LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Хвилеводні та періодичні структури, утворені хвилеводами довільного поперечного перерізу

обчислення дисперсійних характеристик діафрагмованих хвилеводів зі щілинами зв’язку довільної форми. Це забезпечує можливість аналізу багатьох типів пристроїв вакуумної НВЧ техніки та лінійних прискорювачів. Як приклади, було розглянуто сповільнюючі системи, що включають в себе діафрагми з дугоподібними або круглими отворами у круглому хвилеводі.

П’ятий розділ безпосередньо стосується нових фізичних результатів у задачах розсіяння. У ньому математичні моделі, розроблені в попередніх розділах, використовуються для дослідження електродинаміки спеціальних щілинних елементів у хвилеводах і ґратках.

  • Насамперед, як продовження відомих робіт про діафрагми з кількома прямокутними щілинами в прямокутному хвилеводі було розглянуто резонансні багатоапертурні діафрагми з дугоподібними щілинами, навантаженими на круглі хвилеводі. Дугоподібна форма щілин виявилася найбільш зручною, ніж будь-які інші, для розміщення у діафрагмі і, нарешті, такі щілини більш прийнятні з точки зору електричного пробою. Наприклад, для забезпечення однієї й тієї ж характеристики можна використовувати й прямокутні щілини, і дугоподібні. Але висота дугоподібних щілин буде в 3 рази більше.

    Як і очікувалося, пара однакових симетрично розташованих дугоподібних щілин забезпечує один резонанс повного проходження основної хвилі (у силу властивостей симетрії розглядається падіння вертикально-поляризованої ТЕ11 хвилі). Але виявилося, що існує декілька способів забезпечити туж саму характеристику за допомогою дугоподібних щілин. У першому випадку щілини резонують на квазі ТЕ10 хвилі дугоподібного хвилеводу, а у другому на квазі ТЕ20 (рис. 3). При зміні розмірів однієї з щілин резонанс повного проходження перетворюється у два резонанси повного проходження й резонанс повного відбиття, розташований між ними. Усі наведені структури можливо використовувати як комірки смугових фільтрів. Якщо ж додати у діафрагму центральну круглу апертуру, то можна забезпечити майже ідеальну характеристику режекторної комірки з дуже малими втратами на відбиття поза смугою.

    Можливо й використання щілин, резонуючих на різних типах хвиль, у складі однієї діафрагми (рис. 4). Причому, на відміну від попередніх конструкцій, дана конфігурація забезпечує повне відбиття сигналу для обох типів поляризації основної хвилі. На цій основі вдається сконструювати комірку смугово-відбиваючого фільтра ТЕ11 хвилі довільної поляризації. Така комірка була реалізована в експерименті, результати відповідних вимірювань коефіцієнта проходження вертикально-поляризованої ТЕ11 хвилі відображені на рис. 4 маркерами.

  • Вперше продемонстровано ефекти повного проходження сигналу крізь діафрагму з позамежним отвором (рис. 5). Виявилося, що існують два резонанси повного проходження основної хвилі поблизу частоти відсікання першої вищої хвилі, причому даний ефект не залежить від форми хвилеводу. На прикладах прямокутного, П-подібного і прямокутного хвилеводу з канавкою у широкій стінці було встановлено, що це явище пов’язане головним чином зі збудженням першої вищої ТМ хвилі (у випадку прямокутного хвилеводу це – ТМ11 хвиля).

    Як відомо, будь-які резонансні явища є відгуком на збудження власних коливань всередині досліджуваної структури. У розглянутому випадку також було знайдено два власні коливання з комплексними частотами, що відповідають положенням й добротностям резонансів у задачі дифракції. Одне з них є симетричним щодо повздовжньої площини симетрії, а друге – антисиметричним. Природньо, що при збільшенні поперечних розмірів щілини реальні частини комплексних частот обох коливань зміщуються у низькочастотну область. Причому частота несиметричного коливання змінюється несуттєво й продовжує залишатися поблизу частоти відсікання вищої хвилі, у той час як для симетричного коливання частота змінюється суттєво. Починаючи з деякого розміру, це симетричне коливання перетворюється в коливання, що спричиняє добре відомий резонанс повного проходження у “півхвильовій” резонансній щілині. Структура поля цього коливання змінюється від поля, зосередженого поза діафрагмою в регулярних каналах, на поле, усе більш сконцентроване всередині щілини.

    Зі збільшенням товщини діафрагми комплексні частоти обох коливань прагнуть до однієї спільної точки. Як виявилося, ця точка відповідає комплексній частоті власного коливання плоско-поперечного з’єднання однохвильового та позамежного хвилеводів, що доведене розв’язком відповідного дисперсійного рівняння. Саме існування власного коливання плоско-поперечного з’єднання хвилеводів є нетривіальним фактом, бо раніше вони не спостерігалися в об’єктах, що не мають об’єму. Це коливання і з’явилося основною причиною формування пари власних коливань діафрагми. Збудження такої пари падаючим полем веде до подвійного резонансу повного проходження.

    Таким чином, побудовано єдину модель, що пояснює резонансні явища, характерні для діафрагм із отворами як малих (позамежних), так і великих (резонансних) розмірів.

  • Результати, отримані для багатоапертурних діафрагм із дугоподібними щілинами в круглому хвилеводі, поширені на частотно-селективні поверхні з дугоподібними отворами. Як і слід було сподіватися, при нормальному падінні плоскої хвилі на екран спостерігаються резонансні ефекти, які є повним аналогом описаних вище явищ для багатоапертурних діафрагм з дугоподібними отворами. У силу топологічної схожості замість дугоподібних щілин були використані також й щілини L-подібної форми. Виявилося, що на відміну від дугоподібних і прямокутних щілин, L-подібні конфігурації дозволяють одержати характеристики із двома резонансами повного проходження й резонансом повного відбиття, розташованим між ними, для обох поляризацій плоскої хвилі в тому ж діапазоні частот.

  • Досліджено задачі розсіяння на “кіральних” об’єктах, що викликають великий інтерес у наш час. У хвилеводних трактах продемонстровано ефект збу-дження крос-поляризації, що раніше спостерігався лише для двовимірно-періодичних екранів. Виявлено режими існування й відсутності крос-поляризованого сигналу при розсіюванні на структурах, що включають в себе такі “кіральні” об’єкти, як “гамадіони”. Встановлено, що, незважаючи на наявність поворотної симетрії, крос-поляризація з’являється тоді, коли, з одного боку, відсутня поздовжня симетрія усього об’єкта, а з іншого, неоднорідність, що має “кіральні” властивості, взаємодіє з іншими по ближньому полю.


    ВИСНОВКИ


    У дисертаційній роботі наведено новий розв’язок актуальної наукової задачі, яка полягає в аналізі спектральних і дифракційних властивостей хвилеводних і періодичних структур, утворених із відрізків однозв’язних порожнистих регулярних хвилеводів довільного поперечного перерізу. Основні результати роботи полягають у тому, що

    • для розв’язку поставленої задачі розроблено методи й обчислювальні засоби, що суттєво розширюють сферу застосування числово-аналітичних методів внутрішніх задач електродинаміки. Вони дозволили створити єдиний комплексний обчислювальний пакет для розрахунку спектральних і дифракційних властивостей таких структур, як:

    • тракти у вигляді хвилеводів довільного поперечного перерізу;

    • окремі плоско-поперечні з’єднання таких хвилеводів і їх послідовностей;

    • двовимірно-періодичні металеві екрани, перфоровані отворами довільного поперечного перерізу;

    • діафрагмовані хвилеводи з щілинами зв’язку довільної


  •