Предложены функции распределения магнитного тока в узкой прямолинейной щели, позволяющие распространить метод наведенных магнитодвижущих сил на электрически длинные щели в стенках волноводов. Проведен анализ характеристик продольных щелей в широкой стенке прямоугольного волновода в сравнении с результатами других авторов и экспериментальными данными.

Теоретически и экспериментально исследованы диаграммы направленности, коэффициенты направленного действия, коэффициенты усиления и частотные характеристики электрически длинных продольных щелей, прорезанных в широкой стенке конечной толщины прямоугольного волновода. Исследованы зависимости характеристик направленности щелевых антенн от геометрических размеров щелевых излучателей, их расположения в стенке волновода и геометрических размеров волновода. Расчеты проведены в одно- многомодовом режимах работы волновода.

Методом магніторушійних сил досліджено довгі поздовжні щілини, прорізані в широкій стінці прямокутного хвилеводу. У числових розрахунках враховано товщину стінки хвилеводу. Комп'ютерний аналіз показав можливість оптимізації енергетичних характеристик антен витікаючої хвилі на основі довгих поздовжніх щілин.

Методом наведенных магнитодвижущих сил решена задача об излучении электромагнитных волн системой поперечных щелей, расположенных в широкой стенке конечной толщины прямоугольного волновода. Представлены расчеты пространственно-энергетических характеристик линейных многощелевых нерезонансных антенных решеток вытекающей волны. Проведено сравнение численных результатов, полученных методом Галеркина, с экспериментальными данными.

За допомогою узагальненого методу наведених магніторушійних сил досліджено діаграми та коефіцієнти спрямованості, коефіцієнти підсилення та частотні характеристики електрично довгих поздовжніх щілин, прорізаних у вузькій стінці прямокутного хвилеводу скінченної товщини. Досліджено залежності характеристик випромінювання щілинних антен від геометричних розмірів щілинних випромінювачів і величин діелектричних проникностей діелектриків, що заповнюють порожнину щілини та зовнішній простір. Розрахунки проведено в одно- та багатомодовому режимах роботи хвилеводу.

Исследованы характеристики узкой продольной щели, расположенной над диэлектрической вставкой конечной длины, полностью заполняющей поперечное сечение прямоугольного волновода. Найдено магнитное поле, возбужденное этой щелью в диэлектрической вставке непосредственно под щелью. Численно исследованы внутренняя проводимость щели и ее энергетические параметры.

В строгой самосогласованной постановке решена задача об излучении электромагнитных волн в однородную изотропную среду системой комбинированных волноводно-щелевых излучателей в широкой стенке прямоугольного волновода. Исследовано пространственное распределение интенсивности ближнего поля в полубесконечной материальной среде с электрофизическими параметрами, соответствующими некоторым тканям человека.

Розв'язано задачі збудження та випромінювання електромагнітних хвиль щілинами довільної довжини, системами щілинних випромінювачів в одно- та багатомодовому прямокутних хвилеводах. Запропоновано й обгрунтовано методику визначення розподілу електричного поля в щілині, яка базується на використанні обмеженої кількості тригонометричних базисних функцій в методі Гальоркіна. Розв'язано задачу збудження поздовжньою щілиною хвилеводу з діелектричною вставкою скінченної довжини у випадку її розташування під щілиною. Апроксимація струму в щілинах функціями, які одержані асимптотичним методом усереднення, дозволила значно знизити порядок системи лінійних алгебричних рівнянь в методі наведених магніторушійних сил, а також застосовати його для розрахунку й оптимізації характеристик багатоелементних систем витічної хвилі, багаточастотних решіток на багатомодовому хвилеводі, двовимірних хвилевідно-щілинних решіток.

Індекс рубрикатора НБУВ: З845.722

Рубрики:

Прямокутні хвилеводи

Шифр НБУВ: Ж15835 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Приведено решение обобщенным методом наведенных электродвижущих сил задачи о возбуждении электромагнитных волн системой вибраторов с переменным распределенным поверхностным импедансом в свободном пространстве. В качестве примера приведены характеристики трехэлементной антенны Яги - Уда для различных длин вибраторов, типов распределенного импеданса и законов его изменения по длине вибраторов.

