Евгений Петрович

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие «Нижегородский научно исследовательский приборостроительный институт «Кварц», г.Нижний Новгород

Защита состоится 16 ноября 2011 г. в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 212.165.01 в Нижегородском государственном техническом университете им. Р.Е. Алексеева по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГТУ.

Автореферат разослан октября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Назаров А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Широкий класс электродинамических систем [Л.1-3], используемых в технике радиосвязи, радиолокации, навигации, оборонных областях радиоэлектроники и т.д., строит свою элементную базу на основе открытых взаимных и невзаимных цилиндрических направляющих структурах.

Диссертация посвящена исследованию спектров волн поперечно неоднородных и продольно-нерегулярных цилиндрических направляющих структур: круглого диэлектрического волновода со спирально-проводящей поверхностью, круглого открытого ферритового волновода со спирально проводящей поверхностью, круглого открытого ферритового волновода, круглого диэлектрического волновода с периодически изменяющейся поверхностной диэлектрической проницаемостью и круглого диэлектрического волновода с резистивной пленкой на поверхности.

Круглые открытые диэлектрические волноводы (КДВ) широко используются при построении линий связи и функциональных узлов СВЧ, КВЧ и оптического диапазонов. На поверхностных волнах КДВ [Л.4-13] осуществляется перенос энергии в волоконных световодах и в открытых линиях передачи СВЧ и КВЧ диапазонов. Слабо связанные с направляющей структурой, имеющие большую поперечную протяженность поля различные комплексные волны [Л.14-17] находят свое применение при построении таких устройств, как диэлектрические антенны неосевого излучения, различные виды датчиков, полосовые фильтры.

Открытые спиральные линии в настоящее время широко используются как линии задержки в метровом диапазоне, как замедляющие системы в сантиметровом диапазоне, как волноводные системы в миллиметровом диапазоне. Спиральные линии применяются для конструирования антенн осевого и неосевого излучения в качестве замедляющих систем электронных устройств.

Особый интерес вызывают невзаимные направляющие структуры, использующие при свом построении анизотропные среды, к которым, в частности, относятся ферриты. Ферриты [Л.18,19] представляют собой кристаллические вещества – соединения вида Мe Fe2 O3 ( Мe – один из следующих элементов: Mn, Co, Cu, Zn, Fe, Cd), обладающие в диапазоне СВЧ 1 104 Ом м ) и малыми и КВЧ высоким удельным сопротивлением ( потерями ( tg 10 2 10 4 ). Магнитная проницаемость феррита представляет собой тензор второго ранга [Л.19], элементы которого зависят от частоты электромагнитного поля. На основе ферритовых сред создаются такие устройства, как вентили, циркуляторы, фазовращатели, делители мощности, аттенюаторы и др.

Волноводы с резистивными пленками широко применяются в технике СВЧ [Л.20] при создании фильтров паразитных мод, широкодиапазонных аттенюаторов, вентильных устройств, направленных ответвителей, согласованных нагрузок и др.

При проектировании новых и модернизации известных устройств СВЧ и КВЧ диапазонов необходимо ставить дифракционные задачи, для решения которых важно учитывать полный спектр волн, существующих в структуре при заданных условиях, в том числе и комплексных [Л.14-17]. Учет всего спектра волн не только позволяет оптимизировать параметры функциональных узлов при максимальном сокращении, а иногда и при полном исключении самого трудоемкого и дорогостоящего этапа – экспериментальной доводки разрабатываемого узла, но и вызывает большой интерес с точки зрения перспективы построения функциональных узлов СВЧ и КВЧ нового типа.

Цель диссертации:

- создание эффективных алгоритмов и программ для систем автоматизированного проектирования (САПР), позволяющих проводить строгий электродинамический расчет таких базовых структур техники СВЧ и КВЧ диапазонов волн как круглый открытый диэлектрический волновод со спирально-проводящей поверхностью, круглый открытый продольно намагниченный ферритовый волновод со спирально-проводящей поверхностью, круглый открытый продольно намагниченный ферритовый волновод, круглый диэлектрический волновод с периодически изменяющейся поверхностной диэлектрической проницаемостью и круглый диэлектрический волновод с резистивной плнкой на поверхности;

- исследование особенностей распространения электромагнитных волн в указанных направляющих структурах.



Методы исследования.

Представленные в диссертационной работе теоретические результаты получены на основе метода частичных областей (МЧО), метода укорочения дифференциального уравнения, метода поверхностного тока [Л.20], импедансного метода[Л.4,21], модели анизотропно-проводящего цилиндра[Л.20,22,23] и принципа Гюйгенса[Л.24]. Расчет комплексных корней дисперсионных уравнений производился с использованием метода вариации фазы [Л.25], основанного на принципе аргумента [Л.26,27].

Научная новизна:

Исследованы дисперсионные, энергетические и поляризационные 1.

свойства волн круглого диэлектрического волновода со спирально проводящей поверхностью.

Установлено, что изменение угла намотки спирали приводит к 2.

неоднозначной зависимости замедления различных волн круглого диэлектрического волновода со спирально-проводящей поверхностью.

Исследованы дисперсионные, энергетические и поляризационные 3.

свойства волн круглого открытого ферритового волновода со спирально проводящей поверхностью.

Установлено, что в круглом открытом ферритовом волноводе со 4.

