Введение к работе
Актуальность работы. Тенденции развития радиотехнических систем, связанные с потребностью обработки возрастающих объемов информации, необходимостью повышения разрешающих и точностных характеристик, требуют расширения частотного диапазона работы приборов в сторону СВЧ и КВЧ-диапазонов. Повышенные требования предъявляются к СВЧ-блокам и узлам, которые вследствие усложняющихся конструкций и расширения частотного диапазона начинают работать в условиях высокого уровня рассеянного поля, в многомодовом режиме. Удовлетворение возрастающих требований . может быть достигнуто за счет совершенствования методов расчета СВЧ-узлов и поиска принципиально новых конструкторских решений, использующих новые физические эффекты.
В диссертации рассматриваются базовые структуры, на основе которых строятся СВЧ-аттенюаторы, согласованные нагрузки(СН), направленные ответвители (НО), резонаторы, фильтры; рассматриваются принципиально новые особенности слоистых волноведущих структур.
Известные в литературе методы расчета вышеперечисленных ' устройств в большинстве случаев используют либо квазистатический, либо одномодовый подход, опирающийся на теорию цепей, что не позволяет построить адекватную математическую модель устройства. Число работ по расчету тонкопленочных СВЧ-устройств, выполненных на строгом электродинамическом уровне, невелико и в большинстве случаев в них либо не учитываются реальные элементы базовых конструкций, либо велики погрешности расчета, либо имеются сложности для использования в САПР.
Актуальность задач, решаемых в диссертации, определяется отсутствием эффективных инженерных методик расчета вышеперечисленных функциональных устройств СВЧ и КВЧ-диапазояов на основе слоистых направляющих структур.
Задачи исследований. Первая задача - исследование спектральных и волновых характеристик базовых электродинамических структур на основе прямоугольных и круглых волноводов с резистивно-диэлекгрическиц заполнением. Информация необходима для решения задач дифракции я возбуждения, связанных с расчетом СВЧ-устройств.
Вторая задача' - исследование условий возбуждения комплексных волн, явления комплексного резонанса, возможности использования этого ноеого явления в реальных устройствах.
Третья задача - исследование дифракционных явлений на стыках полых волноводов и волноводов с резистивно-диэлектрическими включениями. Информация необходима для создания алгоритмов.расчета широкого класса СВЧ-устройств: НО, СН, аттенюаторов, фильтров и резонаторов.
Четвертая задача - определение перспектив практического использования разрабатываемых электродинамических моделей, разработка надежного подхода к оценке погрешностей экспериментальной проверки характеристик рассчитываемых базовых структур.
Целью диссертационной работы является создание эффективных электродинамических моделей и алгоритмов расчета слоистых электродинамических структур, базовых для широкого класса функциональных узлов СВЧ-диапазона: аттенюаторов, НО, СН, фильтров и резонаторов на основе исследования спектральных и волновых характеристик экранированных прямоугольных и круглых волноводов с резистивно-диэлектрическими включениями.
Научная новигяа. В результате выполнения работы:
-
определены условия возбуждения комплексных волн источником общего вида; определены границы существования комплексной волны высшего типа НЕ» условия и. границы существования комплексного резонанса;
-
исследованы особенности спектральных и волновых характеристик волн круглых и прямоугольных волноводов с резистивно-диэлектри-ческим заполнением, которые не рассматривались ранее; отмечено явление структурной вырожденности дисперсионного уравнения прямоугольного волновода с резисгивной пленкой;
-
Разработаны электродинамические модели,алгоритмы и программы расчета базовых волноводных структур, учитывающие параметры'реальных конструкций широкого класса СВЧ-приборов: НО, СН, аттенюаторов,фильтров, резонаторов. Сформулированы рекомендации по применению различных модификаций МЧО и метода коллокаций к расчету этих устройств;
-
предложены методики: анализа .операторов, описывающих краевые
задачи для неоднородныхданамически* структур, оценки "сшиваемости" полей,скорости сходимости рядов в их представлении, условий возникновения вырожденности в СЛАУ;
5) сформулирован подход к оценке погрешностей экспериментального исследования характеристик слоистых электродинамических структур.
