Ферритодиэлектрические волноведущие структуры с электрическим управлением тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Р Г 6 ОД на правах рукописи

' *дп<;

КОМАРОВ ГСрий Алексеевич

УДК 537. 8.029. 6; 621. 372. 8

ОЖРРИТОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИВ ВОЛНОВЕДЩИЕ СТРУКТУРЫ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ

Специальность 01.04.03 - радиофизика

А В-Т О Р Е Ф Е Р А Г (иссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1994

. Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственнс техническом университете, • Научный руководитель: •кандидат технических наук профессор Э. Ф. Зайцев.

Официальные оппоненты: _ ,

доктор технических наук, профессор Б. М.. Лебедь, кандидат технических наук А. О. Фадеев.

Ведущая организация: АО "НПП "Модуль" холдинговой компании "Ленинец" (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится I " лмо. ¿А 1994 г. в 0 часов на В£ седании специализированного совета К 063.38.11 в Санкт-Пете] бургском техническом университете по адресу: 195251, Саню Петербург, Политехническая 29,'2-й учебный корпус ауд. 265,

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной би< диотеке университета. ,

Автореферат разослан I < апреля 1994 г.

Ученый секретарь специализированного

совета, кандидат физико-математических

наук С. Е Загрядский

ФЕРРИТОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЕОЛНОВЕДУЩЯЕ СТРУКТУРЫ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Интенсивное освоение диапазона миллиметровых волн привело к поиску нетрадиционных путей рекенпя проблемы электрического сканирования. Один иг них связан с созданием интегральных фазированных антенны:: решеток (интегральных ФАР) с фэрри-товш управлением. К настоящему времени возможности СВЧ-ферритов далеко не исчерпаны, и на базе планаркых волноведудих ферритодиэ-лектрических структур (ФДС) могут быть созданы совершенно новые устройства, позволяющие по существу применять принципы кнтеграли-зации в новой области радиоэлектроники - технике сканирующих антенн с электрическим управлением положением луча в пространстве. В основе таких интегральных ФАР ледат принцип взаимодействия поля поверхностной волны в открытом феррктодиэлектрическом волноводе с решеткой электрических неодяородностей. Еолноведуаря структура является одним из главных элементов интегральных сканирующих антенн. Данное обстоятельство дополнительно способствует проведению исследований пленарных волноведушлх ФДС с намагниченным ферритом, наличие которого ввиду тензорного характера магнитной проницаемости и гиротрояии Ферригозой среды усложняет как саму постановку, так и методы решения электродинамических зИдач. Анализ подобных ФДС с электрическим управлением позволяет лучше понять волновые процессы в интегральных ФАР и определить физические величина, необходимые для проведения расчета и практической реализация сканирующих антенн нового класса.

Цель работы заключается в изучении электродинамических свойств новых зслноведущкх ферритодиэлектрических структур (ФДС), составляющих основу интегральных ФАР и некоторых фазовращателей с ферритовым управлением. С учетом характерных особенностей всех рассматриваемых ФДС (структуры гиротропные, открытые, многомодо-вые, электрически управляемые) решались задачи построения моделей для анализа и выбора соответствующих методов анализа, включая точные аналитические, численные и приближенные методы решения модельных задач. Результатом анализа воляоведущих структур является определение их модозого состава, зависимости фазовых постоянйых

распространения и конфигурации поля собственных код от параметра намагничивания феррита и геометрических размеров структура Для подтверждения наиболее важных и интересных результатов теории и расчетов проводились экспериментальные исследования.

Полученные в работе результаты использовались непосредственно при разработке образцов интегральных ФАР.

Научная новизна диссертационной работы заключена в постановке электродинамических задач для новых ферритодиэлектрических волно-ведутцих структур и получении новых физических результатов для них.

Впервые решена задача анализа волновых процессов в открытых многомодовых ФДС для планарных интегральных ФАР и фазоврашдтелей, определяющих основные закономерности в их работе.

Обоснована целесообразность использования в задачах анализа волноведущих ФДС тензора магнитной проницаемости упрощенного вида - эрмитова тензора с равными элементами на главной диагонали. Это позволило заметно упростить решение электродинамических задач для волноводов с ферритом, намагниченным вплоть до насыщения.

