LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 – радіофізика. – Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України, Харків, 2007.

У дисертації розглядаються хвилеводні, двовимірно-періодичні структури та сповільнюючі системи, сформовані з фрагментів хвилеводів довільного поперечного перерізу. Математичні моделі та обчислювальні алгоритми, наведені у роботі, базуються на комбінації декількох методів: методу граничних інтегральних рівнянь для розрахунку повних базисів хвилеводів довільного поперечного перерізу, методу часткових областей та методу узагальнених S-матриць для обчислення матриць розсіяння різноманітних неоднорідностей.

Побудований комплекс алгоритмів дав змогу дослідити проходження та відбиття сигналу від багатоапертурних діафрагм у круглому хвилеводі, виявити ефект повного проходження основної хвилі хвилеводу крізь діафрагму з позамежним отвором, розглянути ефекти розсіяння хвиль частотно-селективними поверхнями з довільними отворами. Крім того, вперше вдалося встановити існування власних коливань відкритих хвилеводних резонаторів, що не мають об’єму. Розвинуті методи та алгоритми також послужили основою для розрахунку власних хвиль діафрагмованих хвилеводів.

Ключові слова: хвилеводи довільного поперечного перерізу, багатоапертурні діафрагми, частотно-селективні поверхні, діафрагмовані хвилеводи, метод інтегральних рівнянь, метод часткових областей, метод S-матриць.


Дон Н.Г. Волноводные и периодические структуры, образованные волноводами произвольного поперечного сечения. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.03 – радиофизика. – Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины, Харьков, 2007.

В диссертационной работе рассматриваются волноводные, двумерно-периодические и замедляющие системы, сформированные из фрагментов волноводов произвольного поперечного сечения. Такие сечения могут быть использованы в устройстве для обеспечения нужных свойств, а также появиться в результате изготовления. Математические модели и численные алгоритмы, представленные в работе, базируются на комбинации метода граничных интегральных уравнений, метода частичных областей и метода обобщенных S-матриц. Исследуемая электродинамическая структура представляется в виде набора волноводных линий и плоско-поперечных стыков между ними. С помощью метода граничных интегральных уравнений рассчитывается нужное (вплоть до нескольких сотен) число собственных волн используемых волноводов, а с помощью метода частичных областей вычисляются обобщенные матрицы рассеяния плоско-поперечных сочленений соседних волноводов, затем, используя метод S-матриц, определяется матрица рассеяния исходной трехмерной структуры. Развитые алгоритмы послужили основой пакета программ, который позволяет анализировать такие объекты микроволновой техники, как волноводы произвольного поперечного сечения, отдельные плоско-поперечные сочленения таких волноводов и их последовательности, частотно-селективные поверхности с отверстиями произвольной формы. Более того, основываясь на разработанных подходах, предложен достаточно быстродействующий алгоритм расчета дисперсионных свойств диафрагмированных волноводов с отверстиями связи произвольной конфигурации. В диссертации также разработаны алгоритмы поиска спектральных характеристик открытых волноводных резонаторов, которые являются мощным инструментом для теоретических исследований и понимания природы резонансных эффектов.

Разработанный в диссертационной работе комплекс алгоритмов применен для решения конкретных задач, в ходе работы над которыми были выявлены новые физические эффекты. Это, прежде всего, отражение и прохождение сигнала сквозь диафрагмы и частотно-селективные поверхности с дугообразными щелями. В диссертации показано, что резонансы полного прохождения связаны не только с “полуволновыми” размерами щелей, но и размерами, близкими к длине волны. Полученные сведения непосредственно применимы для создания новых типов режекторных и полосовых фильтров. Обнаружено аномальное прохождение сигнала вблизи частоты отсечки первой высшей волны сквозь диафрагму с запредельным отверстием, причем оказалось, что само существование данного эффекта носит общий характер и не зависит от конкретных поперечных сечений волноводов и форм отверстий диафрагм. При анализе собственных колебаний соответствующих открытых волноводных резонаторов была выявлена причина возникновения данного эффекта. Ею являются собственные колебания плоско-поперечного сочленения волноводов, сформированные, главным образом, первой высшей волной ТМ типа. Собственное колебание сочленения в свою очередь порождает два собственных колебания диафрагмы. Именно возбуждение падающей волной этих собственных колебаний проявляется резонансными всплесками на амплитудно-частотной характеристике. Установлена непосредственная связь между общеизвестным “полуволновым” резонансным прохождением сквозь отверстия в диафрагмах и обнаруженными аномальными резонансами полного прохождения через запредельное отверстие. Большое внимание в диссертационной работе уделено частотно-селективным поверхностям с различными формами отверстий.

Ключевые слова: волноводы произвольного поперечного сечения, многоапертурные диафрагмы, частотно-селективные поверхности, диафрагмированные волноводы, метод интегральных уравнений, метод частичных областей, метод S-матриц.

Don N.G. Waveguide and periodic structures composed by waveguides of arbitrary cross-sections. – Manuscript.

Thesis for candidate’s degree in physics and mathematics, 01.04.03 – Radiophysics. A. Usikov Institute of Radiophysics and Electronics of NAS Ukraine, Kharkiv, 2007.

Waveguide systems, double periodic screens and slow-wave structures formed by fragments of waveguides with arbitrary cross-sections are considered in the thesis. The mathematical models and computational algorithms developed in the thesis are based on a combination of the boundary integral equations method, the mode-matching and the S-matrix techniques. The boundary integral equations method is used for waveguide basis analysis, the generalized scattering matrices of 3D structures are calculated by the mode-matching technique and the S-matrix method.

Developed design package of the algorithms provided possibility to study transmission and reflection of a signal from multi-apertures irises in a circular waveguide, to discover the phenomenon of total transmission through an iris with a below-cutoff hole, to consider the effects of wave scattering by the frequency-selective structures perforated with arbitrarily shaped apertures. Furthermore, eigenoscillations of the open waveguide resonators that have no volume were found. The algorithms can be served also as the base to calculate the eigenwaves of the slow-wave structures.

Key words: waveguides with arbitrary cross-sections, multi-aperture irises, frequency-selective surfaces, slow-wave structures, integral equations method, mode-matching technique, S-matrix method.