Блинова Наталія Костянтинівна. Розсіювання електромагнітних хвиль на системах щілин у хвилеводах з довільними навантаженнями: дисертація канд. фіз.-мат. наук: 01.04.03 / Харківський національний ун-т ім. В.Н.Каразіна. - Х., 2003.
Анотація до роботи:
Блинова Н.К. Розсіювання електромагнітних хвиль на системах щілин у хвилеводах з довільними навантаженнями – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 – радіофізика. – Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, м. Харків, 2003.
Дисертація присвячена дослідженню розсіювання електромагнітних хвиль на системах щілин у прямокутних хвилеводах з довільними кінцевими навантаженнями. Досліджено характеристики розсіювання лінійних решіток поздовжніх щілин, хрестоподібних щілин і здвоєних поздовжніх щілин з урахуванням скінченної товщини стінки хвилеводу, діелектричного заповнення щілин, а також двомірних хвилеводно-щілинних фазованих антенних решіток (ФАР). Дослідження проведено з використанням спеціально модифікованого в роботі методу послідовних наближень. Показано, що шляхом відповідного вибору коефіцієнту відбиття від навантаження можна поліпшити узгодження антени з фідерним трактом, зменшити рівень бічних пелюсток діаграми спрямованості та підвищити коефіцієнт еліптичності поля антен з поляризацією, що обертається. Виявлено, що смуга пропускання здвоєної щілини може бути як ширшою так і вужчою, ніж смуга поодинокої щілини в залежності від положення відносно осі широкої стінки хвилеводу. Здвоєна щілина, що розташована поблизу осі широкої стінки хвилеводу, є вузькосмуговим і високоефективним випромінювачем. Проаналізовано ефекти взаємодії хвилеводів у двомірних ФАР. Результати теоретичних досліджень підтверджені експериментально.
Основні результати, одержані в дисертаційній роботі, зводяться до наступного.
На основі комбінації одного з методів послідовних наближень і методу наведених магніторушійних сил розроблено ефективний модифікований метод послідовних наближень, що дозволяє враховувати довільне навантаження на кінці хвилеводу, кінцеву товщину його стінки, взаємодію щілин по внутрішньому і зовнішньому простору при розрахунку напруг на щілинах, що збуджуються основною хвилею у таких решітках: а) у лінійній системі поодиноких поздовжніх щілин; б) на елементах хрестоподібних щілинних випромінювачів і їхніх систем; в) на елементах здвоєних поздовжніх щілин і їх систем. Число щілин у системах може змінюватися від одиниць до сотень без ускладнення алгоритму розрахунку. Метод послідовних наближень для лінійної системи поодиноких поздовжніх щілин узагальнено для розрахунку АФР у двомірних решітках ХЩВ. Обґрунтовано переваги модифікованого МПН у порівнянні з відомими методами. Створено пакет програм для чисельної реалізації розв’язків поставлених задач.
У результаті розрахункових досліджень, підтверджених експериментально, вдалось виявити наступні нові властивості і закономірності зміни у діапазоні частот характеристик розглянутих систем:
1. Шляхом відповідного вибору коефіцієнта відбиття від навантаження в решітках поздовжніх щілин можна поліпшити узгодження антени з фідерним трактом і домогтися зменшення рівня першої бічної пелюстки діаграми спрямованості нерезонансних антен у порівнянні з випадком повного узгодження на кінці антени.
2. Виявлено, що розташування центра резонансної Х-подібної щілини в точках , що рекомендовані попередніми дослідниками, не є оптимальним щодо випромінювання нею поля з круговою поляризацією. При зміщенні центра щілини з точки коефіцієнт еліптичності може навіть підвищитися. Так, в середині робочої смуги хвилеводу 23х10мм при х0- 2,5мм (х0 - координата центра щілини) коефіцієнт еліптичності r змінюється у межах 0,64 r 0,7.
