Досліджено точність та спроможність числових алгоритмів, розроблених на базі методу геометричної та фізичної оптики (ГО/ФО) та методу кінцевих різниць у часовій області (FDTD) щодо точного опису електромагнітних властивостей двовимірних напівеліптичних діелектричних лінз з невеликими хвильовими розмірами, що є ключовими елементами сучасних компактних діелектричних лінзових антен (ДЛА) для систем мілімітрового та субміліметрового діапазонів довжин хвиль. Як еталонний використовується метод граничних рівнянь типу Мюллера (ГІРМ), що забезпечує контрольовану точність числового розв'язку задачі дифракції електромагнітної хвилі на діелектричному циліндрі довільного поперечного перерізу. Числові результати одержані для обох поляризацій і стосуються характеристик фокусування та формування хвильового пучка напівеліптичними діелектричними лінзами, виготовленими з рексоліту, кварцу та силікону. Особливу увагу приділено резонансним явищам усередині лінзи.

Исследована точность и применимость численных алгоритмов, основанных на методах геометрической и физической оптики (ГО/ФО), методе конечных разностей во временной области (FDTD) для анализа электромагнитных свойств двумерных полуэллиптических линз с небольшими волновыми размерами, которые являются ключевыми элементами современных интегрированных линзовых антенн в системах милиметрового и субмилиметрового диапазонов длин волн. Эталонное решение получено методом граничных интегральных уравнений типа Мюллера, которые обеспечивают контролируемую точность численного решения задачи дифракции электромагнитных волн на диэлектрическом цилиндре произвольного поперечного сечения. Численные результаты получены для обеих поляризаций и касаются характеристик полей в ближней и дальней зонах полуэллиптических линз, изготовленных из рексолита, кварца и силикона. При анализе особое внимание уделяется резонансным явлениям в середине линзы.

The aim of the paper is to assess the accuracy and relevance of numerical algorithms based on FDTD and a combination of Geometrical and Physical Optics (GO/PO) principles for the analysis of reduced-size dielectric lenses used in integrated antennas for mm and sub-mm wave applications. As a benchmark solution, we use the Muller's boundary integral equations (IE) discretized with the trigonometric Galerkin scheme that has guaranteed and fast convergence as well as controllable accuracy. The lens cross-section is chosen typical for practical applications, namely an extended hemiellipse whose eccentricity satisfies the GO focusing condition. The analysis concerns homogeneous lenses made of rexolite, quartz, and silicon with a cross-section size varyingbetween 3 and 20 wavelengths in free space. We consider the problem in 2-D formulation. The lens is excited by either a plane wave or a line current in receiving or emitting modes, respectively. Both E- and H-polarizations are considered. The comparison characteristics are extracted from both near- and far-field analysis.

Індекс рубрикатора НБУВ: З845.74-01

Рубрики:

Діелектричні хвилеводи

Шифр НБУВ: Ж15835 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Досліджено електромагнітні властивості двовимірної моделі подовженої напівеліптичної діелектричної лінзової антени (ДЛА) з метою з'ясувати ефективність формування високоспрямованої діаграми випромінювання. Особливістю дослідження є точне врахування ефектів, пов'язаних зі скінченними хвильовими розмірами діелектричної лінзи та спрямованим характером випромінювання первинного джерела. Це досягається завдяки використанню високоефективного числового алгоритму, що базується на методі граничних інтегральних рівнянь типу Мюллера у поєднанні з методом аналітичної регуляризації. Показано, що поняття "рівня освітлення краю", відоме для рефлекторних антен, може бути визначено і для ДЛА, а вірний вибір величини цього параметра є ключовим для формування високоспрямованої діаграми випромінювання.

Розглянуто задачі розсіювання плоских хвиль і хвильових пучків на гладких діелектричних циліндрах довільного поперечного перерізу, що моделюють діелектричні антени (ДА). Для розв'язку цих задач застосовано методи межових інтегральних рівнянь (ГІР), а саме: метод елементарних ГІР з методом аналітичної регуляризації і метод ГІР Мюллера. Суть методів полягає у представленні поля у вигляді поверхневих потенціалів по контуру розсіювача: просторового або подвійного шару для елементарних ГІР та їх комбінації для ГІР Мюллера. На підставі результатів вивчення властивостей алгоритмів на базі зазначених методів показано, що метод ГІР Мюллера є більш ефективним для аналізу ДА, оскільки має кращу збіжність та гарантує єдиність розв'язку у всіх точках. Для елементарних ГІР збіжність розв'язку гарантується скрізь, крім малих околиць дискретної безлічі дефектних точок (дефект методу є загальним для всіх елементарних ГІР і пов'язаний з втратою єдинності розв'язку на спектрі власних значень внутрішньої задачі Діріхле). Запропоновано засіб боротьби з дефектом, що дає змогу розпізнавати помилкові резонанси та проводити інтерполяцію у недоступній області без втрати фізичних резонансів. Спрямований характер поля випромінювача враховується за допомогою поля комплексного джерела як падаючого. Досліджено можливості підвищення коефіцієнта спрямованості антен за допомогою діелектричної лінзи Люнебурга, стрижневої ДА й еліптичної лінзової ДА. Проведено числові розрахунки з вибору оптимальних параметрів опромінювача та геометрії лінзи, а також частотного аналізу характеристик поля. З урахуванням хвильових ефектів надано ряд рекомендацій щодо