Випромінювання електромагнітних хвиль щілинами в одномодовому та багатомодовому прямокутних хвилеводах - Автореферат

Зростаючі потреби практики зі створення перспективних випромінюючих систем і пристроїв НВЧ і КВЧ діапазонів з поліпшеними або новими функціональними можливостями, обумовлює необхідність подальшого вдосконалювання й розвитку теорії й методів розрахунку вихідних характеристик таких структур, зокрема - на основі щілинних елементів довільної електричної довжини й конфігурації, розташованих у стінках одномодових і багатомодових хвилеведучих трактів. Електродинамічні методи розрахунку й результати теоретичних досліджень характеристик хвилевідно-щілинних структур, що випромінюють у середовище із втратами, з урахуванням всієї повноти параметрів електромагнітного поля, структури й середовища, фізичних факторів взаємодії електромагнітного поля з елементами структури практично відсутні. Таким чином, актуальними є питання подальшого розвитку теорії, більш досконалих підходів до розвязання задач збудження електродинамічних обємів магнітними струмами, побудови на основі строгих методів розвязання граничних задач електродинаміки математичних моделей і алгоритмів розрахунку електродинамічних характеристик випромінюючих структур, що не потребують апріорних обмежень їхніх геометричних розмірів і матеріальних параметрів середовища, режимів збудження, а також обмежень у визначенні відстані точок спостереження від випромінювача. Метою роботи є розвиток теорії та математичних моделей щілинних випромінюючих елементів і отворів звязку, а також їх багатоелементних систем в одномодовому й багатомодовому прямокутних хвилеводах, ефективних для проведення багатопараметричних розрахунків електродинамічних характеристик хвилевідно-щілинних структур; визначення фізичних властивостей полів, що випромінюються такими структурами у всіх зонах спостереження, а також вироблення практичних рекомендацій при створенні й розробці елементної бази функціональних випромінюючих пристроїв НВЧ і КВЧ діапазонів з новими або поліпшеними електродинамічними й експлуатаційними характеристиками. Для розвязання поставлених задач у роботі використано наступні методи: метод інтегро-диференційних рівнянь; метод моментів (метод Гальоркіна) для розвязання інтегро-диференційного рівняння відносно розподілу дотичної складової електричного поля (еквівалентного магнітного струму) на апертурі щілинного випромінювача; метод наведених магніторушійних сил при розвязанні задач щодо багатоелементних щілинних структур; метод функції Гріна в задачах збудження електромагнітних хвиль у різних електродинамічних обємах; метод власних хвиль, метод вектора Герца.Ці методи в сукупності з асимптотичним методом усереднення розвязання інтегрального рівняння відносно магнітного струму в щілині розкривають можливості проведення комплексних досліджень характеристик багатьох видів багатоелементних щілинних структур з довільною електричною довжиною й геометрією. IMG_20918a1e-d0ea-4398-ab9f-19c7ec4b6f1d ) в щілинах та умов неперервності тангенціальних складових магнітного поля на відповідних границях обєм щілини - електродинамічні обєми, які звязуються щілиною, крайова задача зводиться до розвязання системи інтегро-диференційних рівнянь. Застосування методу Гальоркіна (або узагальненого методу наведених МРС) для розвязання системи інтегро-диференційних рівнянь приводить до системи лінійних алгебраїчних рівнянь (СЛАР) відносно невідомих коефіцієнтів в розкладанні розподілу електричного поля (або IMG_14299562-cd7c-4723-9b26-0c45263c699b ) в щілині. Порядок отриманої СЛАР у разі врахування товщини стінки хвилеводу, в якій прорізано щілини, визначається як IMG_68d68c07-1ab2-4c49-a6d9-64710006a1a5 , де IMG_3a621c58-550c-40b8-a3b9-0ee4ebb930c9 функції розподілу поля у щілині можна виділити дві області гармонік, які вносять визначальний внесок у визначення розподілу поля в щілині.Уперше в електрично довгих щілинах реалізовано спадаючий до країв щілини (близький до половини періоду синусоїди) амплітудний розподіл електричного поля. Встановлено, що апроксимація амплітудного розподілу електричного поля експоненційно спадаючою функцією, яка використовується на практиці при розрахунках характеристик випромінювачів витічної хвилі на основі електрично довгих щілин і багатощілинних систем, не є коректною, а в ряді випадків просто помилкова й не може бути основою для розрахунку та створення випромінювачів з оптимальними робочими характеристиками. Показано, що шляхом зміни положення щілини в стінці хвилеводу, заповнення порожнини щілини діелектриком, збільшення товщини стінки хвилеводу можна підвищити коефіцієнти спрямованої дії та підсилення випромінювачів на основі електрично довгих щілин та створити випромінювачі витічної хвилі з рівнем бічних пелюсток ДС меншим за-20 ДБ. Показано, що шляхом зміни значення діелектричної проникності та розмірів вставки, її розташування відносно щілини можна керувати частотно-енергетичними характеристиками випромінювача. Показано, що шляхом зміни взаємного звязку між щілинами в груповому випромінювачі можна змінювати частотну залежність коефіцієнта випромінювання, створювати

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