Автореферат (1103229), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Указываются особенности применения описанныхметодов к задачам синтеза МИС оптического и СВЧ диапазонов.В разделе 1.6 описан аналитический алгоритм синтеза МИС неотражающего класса на основе приближения слабого контраста. Приводятся основные соотношения, позволяющие в приближении слабого контраста, синтезировать МИС с максимально плоской амплитудно-частотной характеристикойдля работы в СВЧ-диапазоне.В разделе 1.7 представлены выводы по первой главе диссертационнойработы.Вторая глава посвящена исследованию влияния потерь в слоях многослойной структуры на процесс нестационарного отражения и состоит изтеоретической и экспериментальной частей.В разделе 2.1 обсуждаться особенности наблюдения явления нестационарного отражения в многослойных структурах.Раздел 2.2 посвящен теоретическому исследованию потерь в слояхмногослойной структуры в частотной и временной областях.В качестве объекта исследования был выбран простейший и относительно легко реализуемый на практике, не отражающий в стационарном ре9жиме, слой диэлектрика, оптическая толщина которого кратна /2, помещённый между двумя идентичными по волновым характеристикам средами.Рассматривается плоскопараллельный слой с комплексной относительной диэлектрической проницаемостью 1 = ′1 + ′′1 и толщиной , полностью заполняющий поперечное сечение волновода, регулярного с обеих сторон.В разделе 2.2.2 на основе аналитического расчета методом импедансных характеристик для коэффициента отражения () от полуволнового слояпри условии малости потерь, получено выражение:(︀)︀ 1 − 02 Λ1, ≈ 1 √40Λ1Λ1 = ′1 −(︂(︃)︂2,0 =1−(1)(︂)︂2 )︃− 21,′′здесь 1 = Λ11 << 1 малая величества, Λ1 — адмиттанс полуволнового слоя,0 — импеданс свободного волновода, — длина волны падающего сигнала, — критическая длина волны.Показано, что в случае малых потерь коэффициент отражения по амплитуде линейно зависит от величины потерь в слое.
Кроме того, коэффициент отражения является чисто действительной величиной и, следовательно,малые потери в слое не будут влиять на фазовые соотношения между переотражёнными волнами, т.е. фазовая картина отражённого сигнала будетформироваться также как и в случае отсутствия потерь.В разделе 2.2.3 производится анализ влияния потерь на процесс нестационарного отражения. Методом суммирования волн для огибающей сигнала (), отраженного от полуволнового слоя с потерями, получено решениеследующего вида: () =0[() − ( − Δ)] ,1 − 02(2)здесь коэффициент характеризует потери энергии при распространенииволны внутри слоя, 0 — френелевский коэффициент отражения, через() обозначена зависимость нормированной амплитуды падающего сигнала10от времени, Δ — удвоенное время прохождения волной слоя. = −2 ,(3) — действительная часть постоянной распространения.
Из формулы (2) видно, что отражённый сигнал является суммой двух противофазных сигналов.Такое представление удобно для анализа процесса формирования отражённого сигнала.Для верификации полученного соотношения производится расчёт методом конечных разностей во временной области. Расчет выполнен как с учётом потерь в полуволновом слое, так и без учёта потерь.0.50.5E(t)1E(t)10-0.5-10-0.51202t, нс4-16а)1202t, нс46б)Рис. 1 — Отраженный сигнал, увеличенный в 10 раз (1), и падающий сигнал (2),рассчитанные методом конечных разностей во временной области для случая: а) отсутствия потерь в полуволновом слое ( = 2 + 0.00); б) наличия потерь в полуволновомслое ( = 2 + 0.05).В результате численного моделирования установлено, что наличие даже малых потерь в слое приводит к нарушению амплитудного баланса интерферирующих волн, вследствие чего наблюдается появление отражённогосигнала в области постоянной амплитуды падающего импульса, что видно нарисунке 1, б).
При наличии потерь, импульсы, сформированные в процессенестационарного отражения в области фронтов падающего сигнала, изменяют свою форму по сравнению с импульсами для случая отсутствия потерь(рисунок 1, б)). В случае наличия потерь в слое, импульс, сформированныйв области переднего фронта, отличен от импульса в области заднего фронта,11что не наблюдается при отсутствии потерь (рисунке 1, а)). Отраженный сигнал, как в случае наличия потерь в слое, так и в случае диэлектрическогослоя без потерь, состоит из двух импульсов, которые находятся в противофазе.В разделе 2.2.3 на основе выражения (2) анализируется возможностьусиления явления нестационарного отражения за счет увеличения эффективного показателя преломления структуры и увеличения времени прохожденияволной слоя Δ.Проведённый анализ показал, что для увеличения интенсивности импульсов, сформированных в процессе нестационарного отражения амплитудно-модулированного сигнала, существует несколько возможностей.