Приведены результаты аналитического обзора литературных источников по вопросу использования импедансного подхода в решении краевых задач электродинамики за 75-летний период после формулировки М. А. Леонтовичем импедансных граничных условий (ИГУ) для электромагнитного поля на поверхности проводящего тела. За этот период импедансный подход был обобщен на широкий круг электродинамических задач, в которых его использование позволило значительно расширить пределы математического моделирования, адекватно учитывающего физические свойства реальных граничных поверхностей. Поэтому методологически важно систематизировать опыт многих авторов по применению такого подхода. Проанализированы пределы и условия корректного применения ИГУ и приведены типы металлодиэлектрических структур, для которых в настоящее время известны методы теоретического определения значений поверхностных импедансов. Уделено внимание характеристикам поверхностей структур пленочного типа и электрически тонких импедансных вибраторов.

Изучена теория щелевых излучающих структур. Приведены методы расчета электродинамических характеристик. Рассмотрены приближенные аналитические методы решения интегральных уравнений для магнитного тока в щелевых излучателях и отверстиях связи. Показано, что при наличии узкой продольной щели (цилиндра с небольшим раскрывом) и расположении параллельного к ребру раскрыва магнитного диполя под углом, близким к φ ≈ 90°, влияние электрически длинной продольной щели на характеристики направленности диполя практически не сказывается. Построена математическая модель, которая позволила впервые применить электродинамический метод расчета многочастотных волноводно-щелевых решеток с произвольной длиной щелевых элементов в подрешетках, в том числе с комплексированной апертурой, на базе многомодовых волноводов. Выяснено, что при создании многочастотных щелевых решеток на базе многомодового волновода и выборе параметров щелевых излучателей в подрешетках необходимо учитывать дисперсионные свойства волновода. Исследовано, что в волноводно-резонаторно-щелевых решетках с секционированной апертурой взаимное влияние между щелью связи и излучающими щелями приводит к сильной зависимости излучаемой мощности, коэффициента отражения, амплитудно-фазового распределения поля в решетке от положения щелей связи и излучающих щелей в стенках резонаторов, образующих ее апертуру. Разработана математическая модель расчета характеристик многоэлементных решеток с наклонными щелями в узкой стенке прямоугольного волновода, позволившая впервые рассчитать волноводно-щелевую решетку со щелями различной длины и с различными величинами вырезов в широкой стенке волновода при произвольных ориентации каждой из щелей и расстоянии между ними.

В общей постановке сформулирована задача возбуждения электромагнитных волн системой материальных тел конечных размеров, находящихся в произвольном электродинамическом объеме. С использованием концепции распределенного импеданса задача сведена к двумерным интегральным уравнениям относительно поверхностных электрических токов на материальных телах. Сделан физически корректный переход от полученных интегральных уравнений к системе одномерных уравнений для токов в тонких импедансных вибраторах, в общем случае с нерегулярными по длине электрофизическими и геометрическими параметрами. С применением обобщенного метода наведенных электродвижущих сил найдено решение этих уравнений для системы из 2-х вибраторов с переменным поверхностным импедансом в прямоугольном волноводе. Представлены результаты численных и экспериментальных исследований электродинамических характеристик рассматриваемой структуры.

Отмечено, что исследование и оптимизация электродинамических характеристик сочленений прямоугольных волноводов, широко используемых в антенно-волноводных устройствах, являются важными для практических приложений. На основании приближенного аналитического решения системы уравнений для токов обобщенным методом наведенных электромагнитодвижущих сил построена математическая модель для дифракционных полей Е-плоскостного Т-образного сочленения прямоугольных волноводов, имеющих вибраторно-щелевую структуру связи. Особенностью модели является одновременный учет переменного вдоль оси монополя поверхностного импеданса и постоянного импеданса, распределенного на торце внешнего полубесконечного волновода. Проведены многопараметрические исследования энергетических характеристик Т-сочленения в диапазоне одномодового режима работы волноводов. Показана возможность эффективного использования импедансного монополя в качестве управляющего элемента деления мощности в заданных пропорциях между выходными плечами сочленения.

