Автореферат (Многомодовые прямоугольные диэлектрические волноводы и резонаторы КВЧ диапазона), страница 2

Ключевые рекомендации, полученные в результате работы, по возможности, либо проверены экспериментально, либооснованы на достоверных результатах опубликованных работ.4. Научная новизнаНаучная новизна работы заключается в следующих ее результатах.1) Впервые поставлено и проведено широкое исследование параметроввысших типов волн (ВТВ) в многомодовых прямоугольных ДВ с большимзначением формата (отношения размеров широкой и узкой стороны сечения).2) Предложена эмпирическая формула для зависимости количества модот значения формата (МПДВ). В интервале значений форматов до 18, при котором общее число типов волн в МПДВ не превышает 25, эта зависимостьоказалась близка к тангенциальной.3) Рассмотрены переходы в системах ДВ (СДВ) с многомодовых участков на одномодовые.

Показано, что уникальные свойства согласованности инаправленности таких переходов объясняются тем, что ВТВ СДВ испытывают чрезвычайно малое отражение от области критических сечений.4) В качестве основного метода исследований в работе выбран, методически разработан и освоен применительно к изучению измерительных диэлектрических резонаторов (ИДР), построенных на базе отрезка изучаемогоДВ и двух металлических отражателей, метод «комплексного эксперимента»,объединяющий две группы исследовательских технологий: технологии физического эксперимента (ТФЭ), в которых матрицы рассеяния ИДР изучаются на специальных КВЧ измерительных стендах; технологии вычислительного эксперимента (ТВЭ), в которых электромаг-нитные поля, возбуждаемые в трехмерных моделях из диэлектрика и металла, имитирующих ИДР, рассчитываются и исследуются в локальнойсети персональных компьютеров с помощью программных пакетов.75) При изучении влияния зазора между стержнем ДВ и отражателем обнаружено, что вблизи полупрозрачного отражателя (в котором находятсявозбуждающие ИДР щели) зависимость добротности ИДР от величины зазора является немонотонной – при некоторой величине зазора в графике измеренной величины добротности наблюдается явно выраженный всплеск.5.

Достоверность результатовОбоснованность и достоверность результатов работы подтверждается:тем, что большинства результатов получено экспериментально, причемпо двум независимым экспериментальным технологиям;тем, что они не противоречат известным теоретическим и практическимданным, полученным предшественниками;регулярными контактами и обсуждениями с людьми, работающими и работавшими в области электродинамики КВЧ диэлектрических структур.6. Практическая полезностьПрактическая полезность выполненной работы заключается в следующих ее результатах.1) Поставлена общая задача исследования свойств ДВ, находящегося втаком многогодовом режиме, когда все распространяющиеся типы волн,имеющие различное число вариаций поля вдоль широкой стороны сечения,имеют только одну вариацию поля вдоль узкой стороны.

С учетом физических и технологических требований выбрана конкретная форма сечения ДВ прямоугольная.2) Получена информация о волновых характеристиках и параметрахВТВ в таком ДВ, необходимая для разработки широкого класса многомодовых диэлектрических структур и многомодовых элементов ДЭБ. Она уженашла применение на кафедре ОРТ НИУ МЭИ в разработках оригинальныхКВЧ устройств для решения актуальных прикладных задач.3) Наглядно обосновано явление: ВТВ в плавно нерегулярных МДВ откритических сечений не отражаются, а полностью излучаются во внешнюю8среду ДВ.

Именно это явление в диэлектрических соединениях определяет ихуникальные свойства согласованности и направленности со стороны всехплеч. А в волноводно-пучковых преобразователях (ВПП) и формирователях(ВПФ) – проявляющееся в них свойство модовой самофильтрации.4) Представляет практический интерес также ряд конкретных результатов, полученных в работе с помощью сочетания технологии физическогоэксперимента (ТФЭ) и технологии вычислительного эксперимента (ТВЭ):развиты и сопоставлены три варианта КВЧ стендов по технологии ТФЭдля работы в диапазонах частот от 25 до 56 ГГц;исследовано влияние на получаемые результаты важного при решениизадач методами ТВЭ параметра модели – «объема модели»;при исследовании моделей ИДР с одной, двумя и тремя щелями в отражателе показано, что наиболее эффективен вариант с тремя щелями;описаны пять конструкций диэлектрических зондов для исследованияраспределений полей; выявлены их достоинства;изучено влияние на результат ТФЭ отклонений геометрии и параметровэлементов ИДР: зазора между отражателями и торцом ДВ, наклона отражателей; значения диэлектрической проницаемости элемента крепления образца МПДВ; разворота стержня ДВ вокруг оси ИДР.7.

