Электродинамический анализ СВЧ элементов, содержащих изогнутые и гребневые волноводные структуры

• Автор: Земляков, Вячеслав Викторович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературных данных, методов исследование и
прикладных программных пакетов
1.1 Анализ работ, посвященных исследованию эффекта трансформации мод в нерегулярных волноводных трактах
1.2 Обзор работ по электродинамическому анализу волноводов сложных сечений
Выводы
Глава 2. Применения метода поперечных сечений для расчетов
модовых волноводных трансформаторов
2.1 Физическое обоснование эффекта трансформации мод при деформациях волноводного тракта
2.2 Применение метода поперечных сечений для анализа изогнутых волноводов
2.3 Расчет модового преобразования при изгибе круглого волновода
2.4 Применение метода поперечных сечений для анализа волноводов переменного сечения
2.5 Расчет модового преобразования при вариациях диаметра круглого волновода
Выводы
Глава 3. Расчет, оптимизация и моделирование модовых трансформаторов на изгибах и вариациях диаметра круглого гладкостенного волновода

ч 3.1 Постановка задачи
3.2 Трансформаторы на изгибах круглого волновода
3.2.1 Трансформаторы волн типа Н - Е

. 3.2.2 Трансформаторы волн типа Е - Е
« 3.2.3 Трансформаторы волн типа Н - Н
3.3 Трансформаторы на вариациях диаметра круглого
волновода
Выводы
Глава 4. Электродинамический анализ четырехгребневого прямоугольного волновода
4.1 Постановка задачи
4.2 Расчет критических волновых чисел в четырехгребневом прямоугольном волноводе
4.3 Методика графического моделирования на ЭВМ электромагнитных полей в критическом режиме
^ 4.4 Анализ модового состава и электромагнитных полей четырехгребневого прямоугольного волновода
4.5 Расчет волнового сопротивления квадратного четырехгребневого волновода
Выводы
Заключение
Литература
В современной технике сверхвысоких частот (СВЧ) важное место занимают элементы, содержащие сложные волноводные структуры. К таким структурам, в частности, можно отнести плавно деформированные нерегулярные волноводы (изгибы и плавное изменение поперечного сечения), и регулярные волноводы со сложной формой поперечного сечения (ВСС).
Нерегулярные волноводные элементы [1-42], поперечные размеры которых велики по сравнению с длиной волны, могут использоваться при создании модовых волноводных трансформаторов - устройств, предназначенных для трансформации распространяющихся мод волновода [43-67]. Для расчета изогнутых волноводных элементов и элементов с плавно изменяющимся поперечным сечением наиболее эффективным с точки зрения простоты алгоритмов и времени счета на ЭВМ является метод поперечных сечений (МПС) [24]. Развитию теории этого метода посвящено большое количество работ [16-24, 49, 76], тем не менее, для практической разработки конкретных модовых трансформаторов необходимо также создание алгоритмов построения оптимальной геометрии трансформирующей секции, удовлетворяющей ряду требований, таких как широкая полоса рабочего режима, минимальные потери и отражения, компактные размеры, высокая степень трансформации (более 98%). На сегодняшний момент геометрия трансформатора задается либо единой, как правило, периодической, аналитической функцией [47, 49, 50, 52-54, 58], либо оптимизируемым набором дискетных точек с последующей их интерполяцией [62]. Однако, эти алгоритмы не отвечают всем предъявляемым требованиям. Так, первый подход ограничен количеством оптимизируемых параметров, создаваемые с его помощью трансформаторы отличаются большой протяженностью и узкополосностью. Второй подход позволяет создавать геометрии, вообще говоря, произвольной формы, однако в этом случае для достижения хороших результатов необходимы достаточно мелкий шаг разбиения и громоздкие алгоритмы аппроксимации (более 100 параметров). Синтез этих подходов позволит получить сложные геометрии деформации, оптимизируя сравнительно небольшое количество параметров, при этом

АЛ* = р£,т (2.17)
Используя последнее соотношение (2.17), запишем следующую связь между интегралами:
щ-рт)г(Е<н -Е]хНу -ен]у +е;н<^б
= (е;н: -е”Щ -е;н( +£/#;)<&
(2.18)
Уравнение (2.18) позволяет упростить выражение (2.16):
К :т = (втЬт] - р :Ь'т ),
1 2кР] (Р] - Рт)
Ьт] = (еН1 - Е{Н)ёБ.
(2.19)
Выразим коэффициенты связи К^т через функции <р](х,у) и ц/'{х,у),
используя уравнения (2.9), (2.10). Введем следующие обозначения для возникающих при подстановке интегралов;
Г сЬс с дх к ду
я Л & (220)
Ст] = -С]т; <рт = -&т
5 ду
Подставляя (2.20) в (2.19) получаем выражения для коэффициентов связи: если у и т - Н-волны, то
£„= (2-21)
]т 2ррр]~ртут 1 ’ т ’
если у и т - Е-волны, то
К]т 2 РрР]-Рт)
[Рт®] + Р]ат)с-*т 5 (2.22)
если у - Н-, а т - Е-волна, то
ШР: + Рт)
К ы = - 7 Б]т. (2.23)
]т 2р} У ’