Математические модели для проектирования волноводных устройств со связью через шель Вольский, Владимир Анатольевич

Введение к работе

Актуальность темы. В работе предложены новые математические модели для проектирования сложных волноводно-щелевых устройств: направленных ответвителей, делителей мощности, распределителышх систем питания и излучающих элементов полноводных фазированных антенных решеток (ФАР) и плоских волноводно-щолевых решеток. Такие устройства состоят из нескольких волноводшл оСьэмов, связанных через систему прямоугольных отверстий, произвольно ориентированных на плоской границе раздела. В дальнейшем они называются наклонными отверстиями иди наклонными щелями. Выбор ориентации щели дает новые возможности для проектирования устройств, содержащие в своем составе отверстия связи. В качестве волноводных объемов применяются прямоугольные волноводы и резонаторы, волноводы Флоке, волновод с магнитными стенками, бесконечный металлический экран с многослойным диэлектрическим укрытием и плоский волновод. Конфигурация щелей и волноводных объемов содержит такие элементы, которые трудны для суцествую-ишх методов расчета, но являются необходимыми для проектирования и улучшения электродинамических характеристик устройств. Актуальность темы подтверждается значительным числом работ в отечественной и зарубежной литературе. Особенностью ' данной работы является аналіз всех отверстий связи с единых методичоских позиций, основанных на применении альтернативных представлений для функции Грина при составлении интегральных уравнений относительно эквивалентных токов и их решение методом Галеркина. Достоинство такого подхода заключвет-ся в простоте получаемых формул, что уменьшает вероятность ошибок при создании алгоритма и программы, и в возможности анализа устройств с несколькими наклонными щелями, расположенными на любых стенках в волноводе. Другим достоинством предложенного в работе метода является возможность реализации в простой форме исследования устройств с нерегулярными участками волноводов. В частности, устройств с наклонными щелями при наличии неоднородаостой в плоскости Н в виде плоских металлических зеркал, наклоненных по отношению к стенкам волновода, и устройств с наклонными щелями на узкой стенке волновода с зарезами на широкие стенки. Разработанные алгоритми и программы позволяют анализироиать разнообразные конструкции и находят широкое применение при проектировании волноводных устройств

. - 4 -СВЧ.

Цель работа. Разработка математических моделей волноводных устройств с наклонными отверстиями связи. Создание на их основе пакета прикладных программ для проектирования указанных устройств. метода исследования. Математические модели разработаны на электродинамическом уровно на основе принципа эквивалентности для отверстий связи. Вводимые магнитные токи эквивалентны электрическому полю на отверстии и определяются из решения интегрального уравнения для тангенциальных компонент магнитного поля методом Галеркина. В качестве базисных функций используются собственные функции отверстия. Для устройств с неоднороддастями в плоскости Н помимо магнитных токов вводятся эквивалентные электрические токи на зеркале, которые опродаляются из решения интегрального уравнения Фока методом Галеркина. В качестве базисных функций электрического тока используются собственные функции по одной координате и кусочно- постоянные по другой. Для расчета полей применяются альтернативные представления "ензорных функций Грина, что позволяет выбрать в кавдом конкретном случае наиболее адекватный вид функции Грина и получить окончательные формулы в наиболее простом для численных расчетов виде.

Обоснованность научных положений и достоверность результатов. Для разработки математических моделей использованы апробированные методы реиения электродинамических задач. Об адекватности созданных алгоритмов и программ свидетельствует сравнение результатов расчета различных конструкции с результатами экспериментов. Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан метод расчета волноводных устройств с наклонными отверстиями связи при помощи альтернативных представлений для функции Грина, позволяющий эффективно исследовать новый класс устройств.

2. Разработан метод расчета волноводных устройств с наклонными отверстиями связи и неоднородностями в плоскости Н в виде металлических зеркал, наклоненных по отношению к граням волновода, основанный на введении вспомогательных эквивалентных электрических токов на зеркале и магнитных токов на отверстиях.

3. Разработан метод расчета устройств с наклонными щелями в волноводе на узкой стенке с зарезами на широкую, основанный на введении эквивалентного магнитного тока на всей излучающей апертуре.

4. Созданы на основ" разработанных методов алгоритмы и программы расчета волноводігах устройств.

Практическая цошюсть диссертационной работы состоит в созданных алгоритмах и програмних комплексах для расчета волноводшх устройств с наклонными отверстиями связи, предназначенных для автоматизированного проектирования волноводных устройств

Внедрение. Результати диссертационной работа внедрены в МИИИ"Агат" и НИИ Приборостроония г.Жуковский, о чом имеются 2 акта о внедрении.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работа докладовались и обсуждались: Всесоюзний научно- методический семинар Высшей школы по прикладной электродинамике, Москва ,1989; Вторая Всесоюзная научно- техническая конференция "Устройства и методы прикладной электродинамики", Одесса, 1991; научно- техническая конференция "Перспективы развития антенно- фидерной техники и ее элементной бази", Суздаль, 19Э2, Щблтоации. По теме диссертации опубліковано 3 печатные работы и 5 отчетов по НИР.

Обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 100 страниц машинописного текста, ?.Ь страниц рисунков, 4 страницы приложения. Список литературы включает 67 наименования на 7 страницах.

Основные положения выносимые на защиту:

5. Математические модели и алгоритм расчета волноводных устройств, с наклонными прямоугольными отверстиями связи, расположенными на торцевых и боковых стоиках прямоугольного волновода, в составе бесконечной ФАР и коночной АГ под многослойным диэлектрическим укрытием, на торцевых стенках плоского волновода я боковых стенках волновода с магнитными стенками.

6. Математическим модели и алгоритм расчета волноводных устройств с наклонными прямоугольными отверстиями связи и неоднородностями в плоскости Н в виде плоских металлических зеркал, наклоненных по отношению к граням волновода.

7. Математическая модель и алгоритм расчета волноводных устройств с наклонными щелями на узкой стенке прямоугольного волновода с зарезом на широкие.

4. Пакет прикладных программ, реализующих алгоритми расчета
устройств, описанных в п.1,2,3 .

- б -