Введение к работе
Актуальность темы. В области высокочастотной электродинамики на протяжении последних десятилетий активно развиваются теоретические методы исследования рассеяния электромагнитных волн на заданных потенциалах. Многие их этих методов разрабатывались, в частности, для решения задач о дифракции электромагнитных волн на различных неодно-родностях в волноводах: диэлектрических или металлических ступеньках, тонких диафрагмах, плазменных или ферритовых включениях, различных волноводных соединениях и т.д. Полная электродинамическая задача о распространении электромагнитных волн в волноводных системах с неоднородными включениями приводит к необходимости решать краевую задачу для системы уравнений Максвелла с условиями непрерывности полей на границах раздела сред. В большинстве случаев соответствующая задача не имеет аналитических решений, поэтому в теории волноводов развиваются численные и численно-аналитические методы решения краевых задач электродинамики.
Большой теоретический и практический интерес представляют исследования в области электродинамики направляющих структур с координатными границами. К таким структурам относятся, в частности, прямоугольные волноводы с частичным диэлектрическим заполнением, волноводы сложных сечений (ВСС), а также копланарные волноводы и полосковые линии передач. Основной проблемой, возникающей при исследовании таких структур, является некорректность постановки для них соответствующих краевых задач. Поэтому актуальной становится задача построения теоретически обоснованных эффективных и быстросходящихся алгоритмов расчета электродинамических характеристик структур на основе ВСС.
Диссертационная работа выполнена согласно плану научно-исследовательских работ кафедры радиофизики Донецкого госуниверситета в рамках программы «Исследование и разработка приборов радиофизики, физической и функциональной электроники» (номер госрегистрации 0196U003638).
Цель исследования. Целью диссертационной работы является решение внутренних краевых задач для электродинамических структур на основе ВСС и построение эффективных алгоритмов расчета многомодовых матриц рассеяния электромагнитных волн на ключевых неоднородностях в них.
Целью диссертационной работы является решение следующих задач:
-
Решение задачи о собственных волнах регулярных ВСС с прямоугольными координатными границами для базовой Г-области по методу частичных областей (МЧО).
-
Расчет обобщенной матрицы рассеяния (ОМР) электромагнитных волн на слабо нерегулярном Г-волноводе. Анализ нерегулярной структуры на основе построенного алгоритма методом ОМР.
-
Расчет ОМР электромагнитных волн на Т-соединении П-волновода с прямоугольным в Е-плоскости. Анализ структуры при различных соотношениях геометрических параметров и значениях диэлектрической постоянной в области связи волноводов.
' - 2 -
Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:
Проекционным методом получено решение задачи о собственных волнах ВСС с прямоугольными координатными границами (Г-, П-, Н- и Т-волноводов) с разбиением по МЧО базовой Г-области на три частичные, которое позволило сформулировать решение внутренней краевой задачи в виде однородной системы линейных алгебраических уравнений второго рода (СЛАУ-И) с вполне регулярным матричным оператором. Полученное решение автоматически учитывает особенность поведения поля на ребре.
Методом ОМР решена задача о рассеянии волн в нерегулярном Г-вол-новоде в ступенчатой аппроксимации исходной нерегулярной структуры с проекционным "сшиванием" решений на апертурах стыков волноводов (стыки со смещением). Обнаружен эффект поляризационного преобразования волн и резонансного рассеяния их на частоте резонанса на «запертой моде».
По МЧО получена ОМР электромагнитных волн на Т-соединении симметричного П-волновода с прямоугольным в Е-плоскости. Проведен численный анализ структуры при различных соотношениях геометрических параметров и значениях диэлектрической постоянной в области связи волно-водного тройника в диапазоне частот, соответствующих как одномодовому, так и многомодовому режиму. Исследованы закономерности рассеяния и преобразования типов волн на Т-соединении волноводов различных сечений.
Достоверность результатов, полученных в работе, обеспечивается использованием апробированных методов математической физики и математической теории дифракции для решения внутренних краевых задач электродинамики. Численные результаты, полученные в работе, не противоречат данным других работ в области теории дифракции электромагнитных волн на неоднородностях в волноводах, которые были опубликованы и неоднократно обсуждались в научной литературе.
Научная и практическая ценность работы. Выполненные в диссертационной работе исследования позволяют расширить сферу применения проекционных методов решения дифракционных задач, возникающих при анализе структур на основе ВСС. Полученные алгоритмы решения внутренних краевых (дифракционных) задач могут служить базой для дальнейших теоретических исследований проекционных методов в математической теории дифракции и аналитических методов теории волноводов, а также базой для расчета конкретных СВЧ-устройств на базе ВСС и неоднородностей в них. Лично Рассохиной Ю.В.
проанализированы данные литературных источников по изучаемой проблематике;
разработаны методики и алгоритмы решения поставленных задач;
проведены расчеты электродинамических параметров и характеристик рассеяния структур, проанализированы результаты численных расчетов и представлена их графическая интерпретация.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на на XII Всесоюзной н.-т. конференции по твердотельной электронике СВЧ. -
в г.Киеве (сентябрь 1990г.), IV Всесоюзной н.-т. конференции "Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных и вычислительных систем СВЧ и КВЧ на ОИС" в г.Волгограде (сентябрь 1991 г), V Международной н.-т. конференции "Математическое моделирование и САПР систем на ОИС" в г.Сергиев-Посад (сентябрь 1995г.), на Второй Международной н.-т. конференции по основным направлениям развития систем и средств связи в г.Воронеже (май 1995г.), на V и VI Международных Крымских конференциях "СВЧ-техника и спутниковые телекоммуникационные технологии" в г.Севастополе (сентябрь 1995г., сентябрь 1996г.), на Международной конференции "Теория и техника антенн" (МКТТА'95) в г.Харькове (ноябрь 1995г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 3 в реферируемых печатных изданиях (научных журналах), список которых приведен в конце автореферата.
Стриктура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на 113 страницах машинописного текста, имеет 28 рисунков, 3 таблицы и список литературы, включающий 82 наименования.