Практическая ценность. Проведенные исследования позволили соз-
дать эффективные электродинамические модели базовых узлов широкого класса функциональных устройств СВЧ-диапа*зона: НО, СН, аттенюаторов с тонкими резистивными пленками; ПФ, резонаторов,работающих на основе явления комплексного резонанса. Алгоритмы расчета, составленные на основе этих моделей, учитывают параметры реальных конструкций, перспективны С' точки зрения использования в САПР.
Разработанные алгоритмы по расчету аттенюаторов, были использованы в САПР "Оператор" Нижегородского научно-исследовательского приборостроительного института (ННИПИ)..Программы по расчету НО внедрены в систему автоматизированного проектирования СВЧ устройств в'Нижегородском научно-исследовательском институте измерительных систем (НЙИКС). Алгоритм расчета поглощающих элементов аттенюаторов передан в НПО "Салют" для использования в САПР предприятия. Алгоритм расчета ПФ на основе явления комплексного резонанса передан в ННШЙ. Ряд результатов диссертации использован в научно-технических разработках по темам "Эрудит-2", "Сатуря-2", "Четзерка-1", "Комплект", "Четвер-ка-3", "Солнце-3", "Графяк-80", "Полимер-2" (ШИПИ), "Октябрь" (НПО "Салют").
Предложена инженерная методика расчета сверхмрокополосных С8Ч-аттенюаторов, основанная на объединении электродинамического и зче::-' тростатического подходов. Предложен подход к оценке погрешностей измерений характеристик слоистых волноводных структур, учитывающий технологический разброс параметров изготавливаемых СВЧ-конструкций.
На. базе . результатов диссертационной работы предложены конструкции СВЧ-узлов, позволивше значительно улучшить характеристики серийно выпускаемой аппаратуры (ДКІ-І6, СКЧ-6І, ФК2-І8 и др.).
. Обоснованность и достоверность результатов работы. Теоретичес
кие результаты диссертационной работы получены на основа строго обо
снованного метода поверхностного тока, МЧО, метода эквивалентных ис
точников,, метода коллокаций. Контроль результатов осукэствлялся ;
исследованием сходимости решений, проверкой выполнения гранич-
ных условий, закона сохранения энергия, сопоставлением ранений, полученных различными методами, сравнением с известными резулмагама.
Окончательная проверка получаемых результатов осуществлялась сравнением их с экспериментальными.
Публикации и апробация работы» По материалам диссертация опубликовано 13 печатных работ, сделано б докладов ка конференциях и семинарах, получено гри авторских свидетельства на изобретения. Основные положения- диссертация обсуядалксь яа гзседзшш региональной сек-
ции "Прикладная электродинамика".
. Положеният выносимые на защиту:
-
Подход к выполнению классификации операторов, соответствующих краевым задачей для неоднородных электродинамических структур.
-
Алгоритмы и результаты исследования на их основе спектров и волновых характеристик собственных волн частично заполненных волноводов с ре.зистивньши пленками и комплексных волн высших типов круглого двухслойного экранированного волновода.
-
Методы и результаты исследования комплексного резонанса в системе на основе отрезка круглого двухслойного экранированного волновода, нагруженного на однороднозаполненныа волноводы, закороченные на концах.
-
Методика и результаты анализа условий возбуждения комплексных волн.
-
Алгоритмы расчета тонкопленочных НО, аттенюаторов и согласованных нагрузок. Рекомендации по оптимизации параметров этих СВЧ-устройств.
-
Методики анализа "сииваемости" полей, скорости сходимости рядов их представления, условий возникновения.вырожденности в СЛАУ.
-
Подход к оценке погрешностей измерения характеристик слоистых базовых электродинамических структур.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения; содержит 160 страниц основного текста, включая библиографию из 204 наименований,' III рисунков, 12 таблиц, 2k приложения, акты внедрения.
