Автореферат (Многомодовые прямоугольные диэлектрические волноводы и резонаторы КВЧ диапазона), страница 3

Низшие (основные) волны имеютпорядок n=1.По фазовой скорости направляемые волны в ПлДВ являются замедленными по отношению к внешней среде и ускоренными по отношению к внутренней среде. Степень замедления описывается коэффициентом замедления(6)   2   222 .Описанные выше аналитические модели были положены в основу метоU2 да «Зигзаг». Он основан на представлении ВТВ МПДВ в виде суперпозиции12соответствующих основных волн ПлДВ (Е или Н типа), переотражающихсяот граней МПДВ с меньшим размером. С помощью этого метода:1) Получены приближенные дисперсионные характеристики первых десяти типов волн МПДВ.2) Получены частотные зависимости внутреннего и внешнего волновыхчисел, описывающих распределения полей этих мод во внутренней и внешней областях сечения МПДВ соответственно.3) Проведен анализ структуры спектра распространяющихся мод МПДВ.Показано, что все моды МПДВ разумно разделить на два класса: Моды, формируемые суммой распространяющихся под углами к осиМПДВ Е1 волн ПлДВ.

Поперечное Е поле у них ориентировано перпендикулярно ширине МПДВ. Эти волны называются модами с перпендикулярной (или вертикальной) поляризацией и обозначаются символами ЕН1n. Моды, формируемые суммой распространяющихся под углами к осиМПДВ Н1 волн ПлДВ. У них поперечное Е поле ориентировано параллельно ширине МПДВ. Эти называются модами с параллельной (или горизонтальной) поляризацией и обозначаются символами НЕ1n.4) Предложена эмпирическая формула для оценки общего числа мод вМПДВ большого формата в интервале значений форматов до 18, при котором общее число типов волн в МПДВ не превышает 25: Ф  10 N  5 tg   15 . 7 (7)5) Разработан алгоритм, позволяющий произвести расчет замедлений иопределить количество волн в МПДВ заданных физических размеров на заданной частоте.На рисунке 2 приведен пример расчета дисперсионных характеристик иопределения модового состава в МПДВ с форматом 30/3,4 (ширина образцаМПДВ равна 30 мм, а толщина – 3,4 мм) в широком диапазоне частот и длинволн.13Рис.

2. Дисперсионные характеристики мод в МПДВ из материала с ε=2,08(относительный размер и замедление - величины безразмерные)В третьей главе решается задача исследования стыка МПДВ и системы двух связанных ДВ (СДВ) (см. рис.3).Сделана также попытка оценитьтеоретически и описать на уровне многомодовых явлений процессы, происходящие в системе двух близкорасположенных ДВ. Явления на резких и плавныхРис. 3.

Стык ДВ и системы двух близко расположенных ДВ (СДВ)нерегулярностях СДВ изучались и ранее.В главе показано, что подход с позициймногомодовых явлений может дать новую информацию о системах ДВ в нескольких направлениях:с одной стороны, открыть новые возможности анализа и обнаружить новые свойства СДВ и элементов ДЭБ на их основе; с другой стороны, обогатить базу знаний в области многомодовыхДВ уже имеющимися знаниями о распределенной связи в СДВ.Особый интерес представляют явления в специфическом классе многоплечих ДС и элементов ДЭБ, называемых «соединениями» (яркий примертрехплечего диэлектрического соединения – Y-делитель на ДВ).14В такой системе существуют, как собственные волны МПДВ, так исобственные волны системы связанных МПДВ.

Предложенная ранее модельтакой системы предполагала, что в системе связанных ДВ возникают четнаяи нечетная волны, в результате чего система описывается тремя физическимиплечами и шестью волновыми плечами, поскольку в ДВ могут существоватьодновременно два типа волн с ортогональной поляризацией.Проведен аналитический расчет матрицы рассеяния для различныхмод, получены зависимости коэффициента связи от расстояния междуМПДВ. Исследованы зависимости коэффициентов отражения от частоты приразличных коэффициентах связи (при различных расстояниях между пластинами) для двух первых мод.Проведена также оценка межмодового преобразования (см.

