Теория дифракции волновых пучков и полей сосредоточенных источников на неоднородностях в квазиоптических резонансных системах

• Автор: Кочин, Валерий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Харьков
• Количество страниц: 118 c. : ил

Глава I. Дифракция двумерных волновых пучков
§ I. Дифракция двумерных квазиоптических волновых пучков на ленточной решетке
§ 2. Дифракция двумерных волновых пучков на канавке в металлическом экране
Основные выводы и результаты по главе I
Глава II. Возбуждение некоторых электродинамических
структур нитью тока
§ 3. Волноводные свойства металлического экрана с узкой щелью, заполненной изотропным магнит одиэлектриком
§ 4. Возбуждение прямоугольной канавки в идеально проводящем экране нитью тока
Основные выводы и результаты по главе П
Глава III. Возбуждение решетки из металлических брусьев прямоугольного поперечного сечения
§ 5. Периодическое возбуждение решетки из металлических брусьев прямоугольного поперечного
сечения (двумерный случай)
§ 6. Апериодическое возбуждение решетки из металлических брусьев прямоугольного поперечного сечения лентой тока, текущего поперек одной из щелей
Основные выводы и результаты по главе Ш
Заключение
Литература

В последнее время в научных исследованиях и технических приложениях возросло значение диапазонов миллиметровых и субмилли-метровых волн. Электромагнитные волны этих диапазонов широко применяются в радиоспектроскопии газов и твердых тел, при изучении свойств материалов, диагностике плазмы больших концентраций [I-3]. В последние годы значительно расширились радиоастрономические исследования в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах [з], позволяющие получить сведения не только о распределении космических источников, но и об их природе. Радиоволны таких диапазонов обладают рядом достоинств по сравнению с более длинными волнами, а именно: позволяют уменьшить размеры антенн радиолокационных станций; увеличить разрешающую способность и расширить полосу частот; улучшить диаграмму направленности и прочее.
В тоже время освоение миллиметровых и субмиллиметровьгх волн потребовало создания принципиально новых высокочастотных источников электромагнитной энергии, приемников излучения, линий передачи и элементов высокочастотного тракта, а также измерительной аппаратуры.
Именно в связи с освоением этих диапазонов возникло новое научное направление - кваэиоптика,- которое оперирует с волновыми пучками, формируемыми в квазиоптических линиях. Отличительной особенностью квазиоптических устройств (лучеводов и открытых резонаторов) является существенное использование принципов работы, основанных на дифракционных эффектах [4-6 ] , что привело к необходимости в теоретическом исследовании дифракции пучков электромагнитных волн на периодических и одиночных препятствиях, являющихся составными частями квазиоптических приборов и устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Дело в том, что в данных диапазонах при взаимодействии электромагнитного поля (пучка лучеводного тракта или собственного поля открытого резонатора) с элементами устройства аппроксимация падающего поля полем плоской волны уже недостаточна. Прошедшее и отраженное поля также представляют собой волновые пучки, форма диаграммы направленности, амплитудное и фазовое распределение которых могут значительно отличаться от соответствующих характеристик падающего поля.Кроме того, для приложений важно знать,при каких условиях основные характеристики дифрагированных полей в случае дифракции волновых пучков на различных электродинамических структурах оказываются такими же,как и при дифракции плоской волны.
В связи с широким использованием на практике открытых линзовых и зеркальных линий передач, открытых резонаторов возникла необходимость в создании вспомогательных устройств, позволяющих управлять канализируемой энергией пучка электромагнитных волн (высокочастотных элементов связи, направленных ответвителей, поляризационных аттенюаторов), основной составной частью которых является дифракционная решетка [7] .Так, например, любой открытый резонатор можно превратить в направленную антенну, если одну из распространяющихся в нем электромагнитных волн [б] вывести наружу, для чего достаточно сделать одно из зеркал полупрорач-ным, используя для этого дифракционную ленточную решетку. В этом случае открытый резонатор будет преобразовывать электромагнитную энергию, подводимую к нему, в направленное излучение определенной конфигурации.
Для успешного применения периодических дифракционных решеток в приборах и устройствах миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн нужно учитывать дифракционные характеристики используемых структур при падении на них волновых пучков. Это и явилось главной причиной теоретического исследования энергетических и амплитудно-фазовых характеристик прошедшего через решетку или

шения задачи дифракции плоских электромагнитных волн на рассматриваемых структурах и соответствующие алгоритмы [34,33,27,28,37].
При анализе задачи дифракции двумерных гауссовых волновых пучков на периодической ленточной решетке были получены зависимости коэффицинта прохождения волнового пучка по энергии от геометрических размеров структуры и параметров пучка. Показано, что в случае нормального падения на решетку пучка энергетические характеристики прошедшего поля практически не отличаются от аналогичных характеристик плоской волны. Существенное влияние на поведение коэффициента прохождения пучка по энергии оказывает изменение направления его падения в плоскости задания распределения падающего поля. Такое изменение приводит к сдвигу точек скольжения в сторону увеличения периода решетки при фиксированной длине волны падающего поля. Прошедшее через решетку поле состоит из набора волновых пучков, образованных основными волнами и высшими распространяющимися пространственными гармониками. Форма диаграммы направленности пучков в прошедшем поле определяется функцией распределения падающего поля.
При анализе задачи дифракции двумерных волновых пучков на канавке в идеально проводящем экране были исследованы зависимости сечения рассеяния канавки по энергии и амплитудного распределения рассеянного поля от геометрических размеров структуры и параметров пучка и проведено сравнение с аналогичными характеристиками для случая падения на канавку плоской волны. Показано, что при определенных размерах канавки сечение рассеяния по энергии приближается к нулю, что может быть использовано и используется при конструировании открытых резонансных систем с неоднородностью типа канавки на одном из зеркал.
При рассмотрении задачи дифракции двумерного И - поляризованного волнового пучка на канавке показано, что энергетические