Электродинамика периодически-неоднородных открытых диэлектрических направляющих структур

• Автор: Смирнов, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 239 с. : ил.

Глава 1. Распространение электромагнитных полей в неограниченных средах с периодически изменяющимся по одной из декартовых координат показателем преломления
1.1 Введение
1.2 Я - и Я- постановки дисперсионных задач
1.3 Расчет дисперсии плоских волн в Я - постановке
1.4 Расчет дисперсии плоских волн в Е- постановке
1.5 Расчет дисперсии Я -и Е
1.6 Обсуждение результатов
1.7 Выводы
Глава 2. Симметричные волны круглого диэлектрического волновода с периодически изменяющимся вдоль оси показателем преломления
2.1 Введение
2.2. Постановка краевой задачи
2.3. Составление дисперсионных уравнений
2.4. Результаты расчета дисперсионных зависимостей
2.5. Обсуждение результатов
2.6. Выводы
Глава 3. Электромагнитные волны слабонаправляющего градиентного световода с периодически изменяющимся вдоль оси показателем преломления
3.1 Введение
3.2 Постановка краевой задачи
3.3 Дисперсионное уравнение
3.4 Расчет дисперсионных зависимостей, обсуждение
результатов
3.5 Выводы
ф Глава 4. Диэлектрические волноводы с импедансными
поверхностями
4.1 Введение
4.2 ДВ с периодически изменяющимся поверхностным импедансом
ф 4.2.1 Постановка краевой задачи
4.2.2 Составление дисперсионного уравнения
4.2.3 Численные результаты
^ 4.3 Круглый ДВ со спирально проводящей
поверхностью
4.3.1 Постановка краевой задачи
4.3.2 Составление дисперсионного уравнения
4.3.3 Численные результаты
4.4 Круглый ДВ, покрытый резистивной пленкой
4.4.1 Постановка краевой задачи
4.4.2 Составление дисперсионного уравнения
4.4.3 Численные результаты
4.5 Выводы
Заключение Список литературы Приложение

Открытые направляющие структуры, в частности, диэлектрические волноводы (ДВ) находят широкое применение как линии передачи, а их отрезки как базовые элементы различных устройств во всех участках высокочастотного диапазона. В диапазонах СВЧ и КВЧ на основе ДВ строятся такие функциональные узлы, как линии задержки, антенны бегущей волны, открытые диэлектрические резонаторы, антенные облучатели. На основе диэлектрических волноводов с резистивными слоями строятся фиксированные и поляризационные аттенюаторы, согласующие устройства. Периодически -нерегулярные ДВ используются при создании различных частотно избирательных устройств. Слоистый круглый ДВ является строгой математической моделью оптического волокна и декомпозиционной базой различных функциональных узлов оптического диапазона.
Диссертация посвящена исследованию особенностей распространения электромагнитного поля в немагнитных неограниченных и ограниченных средах, диэлектрическая проницаемость которых периодически изменяется в направлении распространения поля (вдоль оси г). Примером открытой направляющей структуры с периодической зависимостью е от продольной координаты является оптическое волокно, на базе которого выполняются решетки Брэгга, используемые при создании частотно-избирательных устройств оптического диапазона. Кроме того, в диссертации исследуются особенности распространения электромагнитного поля в периодически-нерегулярных диэлектрических волноводах и в круглом однородном ДВ, покрытом тонкой резистивной пленкой.
Актуальность темы: Успехи в области оптических технологий приводят к тому, что телекоммуникационные системы переходят к передаче данных в магистральных сетях по оптоволокну. Целесообразность подобного перехода
составляющие спектра проходят, без затухания. Следует отметить, что резкое возрастание затухания прямой волны связано с эффективным отражением ее от неоднородностей среды и, как следствие, передачей энергии волне, бегущей в обратном направлении [48].
На рис. 1.5 и 1.6 приведены частотные зависимости нормированных фазовых постоянных рР и нормированных постоянных затухания Р"с1 для основной (т = 0) и высших гармоник (т = ±1,±2,±3) волны типа Я, рассчитанные в третьем приближении, когда т = 0,±1,±2,±3; к = 0,±1,±2,±3, для
среды со следующими параметрами: еу£ = 3, = 1; /*/ = 1; ^ - 2л^
Рис. 1.1, 1.3 и 1.5, 1.2, 1.4 и 1.6 демонстрируют тот факт, что с увеличением номера приближения на единицу число гармоник возрастает на четыре.
На рис. 1.7 приведена зависимость нормированной фазовой постоянной р'й основной гармоники в диапазоне частот вблизи горизонтального участка. Из рисунка видно, что при подходе к горизонтальному участку зависимость начинает отклоняться от линейной, что хорошо согласуется с результатами, приведенными в [59]. Отклонение от линейности есть результат сильной связи гармоник, распространяющихся в прямом и обратном направлениях, обмена их энергиями.
На рис. 1.8а, б приведены мгновенные распределения действительной части электрической компоненты Еу волны вдоль продольной координаты г на различных частотах. Из рисунка видно, что длина волны в среде уменьшается с увеличением частоты, что соответствует нормальной дисперсии. Значения к0й = 0.92 и кйс! = 1.83 соответствуют серединам горизонтальных участков частотной зависимости фазовой постоянной и резонансному возрастанию затухания. При этом Аср=4с1н Лср = 2<7, что соответствует соотношению (1.36). На рис. 1.86 наблюдаем уменьшение амплитуды компоненты Еу по мере распространения в среде. Мнимая часть
компоненты Еу изменяется вдоль оси 2 аналогично действительной.