Зазначено, що дослідження й оптимізація електродинамічних характеристик зчленувань прямокутних хвилеводів, які широко використовуються в антенно-хвилевідних пристроях, є важливими для практичних застосувань. На основі наближеного аналітичного розв’язку системи рівнянь для струмів узагальненим методом наведених електромагніторушійних сил, побудовано математичну модель для дифракційних полів Е-площинного Т-подібного зчленування прямокутних хвилеводів, які мають вібраторно-щілинну структуру зв’язку. Особливістю моделі є одночасне врахування змінного уздовж осі монополя поверхневого імпедансу й постійного імпедансу, розподіленого на торці зовнішнього напівнескінченного хвилеводу. Проведено багатопараметричні дослідження енергетичних характеристик Т-зчленування в діапазоні одномодового режиму роботи хвилеводів. Показано можливість ефективного використання імпедансного монополя як керуючого елемента розподілу потужності в заданих пропорціях між вихідними плечима зчленування.

Rectangular waveguide junctions are widely used in antennas and waveguide devices, therefore studying of their electrodynamic characteristics is important for practical application. Mathematical model of diffraction fields for E-plane T-junction of rectangular waveguides with a vibrator-slot coupling structure was built using the approximate analytical solution of the equations system for the currents by the generalized method of induced electro-magneto-motive forces. The model is characterized by the variable surface impedance on the monopole and constant surface impedance, distributed over the end wall of the semi-infinite waveguide. Multi-parameter studies of energy characteristics for the T-junction in the wavelength range of single-mode waveguides were carried out. The possibility of effective use of the impedance monopole as a control element for power dividing between the output shoulders of the junction in predetermined proportions has been shown.

Изучение особенностей воздействия импедансных включений на электродинамические характеристики сочленений прямоугольных волноводов, широко используемых в антенно-волноводных устройствах, является важным для практических приложений. На основании приближенного аналитического решения системы уравнений для токов с помощью обобщенного метода наведенных электромагнитодвижущих сил построена математическая модель Е-плоскостного Т-образного сочленения прямоугольных волноводов, имеющих трехэлементную вибраторно-щелевую структуру связи. Характерной особенностью модели является одновременный учет переменного вдоль осей монополей поверхностного импеданса и постоянного импеданса, распределенного на торце бокового полубесконечного волновода. Проведены многопараметрические исследования энергетических характеристик сочленения в одномодовом режиме работы волноводов, включая случай покрытия торца бокового волновода слоем метаматериала. Проанализирована возможность эффективного использования импедансных покрытий в качестве управляющих элементов деления мощности между выходными плечами волноводного сочленения.

В строгой самосогласованной постановке обобщенным методом наведенных магнитодвижущих сил решена задача об излучении электромагнитных волн из волноводной секции в пространство над идеально проводящей сферой. Излучение реализовано через апертуру узкой щели, прорезанной в торце полубесконечного прямоугольного волновода, в котором размещен проходной резонатор со щелями связи. Численно исследованы электродинамические характеристики щелевого сферического излучателя.

