Дифракція електромагнітних хвиль на періодичній послідовності металодіелектричних розсіювачів - Автореферат

Роботу присвячено дослідженню електродинамічних властивостей періодичних в напрямку розповсюдження хвиль послідовностей з довільною кількістю металодіелектричних не однорідний із складним характером розсіяння полів. Запропонована модель узагальнює численні окремі побудови обмежених періодичних структур, оскільки враховує складну композицію елементу, що повторюється, характер розсіяного ним поля, довільні властивості і тип вхідних та вихідних ліній передач. Періодичні структури широко використовуються як базові блоки в електронних приладах, смугових та резонансних фільтрах, лінійних прискорювачах, молекулярних підсилювачах і генераторах, магістральних лініях звязку, фільтруючих хвилеводах, антенах біжучої хвилі тощо. Мета і задачі дослідження - виявити фізичні закономірності взаємодії полів з періодичною послідовністю, що складається з довільної кількості складно-композиційних металодіелектричних розсіювачів, та визначити нові функціональні можливості приладів керування на їх основі. Для досягнення цієї мети необхідно було розвязати такі задачі: 1. дифракція плоскої електромагнітної хвилі та наносекундного відеоімпульсу на послідовності із N магнітоелектричних шарів з резистивними плівками, експериментальне визначення її характеристик розсіяння у ММ діапазоні довжин хвиль;Відзначені унікальні властивості нескінченної періодичної послідовності розсіювачів, завдяки яким їхні обмежені аналоги знайшли широке застосування не лише в оптичних та акустичних системах, але і в багатьох радіофізичних приладах (дифракційні, квантові підсилювачі та генератори, антени біжучої хвилі, колові частотні та модові фільтри, прискорювачі, діафрагмовані хвилеводи тощо). При аналізі обмежених періодичних послідовностей особливе значення набуває, з одного боку, обґрунтування застосування класичної теорії розповсюдження хвиль, а з другого - розвиток теорії дифракції, що враховує розміри структури. Зазначено, що концепція власних хвиль з певними припущеннями дозволяє описувати системи лише з дуже великою кількістю елементів. Поля розсіяння хвилі р-го типу всією структурою знаходяться рівняння: З метою скорочення обсягу обчислювальних робіт при зведенні МП до ступеня N та одержання ефективного алгоритму розрахунку, в тому числі і аналітичного рішення, в роботі використовується інтерполяційна формула Лагранжа та теорема Келі-Гамильтона. В хвилевому режимі, коли базовий елемент описується еквівалентним чотириполюсником, ступінь його матриці передачі залежить від поліномів Могина (Mauguin): -На основі методів теорії кіл і матричних функцій розвинуто ефективний алгоритм визначення характеристик розсіяних полів широкого класу багатоелементних періодичних систем, який виключає послідовне перемноження матриць передачі. Індивідуальні властивості структур відображає матриця передачі періоду. Доведено, що області параметрів обмежених періодичних послідовностей з високим та низьким рівнем відбиття повязані з умовами поширення власних хвиль їхніх нескінченних аналогів (зони прозорості та запирання). Показано, що положення, ширина зон, їх динаміка і середній рівень відбиття залежать від властивостей складників періоду. Якщо період має втрати, їх амплітуда зменшується, і при великої кількості періодів характеристики полів розсіяння обмежених та нескінченних структур практично співпадають.

. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

На основі методів теорії кіл і матричних функцій розвинуто ефективний алгоритм визначення характеристик розсіяних полів широкого класу багатоелементних періодичних систем, який виключає послідовне перемноження матриць передачі. Він не залежить від композиції і параметрів неоднорідностей, що повторюються, їхнього числа, типу збуджуючої хвилі, властивостей фідерних каналів. Індивідуальні властивості структур відображає матриця передачі періоду. Для модового режиму рішення задач дифракції подано прямими аналітичними формулами з використанням поліномів Могина (Mauguin).

Доведено, що області параметрів обмежених періодичних послідовностей з високим та низьким рівнем відбиття повязані з умовами поширення власних хвиль їхніх нескінченних аналогів (зони прозорості та запирання). Показано, що положення, ширина зон, їх динаміка і середній рівень відбиття залежать від властивостей складників періоду. Загальна властивість залежностей коефіцієнтів розсіяння обмежених періодичних систем від частоти і хвильового розміру базового елементу - наявність дрібномасштабних осциляцій. Якщо період має втрати, їх амплітуда зменшується, і при великої кількості періодів характеристики полів розсіяння обмежених та нескінченних структур практично співпадають.

Побудовано теорію резонансних явищ в обмежених періодичних послідовностях. Показано, що їх максимальна (при відсутності втрат - повна) прозорість має місце при виконанні хоча б однієї з двох умов, що подані у вигляді трансцендентних рівнянь. Перше наведено у параметрах періоду та визначає частоти низькодобротних резонансів. Друге залежить від властивостей коренів поліномів Могина, а саме: числа періодів, електродинамічної звязки між сусідніми регулярними ділянками, та описує високодобротні та наддобротні резонансні коливання у системах з планарних та обємних розсіювачів, відповідно.

