Збудження гребінок скінченного розміру у пристроях електроніки та антенної техніки НВЧ - Автореферат

Дотепер діаграми спрямованості ДВ переважно вивчалися експериментально, зокрема, шляхом "холодного" моделювання цього випромінювання, що відповідало ідеалізованому випадку малого просторового заряду ЕП. Дотепер для цих антен були відсутні строгі теоретичні моделі, що дозволяють розраховувати їхні енергетичні характеристики, ДС і поле в ближній зоні. Таким чином, для розвитку цих пристроїв антенної техніки також важлива строга модель збудження відбивних ґрат власними хвилями ПДХ, що дозволяє розраховувати як енергетичні характеристики, так і ДС антени. Теорія строго періодичних ґрат дозволяє оцінити потрібні електродинамічні властивості підбором періоду, коефіцієнта заповнення і глибини канавок, що дозволило розробити цілий ряд приладів електроніки та антенної техніки НВЧ. Метою дисертаційної роботи є побудова математичних моделей ряду пристроїв електроніки та антенної техніки НВЧ, що містять гребінки, з урахуванням їх скінченного розміру, чисельна реалізація відповідних алгоритмів, виявлення фізичних ефектів, що виникають при збудженні гребінчастих структур, і дослідження впливу основних їхніх параметрів на характеристики пристроїв.7) Для відновлення єдиності розвязку, втраченої після диференціювання, інтегральне рівняння інтегрується на щілині кожної канавки, що дає додаткові умови. , (1) з додатковими умовами виду: ,(2) де m - кількість канавок; aq, bq - координати початку і кінця канавки номер q, q=1,2,…,m; Kqp(y,?), Lqp(?) - відомі функції, що визначаються геометрією задачі; Fq(y), Cq - відомі функція і константа, що визначаються типом збудження гребінки; g(y) - функція, що підлягає визначенню (компонента поля, що обнуляється на ламелях). У другому розділі розглянуто електродинамічну модель дифракційного випромінювання ЕП, що моделюється електромагнітним полем ГДВ, при взаємодії з гребінкою скінченного розміру (рис.1). Аналіз поля у дальній зоні показав, що амплітудна ДС кожної хвилі просторового заряду близька до наближення Кірхгофа для однорідного синфазного розподілу поля на апертурі, а фазова ДС симетрична відносно напрямку максимального випромінювання і слабо змінюється на рівні вище-10 ДБ. Інтерес представляє двопелюсткова ДС на рис.2г, у якої пелюстка випромінювання ШХПЗ (?-=134,33°)° теоретичної ДС не виявляється експериментально, оскільки перебуває за межами виміру кутів скануючим пристроєм аналізатора ДВ, у той же час спостерігається задовільне узгодження теорії з експериментом для випромінювання ПХПЗ (? =103,48°).У дисертаційній роботі узагальнено метод СІР на задачі дифракції, що описують процеси збудження електромагнітних полів у пристроях з відбивними ґратами типу гребінка скінченних розмірів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертаційній роботі узагальнено метод СІР на задачі дифракції, що описують процеси збудження електромагнітних полів у пристроях з відбивними ґратами типу гребінка скінченних розмірів.

1. На основі побудованої моделі дифракційного випромінювання електронного потоку, що рухається поблизу гребінки скінченного розміру, досліджено тонку структуру дифракційного випромінювання в ГДВ. Урахування скінченності довжини відбивних ґрат дозволяє вивчати ДС при різних параметрах збудження. Досліджено, зокрема, вплив густини струму на вигляд ДС. Виявлено три стадії ефекту розщеплення ДС, що спостерігаються при збільшенні густини струму: розширення ДС, утворення провалу інтенсивності випромінювання, повне розщеплення ДС. Показано, що ширина однопелюсткової ДС на стадії максимального розширення може в 2,5 рази перевищувати ширину ДС, що відповідає малим значенням густини струму. Досліджено динаміку зміни ширини ДС, напрямків випромінювання хвиль просторового заряду, глибини провалу випромінювання при збільшенні густини струму. На основі аналізу розрахованих ДС отримана наближена верхня межа для значень густини струму, при яких формується однопелюсткова ДС, і можливе застосування методу "холодного" моделювання в дифракційній електроніці. Теоретичні результати підтверджені експериментами, виконаними на лабораторному аналізаторі ДВ.