Реализация результатов работыНа основании материалов работы составлены три лекции, включенныев учебный курс кафедры ОРТ НИУ МЭИ, и проектное предложение по постановке лабораторной работы по спецкурсу.8. Апробация работыОсновные результаты диссертационной работы доложены и обсуждались в шести докладах на следующих конференциях: «Актуальные проблемырадиофизики» (г. Томск, 2012 г.), XX и XXI Международные научнотехнические конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г.

Москва, 2014 и 2015 годы); XI Международная9научно-технической конференция «Физика и технические приложения волновых процессов» (г. Екатеринбург, 2012 год); 24-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»(КрыМиКо-2014) (г. Севастополь, 2014 год).9. Публикации по теме диссертационной работыПо теме диссертационной работы в общей сложности сделано семь публикаций из них 3 публикации в журналах перечня ВАК и приравненных кним, а также оформлена и направлена в ФИПС заявка на изобретение, по которой получено положительное решение на выдачу патента РФ.10.

Основные положения, выносимые на защиту1) Выбор объектов исследований – многомодовые режимы и свойствавысших типов волн (ВТВ) в ряде диэлектрических структур (ДС); в их числемногомодовые прямоугольные диэлектрические волноводы (МПДВ) и измерительные диэлектрические резонаторы (ИДР), состоящие из двух отражателей и отрезка исследуемого ДВ.2) Результаты приближенного расчета и исследования дисперсионныххарактеристик десяти мод МПДВ, частотных зависимостей внутреннего ивнешнего волновых чисел этих мод, а также структуры спектра этих мод.3) Выбор в качестве основного метода экспериментальных исследований «комплексного» метода, объединяющего технологии вычислительныхэкспериментов (ТВЭ) и технологии физических экспериментов (ТФЭ).4) Сопоставление и анализ результатов, охватывающих различные объекты исследования и широкую область параметров МПДВ, которые получены в диссертационной работе с помощью различных экспериментальныхтехнологий (ТВЭ и ТФЭ), а также результатов, полученных с помощью ТФЭна различных экспериментальных стендах.5) Демонстрация возможности получать с помощью ТВЭ результатыисследования ИДР с достаточно высокой точностью - при условии привлечения достаточно больших аппаратных и временных ресурсов.

Это условие вы-10полнялось в работе применением локальной сети персональных компьютеров(до 10 штук) и длительностью экспериментов до десятка часов.11. Объем и структура диссертацииРабота общим объемом 154 стр. состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 3 приложений (20 стр.).

Работа проиллюстрирована 84 рисунками (в т.ч. 14 в приложениях). Список литературы включает166 наименований, в том числе 7 авторских работ.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении формулируются цели и задачи работы, рассматриваютсявопросы актуальности, новизны, практической значимости и другие оценочные признаки диссертации. Приводятся примеры возможного примененияполученных в результате работы научных результатов.В первой главе кратко описываются результаты исследований и разработок в области диэлектрических волноводов (ДВ), диэлектрических структур (ДС) и диэлектрической КВЧ элементной базы (ДЭБ), а также общиетенденции развития этого направления. По итогам работы и информационных исследований были сделаны следующие выводы, которые в полном объеме приведены в диссертации.1) Удачной структурой конструкции для проведения этих исследованийявляется широкоформатный (у которого одна сторона сечения много большедругой) диэлектрический волновод, находящийся в таком многогодовом режиме, когда все распространяющиеся типы волн, имеющие различное числовариаций поля вдоль широкой стороны сечения (ширины), имеют только одну вариацию поля вдоль узкой стороны сечения (толщины).2) С физической и с технологической точек зрения разумно выбратьформу сечения широкоформатного ДВ прямоугольной.

С учетом этого выбора основной объект диссертационного исследования назван в работе многомодовым прямоугольным диэлектрическим волноводом (МПДВ).3) Актуальность настоящей работы - в том, что понимание поведения изнание волновых характеристик и параметров высших типов волн МПДВнеобходимы для создания широкого класса многомодовых ДС и элементов11ДЭБ, а также для разработки рекомендаций для проектирования и конструирования ДС и ДЭБ на их основе.Во второй главе рассматривается решение задачи нахождения дисперсионных характеристик мод МПДВ и определения модового состава в МПДВс заданными поперечными размерами. Для этого вначале описаны дисперсионные характеристики собственных волн планарного ДВ (ПлДВ).Внешнее  и внутреннее  волновые числа волн ПлДВ находятся в результате решения характеристического уравнения1 tg (  )  222,     R ctg (  ) (1)Они определяются численным размером ДВR    d     1или приведенным размером ДВ~d  d     1 ,(2)(3)где d`- относительный размер волноводаd   2  a   2 2 / (4),а также значениями относительной диэлектрической проницаемости  в случае Е-волн или относительной магнитной проницаемости  в случае H-волн(5)   1  для волны типа Е 2   1  для волны типа Н2.Различные комбинации волновых чисел n и n характеризуют различные типы волн, отличающиеся порядком n.