“ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ” N 6, 2012

оглавление

УДК 621. 372. 852

РЕЗОНАНСНОЕ ДИФРАКЦИОННОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ВОЛН В СТУПЕНЧАТО-НЕОДНОРОДНЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ

А. К. Малышкин, Ю. А. Пирогов

физический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова,

кафедра фотоники и физики микроволн

Получена 14 июня 2012 г.

 

Аннотация. В миллиметровом диапазоне волн исследованы электродинамические характеристики осесимметричных диэлектрических стержней с периодически возмущенной поверхностью и шагом неоднородности, большим длины волны. Показано, что высокий коэффициент передачи волновой энергии в области резонансных максимумов на частотных спектрах систем определяется эффектом резонансного дифракционного преобразования волн на ступенчатых неоднородностях.

Ключевые слова: дифракционное преобразование волн, миллиметровый диапазон, сверхразмерные периодические структуры, осесимметричный диэлектрический стержень.

Abstract. Electrodynamic characteristics of axial symmetric dielectric bars with periodical disturbed surface and bigger wavelength step were investigated in millimeter wave range. It was shown that high wave energy transmission coefficient in resonance maxima on the frequency spectra of the systems is defined by resonance diffraction transformation of waves on step non-uniformities.

Keywords: diffraction wave transformation, millimeter waves, super-side periodical structure, axial symmetric dielectric bar.

Введение

Интерес к исследованию дифракционных характеристик периодических структур и неоднородностей волноводных трактов вызван рядом полезных эффектов, которые находят свое применение в конкретных приборах и устройствах миллиметровых волн - фильтрах, диплексерах, замедляющих структурах. К ним можно отнести эффекты преобразования волн в частично заполненных волноводах, в уголковых и ступенчатых волноводных неоднородностях, в соосных сочленениях круглых волноводов с  разным сечением. При этом существует возможность достижения полного или близкого к полному режима резонансного дифракционного преобразования одной волны в другую [1, 2].

Обычно рассматриваются периодические структуры с периодом, много меньшим или много большим длины волны, а случай неоднородностей, сравнимых с длиной волны, оказывается почти неизученным. Строгая теория таких систем требует чрезмерно большого вычислительного ресурса и потому их экспериментальное изучение представляется актуальным.

 Результаты измерений и анализ волн в исследованных образцах

В экспериментах, проведенных по методике [34],  были экспериментально исследованы тефлоновые (e = 2,05) стержни диаметром d с крупноразмерной периодической структурой, представляющей собой цилиндрические секции с различными внешними диаметрами D (рис. 1). Стержни отличались также диаметром узкого участка d, его длиной и шагом периодики b, который выбирался из расчета b>l.


 

Рис. 1.  Исследуемая осесимметричная диэлектрическая структура.

Стержни возбуждались через боковую стенку секции меньшего диаметра d при помощи диэлектрического волновода 1 (рис. 2). Целью являлось возбуждение максимального количества секций по длине диэлектрического образца.

Рис. 2.  Схема поперечного возбуждения образца диэлектрическим волноводом.

 

В стремлении уменьшить потери энергии на излучение была применена частичная металлизация поверхности секций с диаметром D. Возбуждающий (1) и приемный (2) волноводы располагались в наклонном положении под углом a к структуре; оптимальный угол возбуждения a изменялся в пределах 80-900 к продольной оси образца в зависимости от параметров структуры. Таким образом, оптимальные условия возбуждения колебаний в таких структурах соответствуют весьма малым углам отклонения (0-100) волнового вектора  возбуждающей волны от нормали к структуре.

В диэлектрическом стержне с параметрами D = 16 мм, d =