Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. F качестве элементной базы радиотехнической аппаратуры при конструирован;:;: узлов и устройств СВЧ и КЕЧ-дпа-пазонов широко применяются волноводы сложных сечений: П-. К-, Г-, Т-. О-, крестообразные, келобковые, имеющие несмотря на конструктивную сложность значительные преимущества. П- и Н-вол-новоды позволяют в несколько раз расширить рабочий диапазон частот и уменьшить дисперсию. При одинаковой критической длине волны поперечные размеры П-золнсвода меньше, чем прямоугольного. Н-волноеод способен перелазать гораздо большую мощность, чем П-волновод. КелоскоБые волноводы широко применяются в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн, вносят малые потери, имеют широкую полосу рабочих частот, технологичны и удобны в эксплуатации.
На основе волноводов сложных сечений успешно реализуются различные элементы и узлы, такие как волноводные переходы, фильтры, фазовращатели, вентили и т. п. Однако, сложность теоретического расчета этих структур неизмеримо выше, чем расчет аналогичных структур, выполненных на базе прямоугольных волноводов. Отсюда закономерно встает вопрос о создании строгого электродинамического метода расчета параметров различных узлов волноводного тракта, выполненных на элементной базе из волноводов сложных сечений.
Среди базовых элементов упомянутых выше СВЧ-узлов широко используются плоско-поперечные неоднородности типа тонких диафрагм, плоско-поперечных стыков и сдвигов в волноводах сложных сечений. Строгий расчет перечисленных неоднородностей в волноводах сложной формы связан со значительными математическими трудностями и довольно слабо освещен в литературе. Практически нет электродинамического анализа плоско-поперечных неоднородностей в многомодовом режиме работы. Отсутствует анализ взаимовлияния нескольких плоско-поперечных неоднородностей в волноводах сложных сечений в рамках одной конструкции типа фильтра или волноводного перехода.
До настоящего времени только экспериментальный метод исследования позволяет создавать селективные устройства на основе волноводов сложных сечений, что приводит к значительным затратам времени и средств. Кроме того, в КВЧ-диапазоне малые габариты волноведущих структур затрудняют проведение экспериментов.
Поэтому создание эффективного метода расчета параметров селективных устройств СВЧ- и КВЧ-диапазоков является актуальной і экономически выгодной, задачей.
Для решения данной задачи уже имеется теоретическая база: методы расчета критических волновых чисел и электромагнпткы: полей в волноводах сложных сечений; и метод расчета изолированных плоско-поперечных неоднородностей в волноводах сложных сечений при падении на неоднородность основной распространяющего волны, требующий, правда, значительной доработки.
Значительные трудности в построении достаточно точного ме-
еечекпй связаны с проведением большого объема вычислений. Появление быстродействующих и использующих большие объемы памяті персональных ЭВМ сделало возможным широко внедрить и использовать такой высокоточный метод на практике.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является разработка методики электродинамического расчета параметров изолированных и последовательно расположенных плоско-поперечных неоднородностей в волноводах сложных сечений в многомодовом режиме, исследование физически: свойств тонких диафрагм, плоско-поперечных стыков и сдвигое волноводов в одномодовом и многомодовом режимах работы, анали; селективных свойств структур, построенных на таких неоднород-ностях.
-
Разработка методики расчета и создание на ее основе эффективного алгоритма и комплекса программ расчета параметров плоско-поперечных неоднородностей типа тонких диафрагм, плоско-поперечных стыков и сдвигов в волноводах со сложной формо? поперечного сечения - П-, Н-, Г-. Т-. 0-, желобковых и крестообразных волноводах при работе в одномодовом и многомодовом режимах.
-
Разработка методики расчета и создание на ее основе алгоритма и программного комплекса для расчета параметров СВЧ-уз-лов. состоящих из нескольких плоско-поперечных неоднородностей в волноводном тракте на базе волноводов сложных сечений, т.е. фильтров, волноводных переходов и т.д.
-
Проведение исследования физических свойств плоско-поперечных неоднородностей типа тонких диафрагм, плоско-поперечны> стыков и сдвигов в волноводах со сложной формой поперечного сечения при работе в одномодовом и многомодовом режимах.
4. Исследование возможностей создания СВЧ-узлов. состоящих из нескольких плоско-поперечных неолнородностеи в волноводном тракте на базе волноводов сложных сечений.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертационной работы определяется поставленными задачами, методами их решения и впервые полученными результатами:
1. Развит вариационный метод решения задачи о падении ос
новной волны на плоско-поперечные неоднородности в волноводах
сложных сечений.
2. Проведено исследование сходимости вариационного метода,
позволившее обосновать его эффективность и высокую степень точ
ности. Осуществлена возможность рассчитывать параметры неодно
родности с заданной степенью точности. Определено достаточное
число учитываемых приближений для быстрых инженерных расчетов и
для научно-исследовательских расчетов параметров неоднороднос-
тей.
3. Впервые произведен расчет параметров плоско-поперечных
неолнородностеи в вЪлноводах сложных сечений при работе в мно-
гомодовом режиме.
-
Разработан вариационный метод расчета элементов многоволновой матрицы рассеяния плоско-поперечной неоднородности в волноводе сложной формы. Получены выражения для элементов в вариационной форме, что позволяет вычислять их с заданной степенью точности.
-
Впервые произведено теоретическое исследование селективных свойств узлов, исполненных на базе волноводов сложных сечений из ряда плоско-поперечных неолнородностеи в волноведущем тракте. Выявлены закономерности зависимости селективных свойств от линейных размеров неолнородностеи и отрезков волноводов, составляющих узел. Разработаны предложения по методике решения задачи синтеза фильтров на плоско-поперечных неоднородностях в волноводах сложных сечений.
