Анотація до роботи:

Журба В.О. Моделювання хвильових процесів у електродинамічних системах підсилювача на ефекті Сміта-Парселла. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 – фізика приладів, елементів і систем. – Сумський державний університет, Суми, 2009.

Дисертація присвячена теоретичному й експериментальному дослідженню загальних фізичних закономірностей хвильових процесів у нерегулярних квазіоптичних хвилеводно-діелектричних структурах підсилювача на ефекті Сміта-Парселла.

На підставі літературного огляду проаналізовано сучасний рівень розвитку нерегулярних квазіоптичних систем, які застосовуються в електроніці і техніці міліметрових і субміліметрових діапазонів хвиль. Представлена структурна схема класифікації таких систем. Стисло викладені чисельні та експериментальні методи моделювання електромагнітних полів у нерегулярних квазіоптичних системах пристроїв міліметрового і субміліметрового діапазонів, описана методика вимірювань та схеми експериментальних установок.

Для моделі підсилювача на ефекті Сміта-Парселла отримано і проаналізовано загальне трансцендентне дисперсійне рівняння, що враховує вплив поздовжніх і поперечних електронних хвиль на його електродинамічні характеристики; вивчено особливості відкритих хвилеводів із дзеркалами плоскої та циліндричної конфігурацій за наявності в їх об’ємі діелектричного або періодичного металодіелектричного шару; показана можливість значного зменшення дифракційних втрат у відкритому хвилеводі з квадратичною корекцією дзеркал.

Методами чисельного аналізу й експериментального моделювання встановлено, що планарні металодіелектричні структури можуть бути використані при створенні приладів дифракційної електроніки в інтегральному виконанні. Показана можливість селекції прямої і зворотної хвиль у відкритому хвилеводі з дифракційно-зв’язаними джерелами випромінювання, на основі чого запропоновано новий тип квазіоптичного спрямованого відгалужувача, який своїми вихідними параметрами (перехідне ослаблення – дБ, спрямованість – 30 дБ) перевершує аналогічні пристрої на зв’язаних діелектричних хвилеводах.

У результаті виконання роботи були встановлені загальні закономірності фізики хвильових процесів у електродинамічних системах підсилювача на ефекті Сміта-Парселла.

1. Здійснена класифікація нерегулярних квазіоптичних систем, які використовуються в електроніці і техніці міліметрових і субміліметрових довжин хвиль. Визначені основні об’єкти теоретичних і експериментальних досліджень.

2. Показано, що при аналізі електронно-хвильових процесів у нерегулярних квазіоптичних системах підсилювача на ефекті Сміта-Парселла доцільне розв’язання лінійної задачі електроніки в самоузгодженому поставленні з використанням результатів формування просторових гармонік випромінювання в наближеннях заданого струму і заданого поля.

3. Побудована лінійна двовимірна самоузгоджена теоретична модель підсилювача на ефекті Сміта-Парселла. Отримано і проаналізовано трансцендентне дисперсійне рівняння, що враховує вплив всього спектра електронних хвиль на характеристики підсилювача. Встановлено, що у лінійному наближенні швидка хвиля просторового заряду та поперечні циклотронні хвилі роблять незначний вплив на енергообмін електронів з об’ємною хвилею відкритого хвилеводу.

4. Експериментально встановлені загальні фізичні закономірності хвильових процесів у відкритих плоско-паралельних і циліндричних хвилеводах. Встановлено, що система плоско-паралельного хвилеводу (довжина ) при відстанях між дзеркалами близько декількох довжин хвиль має резонансні властивості, які виявляються у низьких значеннях коефіцієнтів проходження () і високих – коефіцієнтів стоячої хвилі (КСХ ). При цьому у такій системі можлива організація квазіоптичного виведення енергії через діелектричний екранований шар, що виконує функцію дзеркала відкритого хвилеводу. Значне поліпшення хвилеводних параметрів відкритого хвилеводу може бути досягнуте шляхом застосування циліндричних дзеркал (дзеркал з квадратичною корекцією), що дозволяє реалізувати у досліджуваній системі режим біжучої хвилі. Для таких систем експериментально встановлені інтервали оптимальних значень радіусів кривизни циліндричних дзеркал (, де – довжина хвилі випромінювання).

5. За наявності у відкритому хвилеводі двох дифракційно-зв’язаних джерел випромінювання показана можливість ефективної селекції прямої і зворотної хвиль, що може бути використана при створенні квазіоптичних розділювачів потужності та спрямованих відгалужувачів.

6. Чисельно й експериментально промодельовані режими хвильових процесів у планарних металодіелектричних структурах. Встановлена можливість керування хвильовими процесами шляхом зміни товщини діелектричного шару і параметрів стрічкових дифракційних ґраток.

7. Проведені оцінки параметрів металодіелектричних структур під час практичної реалізації режимів аномального дифракційного випромінювання в генераторних і підсилювальних пристроях надвисоких частот, які свідчать про можливість створення низьковольтних приладів дифракційної електроніки в інтегральному виконанні для значень напруги прискорення 400 В 1200 В.

8. З використанням нерегулярного відкритого хвилеводу з двома дифракційно-зв’язаними випромінюючими апертурами запропонована і реалізована конструкція перестроюваного спрямованого відгалужувача. Встановлено, що такий відгалужувач за своїми параметрами (перехідне ослаблення дБ при спрямованості близько 30 дБ) у міліметровому діапазоні хвиль перевершує існуючі типи відгалужувачів на діелектричних хвилеводах.