Введение к работе
Актуальность темы диссертации.. Значительный теоретический а прикладной интерес, для радиофизики представляют задачи, сводящиеся к краевым задачам электродинамики со смешанными граничными условиями. В первую очередь, это исследование полей в пленарных структурах: линиях передачи для интегральных схем и дифракционных решетках. Актуальность этих задач в настоящее время связана с необходимостью освоения мм- и субмм-диапазонов; проблемами комплексной миниатюризации СВЧ радиоаппаратура на базе интегральных схем. При этом часто требуется уточнение физических моделей плаиарных структур, например, учет неидеальней проводимости поверхностей, конечной толщины металлических полосок, более сложных геометрических- конфигураций.
Большой практический интерес в связи с проблемами антенных измерений и электромагнитной совместимости представляет также задача расчета полей антенн в ближней и средней зонах.
Это требует дальнейшего развития методов решения задач электродинамики. В частности, для перечисленных задач перспективны методы,, основанные на сведении электродинамической!задачи к систе-г ме парных сумматорных или интегральных уравнений.
Представляется весьма актуальным развитие методов парных уравнений для математического моделирования линий передачи в интегральных схемах СВЧ. Следует сказать, что для названных задач разработаны различные методы и накоплен значительный расчетный материал. В то асе время практические потребности удовлетворяются здесь пока не полностью.
Наибольшее распространение для расчета электродинамических характеристик-полосковых линий передача получили методы интегральных уравнений. Эти методы в наибольшей степени удовлетворяют требованиям строгости и универсальности, однако требуют больших затрат ресурсов ЭЛ. Нроме того, большую проблему при использовании методов интегральных уравнений представляет контроль точности получаемых результатов, поскольку, если'не принять соответствующих мер, в процессе расчета на ЭВМ может произойти накопление погрешностей округления, приводящее к вычислигельной неустойчиаостп и фиктивному результату, не имеющему, физического смысла.
Поэтому разработка новых алгоритмов повышенной эффективности яеляется весьма актуальной.
Большой научща интерес .'представляє? изучение физических яв-
. лений в'дифракцио'нных решетках в .случае учета. .погло.щенпя,'В тео
рий ленточных дифракционных решеток э.ти-вопросы рассматривались'
лишь для'.волн в диапазоне ^фракрасного излучения.. Тем временем,
такие тшриоди'ческие отражательные' струятуры, как гребенки и. гоф
ры, зарекомендовали себя высркйа^федтййиыи средством уменьшения
тепдоіііх потерь в. круглих.еолнраодах.дишідндріческюс резонато
рах миллиметрового диапаЗад.- ^иэ^ческ^ю-оснсву іаі;ой возможнос
ти .составил эффект аярмалькр малого-аатуханойг-Известно такга,
что Для. дер^АХчесКих'сїрум^ аномально
Оольшого поглощений-, то'єсіь'^оглодєнияі. существенно/большего,: чем в гладкой,поверхности Ив' этого.'же матзр-иада. Это. дает-основания для- целенаправленного, поиска прдобных; эффектов в.плоских ленточных рёшеткЗх'с неидеал^ной-проводимостью айверхносіей.\ .
Для решения названной вмодзадачиі кроме ностроения физичес
кой .'модели^ необходимо танлсё соварйенстдаованйз методов решения
систем йарныХ'^ущаторных.урави;ейй^ с целые охвата .решеток более
сложных конфж,урациіі\яри.і^да^ьннх зет^атах машинных ресурсов
и высоко* т.оч1гостд:{окончательного^' результата»' .' ' '.' '*
Бьютрое.-расіайрение ой^айтей приложения радиоэлектроника- приводит к негі&ходиМЬста обйсаечендо'сЬшес.тной работы/различиях радиосистем-при уровне.црмех,. не' фе.вышащем.допустшой'вёличинь} -' пробл.еме;.рлектршагнигной совместимости. Это особенно сущеотвенло в условиях, ограниченного Объема пространства (самолеты-, корабли 'и т.д-.).\В решении этой, проблемы .значительную'роль иґраш; анти&п; Лиэ.гшу-большое- значение' Приобретает .задана теоретического исследования ближних полей- различных типов антекн','в#частности, рупск
BOB'.. . - .';' .'..:.- - ' ' .'
Л,А. Вайнштейном была.точно .аналитически.решена задача' об излучении-из открытого-ко^Ца круглого и плоского полубеоконёчного волноводов»- Однако'указанные- структури-являются слишком грубыми моделями', реальных'.".антвнн; -воэтрму- применение' этих строгих решений к задачам-ан?еиной'техники ограничено.
Допью диссертационной- работьі- является ' -
разработке специальных- мет одов парн&х уравнений для- вада? электродинамики С'ВЧ и теорий аніге'нк и исследование при помощи пнх методов физических свойств квази-Т -волн в различная моди-
фккациях макронолссковых лелей, характеристик поглощения в дифракционных решетках с неидеально проводящими поверхностями, излучения рупсрнмх антенн в блпглзй зоне.