Вопервых, можно уменьшать длительность фронта, падающего на структуруимпульса; во-вторых, увеличивать время прохождения импульса через слой.Также было установлено, что увеличение толщины слоя приводит к кратномуувеличению потерь энергии в нем. Увеличение потерь негативно сказываетсяна явлении нестационарного отражения за счет подавления интерферирующих в слое волн.В разделе 2.2.4 производится анализ влияния волноводной дисперсиина процесс нестационарного отражения. Проведенный анализ показывает, чтопри увеличении дисперсии (при приближении несущей частоты импульса ккритической частоте) амплитуда отраженного сигнала возрастает, а его длительность увеличивается.
Также в области сильной дисперсии появляютсядополнительные осцилляции амплитуды отраженного сигнала.Раздел 2.3 посвящен описанию измерительного стенда, используемогодля экспериментального исследования явления нестационарного отражения.Измерительный стенд состоял из векторного анализатора цепей ZVB-20, к которому подключался прямоугольный волновод сечением 23x10 мм2 .
Многослойная структура помещалась в волновод, полностьюзаполняя его поперечное сечение. С одной стороны волновод возбуждался коаксиально-волноводным переходом с штыревой антенной, с другой — подключалась согласованная волноводная нагрузка. Измерительный стенд позволялизмерять амплитуду огибающей отраженного сигнала.В разделах 2.3.1, 2.3.2 описана методика проведения калибровки измерительного стенда.12U(t)Для подавления нежелательных переотражений в измерительномтракте в настоящей работе использовался метод стробирования, описанныйв разделе 2.3.3. В исследуемый волноводный тракт посылается импульс,пространственная длительность которого много меньше, чем геометрическиеразмеры волноводного тракта.
Данный импульс последовательно отражаетсяот неоднородностей волноводного тракта, формируя суммарный отраженныйсигнал. Анализируя отраженный сигнал, удается отдельно выделить нежелательные импульсы. При дальнейшей обработке они исключаются из результатов. Данный подход реализует своего рода метод фильтрации во временнойобласти (стробирования) [13].В разделе 2.4 приводятся результаты экспериментального измерениядиэлектрических характеристик материалов, применяемых для изготовлениямногослойных интерференционных структур, используемых в данной работе.Основой метода служит минимизация невязки между теоретически рассчитанной зависимостью коэффициента отражения от диэлектрического слоя ирезультатами, полученными в эксперименте. Для используемых в эксперименте материалов в диапазоне частот 7 ГГц – 12 ГГц были получены следующие значения мнимой и действительной частей относительной диэлектрической проницаемости: фторопласт-4 – = 2.03 + 0.003; полиамид-6 – = 2.98 + 0.037; кварц КУ – = 3.55 + 0.01; кварц КВ – = 3.56 + 0.012.0.2В разделе 2.5.1 представле5ны результаты результаты эксперимен0.15тального исследования влияния потерь4в слоях МИС на процесс нестационар0.131ного отражения.
На рисунке 2 изоб0.05ражены экспериментально измеренные2огибающие отраженного сигнала от ди00102025электрических слоев с разными значеt, нсниями потерь. Проведенный анализ экс Рис. 2 — Огибающая отраженного сигнапериментальных результатов показыва ла (1 – падающий сигнал; 2 – эксперименет, что в случае материала с малыми по тальная кривая для слоя из фторопласта;терями (фторопласт), отраженный сиг 3 – теоретическая кривая для слоя из фторопласта; 4 – экспериментальная криваянал в области постоянной амплитуды для слоя из полиамида; 5 – теоретическаяпадающего импульса практически от кривая для слоя из полиамида)13сутствует. В то же время, отраженный сигнал в области переднего и заднегофронтов состоит из двух идентичных уединенных импульсов. Наличие потерь в слое приводит к тому, что интенсивность этих импульсов становитсяразличной, а форма огибающих импульсов становится отличной от прямоугольной.В разделе 2.5.2 представлены результаты экспериментального исследования влияния толщины диэлектрического слоя на процесс нестационарного отражения амплитудно-модулированного сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