спирально-проводящей поверхностью без потерь существуют два вида комплексных волн: комплексные волны с нулевым потоком мощности через поперечное сечение волновода, существование которых обусловлено распределенным разворотом мощности и дифракцией на микроструктуре феррита, и комплексные волны, у которых поток мощности через поперечное сечение волновода не равен нулю. Природа последних связана с процессами перемагничивания феррита.

Показано, что при учете потерь в феррите изменение 5.

направления поля подмагничивания на противоположное приводит к качественному изменению дисперсионных свойств волн с комплексными волновыми числами круглого открытого ферритового волновода со спирально-проводящей поверхностью.

Произведено сравнение дисперсионных, энергетических и 6.

поляризационных свойств волн круглого открытого ферритового волновода и круглого открытого ферритового волновода со спирально-проводящей поверхностью.

Установлено существование быстрых собственных волн в 7.

круглом открытом ферритовом волноводе и круглом открытом ферритовом волноводе со спирально-проводящей поверхностью при наличии потерь в феррите.

Обоснованность и достоверность положений и выводов, сформулированных в диссертации, подтверждаются использованием при расчете направляющих структур теоретически обоснованных методов и численной проверкой выполнения предельных переходов от рассматриваемых структур к структурам, решения краевых задач для которых достоверно известны.

Практическая значимость работы заключается:

В разработке алгоритмов расчета дисперсионных характеристик 1.

волн круглого открытого диэлектрического волновода со спирально проводящей поверхностью, круглого открытого продольно намагниченного ферритового волновода со спирально-проводящей поверхностью, круглого открытого продольно намагниченного ферритового волновода, круглого диэлектрического волновода с периодически изменяющейся поверхностной диэлектрической проницаемостью и круглого диэлектрического волновода с резистивной плнкой на поверхности.

В создании универсальной программы для ЭВМ, позволяющей на 2.

базе модели круглого открытого продольно намагниченного ферритового волновода со спирально-проводящей поверхностью получать решения дисперсионных уравнений круглых открытых диэлектрического и ферритового волноводов со спирально-проводящей поверхностью. А так же в создании программ для ЭВМ, производящих поиск корней дисперсионных уравнений волн круглого открытого продольно намагниченного ферритового волновода, круглого диэлектрического волновода с периодически изменяющейся поверхностной диэлектрической проницаемостью и круглого диэлектрического волновода с резистивной плнкой на поверхности.

В исследовании дисперсионных, энергетических и 3.

поляризационных свойств волн круглого открытого диэлектрического волновода со спирально-проводящей поверхностью, круглого открытого продольно намагниченного ферритового волновода со спирально проводящей поверхностью, круглого открытого продольно намагниченного ферритового волновода.

В создании теоретической базы для разработки систем 4.

компьютерного проектирования функциональных узлов СВЧ и КВЧ на основе рассмотренных структур.

Положения, выносимые на защиту:

Сформулировано утверждение, что некоторые азимутально 1.

несимметричные волны круглого диэлектрического волновода со спирально проводящей поверхностью, круглого открытого ферритового волновода и открытого ферритового волновода со спирально-проводящей поверхностью не имеют продолжения в виде вытекающих волн.

Объяснены природа и особенности комплексных волн с 2.

ненулевым потоком мощности через поперечное сечение направляющей структуры в круглом открытом ферритовом волноводе со спирально проводящей поверхностью.

Доказано существование быстрых собственных волн в круглом 3.

открытом ферритовом волноводе и круглом открытом ферритовом волноводе со спирально-проводящей поверхностью.

Обоснованы граничные условия для круглого открытого 4.

диэлектрического волновода с периодически изменяющейся поверхностной диэлектрической проницаемостью.

Доказано увеличение направленности излучения с конца 5.

круглого открытого диэлектрического волновода со спирально-проводящей поверхностью.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на:

V Международной научно-технической конференции «Физика и 1.

технические приложения волновых процессов», Самара, 2006;





XIII Нижегородской сессии молодых ученых. Технические науки.

2.

Н.Новгород, 2008;

Международной научно-технической конференции 3.

«Информационные системы и технологии. ИСТ – 2008», Н.Новгород, 2008;

VII Международной научно-технической конференции «Физика 4.

и технические приложения волновых процессов», Самара, 2008;

Международной научно-технической конференции 5. IX «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций», Казань, 2008;

XIV Нижегородской сессии молодых ученых. Технические науки.

6.

Н.Новгород, 2009;

Международной научно-технической конференции 7. XV «Информационные системы и технологии. ИСТ – 2009», Н.Новгород, 2009;

Международной молодежной научно-технической 8. VIII конференции «Будущее технической науки», Н.Новгород, 2009;

VIII Международной научно-технической конференции «Физика 9.

и технические приложения волновых процессов», Санкт-Петербург, 2009;

Международной молодежной научно-технической 10. IХ конференции «Будущее технической науки», Н.Новгород, 2010;

11. IХ Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», Челябинск, 2010;

Международной научно-технической конференции 12. XVII «Информационные системы и технологии. ИСТ – 2011», Н.Новгород, 2011;

13. Х Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», Самара, 2011.

Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 185 страниц основного текста, включая библиографию из наименований, 55 рисунков, 3 таблицы, 1 приложение, содержащее 1 акт внедрения результатов диссертации.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении формулируется цель диссертационной работы, обосновывается ее актуальность, формулируются задачи исследований, определяется новизна полученных результатов и их практическая значимость, формулируются основные положения, выносимые на защиту, кратко излагается содержание диссертации.