3. За допомогою навантаження з керованим за модулем і фазою коефіцієнтом відбиття можна настроїти систему хрестоподібних випромінювачів на випромінювання поля з поляризацією, близькою до кругової. Для забезпечення кругової поляризації знайдена аналітична залежність, що дозволяє визначити модуль коефіцієнта відбиття від навантаження по заданих коефіцієнтах проходження й еліптичності системи щілин у хвилеводі з ідеальним навантаженням.
4. Передача енергії по зовнішньому простору між лінійними решітками, що складають двомірну ФАР, призводить до суттєвої зміни її характеристик випромінювання та узгодження. Наприклад у решітці, що складається з 16 хвилеводів з 20 щілинами кожний, взаємодія по зовнішньому простору сусідніх хвилеводів із щілинами, приводить до передачі в найближчий пасивний хвилевід біля –18 дБ відносно потужності на вході активного хвилеводу і порядку – 28 дБ у хвилевід з номером 1 (якщо активним є хвилевід номер 8). У випадку синфазного рівноамплітудного збудження всіх лінійок КСХН входу окремої лінійки за рахунок взаємного впливу по зовнішньому простору може збільшитися приблизно в два рази.
5. Діапазонні властивості поздовжніх щілин змінюються в залежності від розташування їх відносно осі широкої стінки хвилеводу. Якщо полосу пропускання щілини, розташованої з краю стінки, можна розширити заміною поодинокої щілини здвоєною, то у випадку, коли вона розташована біля осі, зробити це неможливо.
6. Пара двох близькорозташованих поздовжніх щілин, одна з яких знаходиться на осі широкої стінки хвилеводу, є вузькосмуговим і високоефективним випромінювачем. Його можна викоростати як випромінювач-фільтр. Добротність такого фільтра без втрати ефективності випромінювання може бути підвищена шляхом заповнення щілин діелектриком з високою діелектричною проникністю.
7. Шляхом використання деякої кількості поздовжніх здвоєних щілин різної довжини, прорізаних у широкій стінці хвилеводу, в його робочій смузі частот можна сформувати декілька смуг пропускання з високою добротністю в кожній.
Результати, отримані в роботі, можуть знайти подальше застосування при розробці і конструюванні складних антенних систем, у тому числі, великих двомірних ФАР, антен кругової поляризації, багатосмугових антен, антен із заданою смугою пропускання, а також для поліпшення характеристик існуючих антен шляхом застосування регульованого навантаження. Розроблений модифікований метод послідовних наближень дозволяє провести узагальнення алгоритмів і програм на випадок багатомодових хвилеводів, моделювання більш складних випромінювачів, наприклад комбінованих, таких як щілина-вібратор та інших, а також може бути надалі застосований при розв’язанні задач синтезу випромінюючих систем з великим числом щілинних випромінювачів.
Публікації автора:
Яцук Л.П., Блинова Н.К. Метод последовательных приближений расчета характеристик двумерной волноводно-щелевой решетки с учетом взаимной связи излучателей // Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. - 1990. - Т.33, № 1. - С. 18-22.
2. Яцук Л.П., Блинова Н.К., Жиронкина А.В. Математическая модель линейной системы щелей в волноводе с произвольной отражающей нагрузкой // Радиотехника. - 1992. - № 7-8. - С. 73-78.
3. Блинова Н.К., Яцук Л.П. Пределы применимости энергетического метода расчета амплитудно-фазового распределения в линейных волноводно-щелевых антенных решетках // Вестник Харьковского университета. Радиофизика и электроника. - 1998. - № 405. - С. 34-41.
4. Блинова Н.К., Жиронкина А.В., Яцук Л.П. Поляризационные свойства и энергетические параметры системы Х-образных щелей в прямоугольном волноводе с произвольной нагрузкой на конце // Радиотехника. Всеукр.межвед.науч.-техн.сб. - 1998. - вып. 107. - С. 72-83.
Яцук Л.П., Блинова Н.К. Диапазонные свойства продольной сдвоенной щели в широкой стенке прямоугольного волновода // Радиотехника. - 2001. - № 6. - С.24-28.