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:
1. Построены высокоэффективные метода решения электродинами
ческих задач со смешанными граничными условиями:
вариант метода иеортогонпльшх рядов, основанный на разложения искомого собственного колебания по системе специальных функций, определяемых как решение счетного множества ключевых крае-г-нх задач п построенных аналитически путем решении систем парних сумматорных уравнений методе*!- задачи Римада-Гильберта;
численный метод дискретизации для решения систем.парных сумматорных уравнений с тригонометрическими функциями;
аналитическое решение-задачи рб излучении рупорной антенна с использованием методов парных интегральных уравнений.
2. 11а основе разработанных методов исследованы процессы рас
пространения и дифракции волн в таких радиофизических системах,
как
линии передачи для интегральных схем СВЧ, в частности, по-лосковая линяя с полной лицевой связью;
планаріше дифракционные решетки с-неидеальной проводимостью;
планарнне дифракционные решетки с конечной толщиной плос-тпн;
рупорные антенны.
3. Выявлен ряд физических особенностей'волновых электромаг
нитных полей в рассматриваемых системах, в частности, эффект ре
зонансного поглощения в плоских ленточных решетках с неішеольиой
проводимостью, заключающийся в том, что мощность поглощения в
узком диапазоне частот резко возрастает и в десятки раз превыша
ет мощность поглощения в гладкой поверхности из того же матери
ала .
Практическая ценность работы.
I. Методч и алгоритмы решения задач электродинамики, разработанные в данной работе, положены в основу программ машинного расчета СЗЧ-элементов. Эти программы апробированы в инженерной пса*-
тике; их использование позволило улучшить технические характеристики устройств и сократить объем экспериментальных исследований.
2. Полученные результаты позволили спроектировать ряд СВЇ-устройств с улучшенными техническими характеристиками, таких как
СЕЧ-фильтр в микрополосковсм исполнении;
3-дБ направленный ответвитель;
открытый квазиоптический резонатор с улучшенной селекцией мод.
Основные положения и выводы, выноскмые на защиту:
-
Модифицированный метод неортогональных рядов для решения краевых задач электродинамики, в котором системы базисных неортогональных функций вводятся как решения семейств специальных краевых задач для области более простой формы, чем рассматриваемая. Базисные функции вычисляются по методу задачи Римана-Гильберта.
-
Результаты исследования с помощью метода неортогснальшх рядов характеристических сопротивлений симметричной и антиоише-тричной мод микрополосковой лішии с полной лицевой связью. Приложение результатов к. проектированию направленных ответвлтелей
с улучшенными техническими характеристинаш.
3. Высокоэффективный численный метод дискретизации Для реше
ния систем парных сумматорных уравнений с тригонометрическими
функциями. Апробация метода на тестовых дифракционных задачах.
. 4. Результаты исследования при помощи метода численной дискретизации потерь в ленточной решетке, расположенной над плоской металлической поверхностью.
-
Эффект резонасного поглощения а таких решетках и приложение его к фильтрации мод в открытых квазиодтических резонаторах.
-
Результаты исследования в ближней и средней зонах полей рупорных антенн в Е-плоскости. Расчет, основанный на применения парных интегральных уравнений в интегралах Конторовича-Лебедева.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на: .
Всесоюзной научно-технической конференции "Объемные интегральные схемы СВЧ" (г. Севастополь, 1966 г.);
н'і>чііо-техничєской конференции "Проблемы математического
моделирования, проектирования и реализации РЭА СВЧ на объемнгх интегральных схемах (г. Москва, 1987 г.);
- областной школе-семинаре "Повышение надежности, качества и
быстродействия РЭА на основе объемных интегральных схем СВЧ"
(г. КуМышев, 1987 г.); .
-школе-семинаре "Теория и математическое моделирование- объемных интегральных схем СВЧ" {г, Телаяи, 1980 г.);
семинаре "Объемные интегральные схемы и приемные устройства СВЧ диапазона" (г. Севастополь", 1969 г.);
семинаре МГП ВНТСРЭС им. А. Попова "Объемные интегральные схемы СВЧ" (г. Москва, 1990 г.);
Всесоюзной школе-семинаре "Математическое моделирование, САПР и конструкторско-технологическре проектирование ОИЗ СВЧ и НБЧ диапазонов" ( г. Тула, 1990 г.);-
Республиканской научно-технической конференции "Перспективы развития и применения автоматизированной радиодзмерительной аппаратуры (г. Минск, 1990 г.);
1У Всесоюзной научно-технической конференции 'Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных и вычислительных систем СВЧ и КВЧ на объемнвх интегральных схемах" (г. Волгоград, 1991 г.);
Л Международном симпозиуме- "Методы дискретных особенностей в задачах математической физики" (г. Харьков, 1993 г.;
ХХІУ Генеральной. Ассамблее ilRSI (Япония, 1993 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в одиннадцати печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и двух приложений. Она содержит. 79 страниц основного текста, 45 иллюстраций, список литературы из 77 наименований на 9 страницах.