В первой главе диссертации рассматривается круглый диэлектрический волновод со спирально проводящей поверхностью (рис.1).

Приводится постановка краевой задачи и процедура получения дисперсионного уравнения волн структуры на основании уравнения Гельмгольца для продольных Рис. составляющих электрического и магнитного векторов Герца.

m e z z Использование модели анизотропно-проводящего цилиндра позволяет записать следующие граничные условия:

E z1 (r a) E z 2 (r a);

E 1 (r a) E 2 (r a);

E s1 (r a) E s 2 (r a) 0;

H s1 (r a) H s 2 (r a), где Es E z sin E cos, H s H z sin H cos.

Описываются результаты решения дисперсионного уравнения для азимутально-симметричных (рис.2) и азимутально-несимметричных волн с левым и правым вращением плоскости поляризации (рис.3). Отмечается, что основной волной в рассматриваемой направляющей структуре является волна НЕ01, которая не имеет критической частоты, а величина коэффициента замедления е на высоких частотах определяется геометрическим замедлением спирали. Показывается существование участка на дисперсионной характеристике волны HE13 (участок CD на рис.3), () соответствующего собственной комплексной волне КДВ со спирально проводящей поверхностью.

Рис. Рис. Производится сравнение дисперсионных свойств поверхностных волн КДВ и КДВ со спирально-проводящей поверхностью. Показывается влияние диэлектрической проницаемости волновода и величины угла намотки спирали на дисперсионные свойства волн КДВ со спирально-проводящей поверхностью. Отмечается, что величина диэлектрической проницаемости волновода влияет на расположение критических частот волн и значение максимального коэффициента замедления аналогично подобному влиянию на дисперсионные свойства волн КДВ. А изменение угла намотки спирали приводит к неоднозначной зависимости замедления различных волн.

Исследуется изменение поляризации линейно поляризованной волны при ее распространении в КДВ со спирально-проводящей поверхностью.

Показывается, что при отсутствии потерь в волноводе линейная поляризация волны, образованной суперпозицией волн с левым и правым вращением плоскости поляризации, сохраняется;

по мере распространения волны происходит поворот плоскости поляризации поля, и угол поворота зависит от частоты электромагнитного поля. Отмечается, что величина угла намотки спирали влияет на вид частотной зависимости угла поворота плоскости поляризации линейно поляризованной волны.

На основании принципа Гюйгенса производится расчет поля излучения с открытого конца КДВ со спирально-проводящей поверхностью.

Отмечается, что излучения волн НЕ01 и НЕ11 рассматриваемого волновода являются узконаправленными вдоль оси волновода, что позволяет использовать КДВ со спирально-проводящей поверхностью в качестве антенны осевого излучения.

Во второй главе диссертации проводится электродинамический расчет круглого открытого продольно намагниченного ферритового волновода со спирально-проводящей поверхностью. Комбинация метода частичных областей и метода укорочения дифференциального уравнения с использованием граничных условий на спирально-проводящей поверхности позволила получить дисперсионное уравнение волн структуры. Приводится алгоритм поиска корней дисперсионного уравнения на комплексной плоскости продольного волнового числа. Корректность работы составленной в соответствии с данным алгоритмом программы проверяется путем выполнения предельного перехода от круглого открытого ферритового волновода со спирально-проводящей поверхности к КДВ со спирально проводящей поверхностью. С использованием составленной программы рассчитываются дисперсионные характеристики нескольких азимутально симметричных и азимутально-несимметричных волн с азимутальным индексом n 1 круглого открытого намагниченного до насыщения ферритового волновода со спирально-проводящей без учета и с учетом потерь в феррите. Показывается существование комплексных волн в рассматриваемой направляющей структуре без диссипации энергии.

Отмечается, что в круглом открытом продольно намагниченном ферритовом волноводе со спирально-проводящей поверхностью с магнитными потерями дисперсионные характеристики волн являются аналитическими функциями, а продольные волновые числа являются комплексными во всм диапазоне частот.

Поскольку направление вращения плоскости поляризации волн с левой и правой круговой поляризацией определяется относительно направления подмагничивающего поля, то изменение направления поля подмагничивания с прямого на обратное влияет на дисперсионные свойства волн структуры: в структуре без потерь значительно увеличивается диапазон существования собственных комплексных волн, из чего можно сделать вывод, что наличие собственных комплексных волн в намагниченном ферритовом волноводе без потерь связан не только с распределенным разворотом мощности, но и с эффектами, возникающими при взаимодействии волны с ферритом.

Описываются картины распределения в поперечном сечении волновода продольной составляющей плотности потока мощности. Отмечается наличие частотной зависимости функции распределения плотности потока мощности.

Исследуется изменение поляризации линейно-поляризованной электромагнитной волны, образованной суперпозицией волн с левым и правым вращением плоскости поляризации, в круглом открытом продольно намагниченном ферритовом волноводе при разных значениях поля подмагничивания. Показывается, что при отсутствии потерь в феррите поляризация волны сохраняется;

по мере распространения волны происходит поворот е плоскости поляризации. При наличии потерь в феррите линейно поляризованная волна становится эллиптически поляризованной, при этом главная ось эллипса поворачивается относительно первоначальной плоскости линейной поляризации. Отмечается наличие диапазона частот, в котором при больших длинах волновода имеет место преобразование эллиптически поляризованной волны в волну с круговой поляризацией поля. Расположение и величина этого диапазона зависит от величины поля подмагничивания.