Аналітичними формулами подано рішення трансцендентних рівнянь. Знайдено низку геометричних, матеріальних і польових параметрів, при яких має місце абсолютна прозорість не дисипативних структур. Визначені рівняння для власних комплексних частот і хвильових чисел, сталої розповсюдження їх нескінченних аналогів.

Запропоновані узагальнюючі моделі та наведені результати аналізу полів розсіяння поглинаючого шаруватого покриття металевого екрану з резистивними плівками, колового частотного і модового водного фільтру з планарних кільцевих і радіальних діафрагм, високодобротного частотного та кутового дискримінатора з послідовності періодичних граток із провідних брусів. Позначені шляхи і доведено (у тому числі експериментально) можливість оптимізації експлуатаційних характеристик поглинаючого покриття на відбивному екрані, а саме: досягнення максимального поглинання енергії при високому рівні узгодження у широкому діапазоні частот і кутів падіння.

Величина і характер реактивності планарних діафрагм у фільтрах визначає ступінь селекції типів хвиль, добротність резонансних коливань та альтернативні умови розсіяння хвиль ортогональних поляризацій як у вузькій, так і в широкій смузі частот.

Відмітна особливість періодичної послідовності N граток з брусів - резонансний електродинамічній звязок між регулярними ділянками сусідніх періодів і, як наслідок, високодобротні власні коливання гратки.

Показано, що режими з високою частотною і кутовою вибірністю (наддобротні резонанси) спостерігаються вже при малої кількості граток. Вперше виявлено повну прозорість на (N-1) близьких значеннях куту падіння у кожній зоні квазіпрозорості (узагальнення ефекту Г.Д. Малюжинця). Наведена теорія хвилевих процесів у класі структур, утворених періодичною послідовністю з довільної кількості розсіювачів, задачі, які розглянуті на її основі, розроблені чисельні та аналітичні алгоритми аналізу і розрахунків, отримані наукові і прикладні результати орієнтовані на створення нових, вдосконалення, оптимізацію експлуатаційних характеристик відомих функціональних вузлів елементної бази НВЧ і ММ діапазонів.

1. Kazanskiy V.B., Podlozny V.V. Quasiperiodic layered structure with resistive films // Electromagnetics. Washington.: Taylor & Francis, - 1997. - №2. - P. 131-145.

2. Казанский В.Б., Подлозный В.В. Исследование периодических ограниченных структур с использованием полиномов Могина // Доповіді НАН України. - 1998. - №3. - С. 86-91.

3. Подлозный В.В. Взаимодействие импульса с последовательностью поглощающих элементов // Вестник Харьковского университета. Радиофизика и электроника. - 1998. - №.405. - С. 83-86.

4. Казанский В.Б., Подлозный В.В. Аналитический метод решения задачи рассеяния волн на последовательной совокупности однотипных элементов // Радиотехника и электроника. - 1998. Т. 43, №12. - С. 1459-1462.

5. Казанский В.Б., Подлозный В.В., Хардиков В.В. Исследование характеристик рассеяния последовательности однотипных элементов с использованием теоремы Кэли-Гамильтона // Электромагнитные волны и электронные системы. - 1999. Т. 4, №3. - С. 19-27.

6. Иванченко Д.Д., Подлозный В.В. Экспериментальное исследование поглощающих свойств слоистой периодической структуры с резистивными пленками // Вісник Харківського університету. Радіофізика та електроніка. - 1999. - №427. - С. 95-97. електродинамічний надвисокочастотний дифракція

7. Казанский, В.Б., Подлозный В.В. Многоканальный высокодобротный частотный и пространственный селектор поля // Вісник Харківського університету. Радіофізика та електроніка. - 1999. - №.427 - С. 98-101.

8. Квазипериодическая слоистая структура / Казанский В.Б., Подлозный В.В. - Киев, 1996. - 40 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 12.06.1996, №.1398 - Ук96. // Анот. в РЖ “Депоновані наукові роботи” 1997. №1.

9. Kazanskiy V.B., Podlozny V.V. Analytical Investigation of Reflection and Absorption of Quasiperiodic Structures on the Base of Mauguin Polynomials // Proc. International Symp. on Electromagnetic Theory. - Thessaloniki (Greece). - 1998. 25-28 May, - V. 2, - P. 745-747.

10. Kazanskiy V.B., Podlozny V.V., Khardikov V.V. Waveguide section of sequentially included identical elements // Proc. International Conf. on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. - Kharkov (Ukraine). - 1998. - June 2-5, V. l. - P. 396-398.

11. Podlozny V.V., Scattering and Absorption of Videopulse by a Set of Alternated layers With Resistive Films // Proc. International Conf. on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. - Kharkov (Ukraine). - 1998. - June 2-5, V. l. - P. 209-211.

Размещено на .ru