Проведен анализ правомерности использования приближения магнитных стенок для открытых границ слоя намагниченного феррита.

Исследование собственных волн в моделях многослойных волноведущих ФДС с намагниченным ферритом выполнено точным аналитическим методом с использованием эквивалентных длинных линий, в общем случае невзаимных. Построены эквивалентные схемы поперечных сечений различных ФДС.

Для анализа многомодовых ФДС с сильным так называемым Диэлектрическим эффектом на низших модах предложены сочетания точного метода эквивалентных линий с методами Ритца - Галеркина и приближенным методом связанных волн. Получены зависимости фазовых постоянных распространения и конфигурации поля нескольких низших мод от намагниченности феррита и геометрических размеров структуры.

Проанализирован эффект вырождения низших мод в ФДС по величине коэффициента замедления, проявляющийся в том числе в сущэствен-ной деформации их полей.

Предложен приближенный подход для оценки поля поверхностной моды вдали от области его концентрации.

Исследован эффект распределенной связи в волноведущэй струк-

туре двумерной интегральной ФАР, в том числе в области вырождения низших мод в ФДС идентичных линейных антенн.

Практическая ценность. Проведенные в работе теоретический анализ и экспериментальное исследование открытых ФДС с ферритовым управлением имеют непосредственна практическую направленность. В результате анализа моделей волноведущих ФДС удалось во многом понять происходящие в структурах сложные волновые процессы и обменить наблюдаемые закономерности. Достигнутый уровень понимания позволил использовать результаты работы для создания эффективных ферритовых фазовращателей и недорогих одномерных и двумерных интегральных ФАР с простым электрическим управлением, обладающее перспективами очень широкого применения. На основе таких интегральных ФАР могут быть созданы системы радиолокации и радионавигации миллиметрового диапазона волн, системы радиотелефонной связи многостанционного доступа. Возможно также построение управляемых антенных систем сантиметрового диапазона волн для непосредственного приема передач спутникового телевидения, в том числе на подвижных объектах.

Одна из глав работы посвящена описанию и анализу особенностей волновых режимов в уже разработанных с участием автора образцах интегральных антенн и управляемого распределителя для интегральной ФАР с двухтоковыы управлением при двумерном сканировании. В процессе разработки интегральных ФАР использованы многие резул&таты, полученные в настоящей работе. 5

Основные положения, выносимые на защиту: • 1. Описание волновых процессов в модельных ФДС интегральных ФАР и фазовращателей допустимо и целесообразно проводить в приближении тензора магнитной проницаемости феррита упрощгнного вида с равными компонентами на главной диагонали. Влияние поглощэния в феррите на постоянные затухания и изменение структуры полей распространяющихся мод в рассматриваемых ФДС может быть учтено в приближении связанных- волн.

2. Применение точного аналитического метода эквивалентных линий к анализу модельных волноведущих ФДС позволило выявить основные закономерности для открытых многомодовьгх волноводов рассматриваемого типа. Коэффициент замедления низшей моды квази-ЬЕ сильно

зависит, а низшей моды квази-Ш - практически не зависит от параметров намагничивания ферритовых слоев. Структуры полей обеих мод существенно изменяются при намагничивании феррита, особенно в области их вырождения по коэффициенту замедления.

3. Эквивалентная схема поперечного сечения многослойной намагниченной и однородной вдоль слоев ФДС представляет собой цепочку пар несвязанных взаимных несимметричных линий внутри слоев и взаимных восьмиполюсников связи линий на границах слоев. При размагничивании всех слоев феррита эквивалентная схема преобразуется к двум полностью развязанным цепочкам взаимных симметричных линий для продольно электрических и продольно магнитных конфигураций поля в многослойной диэлектрической структуре.

4. Точные решения в виде распространяющихся волн, найденные методом эквивалентных линий и используемые при построении систем базисных функций в прямых методах Ритца и Галеркина, позволяют получить описание нескольких низших распространяющихся мод в много-модовых открытых ФДС.