Решена задача дифракции волны основного типа на продольной щели, прорезанной в широкой стенке прямоугольного волновода и излучающей в полупространство над идеально проводящей плоскостью в присутствии пары импедансных вертикальных монополей с произвольными длинами и расположением их оснований на плоскости. Изучены электродинамические характеристики волноводных вибраторно-щелевых структур, позволяющих сформировать поля излучения, как в случае элемента Клэвина, когда по обе стороны от узкой полуволновой щели на установленном расстоянии от центра щели расположены два идентичных пассивных идеально проводящих монополя фиксированной длины. Задача решена обобщенным методом наведенных электродвижущих и магнитодвижущих сил при аппроксимации электрических токов в вибраторах и эквивалентного магнитного тока в щели функциями, полученными асимптотическим методом усреднения. Влияние длин вибраторов и расстояния между ними на характеристики направленности излучения элементов типа Клэвина проанализировано при условии одновременного учета как относительного уровня бокового излучения в Е-плоскости, так и разности ширин диаграмм направленности по уровню -3 дБ в основных плоскостях. Показано, что при изменении электрической длины вибраторов (и/или значений их распределенных поверхностных импедансов) и расстояния между ними можно управлять характеристиками направленности излучателей и изменять в широких пределах их энергетические характеристики (коэффициенты излучения и отражения излучателя, коэффициент направленного действия, коэффициент усиления), обеспечивая при этом низкий уровень излучения в плоскости щели. Полученные результаты могут быть полезны при проектировании как малоразмерных, так и многоэлементных волноводных решеток, излучателями которых являются элементы Клэвина.

Определены условия формирования волны с круговой поляризацией и максимально достижимой амплитудой напряженности поля в заданных направлениях в главных плоскостях наблюдения в дальней зоне, излучаемой наклонным импедансным вибратором, расположенным над прямоугольным идеально проводящим экраном. Для решения трехмерной векторной задачи дифракции поля произвольно ориентированного тонкого импедаисного вибратора на идеально проводящем прямоугольном экране применяется метод равномерной геометрической теории дифракции с использованием асимптотических выражений для электрического тока горизонтального импедансного вибратора с электрической длиной 0,4 ≤ 2l / λ ≤ 0,6. С учетом дифракционных эффектов на кромках экрана рассчитаны углы наклона вибратора, при которых излучается волна с равными амплитудами ортогональных компонент вектора напряженности электрического поля, а также соответствующие им коэффициенты эллиптичности и нормированные квадраты модуля вектора напряженности электрического поля волны как функции угла наблюдения и расстояния между вибратором и экраном. Разработана методика определения угла наклона импедансного вибратора с учетом дифракционных эффектов на кромках экрана конечных размеров, при котором излучается волна с круговой поляризацией. Показано, что путем выбора соответствующих угла наклона и удаления импедансного резонансного вибратора относительно экрана может быть реализовано кругополяризованное излучение с предельно достижимой интенсивностью в заданном направлении в одной из главных плоскостей наблюдения.

Представлено решение комплекса внутренних и внешних задач электродинамики, связанных с развитием теории, построением математических моделей и разработкой строгих методов расчета основных характеристик комбинированных вибраторно-щелевых систем, а также с выяснением физических закономерностей и особенностей формирования электромагнитных полей такими структурами.

Висвітлено розвиток теорії комбінованих вібраторно-щілинних випромінюючих структур, що містять лінійні імпедансні вібраторні і щілинні випромінювачі в електродинамічних об’ємах з імпедансними границями, включаючи багатоелементні системи. Розвинуто числово-аналітичні методи розв’язання інтегро-диференціальних рівнянь для електричних і магнітних струмів у вібраторних і щілинних елементах комбінованих структур, побудовано високоефективні за точністю й швидкістю розрахунків математичні моделі, методи й алгоритми. Запропоновано новий метод імпедансного синтезу антенних решіток. Виявлено нові фізичні закономірності у формуванні електромагнітного поля вібраторно-щілинними структурами у хвилевідних трактах, на сферичних поверхнях, хвилевідних зчленуваннях з імпедансними поверхнями (включаючи покриття з метаматеріалу) і діелектричними вставками, багаточастотними випромінювачами. Визначено умови реалізації випромінювачів з необхідними електродинамічними характеристиками. Одержані результати є основою для розробки і створення нової елементної бази радіоелектронних засобів метрового і мікрохвильового діапазонів, яка дозволяє значно розширити їх функціональні можливості, сприятиме вирішенню проблем забезпечення електромагнітної сумісності, завадозахищеності, селекції сигналів, мініатюризації.