Расчет и исследование цилиндрических резонаторов с неоднородным диэлектрическим заполнением

• Автор: Золин, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 196 с. : ил

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
Глава
Применение метода частичных областей при исследовании металлодиэлектрических резонаторов
Глава
Расчет и исследование цилиндрического МДР с отверстиями в торцевых стенках методом частичных областей
2.1 Введение
2.2 Составление характеристического уравнения
2.3 Расчет резонансной частоты
2.4 Исследование распределения электрического поля. Проверка выполнения граничных условий
2.5 Составление расчетного алгоритма для добротности
2.6 Результаты расчета добротности
2.7 Заключение
Глава
Исследование цилиндрического резонатора с диэлектрическим стержнем и отверстиями в торцах методом «пересекающихся» частичных областей
3.1 Введение
3.2 Составление характеристического уравнения
3.3 Расчет резонансной частоты
3.4 Расчет распределения электрического поля
3.5 Расчет добротности
3.6 Проверка выполнения условия равенства запасенных энергий электрического и магнитного полей в резонаторе. Сравнение алгоритмов МЧОиМ”П"ЧО

3.7 Заключение
Глава
Исследование металло-диэлектрических резонаторов методом частичных областей с непрерывным спектром собственных функций
4.1 Введение
4.2 Составление системы интегральных уравнений для резонатора с диэлектрическим стержнем и отверстиями в торцах
4.3 Решение системы интегральных уравнений
4.4 Результаты численных исследований
4.5 Исследование резонатора датчика температуры «точкиросы»
4.6 Заключение
Глава
Применение разработанного алгоритма для измерения параметров диэлектрических материалов
5.1 Введение
5.2 Оценка погрешности метода малых возмущений
5.3 Учет влияния стенок ампулы при измерении параметров жидких и сыпучих диэлектриков
5.4 Результаты экспериментальных исследований
5.5 Заключение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ
Введение
Диссертация посвящена исследованию и разработке методов расчета электрических характеристик цилиндрических резонаторов СВЧ и КВЧ диапазонов с неоднородным диэлектрическим заполнением и нерегулярностью экранирующей поверхности в виде отверстий и щелей.
Актуальность темы. Сложность и многообразие СВЧ устройств требует разработки высокоэффективных методов расчета их основных характеристик, адекватно отражающих особенности конструкции этих устройств. К числу наиболее распространенных в технике СВЧ относятся устройства на основе резонаторов, являющихся закороченными отрезками линий передачи [1-4]. Новые функциональные возможности, возможности миниатюризации и повышения технических характеристик устройств открываются при неоднородном диэлектрическом заполнении резонаторов. Волноводные резонаторы с частичным диэлектрическим заполнением, называемые также металлодиэлектрическими (МДР), широко используются для построения различных частотно-избирательных и частотно-разделительных устройств [5-7], миниатюрных генераторов и усилителей СВЧ [6, 8], планарных [9] и объемных [10] интегральных схем на основе неоднородных слоистых структур, колебательных систем квантовых дискриминаторов [11] и др.
Важнейшим является применение МДР в установках для проведения физических измерений. МДР широко применяется в качестве измерительных ячеек в установках для измерения параметров диэлектриков резонансным методом [12-14]. Образец диэлектрика помещают в резонансную полость и проводятся измерения резонансной частоты и добротности резонатора. По данным измерений расчетным путем определяются параметры диэлектрика: относительная диэлектрическая проницаемость г и тангенс угла диэлектрических потерь tgS. МДР используются в качестве поглощающих ячеек в радиоспектроскопах электронного парамагнитного резонанса [15, 16].
В настоящее время интенсивно развиваются микроволновые методы контроля параметров нефти и природного газа в технологических установках [17,18]. В связи

П:2 =1Б,А(.а1пГ)С05Р1,2 (2'2)

-в области 2. Области 1 и 2 в совокупности образуют отрезок круглого двухслойного волновода, в связи с чем продольная зависимость поля в этих областях предполагается одинаковой. В области 3 поле представляем в виде суммы реактивно затухающих волн круглого волновода, возбуждаемых при х=(:
Щ±Ск/г)е-. ' (2.3)

Волны, отраженные от концов запредельных каналов, не учитываем, предполагая, что каналы достаточно длинные. В выражениях (2.1)-(2.3) обозначено:
Ма2пг) = -1о(а2Пг)го(а2„Ь)-(а2пЬ)У0(а2„г');
1о(х) и У0(х)- соответственно, функция Бесселя и функция Неймана нулевого порядка; Ап, Вп, Сп-неизвестные постоянные коэффициенты;.
£]к2 = ап + р2п; к1 = ап + р ; (2.4)
<2-«
к = й7л//-"0До - волновое число в свободном пространстве; у0к- к-ый корень
уравнения /о(х)= 0. Волновые числа оЦп а2„ определяются из уравнения, которое следует из решения краевой задачи для круглого двухслойного волновода (области 1 и 2 на рис. 1); п-номер решения этого уравнения.
Используя известные [87] соотношения:
Ег = эе2 П*ж; Е, = ; Н, = (2.6)
дгдг дг
записываем выражения для компонент электромагнитного поля:
в области 1:
(2 7)

00 (2 8)