рис. 4-5).На рисунках 4 и 5 представлены результаты численного моделирования такой СДВ. При их интерпретации необходимо учесть, что это результат совокупного влияния переотражений от возбудителя, от нерегулярного участка иот торца системы двух связанных МПДВ. Все эти переотражения вносят свойвклад в общую картину.Рис. 4. Зависимость коэффициентаотражения S11 от частоты для различныхрасстояний между МПДВРис. 5. Зависимость коэффициентаотражения S11 от частоты и преобразованиямод СДВ друг в другаПо всей видимости, описанный подход к изучению многомодовых волноводов и резонаторов с позиций распределенной связи целесообразно развивать. Такой подход может дать новую информацию о многомодовых элементах ДЭБ.15В четвертой главе описаны экспериментальные стенды для физических экспериментов и модели для вычислительных экспериментов, а такжепрограммное обеспечение для обработки результатов. На рисунке 6 приведено фото экспериментального стенда для измерения частотных зависимостейРис.

6. Фото стенда ЭС-03для измерения S11-параметров ИДРРис. 7. Интерфейспрограммы обработкикоэффициента отражения S11. Стенд включает: 1 – векторный анализатор цепей R&S ZVA-50, 2 – измерительный диэлектрический резонатор (ИДР); 3 –метрологический коаксиальный кабель; 4 – коаксиально-волноводный переход МВ-8 на SMA.На рисунке 7 приведен интерфейс программы, написанной на языкеLabVIEW, для обработки результатов эксперимента. Программа позволяетопределять параметры резонансной кривой в обычной и логарифмической шкалах.

Программа может работать с комплексными и действительными данными.Проведены оценки точности измерительных стендов.В пятой главе обсуждаются результаты экспериментов с различнымиобразцами МПДВ длиной 100 мм и 200 мм, проведены сопоставления физического и вычислительного экспериментов. Проведены также экспериментыпо определению влияния различных факторов на параметры и характеристики ИДР: «объема модели», несимметричности отражателей ИДР, возбуждения ортогональной моды, а также элементов крепления образца.16На рисунке 8 приведен пример одного из результатов физического ивычислительного экспериментов - зависимость S11 от частоты для ИДР с образцом МПДВ длиной 100 мм.Рис.

8. Зависимости S11 от частоты для образца МПДВ длиной 100 мм.Непрерывная линия - физический эксперимент,пунктир - вычислительный экспериментПоказано, что увеличение объема модели повышает точность расчетовпо технологии ТВЭ, но при этом увеличивается время расчетов, а от компьютера требуется больше оперативной памяти.По результатам исследования влияния угла наклона зеркала на результат измерения было установлено, что углы от 0 до 10 0 не очень сильно влияют на результат.Наиболее интересным оказался результат исследования влияния зазоров между отражателями и стержнем МПДВ.На рисунке 9 (см.

следующую страницу) приведены результаты физического и вычислительного (численного) эксперимента. Из них следует, чтовлияние зазоров у разных отражателей ИДР является качественно различным.Так, характер зависимости обратной величины нормированной полосыпропускания по уровню 3дБ от величины зазора у непрозрачного отражателяимеет характер гауссовой кривой, а та же кривая для зазора у полупрозрачного отражателя имеет явно немонотонный характер.17баРис. 9. Влияние величины зазора между стержнем МПДВ и отражателями:а – зазор у непрозрачного отражателя, б – у полупрозрачного отражателяОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫТаким образом, в ходе исследовательской работы, выполненной вовремя пребывания в аспирантуре кафедры ОРТ НИУ МЭИ, получены и изложены в тексте диссертации следующие основные результаты.1) Обоснован выбор объектов исследований – многомодовые режимы исвойства высших типов волн (ВТВ) в ряде диэлектрических структур (ДС): широкоформатный диэлектрический волновод в таком режиме, когда всемоды имеют различное число вариаций поля только вдоль его ширины; многомодовый прямоугольный диэлектрический волновод (МПДВ) – выбранная конкретная конструкция ДВ для углубленного изучения; система двух МПДВ, между волнами которых существует связь; многомодовые прямоугольные диэлектрические резонаторы, состоящие издвух отражателей и отрезка исследуемого ДВ или их системы.2) В качестве основного метода исследований, в дополнение к традиционному электродинамическому анализу, выбран и освоен комплексный метод, объединяющий два экспериментальных подхода: технологию вычислительных экспериментов (ТВЭ), проводимых с помощью программных пакетов на локальных сетях компьютеров; технологию физических экспериментов (ТФЭ) с ИДР, реализованнуюкак на стендах с оригинальной диэлектрической элементной базой, так ис современным векторным анализатором цепей.3) Освоен приближенный метод анализа мод МПДВ, основанный на ихпредставлении в виде суперпозиции волн планарного ДВ (Е или Н), переотражающихся от граней МПДВ.