В третьей главе диссертации рассматривается круглый открытый продольно намагниченный ферритовый волновод (рис. 5) и проводится сравнение его дисперсионных, энергетических и поляризационных свойств с аналогичными свойствами круглого открытого продольно намагниченного ферритового волновода со спирально-проводящей поверхностью, рассмотренного во второй главе.

Краевая задача решается с использованием МЧО. Поля в ферритовой области записываются с использованием метода укорочения дифференциального уравнения. Запись граничных условий на поверхности волновода приводит к системе линейных алгебраических уравнений, из которой получается дисперсионное уравнение Рис. волн круглого открытого продольно намагниченного ферритового волновода.

Описываются результаты решения дисперсионного уравнения для азимутально-симметричных и азимутально-несимметричных волн с азимутальным индексом n 1 круглого открытого намагниченного до насыщения ферритового волновода без учета и с учетом потерь в феррите.

Отмечается, что при отсутствии магнитных потерь поведение дисперсионных характеристик азимутально-симметричных волн открытого ферритового волновода качественно похоже на поведение дисперсионных характеристик азимутально-симметричных волн высших типов ферритового волновода со спирально-проводящей поверхностью с аналогичными параметрами. В случае азимутально-несимметричных волн наличие спирали на поверхности открытого ферритового волновода существенно изменяет дисперсионные характеристики волн последнего. Показывается, что в круглом открытом продольно намагниченном ферритовом волноводе с магнитными потерями дисперсионные характеристики волн так же, как и в круглом открытом ферритовом волноводе со спирально-проводящей поверхностью, являются аналитическими функциями, продольные волновые числа являются комплексными во всм диапазоне частот, а наличие спирали приводит к существенным изменениям дисперсионных свойств лишь некоторых азимутально-симметричных и азимутально-несимметричных волн круглого открытого ферритового волновода.

Исследуется изменение поляризации линейно-поляризованной электромагнитной волны, образованной суперпозицией волн с левым и правым вращением плоскости поляризации, в круглом открытом продольно намагниченном ферритовом волноводе при разных значениях поля подмагничивания. Показывается, что наличие спирали на поверхности ферритового волновода оказывает существенное влияние на поляризационные свойства волн последнего В четвертой главе диссертации описываются постановки и решения краевых задач для диэлектрических волноводов с импедансными поверхностями.

В главе рассматриваются: круглый диэлектрический волновод с периодически изменяющейся поверхностной диэлектрической проницаемостью (рис. 6) и круглый диэлектрический волновод с тонкой резистивной пленкой на поверхности (рис. 7).

Рис. 6 Рис. Процедуры составления дисперсионных уравнений в рассматриваемых задачах однотипны и сводятся к следующим операциям. Уравнения Гельмгольца в общем случае решаются относительно продольных компонент обоих векторов Герца. По найденным значениям векторов Герца (в e,m z случае с круглым диэлектрическим волноводом с периодически изменяющейся поверхностной диэлектрической проницаемостью решения уравнение Гельмгольца записываются в виде бесконечных сумм) для первой и второй областей находятся выражения для векторов напряженности электрического и магнитного полей. Найденные значения векторов напряженностей электрического и магнитного полей подставляются в граничные условия. Для КДВ с периодически изменяющейся поверхностной диэлектрической проницаемостью имеет вид:

H z1 (r a) H z 2 (r a);

H 1 (r a) H 2 (r a);

E z 2 (r a) w( z ) H 2 (r a);

E 2 (r a) w( z ) H z 2 (r a), 0 ( z ) где импеданс внешней поверхности ДВ, w( z ) cos( z ). В диссертации приводится обоснование выбора ( z) D именно этих граничных условий.

Для КДВ с тонкой резистивной пленкой на поверхности с учетом метода поверхностного тока граничные условия в общем случае имеют вид:

E z1 E z 2 ;

E 1 E 2 ;

H z1 H z 2 E 1;

H 1 H 2 E z1, где — поверхностная проводимость резистивной пленки.

Запись граничных условий приводит к системам линейных алгебраических уравнений. Приравнивая к нулю их главные определители, получаем дисперсионные уравнения волн, распространяющихся в рассматриваемых структурах.

На основе составленных алгоритмов были получены численные результаты в виде дисперсионных зависимостей волн, распространяющихся в рассматриваемых направляющих структурах.

Для КДВ с периодически изменяющейся поверхностной диэлектрической проницаемостью расчеты проводятся в первом приближении. В связи с этим полученные, частотные зависимости (рис.8) соответствуют частотным зависимостям постоянных распространения 0, 1 и гармоник волны НЕ11.

Показывается, что постоянные распространения основной Рис. пространственной гармоники ( 0 ), а значит и гармоник 1 и 1, являются чисто действительными ( Im( 0 ) 0 ), распространение гармоник начинается с нулевых частот. Отмечается, что периодичность поверхностного импеданса направляющей структуры проявляется в существовании пространственных гармоник, распространяющихся как в прямом, так и в обратном направлениях и в наличии на дисперсионных характеристиках основных гармоник частотных областей, в которых дисперсия практически отсутствует.