5. При намагничивании феррита управляющим полем определенного направления в протяженной ФДС интегральной ФАР наблюдаются избыточные потери, связанные с вырождением мод квази-ЬЕ„ и квази-Ш»

6. Оптимизация ФДС по геометрическим размерам позволяет избежать эффекта вырождения мод во всей области управляющих магнитных полей и уменьшить зависимость полей рабочих мод на открытой поверхности структуры от намагниченности ее ферритовых слоев.

7. Использование предложенного подхода для оценки поля'поверхностной моды вдали от области его концентрации по известному приближенному значению поля на границе этой области позволяет качественно описать эффект распределенной связи параллельных идентичных открытых ФДС в структуре двумерной интегральной ФАР. В области вырождения мод квази-ЬЕ и квази-Ш в каждой ФДС связь волноводов на рабочих модах резко возрастает.

Использование результатов диссертационной работы позволило создать работоспособные макеты интегральных ФАР.

Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на 43-й и 44-й Ленинградских областных НТК по узловым проблемам радиотехники, электроники и связи в апреле 1988,1989 гг., 4

а Всесоюзной НТК "ФАР-90" в июне 1990 г. (Казань, РСФСР), Межрес-убликансксй НТК "ФАР-92" в июне 1992 г. (Казань, РФ) и др.

Публикации. Основные результаты опубликованы (или приняты к убликации) в двадцати двух работах.

Структура и общий обгем работы. Диссертация состоит из введе-ия, четырех глав, заключения и приложения. Содержит 351 с., из их 237 с. - основной текст, 9с.'- список литературы, включающий 5 наименований, 5 с.- приложение, и 96'с. с рисунками.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, показывается [есто интегральных ФАР с ферритовым управлением в ряду других воз-южных подходов к проблеме электрического сканирования в диапазоне иллиметровых волн. На рис. 1 показаны поперечные сечения двух »рритодиэлектрических структур для .планарных интегральных ФА? с зумерным сканированием.

о- намагниченный феррит .—. Л £* — диэлектрик, В » £*

>> Г ! I >> I >>>/>> I >> )

электрический вибратор о- управляющий провод у?- металлический экран

Рис.

Л 6о

(С

¡аряду с кратким обзором существующих методов решения задач о вод-гаведуших структурах с намагниченным ферритом проводится анализ ж известных характерных особенностей представленных ФДС (так на-1ываемый диэлектрический эффект на рабочих волноводных модах, 1лектрическое управление слабым магнитным полем, отсутствие резо-[ансного поглощения в ферритовом материале). Формулируются задачи га выбору электродинамических моделей для модового анализа и ис-гользовашш таких допущений в постановке задач,• которые могут уп->остить само решение. В конце введения дается краткое содержание >аботы по главам и формулируются положения, выносимые на защиту.

■ Б

В первой главе работы проводится анализ плоских волн в безграничной произвольно намагниченной ферритовой среде и плоском экранированном или открытом поперечно намагниченном ферритовом слое. Предполагается, что феррит слабо намагничен и следовательно, обладает доменкой структурой. Для ФДС с таким ферритом обосновывается допустимость и целесообразность использования тензора магнитной проницаемости упрощенного вида. С этой целью сравниваются результаты анализа плоских волн в моделях гиротропных сред с тензорами магнитной проницаемости двух видов - с равными компонентами на главной диагонали, или близким! по величине, но не равными. Показано, что решения однородной системы уравнений Максвелла в виде плоских волн отвечают в общем случае эллиптически поляризованным волнам правого и левогр вращений. Структура поля этих волн сильно зависит от соотношения направления их распространения и направления намагничивания среды, а также степени ее анизотропии при отсутствии гиротропных недиагональных компонент в тензоре магнитной проницаемости /л . Для намагниченной вдоль оси Д поликристаллической ферритовой среды вдали от глубокого магнитного насыщения использование тензора магнитной проницаемости упрощенного вида:

/"У

1 0 4!£

0 1 0

0 1

при 0.8 < ^ < 1, | £ | < 0.35 (1)

не приводит к качественным изменениям результата анализа при вполне приемлемых для практических расчетов количественных погрешностях. Поглощение энергии в феррите и связанное с ним искажение структуры поля распространявшихся мод достаточно просто учитываются в приближении "связанных" волн. При этом влияние даже значительных магнитных потерь в феррите заметно сказывается лила на затухании и мало сказывается на структуре полей распространяющихся мод. исключение составляют случаи вырождения мод.

