Введение к работе
Актуальность' проблемы. Широкое использование в технике сверхвысоких частот (СВД) различного вида волноводных расширений и разветвлений в качестве фильтров СВЧ, вы со ко добротных резонаторов СЬЧ приборов, волноводных переключателей и преобразователей типов волн, специальных устройств антенно-фидерных трактов и т.д. - объясняет повышенный интерес К НИИ.
В настоящее время строгому решению задач о рассеянии электромагнитных волн в волноводных разветвлениях различного поперечного сечения посвящено значительное число работ. Подробно исследованы вопросы, связанные с квазисобственными колебаниями (с потерями на излучение) в таких структурах. Еместе с тем, полный анализ электродинамических свойств таких структур к настоящему времени отсутствует. Малоисследованным остается вопрос о возможных собственных (неизлучающих) колебаниях, областях их существования и взаимосвязи со всеми возмоашыми классами резонансов волноводных расширений и разветвлений.
Перспективным является использование волноводных разветвлений" с диэлектрическим и магнитодиэлектрическим заполнением для неразрушающего измерения электромагнитных характеристик заполни- :, ющего вещества. Б настоящее время подавляющее большинство измерительных приборов - это разрушающие средства измерений. Однако, производство новых высококачественных и дорогостоящих материалов (лейкосапі|ира, искусственного рубина,ряда марок феррита и др.), а так.ке изделий на их основе (основания (подложки) полосковых линий и интегральных схем СБЧ, диэлектрические резонаторы, t циркулягоры и т.д.) требуют .измерения электромагнитных параметров
без их разрушения. С этой точки зрения очевидными преимуществами обладают нераэрушающие методы измерения. Тем не менее, существующие нераэрушающие методы и средства измерений обладают, большей частью, сравнительно невысокой точностью измерения диэлектрической, магнитной проницаемости и потерь материалов, низкой чувствительностью к их изменению, не позволяют проводить измерения материалов с анизотропией электрических характеристик.' Целью работы является:
а) проведение расчета резонансных частот и добротности соб
ственных электромагнитных Н -колебаний в цилиндрических водно вод
ных расширениях и разветвлениях;
б) классификация и определение спектра возможных собственных
колебаний в исследуемых структурах, заполненных веществом;
в) разработка эффективных численных алгоритмов и комплекса
программ для анализа на ЭВМ резонансных частот, добротности и
распределения электромагнитных полей в исследуемых структурах в
зависимости от их геометрических и электродинамических параметров;
г) разработка методики неразрушающего измерения и контроля
физико-геометрических характеристик материалов;
д) создание устройств на основе цилиндрических волноводных
разветвлений для неразрушающего измерения и контроля диэлектри
ческих и магнитодиэлектрических материалов.
Научная новизна полученных результатов. Научная новизна данной работы заключается в применении известного метода с новым представлением электромагнитного поля в области связи волноводных разветвлений и получении на его основе решений ряда электродинамических задач, разработке эффективных численных алгоритмов, получении с их помощью новых физических результатов и испольэова-
4 .
ний исследованных физических явлений при разработке новых устройств для неразруїлающего измерения электромагнитных характеристик материалов.
Положения и выводы, выносимые на защиту:
1. Численный алгоритм для расчета резонансных частот, доб
ротности и распределения электромагнитных полей в аолноводных
расширениях и разветвлениях на основе МЧО с представлением поля
.в области связи волноводов в виде суперпозиции полей парциальных
волноводов обладает быстрой внутренней сходимость», легко реализуем на ЭШ, характеризуется высокой степенью' точности одномодо-вого приближения.
-
Электродинамический и численный анализ спектра собственных колебаний цилиндрических волноводных расширений и разветвлений в зависимости от геометрических размеров и электромагнитных характеристик заполняющего вещества.
-
Методика измерения параметров материалов отличается простотой, нераэрушающим характером и позволяет:
измерять локальные параметры диэлектриков и магнитодиэлектри-ков;
определять направления осей эллипсоида диэлектрической проницаемости одноосных анизотропных кристаллов;
контролировать анизотропию свойств диэлектрической проницаемости материалов.
4. 11а основе проведённых теоретических и экспериментальных
исследований разработаны конструкции устройств для неразрушаю-
щёго измерения локальных параметров диэлектрических и магнкто-
диэлектрических материалов, которые характеризуются:
а) измерительные устройства на аксиально-симчетричном типе
колебания:
возможностью измерения и контроля параметров массивных образцов;
высокой чувствительностью к изменению диэлектрической и магнитной проницаемости;
малой погрешностью измерения 1 и Ji в широком диапазоне их изменения;
б) измерительные устройства на несимметричном типе колебания:
высокой чувствительностью к анизотропии электрических свойств исследуемого материала;
способностью обнаруживать локальные неоднородности.
Практическая ценность работы.
-
На основе теоретических и экспериментальных исследований получены новые физические результаты, которые могут быть использованы при разработке приборов для неразрушающего контроля и измерения электромагнитных характеристик материалов, а также при конструировании резонаторов, (фильтров и других элементов СВЧ тракта.
-
Создан пакет прикладных программ на алгоритмическом языке ФОРТРАН 1У для расчета резонансных характеристик цилиндрических болнободных расширений и разветвлений.
3..Изготовлены устройства, позволяющие с высокой точностью измерять параметры диэлектриков, магнитодиэлектриков и контролировать анизотропию свойств диэлектрической проницаемости анизотропных материалов.
Практическая значимость результатов подтверждена и* непосредственным использованием в промышленном производство, что
отражено в соответствующих актах о внедрении. Разработанные измерительные устройства в настоящее время используются: в НИИ Приборостроения {г.Жуковский) для измерения параметров керамических подложек гибридных интегральных схем СВЧ; на заводе измерительной аппаратуры "Вуревесгник" НПО "Квант" (г.Киев) для контроля параметров ферритошх образцов, используемых в V -циркулято-рах.
Обоснованность и достоверность основных результатов следует из адекватности используемых моделей реальным физическим объектам, применения математически корректных методов к решению задач, выполнения предельных переходов (аналитических и численных) к известным ранее результатам. Основные результаты теоретических исследований подтверждены экспериментальными исследованиями.
Апробация работы и публикации.
Материалы диссертационной работы обсуждались и докладывались на следующих семинарах и конференциях:
Всесоюзном семинаре "Волноводные системы и устройства" (г.Днепропетровск, 1984 г.);
IX Всесоюзном семинаре "Решение внутренних краевых задач электродинамики" (г.Ростов-на-Дону, 1986 г.);
- УІ Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и средства
измерений электромагнитных характеристик материалов на ВЧ и СВЧ"
(г.Новосибирск, 198? г.);
- научно-технических конференциях радиофизического факультета
Харьковского госуниверситета (г.Харьков, 1984-1990 гг.) и опуб
ликованы в 10 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она содержит 135 страниц, в ток числе:
90 страниц основного текста; 36 рисунков; б таблиц; список литературы на 13 страницах из 125 наименований.
Похожие диссертации на Собственные электромагнитные Н-колебания в цилиндрических волноводных расширениях и разветвлениях и их использование для измерения электромагнитных характеристик материалов
