Математическое моделирование устройств сверхвысоких частот методом автономных блоков с виртуальными каналами Флоке

• Автор: Туманов, Антон Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ДЕКОМПОЗИЦИОННЫЙ ПОДХОД К МАТЕМАТИЧЕСКОМУ

МОДЕЛИРОВАНИЮ УСТРОЙСТВ И ПРИБОРОВ СВЧ.

1.1. Основные принципы построения математических моделей устройств и приборов СВЧ.

1.2. Формализация устройств и приборов СВЧ и средства математического описания их функционирования.

1.3. Декомпозиция и рекомпозиция устройств и приборов СВЧ

с использованием базовых элементов в виде автономных блоков.

1.4. Ключевые краевые дифракционные задачи для определения элементов матриц рассеяния, проводимости и сопротивления.

Выводы по первому разделу

2. АВТОНОМНЫЕ БЛОКИ В ВИДЕ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ

ПАРАЛЛЕЛЕПИПЕДОВ С ЛИНЕЙНОЙ ОДНОРОДНОЙ СРЕДОЙ ЗАПОЛНЕНИЯ И ВИРТУАЛЬНЫМИ КАНАЛАМИ ФЛОКЕ НА ГРАНЯХ
2.1. Собственные волны каналов Флоке автономных блоков и их классификация
2.2. Электрические и магнитные поля собственных волн
каналов Флоке.
2.3. Дескрипторы автономного блока с виртуальными
каналами Флоке
2.4. Применение автономных блоков с каналами Флоке для нахождения собственных волн волновых каналов волноводного
трансформатора.
2.5. Преобразование матриц проводимости, сопротивления и рассеяния волноводного трансформатора в базисе каналов Флоке к матрицам
в базисах собственных волн волновых каналов.
Выводы но второму разделу
3. АВТОНОМНЫЕ БЛОКИ В ВИДЕ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ
ПАРАЛЛЕЛЕПИПЕДОВ С НЕЛИНЕЙНОЙ ОДНОРОДНОЙ СРЕДОЙ
ЗАПОЛНЕНИЯ И ВИРТУАЛЬНЫМИ КАНАЛАМИ ФЛОКЕ НА ГРАНЯХ.
3.1. Основные направления в математическом моделировании устройств и приборов СВЧ с нелинейными средами.
3.2. Дескрипторы волноводного трансформатора
с нелинейными средами
3.3. Рекомпозиция нелинейных автономных блоков волноводных трансформаторов.
3.4. Стационарные нелинейные уравнения Максвелла для изотропных нелинейных материальных сред.
3.5. Сведение стационарной нелинейной задачи дифракции для автономного блока к серии линейных задач дифракции.
3.6. Построение дескриптора нелинейного автономного блока с виртуальными каналами Флоке на основе проекционного метода
Выводы по третьему разделу
4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ
УСТРОЙСТВ И ПРИБОРОВ СВЧ
4.1. Многоуровневая декомпозиция в построении математических моделей технических систем и устройств СВЧ.
4.2. Анализ математических моделей регулярных полосковощелевых линий
4.3. Анализ нерегулярных полосковощелевых структур
с линейными средами заполнения.
4.4. Анализ нерегулярных полосковощелевых структур
с нелинейными средами заполнения
4.5. Интегральные устройства СВЧ на основе полосковощелевых линий с распределенными диодами Ганна планарной геометрии .
Выводы по четвертому разделу.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Основные результаты диссертационной работы и разработанный пакет прикладных программ использовались при проектировании и разработке интегрального модуля СВЧ, который входил в состав приборного обеспечения при проведении Государственных испытаний изделий 7Н, 7Н9, 2 акт о внедрении прилагается. Достоверность научных и практических результатов. Апробация работы. Аналитические и численные методы моделирования естественнонаучных и социальных проблем, г. Надежность и качество, г. III международной научнотехнической конференции Физика и технические приложения волновых процессов, г. Самара, СГУ. Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано работ, в том числе 3 в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК. Научные статьи, опубликованные в соавторстве, выполнены при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант 3а. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Общий объем диссертационной работы 5 страниц, рисунков , библиографический список содержит наименование. Теоретические основы построения матехматических моделей устройств и приборов СВЧ это уравнения Максвелла, в справедливости которых не принято сомневаться. Математическая теория макроскопической электродинамики развита в стройную систему, где центральное место занимает формулирование краевых граничных задач для уравнений Максвелла. Любое реальное устройство и прибор СВЧ получает на этом пути свой адекватный математический образ или математическую модель. Необходимо подчеркнуть, что адекватность, т. Максвелла, которая признана современной наукой. Принимая эту точку зрения, можно утверждать никакие эксперименты не дадут ничего нового об устройстве и приборе СВЧ сверх того, что уже заложено в его математической модели, базирующейся на уравнениях Максвелла, и что может быть из нее извлечено. Требуется лишь знать измеренные значения некоторых параметров диэлектрические и магнитные проницаемости, материальные уравнения и т. Максвелла. С другой стороны, при проектировании скольконибудь сложных или принципиально новых устройств и приборов СВЧ чуть ли не господствующее место занимала экспериментальная отработка конструкций, а то, что в инженерной практике называется математическим расчетом, дает при этом лишь некоторые ориентиры. Можно утверждать, что применялись математические модели, обладающие лишь слабой степенью адекватности. Лучше обстоят дела при проектировании устройств и приборов СВЧ, известных уже много лет. Длительные и дорогостоящие эксперименты это, в некоторой степени, тормоз технического прогресса. Разумеется, опытных разработчиков в определенной мере спасает интуиция, но она ненадежна, поскольку базируется на прежнем опыте. Существование адекватных математических моделей устройств и приборов СВЧ в виде сформулированных краевых задач для уравнений Максвелла еще не означает возможности извлекать их них требуемую информацию. Задачи эти если рассматривать реальные, а не упрощенные конструкции устройств и приборов СВЧ таковы, что нет никакой надежды получить их решения в замкнутой аналитической форме или даже в виде рядов. Математическая теория позволяет, однако, указать некоторые типы алгоритмов вычислительных процессов, приближающих представления специального вида к искомым решениям с как угодно высокой, а и иногда заранее заданной, степенью точности. Одним из важнейших является декомпозиционный подход к построению математических моделей с использованием базовых элементов автономных блоков, дескрипторы которых получены из решения краевых задач для уравнений Максвелла в строгой постановке. Наличие вычислительного алгоритма вместе с программно реализующим его компьютером означает, что реальному устройству и прибору СВЧ сопоставлена численная динамическая модель. Использование различных численных моделей, или компьютерное моделирование, нередко называют мыслительным экспериментом. Действительно, здесь можно воспроизвести все конфигурационные, материальные и иные изменения, мыслимые но, быть может, трудно практически реализуемые в обычном эксперименте.