Проведенный анализ также выявил особенности использования приближения магнитных стенок для открытых границ феррита в ФДС. Показано, что данное приближение ухудшается при намагничивании феррита. Дисперсионные зависимости для мод однородного открытого 6

фэрритового моя 2ыходя- за области, ограниченные дисперсионными кривыми для соответствукздих мод намагниченного слоя, ■ экранированного магнитными или электрическими стенками.

Вторая глава посвяарна изложению метода эквивалентных линий для анализа распространяющихся волн в таких модельных ФДС, для которых электродинамическая задача решается точно. Тензор магнитной проницаемости принят как в (1). Показано, что применение точного метода анализа позволяет выявить основные качественные и некоторые количественные закономерности для открытых модельных ФДС рассматриваемого типа. Полученные на данном этапе результаты могут рассматриваться как начальное приближение в анализе более сложных модельных ФДС. При анализе открытых модельных структур методами Рит-ца и Галеркина эти результата используются для построения систем базисных функций, а значит и для уточнения найденных приближений.

Метод эквивалентных линий применен к модовому анализу ФДС, поперечные сечения которых показаны.на Рис. 2. '- двум несимметричным (слева) и двум симметричным (справа).

- металлический экран

- электрические (магнитные) стенки

Рис. 2

Используя модель в обшэм случае невзаимной линии с распределенными параметрами как предел последовательности цепочки невзаимных четырехполюсников при их "измельчении" с сохранением характеристических параметров, можно записать однородную систему дифференциальных уравнения для такой линии:

Яг ~ ~г ¡/г

К * К

11(4 - г- /•"¡Г/-/" 1СУ

(2)

где Д и/5о - постоянные распространения встречных волн, % и

Wo - волновые сопротивления, Ufe) и Т(х-) - напряжение и ток в сечении х. Решение системы (2) представляет собой сумму встречных распространяющихся волн:

УЫ - 1Ше.'1^ + We**

TV, _ UoMp-¿¿°*- (3)

^ _ __ 0 _ __ с

Точно таким ж соотношениям удовлетворяют и е компоненты электромагнитного поля плоской волны в намагниченной вдоль оси ферритовой среде. В этом смысле гиротропная среда эквивалентна паре несвязанных между собой длинных линий. Причем в рассматриваемом случае встречные волны в каждой эквивалентной линии имеют одинаковые постоянные распространения, но волновые сопротивления для них различны. Отрезок такой линии является взаимным, но несимметричным четырехполюсником. Параметры одной из линий:

¿-¿.-к* . (*-3 >; где ni*,, Д/% , ,

¡Соi, к£>. ~ tt, у, £ "6 проекции волнового вектора. Параметры другой линии получается из (4) заменой р на .

Каждый из гиротропных (в общем случае) слоев в ФДС на Рис. 2 также эквивалентен двум отрезкам развязанных линий, параметры которых определяются аналогично (4). Границы слоев эквивалентны восьмиполюсника!,f связи, уравнения для которых получаются из условий непрерывности касательных составляющих электрического и магнитного полей. Таким образом, эквивалентная схема поперечного сечения каждой из ФДС на Рис. 2 представляет собой цепочку пар развязанных взаимных несимметричных линий внутри слоев и взаимных восьмиполюсников связи линий на границах слоев. Граничные условия на концах цепочки для каждой структуры свои. Показано, что для ФДС с размагниченным ферритом эквивалентная схема поперечного сечения преобразуется к двум полностью развязанным цепочкам взаимных и 8

симметричных линий, отвечавших ЬЕ- и Ш- конфигурациям волн в многослойной диэлектрической структуре. Анализ собственных волн в ФДС на Ряс. 2 в итоге сводится к пересчету эквивалентных токов и напряжений от одного конца цепочек к другому при двух различных условиях задания этих величин на одном конце и сравнения результатов пересчета на другом. Показано, что для распространяющихся мод все пересчитываемые величины можно сделать вещественными.