В случае КДВ с тонкой резистивной пленкой на поверхности, численно исследуются волны E01 и EH11. Отмечается, что при уменьшении частоты поверхностные волны переходят в быстрые волны. Показывается наличие частотных областей, в которых существуют быстрые собственные волны EH11.

Исследуется влияние поверхностной проводимости резистивной пленки и диэлектрической проницаемости волновода на дисперсионные характеристики волн КДВ с резистивной пленкой на поверхности.

Показывается, что при увеличении проводимости пленки частотные области существования вытекающих волн E01 и EH11 сужаются, а минимальные значения коэффициента замедления увеличиваются В заключении приводятся основные выводы, сформулированные в процессе выполнения диссертации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ Поставлены и решены краевые задачи для открытых поперечно 1.

неоднородных и продольно-нерегулярных цилиндрических направляющих структур СВЧ и КВЧ диапазонов: круглого диэлектрического волновода со спирально-проводящей поверхностью, круглого открытого ферритового волновода со спирально-проводящей поверхностью, круглого открытого ферритового волновода, круглого диэлектрического волновода с периодически изменяющейся поверхностной диэлектрической проницаемостью и круглого диэлектрического волновода с резистивной пленкой на поверхности.

Рассчитаны дисперсионные характеристики первых восьми 2.

азимутально-симметричных и азимутально-несимметричных волн КДВ со спирально-проводящей поверхностью при отсутствии потерь в диэлектрике.

Показано, что проводящая спираль на поверхности КДВ принципиально меняет спектр волн последнего. Отмечено, что в областях частот ниже критических поверхностные азимутально-симметричные волны высших типов и некоторые азимутально-несимметричные волны становятся вытекающими. На дисперсионной характеристике волны HE13 ) существует ( участок, соответствующий собственной комплексной волне.

Исследовано влияние диэлектрической проницаемости стержня и 3.

угла намотки спирали на дисперсионные характеристики волн КДВ со спирально-проводящей поверхностью. Показано, что замедление волн высших типов рассматриваемого волновода определяется диэлектрическим эффектом, а замедление основной волны – как величиной угла намотки спирали на поверхности волновода, так и величиной его диэлектрической проницаемости. Отмечено, изменение угла намотки спирали приводит к неоднозначной зависимости замедления различных волн.

Показано, что азимутально-несимметричные волны с левой и 4.

правой круговой поляризацией имеют различные фазовые скорости, в результате чего при распространении в КДВ со спирально-проводящей поверхностью изначально определенным образом линейно поляризованной волны, представляемой суперпозицией двух циркулярно поляризованных волн с правым и левым вращением, будет происходить поворот плоскости поляризации относительно первоначального ее положения. Исследовано изменение поляризации линейно поляризованной волны, представляемой суперпозицией волн с правым и левым вращением плоскости поляризации, при ее распространении в КДВ со спирально-проводящей поверхностью.

Показано, что по мере распространения волны происходит поворот плоскости поляризации поля, и угол поворота зависит от частоты электромагнитного поля, причем характер этой зависимости изменяется при варьировании угла намотки спирали на поверхности волновода.

Исследовано излучение с открытого конца КДВ со спирально 5.

проводящей поверхностью. Показано, что излучение с конца волновода, в котором возбуждена волна HE01 или HE11, является узконаправленным, а их максимум расположен на оси волновода, что позволяет использовать КДВ со спирально-проводящей поверхностью в качестве узконаправленной антенны осевого излучения.

Рассчитаны дисперсионные характеристики азимутально 6.

симметричных и азимутально-несимметричных волн (с правой и левой круговой поляризацией) круглого открытого продольно намагниченного до насыщения ФВ со спирально-проводящей поверхностью и круглого открытого продольно намагниченного ФВ с частотой свободной прецессии спиновых магнитных моментов электронов f 0 1,76 ГГц без учета и с учетом потерь в феррите. Проведено сравнение дисперсионных свойств волн двух указанных направляющих структур. Отмечено, что наличие спирали на открытом ферритовом волноводе существенно меняет спектр волн последнего. Показано наличие точек жордановой кратности волновых чисел, где возникают комплексные волны в обеих рассмотренных ферритовых структурах.

Для исследованных в работе невзаимных волноводов с 7.

ферритовыми средами показано, что в отсутствие магнитных потерь в феррите на частотах, близких к частоте ферромагнитного резонанса, дисперсионные характеристики распространяющихся волн терпят разрыв, что объясняется резонансным возмущением среды, в которой распространяется волна. Показано, что смена направления поля подмагничивания в ФВ со спирально-проводящей поверхностью без потерь может приводить к появлению в их спектрах дополнительных комплексных волн.

Исследованы комплексные волны круглого открытого продольно 8.

намагниченного до насыщения ФВ со спирально-проводящей поверхностью и круглого открытого продольно намагниченного ФВ без потерь. Показано, что в обоих волноводах существуют комплексные волны с нулевым потоком мощности, физическая природа которых может быть объясняется дифракцией на микроструктуре ферритовой среды. Однако, в открытом ФВ со спирально-проводящей поверхностью существуют комплексные волны с правым вращением плоскости поляризации с ненулевым потоком мощности через поперечное сечение волновода, природа которых может быть связана с процессами перемагничивания феррита.

В исследуемых ферритсодержащих направляющих структурах с 9.