2. Побудовано строгу модель планарної антени дифракційного випромінювання, що складається з гребінки скінченного розміру і збуджуючого ПДХ, розташованого на деякій відстані від гребінки. Побудована модель є повною моделлю антени, що дозволяє досліджувати її енергетичні характеристики і характеристики спрямованості. Досліджено енергетичні характеристики одиночної канавки, що збуджується поверхневою хвилею системи "ПДХ - ідеально провідний екран" і знайдено резонансні значення розмірів канавок, при яких потужність випромінювання максимальна. Досліджено вплив прицільного параметра (величини проміжку між ПДХ і екраном) на ефективність випромінювання і характеристики його спрямованості. Виявлено існування максимальної ефективності випромінювання при ненульовій величині прицільного параметра. Показано, що при максимальній ефективності випромінювання характеристики спрямованості чутливі до малих змін прицільного параметра. Виявлені особливості впливу прицільного параметра підвищують вимоги до точності виготовлення антен розглянутого типу.

3. Побудовано модель випромінювання з відкритого кінця плоскопаралельного хвилеводу з гофрованим фланцем. Розроблено генетичний алгоритм, ефективний у задачах оптимізації характеристик спрямованості випромінювача. Показано можливість розширення ефективної апертури випромінювача в 2,5 рази за допомогою прямокутних канавок, вирізаних по обидва боки від відкритого кінця хвилеводу. Запропоновано метод оптимізації вузької ДС при заданому РБП, заснований на застосуванні генетичних алгоритмів.

4. Побудовано ефективний алгоритм для розрахунку частот відсічки й омічних втрат у стінках коаксіального хвилеводу з гофрованим внутрішнім провідником. Ця задача є важливим проміжним етапом при спектральному аналізі резонаторів гіротронів. Показано, що імпедансне наближення, яке зазвичай використовується, не задовольняє високим вимогам до точності розрахунку поперечних хвильових чисел.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Цвык А.И., Стешенко С.А., Кириленко А.А. Эффект расщепления диаграммы направленности дифракционного излучения // ДАН України. - 2004. - №8. - С. 99-105.

2. Гандель Ю.В., Загинайлов Г.И., Стешенко С.А. Строгий электродинамический анализ резонаторных систем коаксиальных гиротронов // Журнал Технической физики. - 2004. - Т.74, №7. - С. 81-89.

3. Стешенко С.А., Кириленко А.А., Чистякова О.В. Строгая двумерная модель эффекта преобразования поверхностных волн в объемные // Радиофизика и электроника. - 2005. - Т.10, №1. - С.30-38.

4. Кириленко А.А., Стешенко С.А. Оптимизация волновода с гофрированным фланцем на основе генетических алгоритмов // Радиофизика и электроника, 2004. - Т.9. - №2. - С. 372-377.

5. Гандель Ю.В., Загинайлов Г.И., Стешенко С.А. Новый численно-аналитический метод волноводного анализа коаксиального гиротрона // Радиофизика и электроника. - 2002. - Т. 7, Спец. вып. - С. 196-207.

6. Цвык А.А., Стешенко С.А., Нестеренко А.В., Хуторян Э.М. Влияние плазменных волн пространственного заряда электронного потока на излучение Смита-Парселла // Вісник Сумського державного університету. Серія „Фізика, математика, механіка”. - 2003. - №10(56). - С. 22-36.

7. Steshenko S.A., Tsvyk A.I., Khutoryan Е.M. Radiation patterns of “plasma” electron beam // MSMW’04 Symposium Proceedings. - Kharkov (Ukraine). - 2004. - pp. 521-524.

8. Steshenko S.A., Kirilenko A.A. Radiation of TEM-wave from plane-parallel waveguide with corrugated flange // MSMW’04 Symposium Proceedings. - Kharkov (Ukraine). 2004. - pp. 683-685.

9. Steshenko S., Kirilenko A. Radiation characteristics of the leaky-wave antenna with the reflection grating of finite extent // Proc. of Int. Conf. on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (MMET). - Kharkov. - 2004. - pp. 418-420.

10. Steshenko S.O. Influence of coupling of dielectric waveguide and reflective grating on radiation characteristics // Proc. of 5th Int. Conf. on Antenna Theory and Techniques. - Kyiv. - 2005. - P. 160-163.

11. Steshenko S.A., Kirilenko A.A. Accurate 2-d model of planar antenna based on finite reflection grating fed by a dielectric waveguide // 11th Int. Symp. on Antenna Technology and Applied Electromagnetics. Conference Proc. - Saint-Malo (France). - 2005. - P.304-305.

12. Gandel Y.V., Steshenko S.A., Zaginaylov G.I. The Method of Singular Integral Equations in the Eigenvalue Analysis of a Coaxial Gyrotron with a Corrugated Insert // IEEE APS/URSI Symposium Digest. - Columbus. - 2003. - Vol. 4. - P. 966-969.