Для модельных ФДС на Рис. 2 найдены коэффициент замедления и структура поля каждой из распространяющихся мод, получены зависимости характеристик мод от параметров намагничивания ферритовых слоев и рабочей частоты. Отмечено, что если геометрические размеры ФДС выбраны таким образом, чтобы реализовать высокую степень управляемости коэффициентом замедления, которая требуется в интегральных ФАР, то волноведущая структура получается многомодовой.

Показано, что коэффициенты замедления рабочей моды квази-ЬЕ и некоторых других мод сильно зависят от параметров намагничивания ферритовых слоев, для мод квази-Ш такая зависимость практически отсутствует. Структуры полей всех мод существенно изменяются при намагничивании феррита. Это приводит, в частности, к перераспределение вкладов основных источников поглощения энергии в погонное затухание рабочей моды при управления ее коэффициентом замедления.

Для несиметричной полуоткрытой ФДС (крайняя слева на Рис. 2) наиболее сильная деформация полей наблюдается в области вырождения рабочей ,\годы квази-ЬЕ и нерабочей низшей моды квази-Ш по коэффициент у замедления. При этом, в частности, наиболее резко изменяется величина электрического поля на открытой поверхности феррита - в области размещения электрических вибраторов интегральной ФАР.

По результатам модового анализа симметричных ФДС высказаны рекомендации по реализации в структуре интегральной ФАР волнового режима, близкого к одномодовому. Рассмотрены вопросы эффективного преобразования мод в симметричных ФДС рассматриваемого типа.

В третьей главе работы анализ открытых ФДС для интегральных ФАР и фазовращателей с фер^итовым управлением проведен с использованием численных методов Галеркина и Ритца (соответственно, левая и правая ФДС на Рис. 1). Для построения базисных функций использованы результаты точного анализа упрощенных моделей методом эквива-

9

лектных линий. Для оценки распределенной связи между линейными ФДС в структурах планарных интегральных САР использованы приближенный метод связанных волн и предлагаемый в работе подход (на основе леммы Лоренца) к оценке поля мод вдали от области его концентрации по приближенно известному полю на границе этой области.

При анализе методом Галеркина несимметричной волноведущей структуры (на Рис. 1 слева) в качестве базисных использованы функции, описывающие поля собственных волн в ФДС (на Рис. 2 слева), ограниченной перпендикулярными слоям экранами, причем расстояние между экранами выбирается достаточно большим. В такой ФДС средний слой является сплошным однородным диэлектриком. Исходная структура, у которой имеется полости с проводами, может рассматриваться как ее возмущение. Вследствие концентрации поля низших мод вблизи диэлектрика и сильного спадания в области полостей, влияние экранов и проводов на характеристики мод оказывается незначительным. Если решение конструировать только из распространяющихся в ©ДС мод, то'получается сочетание приближенных методов возмущения и связанных волн с прямым методом Галеркина. Количество У базисных функций, используемых в представлении полей мод для открытой ФДС:

(Е ф/ч), $№)}) е*** (5)

1 И^

не Солее 10, причем вклад только 2 - Б из них (в зависимости от близости к области вырождения мод в структуре) можно назвать существенным. Еопрос о сходимости к точному решений в данном случае ке ставится. Алгебраическая система для определения коэффициентов замедления^ и весовых коэффициентов для соответствующих вектор-функций в (5) имеет вид:

¿Г Кщ-%) Р{{ °> .....*

где М^ - коэффициент замедления / -й распространяющаяся моды в ФДС увеличенного размера, Ри~ переносимая /-й модой мощность, Лу. - символ Кронекера,

= - Л£ (¿/^ ~ интеграл "перекрытия" полей /-Ли 10 5/

г--Я код, А£ - разность диэлектрических проницаемостей диэлектрического слоя и полостей, Л- поперечное сечение полостей.