магнитными потерями дисперсионные характеристики волн являются аналитическими функциями, комплексными во всм диапазоне частот. На частотах, близких к частоте свободной прецессии спиновых магнитных моментов электронов, наблюдается увеличение у некоторых волн коэффициентов замедления и затухания. Изменение направления поля подмагничивания в структурах с потерями приводит к существенному изменению вида дисперсионных характеристик азимутально несимметричных волн.

10. Исследовано распределение продольной составляющей плотности потока мощности волн круглого открытого ФВ со спирально проводящей поверхностью и круглого открытого ФВ. Показана частотная зависимость функции распределения плотности потока мощности, переносимой волнами в структурах с потерями и без потерь.

11. Исследован эффект вращения плоскости поляризации линейно поляризованной электромагнитной волны, представляемой суперпозицией двух циркулярно поляризованных волн с правым и левым вращением плоскости поляризации, в рассмотренных ферритовых структурах. Показано, что во обеих структурах при отсутствии потерь в феррите по мере распространения линейно поляризованной волны, представляемой суперпозицией волн с правым и левым вращением плоскости поляризации, происходит поворот ее плоскости поляризации. При наличии потерь в феррите линейно поляризованная волна становится эллиптически поляризованной. Большая полуось эллипса поляризации волны поворачивается относительно первоначального положения плоскости поляризации. Отмечено существование частотных областей, в которых эллиптически поляризованная становится волной с круговой поляризацией.

12. Рассчитаны дисперсионные характеристики волны НЕ11 КДВ с периодически изменяющейся поверхностной диэлектрической проницаемостью в первом приближении. Показано, что периодичность поверхностного импеданса направляющей структуры проявляется в существовании пространственных гармоник и наличии на дисперсионных характеристиках основных гармоник частотных областей, в которых дисперсия практически отсутствует.

13. Рассчитаны дисперсионные характеристики волн Е01 и ЕН11 КДВ с резистивной пленкой на поверхности. Показано наличие частотных областей, в которых существуют быстрые собственные волны EH11, позволяющие создавать на базе КДВ с резистивной пленкой на поверхности зонды с поперечным излучением поля.

14. Исследовано влияние проводимости резистивной пленки и диэлектрической проницаемости волновода на дисперсионные характеристики волн КДВ с резистивной пленкой на поверхности. Показано, что при увеличении проводимости пленки частотные области существования вытекающих волн E01 и EH11 сужаются, а минимальные значения коэффициента замедления увеличиваются. Увеличение диэлектрической проницаемости стержня приводит к смещению частотных точек перехода собственных волн в вытекающие в более низкочастотную область, а так же к уменьшению минимального значения коэффициента замедления обеих волн и увеличению максимального значения коэффициента затухания.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

Виприцкий, Д.Д. Результаты расчета дисперсии волн 1.

экранированной микрополосковой линии с феррит-диэлектрической подложкой / Д.Д. Виприцкий, А.В. Назаров, Е.А. Попов // Физика и технические приложения волновых процессов: тез. докл. V Междунар. науч. техн. конф. – Самара, 2006. – С.111-112.

Назаров, А.В. Азимутально-симметричные волны круглого 2.

открытого ферритового волновода / А.В. Назаров, Е.А. Попов, В.П. Хранилов // Антенны. – 2008. – № 10 (137). – С.81-85.

Иванов, С.В. Электромагнитные волны в круглом открытом 3.

ферритовом волноводе со спирально-проводящей поверхностью / С.В.

Иванов, А.В. Назаров, Е.А. Попов // 13 Нижегородская сессия молодых ученых (технические науки): тез. докл. – Н.Новгород, 2008. – С.109.

Иванов, С.В. Круглый открытый продольно намагниченный 4.

ферритовый волновод со спирально-проводящей поверхностью / С.В.

Иванов, А.В. Назаров, Е.А. Попов // Информационные системы и технологии.

ИСТ – 2008: Материалы Междунар. науч-техн. конф. – Н.Новгород, 2008. – С.65-66.

Назаров, А.В. Исследование дисперсии волн круглого открытого 5.

ферритового волновода со спирально-проводящей поверхностью / А.В, Назаров, Н.А. Новоселова, Е.А. Попов // Физика и технические приложения волновых процессов: тез. Докл. VII Междунар. науч.-техн. конф,, посвященной 150-летию со дня рождения А.С. Попова. – Самара, 2008. – С.139-140.

Попов Е.А. Круглый диэлектрический волновод со спиральным 6.

резистивным покрытием поверхности / Е.А. Попов, Л.Г. Рудоясова, Г.И.

Шишков // Физика и технические приложения волновых процессов: тез.

Докл. VII Междунар. науч.-техн. конф,, посвященной 150-летию со дня рождения А.С. Попова. - Самара, 2008. – с. 140.

Павлова Г.Д. Круглый диэлектрический волновод с периодически 7.

неоднородной поверхностью / Г.Д. Павлова, Е.А. Попов, Л.Г. Рудоясова // Физика и технические приложения волновых процессов: тез. Докл. VII Междунар. науч.-техн. конф,, посвященной 150-летию со дня рождения А.С.

Попова. - Самара, 2008. – с. 145.

Иванов С.В. О дисперсионных, энергетических и 8.

поляризационных свойствах волн круглого открытого диэлектрического волновода с анизотропно-проводящей поверхностью / С.В. Иванов, А.В.

