Введение к работе
.Актуальность темы:
Работа широкого класса твердотельных устройств СВЧ основана на взаимодействии электромагнитной золкы с распределенными неоднородностями, представляющими собой полупроводниковые, диэлектрические включения или их сочетания и базовый элемент объемных интегральных схем в виде отрезка золноводно-щелевой линии з прямоугольном волноводе. Исследование характера взаимодействия электромагнитной золны с такими неоднородностями в прямоугольном волноводе является актуальной проблемой радиофизики, успешное решение которой зо многом определяет прогресс твердотельной электроники СЗЧ.
Необходимость проведения строгого теоретического анализа ззаимодействия золкы с неоднородностями в направляющих системах вызвана прежде Есего тем, что раззитие современной радиофизики и техники СБЧ происходит по пути дальнейшего изучения и освоения все белее коротковолновых диапазонов длин волн, » что требует разработки : создания устройств СВЧ, которые выполняют свои функции в условиях заведомо распределенного характера взаимодействия волны с ними.
Провести строгий электродинамический расчет, направленный на определение характеристик устройств СВЧ и связанный со взаимодействием электромагнитной волны с этими неоднородностями, в большинстве случаев затруднительно, а порой и 'невозможно, в силу конструктивней сложности устройств.
Поэтому возникает настоятельная потребность в решении ряда конкретных и характерных дифракционных задач, позволяющих установить основные закономерности и особенности волнового процесса в направлявших системах с пространственными неоднородностями. Задачи проектирования СВЧ устройств з этих условиях потребовали коренного переегдотра традиционного взгляда на соотношение теории и эксперимента при решении многих важных практических задач. Сказалось, что только на основе отрогах методов математической теории - дифракции можно получать пригодные для практики результаты. Кроме этого, строгий подход к анализу способствует пониманию физической картины явления.
Целью работы являлась -разработка метой»: решения дэтокогс класса дифракционных задач, описызаюспх распространение электромагнитное волны в прямоугольном волноводе с распределенными неодЕородвостями, и исследование физических особенностей таких систем.
Научная новизна.
Предложен метод расчета частотных характеристик локально-
-КеСДНОрОдіШХ СРЄД В ПРЯМОУГОЛЬНОМ ЕОЛЕО30ДЄ, основанный на
численном интегрировании системы обыкновенных дпффереЕЕпальЕкх уравнений для задачи лоши и характеризугсинся высокой вычислителькой эффективностью.
Впервые строго решена задача о распространении волны е волноводе, содержащем слоистую структуру пеллчгроводник-дпэлект-рик. Теоретически показано, что зависимость затухали- волны от проводимости косит существенно немонотонный характер, а величина максимального ослаблення і; значение электропроводности, при которой оно наблюдается, зависит ст параметров диэлектрического слоя.
Предложен численный алгоритм расчета дисперсии комплексных волк в волноводне-целезой линии, основанный на методе дифференцирования по параметру.
Теоретически , предсказала и экспериментально обнаружена резонансная особенность амплитудно-частотной характеристики отрезка волководно-щелевоіі дикий.
Впервые строго решена задача о дифракции волны Еа отрезке Е^ЦЛ в прямоугольном волноводе с учетом комплексно-связанных БОЛЕ.
Достоверность подученных теоретических результатов обеспечивается строгостью используемой математической модели, сходимостью вычислительных алгоритмов и соответствием результатов расчета эксперименту. Достоверность экспериментальных результатов обеспечена ирименеюіен современной стандартной аппаратуры, обработкой экспериментальных данных с поновыо современных методов с использованием 3BTJ.
Практическая значимость работы.
1. Предложены численные алгоритмы, позволяющие проводить эффективный расчет частотных характеристик различного класса распределенных неоднородностей в прямоугольном волноводе.
г. Предложен рвзошшедай -метод проведения экспрессного
неразрусзщего контроля параметров полупроводниковых пластан и зпнтаксизльных структур. Найдены оптимальные условия проведения измерений, псзволягщие расширить диапазон изчеряе:кл значений электропрс водности, а также свести к минимуму погрешность, сбуслсзлеЕнув разбросом значений толггн исследуе.м'.о: пластин.
В диссертации загнзадтся следтпдие основные полсаекия:
-
Существенно повидается вычислительная эффективность прямого численного метола, оснозанного на интегрирования сл-ге-':; обыкновенных дифференциальных уравнений для задачи Коши ;і псз;,;-ляюцего получить частотные характеристики локальис-неоднорслнш: сред з прямоугольном волноводе, если его объединить с методом дзгффзренпироваяия по параметру.
-
Применение слоистой структура полупроводник-диэлектрик для управления СЗЧ-излучением з прямоугольном волноводе позволяет увеличить диапазон изменения затухания нолны при модуляции проводимости полупроводника, в тем числе при использовании полупроводников повышенной тслзины.
-
Численный анализ дисперсии комплексные золн з зелноводно--Елевой линии мохет быть эффективно проведен с помощью метода дифференцирования по параметру. Расчет дисперсии сводится з этом случае к интегрированию комплексного дифференциального уравнения первого порядка.
-
Выбор определенной геометрии заполнения волновода я типа резонанса позволяет расширить диапазон значений электропроводности полупроводниковых пластин и эпятаксиальяьгх структур, определяемых резонансным методом, а таете свести к иинимуму погреілность. обуслозленнув разбросом значений толдікп исследуемых структур.
5- Амплитудно-частотная характеристика вслноводно-щелевой линии конечной протяженности аозет иметь резонансной -характер, ооусловленЕЫй наличием смененной от центра волновода диэлектрической нодлодяя.
личный зклзд автета выразился в сакостсятёльйой разработке методик з алгоритмов - реления рассматриваемых в диссертация электродинамических задач, виборе математической модели, чапнеанин и отладке программ с псследугзей их - реализацией, на вычислительных средстзах, в проведен:»-' сравнительного анализа
полученных результатов с экспериментальными данными и формулировании основных научных вкеодов. Все расчеты, проведенные в диссертации, осуществлены лично автором. Автором также получены и экспериментальные данные.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на х-й Всесоюзной конференции "Электроника СВЧ" (Минск, 19S3)," Всесоюзном совещании-семинаре "Взаимодействие электромагнитных еолн с полупроводниковыми и полупровод-никово-диэлектрическими структурами и проблемы создания интегральных КВЧ схем" (Саратов, 1985), п-й Всесоюзной школе-семинаре "Взаимодействие электромагнитных волн с полупроводниково-дкэлект-рическими структурами" (Саратов, 1988). ііі-й Всесоюзной научкз--технической конференции "Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных систем СВЧ на объемных - интегральных схемах" (Суздаль, 1989), Всесоюзном семинаре "Математическое моделирование физических процессов в антенно-фидерных трактах" (Саратов. 1990), іі1-й Всесоюзной школе-семинаре "Взаимодействие электромагнитных волн с твердыми телами" (Саратов, 199D, семинаре "Новые применения миллиметровых волн в народном хозяйстве" (Саратов, 1991), iv-й Всесоюзной научно-технической конференции "Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных и вычислительных систем СВЧ и КВЧ на объемных интегральных схемах (ОНО" (Волгоград, 199D, 1-ом Украинском симпозиуме "Физика к техника миллиметровых к субмиллиметровых волк" (Харьков, 199D, а также на научных семинарах кафедр радиофизики и физики твердого тела и НИИМФ СГУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 7 статей и ю опубликованных тезисов докладов на научно-технических конференциях и семинарах.
Структура и объем диссертации.. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Работа изложена на 177 страницах, содержит 2 таблицы, -56 рисунков и список из 149 наименований.