Кроме указанного, использовался другой набор базисных функций, отвечающих распространяющимся и нераспространяющимся модам ЬЕ и ЦМ многослойной диэлектрической структуры. Сравнение результатов расчета при использовании разных систем базисных функций позволяет говорить об их достоверности.

В анализе методом Ритца использованы решения для симметричной ФДС на Рис. 2 (вторая справа), размер которой между магнитными (электрическими) стенками совпадает с размером открытой ФДС. Базисные функции строятся из вектор-функций, отвечавших распространяющимся модам в структуре как с электрическими, так и магнитными стенками. На них часть касательных составляющих электромагнитного поля каждой моды равна нулю. Отличные от нуля касательные составляющие непрерывно (а нормальные к границе - со скачками), продолжаются во внешнюю к ФДС область с общим показателем экспоненциального убывания. Величины показателя убывания и скачков нормальных составляющих определены из физических требований непрерывности на границе проекций волновых чисел и нормальных к границе составляющих индукций поля. Эти требования строго могут Сыть выполнены только на однородном участке границы, на всей границе - лишь приближенно. В работе используются разные способы задания указанных величин, при этом близость результатов анализа является свидетельством их достоверности.

Шдовый анализ позволил найти зависимости коэффициентов замедления и структуры полей нескольких мод открытых ФДС от намагниченности ферритовых слоев. Показано, что коэффициенты замедления низших мод вдали от области 'их вырождения по коэффициенту замедления можно определять из анализа моделей с магнитными стенками.

Анализ вырождения низших мод квази-ЬЕ и кваэи-Ш по коэффициенту замедления позволил объяснить избыточные потери в протяженной волноведущей структуре интегральной ФАР при намагничивании феррита управлявшим током ьпредаленной величины и направления.

Для волноведуших структур планарных интегральных ФАР методом связанных волн проведены оценки электродинамической связи линейных ФДС на низших поверхностных модах. Предсказан и подтвержден

11

экспериментально эффект резкого увеличения связи на рабочих модах в области вырождения мод кваэи-ЬЕ и квази-Ш в линейных ФДС.

В четвертой главе работы дано краткое описание макетов интегральных ФАР с одномерным и двумерным сканированием, созданных с учетом результатов теоретического анализа. Приведены основные характеристики, отмечены особенности волновых режимов в их ФДС.

В заключении сформулированы основные результаты работы. .

В приложении I приведен пример применения предлагаемого в работе варианта метода эквивалентных линий к решению не "внутренней" 'волноводной задачи, а "внешней" задачи о дифракции плоской поляризованной по кругу волны на многослойной ФДС.

ОСНОЕНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1) Предложены математические модели экранированных и открытых ФДС, в которых учтены характерные особенности реальных конструкций интегральных ФАР и особенности управления электрическими параметрами их ферритодиэлектрических структур.

2) Анализ ФДС с намагниченным ферритом проведен для тензора £ упрощенного вида; допустимость и целесообразность упрощения обоснована при анализе собственных волн в слое намагниченного феррита Показано, что с увеличением намагниченности приближение магнитных стенок' для открытых границ ферритового слоя ухудшается; влияние поглощения в феррите на затухание и структуру поля распространяющихся мод при отсутствии их вырождения по коэффициенту замедления верно учитывается в приближении связанных волн.

3) Для анализа моделей многослойных волноведущих ФДС с намагниченным вдоль слоев ферритом применен метод эквивалентных линий. Показано, что для каждой волноводной моды поперечное сечение ФДС эквивалентно цепочке пар развязанных взаимных несимметричных линий внутри слоев и взаимных восьмиполюсников связи линий на границах слоев. Анализ сводится к пересчету эквивалентных токов и напряжений от одного конца цепочки к другому при двух различных условиях задания этих величин на одном конце и сравнения результатов пересчета на другом. Для распространяющихся мод все пересчитываемые величины вещественны. При размагничивании феррита схема поперечного 12 .