Назаров, Е.А. Попов // Тезисы докладов IX МНТК «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» и VI МНТК «Оптические технологии в телекоммуникациях». – Казань, 2008. – С.339-340.

Назаров А.В. Электромагнитные волны в круглом открытом 9.

диэлектрическом волноводе со спирально-проводящей поверхностью / А.В.

Назаров, Е.А. Попов // Антенны. – 2009. – Вып. 6 (145). – С.60-64.

10. Попов Е.А. Круглый диэлектрический волновод с периодическим изменением поверхностной диэлектрической проницаемости / Е.А. Попов, Л.Г. Рудоясова // Антенны. – 2009. – Вып. 8 (147). – с. 72-74.

11. Иванов С.В. Влияние параметров круглого открытого диэлектрического волновода со спирально проводящей поверхностью на дисперсионные свойства структуры / С.В. Иванов, А.В. Назаров, Е.А. Попов, Н.А. Чечин // XIV Нижегородская сессия молодых ученых. Технические науки. – Н.Новгород, 2009. – С.25-26.

12. Назаров А.В. Краевая задача для круглого открытого диэлектрического волновода со спирально-проводящей резистивной плнкой на поверхности / А.В. Назаров, Е.А. Попов, Н.А. Чечин // Информационные системы и технологии. ИСТ – 2009: Материалы XV Международной научно технической конференции. – Н.Новгород, 2009. – С.77-78.

13. Иванов С.В. Исследование дисперсии волн круглого открытого диэлектрического волновода со спирально-проводящей резистивной плнкой на поверхности / С.В. Иванов, А.В. Назаров, Е.А. Попов, Н.А. Чечин // Будущее технической науки: Тезисы докладов VIII Международной молодежной научно-технической конференции. – Н.Новгород, 2009. – С.263 264.

14. Иванов С.В. О дисперсионных свойствах волн круглого открытого диэлектрического волновода со спирально-проводящей поверхностью / С.В. Иванов, А.В. Назаров, Е.А. Попов // Физика и технические приложения волновых процессов: материалы докладов VIII Международной научно-технической конференции. – Санкт-Петербург, 2009.

– С.84-85.

15. Назаров А.В. Электромагнитные волны в круглом открытом диэлектрическом волноводе со спирально-проводящей резистивной пленкой на поверхности / А.В. Назаров, Е.А. Попов, Н.А. Чечин Физика и // технические приложения волновых процессов: материалы докладов VIII Международной научно-технической конференции. – Санкт-Петербург, 2009.

– С.85-86.

16. Иванов С.В. Краевая задача для круглого открытого ферритового волновода со спирально проводящей поверхностью / С.В. Иванов, А.В.

Назаров, Е.А. Попов // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. – 2010. – № 1 (80). – С.28-35.

17. Назаров А.В. Об особенностях спектра волн круглого продольно намагниченного ферритового волновода со спирально-проводящей поверхностью / А.В. Назаров, Е.А. Попов // Будущее технической науки:

Тезисы докладов IX Международной молодежной научно-технической конференции. – Н.Новгород, 2010. – С.287-288.

18. Павлова Г.Д. О несамосопряженности краевых задач для периодически-нерегулярных направляющих структур / Г.Д. Павлова, Е.А.

Попов, С.Б. Раевский // Физика и технические приложения волновых процессов: материалы X Международной научно-технической конференции.

– Челябинск, 2010. – С.18.

19. Попов Е.А. О дисперсии волн в диэлектрических волноводах с периодически металлизированной поверхностью / Е.А. Попов, С.Б. Раевский, Л.Г. Рудоясова // Физика и технические приложения волновых процессов:

материалы X Международной научно-технической конференции. – Челябинск, 2010. – С.18-19.

20. Попов Е.А. Комплексные и связанные волны в направляющих структурах / Е.А. Попов, С.Б. Раевский, А.Ю. Седаков // Физика и технические приложения волновых процессов: материалы X Международной научно-технической конференции. – Челябинск, 2010. – С.19.

21. Попов Е.А. Волоконный световод с периодически изменяющимся вдоль оси показателем преломления / Е.А. Попов, С.Б. Раевский, Г.И.

Шишков // Физика и технические приложения волновых процессов:

материалы X Международной научно-технической конференции. – Челябинск, 2010. – С.20.

22. Назаров А.В. Круглый диэлектрический волновод со спирально проводящей поверхностью / А.В. Назаров, Е.А. Попов, С.Б. Раевский // Антенны. – 2011. – Вып. 1 (164). – С.27-36.

23. Об излучении с открытого конца круглого диэлектрического волновода со спирально-проводящей поверхностью / А.В. Назаров, Е.А.

Попов, С.Б. Раевский // Информационные системы и технологии. ИСТ – 2011: Материалы XVII Международной научно-технической конференции. – Н.Новгород, 2011. – С.103.

24. Попов Е.А. Круглый диэлектрический волновод с периодически возмущенной поверхностью / Е.А. Попов, С.Б. Раевский, А.Ю. Седаков // Физика и технические приложения волновых процессов: материалы X Международной научно-технической конференции. – Самара, 2011. – С.140 141.

25. Назаров А.В. Открытые направляющие структуры с анизотропно проводящей поверхностью / А.В. Назаров, Е.А. Попов, С.Б. Раевский // Физика и технические приложения волновых процессов: материалы X Международной научно-технической конференции. – Самара, 2011. – С.162.