Блинова Н.К., Яцук Л.П., Жиронкина А.В., Кийко В.И., Бандура Н.А. Продольная сдвоенная щель в широкой стенке прямоугольного волновода // Вісник Харківського національного університету імені В.Н.Каразіна. Радіофізика та електроніка. - 2001. - № 513. - С. 130-134.
Блинова Н.К., Яцук Л.П., Кийко В.И. Линейная волноводно-щелевая антенна с управляемым коэффициентом эллиптичности // Вісник Харківського національного університету. -Радіофізика та електроніка.- № 544. - 2002.- С. 24-28.
Результати дисертації додатково висвітлені в таких працях:
8. Блинова Н.К., Калиниченко И.А., Яцук Л.П. Методика расчета характеристик двумерной волноводно-щелевой решетки с учетом взаимной связи щелей // Тезисы докладов Всесоюзн. научн.-техн. симпозиума “Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств“.- М.: Радио и связь. - 1986. - С. 91-92.
9. Блинова Н.К., Яцук Л.П. Расчет волноводно-щелевых решеток с диэлектрическим заполнением щелей // Тезисы докладов Всесоюзн. научно-техн. конф. НТОРЭС им. А.С. Попова “Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных систем СВЧ на объемных интегральных схемах (ОИС)”. - М.: Радио и связь. - 1989. - С. 111.
10. Блинова Н.К., Горобец Н.Н., Жиронкина А.В., Катрич В.А., Лященко В.А., Пенкин Ю.М., Яцук Л.П. Проблемы расчета и оптимизации слабовыступающих антенн // Тезисы докладов I-ой Всесоюзн. научно-техн. конф. "Проблемы совершенствования радиоэлектронных комплексов и систем обеспечения полетов". - 1989.- Киев: КИИГА. - 1989. - С. 150.
11. Яцук Л.П., Блинова Н.К. Методика расчета внутренних и внешних характеристик волноводно-щелевых решеток конечных размеров // Тезисы докладов Всесоюзн. научно-техн. конф. "Фазированные антенные решетки и их элементы: автоматизация проектирования и измерений". Казань: КАИ. - 1990. - С. 151.
12. Яцук Л.П., Блинова Н.К., Жиронкина А.В., Катрич В.А. Влияние отражающей нагрузки в волноводе на характеристики многощелевых систем и одиночных крестообразных щелей. //Материалы 5-ой Крымской конференции "СВЧ-техника и спутниковые телекоммуникационные технологии". Севастополь: Предприятие “Вебер”.- 1995.- -С. 378-381.
13. Яцук Л.П., Блинова Н.К., Жиронкина А.В. Линейная система X-щелей в волноводе с произвольной отражающей нагрузкой. // Материалы 7-ой Международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии".-Том. 2. – Севастополь: Предприятие “Вебер”.- 1997. - С. 502-503.
14. Yatsuk L.P., Blinova N.K., Zhironkina A.V. Influence of Reflectiong Loading on the Polarization Properties of Cross-Like Slots in a Waveguide // Proc.Internacional Conf. on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. -Vol. 2. – Kharkov (Ukraine) - 1998. - P. 586-588.
15. Блинова Н.К., Жиронкина А.В., Яцук Л.П. Поляризационные свойства волноводно-щелевой антенны с отражающей нагрузкой на конце. Теория, эксперимент // Материалы 8-ой Международной конф. "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии". -Том. 2. - Севастополь: Предприятие “Вебер”. - 1998. - С. 498-499.
16. Blinova N.K., Zhironkina A.V., Yatsuk L.P. Successive Approximation Method for the Linear System of Double Longitudinal Slots in a Rectangular Waveguide // Proc.International Conf. on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. -Vol. 2. – Kharkov (Ukraine) - 2000. - P. 485-487.
17. Блинова Н.К., Яцук Л.П. Частотно-селективные волноводно-щелевые излучатели // Материалы 11-ой Международной конф. "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии". - Севастополь: Предприятие “Вебер”.- 2001. - С. 385-386.