26. Попов Е.А. Энергетический метод расчета характеристик направляющих структур с потерями / Е.А. Попов, Л.Г. Рудоясова, Г.И.

Шишков // Физика и технические приложения волновых процессов:

материалы X Международной научно-технической конференции. – Самара, 2011. – С.163.

ЛИТЕРАТУРА Л.1. Альтман Дж.Л. Устройства сверхвысоких частот: пер.с англ./ Дж.Л.Альтман. – М.: Мир, 1968. – 245 с.

Л.2. Микроэлектронные устройства СВЧ / ред. Г.И. Веселова. – М.:

Высшая школа, 1988. – 280 с.

Л.3. Антенны и устройства СВЧ / Д.И. Воскресенский, Р.А.

Грановская, Н.С. Давыдова [и др.]. – М.: Радио и связь, 1981. – 293 с.

Л.4. Вайнштейн, Л.А. Электромагнитные волны / Л.А. Вайнштейн. – М.: Радио и связь, 1988. – 440 с.

Л.5. Каценеленбаум, Б.З. Высокочастотная электродинамика / Б.З.

Каценеленбаум. –М.:Наука, 1966.

Л.6. Взятышев, В.Ф. Диэлектрические волноводы / В.Ф. Взятышев. – М.: Сов.радио, 1970.

Л.7. Семенов, Н.А. Оптические кабели связи. Теория и расчет / Н.А.

Семенов. –М.: Радио и связь, 1981.

Л.8. Гроднев, И.И. Оптические кабели / И.И. Гроднев, Ю.Т. Ларин, И.И. Теумин. –М.: Мир, 1974.

Л.9. Маркузе, Д. Оптические волноводы / Д. Маркузе. –М.: Мир, 1974.

Л.10. Теумин, И.И. Волноводы оптической связи / И.И. Теумин. –М.:

Связь, 1988.

Л.11. Чео, П.К. Волоконная оптика / П.К. Чео. –М.: Энергоиздат, 1988.

Л.12. Волоконно-оптические системы передачи / М.М. Бутусов, С.М.

Верник, С.Л. Галкин [и др.]. –М.: Радио и связь, 1992.

Л.13. Раевский, А.С. Асимптотический метод исследования спектров волн открытых направляющих структур / А.С. Раевский, А.К. Редкий // Антенны. -2006. -№5(108). -С.20-24.

Л.14. Раевский, С.Б. Комплексные волны в двухслойном круглом экранированном волноводе / С.Б. Раевский // Изв. вузов СССР. Сер.

Радиофизика. – 1972. – Т.15, № 1. – С.112-116.

Л.15. Раевский, С.Б. О существовании комплексных волн в некоторых двухслойных изотропных структурах / С.Б. Раевский // Изв. вузов СССР.

Сер. Радиофизика. – 1972. – Т.15, № 12. – С.1926-1931.

Л.16. Веселов, Г.И. О встречных потоках мощности в некоторых двухслойных изотропных структурах / Г.И. Веселов, С.Б. Раевский // Изв.

вузов СССР. Сер. Радиофизика. – 1983. – Т.26, № 9. – С.1041-1044.

Л.17. Раевский, А.С. Комплексные волны / А.С. Раевский, С.Б.

Раевский. – М.: Радиотехника, 2010. – 224с.

Л.18. Сато К. Ферриты / К. Сато, Ю. Ситидзе – М.: Мир, 1964. – 408 с.

Л.19. Микаэлян, А.Л. Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах / А.Л. Микаэлян. – М.;

Л.: Госэнергоиздат, 1963. – 664 с.

Л.20. Веселов, Г.И. Слоистые металло-диэлектрические волноводы / Г.И. Веселов, С.Б. Раевский. – М.: Радио и связь, 1998.

Л.21. Нефедов, Е.И. Дифракция электромагнитных волн в диэлектрических структурах / Е.И. Нефедов. – М.: Наука, 1979. – 272 с.

Л.22. Силин, Р.А. Замедляющие системы / Р.А. Силин, В.П. Сазонов. – М.: Советское радио, 1966. – 632 с.

Л.23. Неганов, В.А. Линейная макроскопическая электродинамика / В.А. Неганов, С.Б. Раевский, Г.П. Яровой. – М.: Радио и связь, 2001. - Т.2. – 575 с.

Л.24. Неганов В.А. Электродинамика и распространение радиоволн / О.В. Осипов, С.Б. Раевский, Г.П. Яровой. – М.: Радиотехника, 2007. – 744 с.

Л.25. Раевский, А.С. Электродинамика направляющих и резонансных структур, описываемых несамосопряженными краевыми задачами: дис. … докт. физ.-мат. наук / А.С. Раевский. – Самара: [б. м.], 2004. – 441 с.

Л.26. Бритов И.Е. Целенаправленный поиск комплексных волн в направляющих электродинамических структурах / И.Е. Бритов, А.С.

Раевский, С.Б. Раевский // Антенны. – 2003. – Вып. 5 (72). – С.64-71.

Л.27. Свешников, А.Г. Теория функции комплексного переменного / А.Г. Свешников, А.Н. Тихонов. – М.: Наука, 1967. – 304 с.

Подписано в печать 11.10.11. Формат 60 84 1/16. Бумага офсетная.

Печать офсетная. Усл. печ. л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ.

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева.

Типография НГТУ. 603950, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.