сечения преобразуется к двум полностью развязанным цепочкам взаимных симметричных линий для ЬЕ- и мод структура

4) Проведена классификация мод в открытых ФДС с намагниченным ферритом, найдены продольные волновые числа и конфигурации полей; получены зависимости характеристик мод от геометрических размеров структур, параметров намагничивания, частоты электромагнитных колебаний. Показано, что структуры полей всех распространяющихся мод изменяются при намагничивании феррита, особенно в области вырождения мод по коэффициенту замедления; при этом имеет место перераспределение вкладов основных источников поглощения в погонное затухание моды с управляемым замедлением.

5) Для анализа открытых ФДС предложены сочетания точного метода эквивалентных линий и прямых методов Ритца - Галеркина, в которых для построения базисных функций использованы результаты точного анализа распространяющихся волн в упрошенных модельных структурах. Показано, что некоторые характеристики низших мод открытых волноводов с приемлемой точностью определяются при анализе упрощенных моделей. Проведено сравнение численных результатов, получениих при использовании различных систем базисных функций и их сопоставление с экспериментами, что позволило оценить достоверность полученных результатов. Показано, что управляемость коэффициентом замедления основной моды в ФДС остается высокой при изменениях параметров структуры в достаточно широких пределах. В значительно большей степени параметры структуры влияют на конфигурацию поля мода

6) Проанализирован эффект вырождения по коэффициенту замедления двух низших мод квази-Щ и квази-Ш в открытой несимметричной ФДС. Отмечены его отрицательные проявления в одномерной и двумерной интегральных ФАР. Приведены качественное объяснение, количественная оценка и данные эксперимента для эффекта избыточных потерь в протяженной волноведущей ФДС-

7) Предложен (на основе леммы Лэренца) приближенный подход к анализу поля поверхностно^'моды вдали от области его концентрации. В сочетании с методом связанных волн он использован для оценки влияния распределенной взаимосвязи открытых волноводов ФДС на характеристики излучения интегральной ФАР с двумерным сканированием.

13

8) В планарной интегральной ФАР выявлен эффект увеличения связи между соседними ФДС, когда имеет место вырождение в каждой из них мод квази-ЬЕ и квази-Ш Правильный выбор параметров вол-новедуг^й структуры позволяет избежать эффектов, связанных с вырождением мод.

9) Проведенный анализ открытых многомадовых ФДС интегральных ФАР с ферритовым управлением позволил выявить основные закономерности волновых процессов и избежать некоторых препятствий на пути создания практических конструкций интегральных ФАР.

• 10) Обсуждены характерные особенности волновых режимов в ФДС для интегральных ФАР и распределителя с ферритовым управлением.

11) Предложены различные способы изменения поляризации излучения линейных интегральных ФАР, обсуждены особенности двумерного сканирования. Представлены достигнутые практические результаты, в том числе для планарных интегральнх ФАР с двухтоковым управлением при двумерном сканировании. Приведены некоторые электрические характеристики управляемого распределителя на основе несимметричной плаяарной ФДС, предложены способы их оптимизации.

12) Экспериментальные данные, подтверждающие работоспособность созданных образцов линейных и планарных интегральных ФАР, качественно или количественно согласуются с результатами выполненного в работе анализа волноведущих ФДС с электрическим управлением.

По теме диссертации опубликованы (или приняты к публикации) 22 работы:

1. Зайцев Э. Ф., Комаров Е А., Явон Ю. П. Ферритовый фазовращатель,- А. с. СССР N.1327207, Н01Р 1/19,1983, Бюл. N.28

2. Зайцев Э. Ф., Комаров Ю. А., Явон Ю. П. Исследование волно-водно-ферритовых структур с управляемым замедлением / Деп. в ВИНИТИ, N 3200-84, 1984.

3. Зайцев Э. Ф., Канивец А. Е , Комаров ¡0. А. и др. Антенны бегуний волны миллиметрового диапазона волн с ферритовым управлением // Тез. докладов ЕНГК "Интегральная электроника СВЧ". Красноярск. 1988. С. 2-4.

4. Зайцев Э. Ф., Комаров Ю. А., Явон Ю. П. Сканирующая антенна с ферритовым управлением. - А. с. СССР N. 1370690, НОЮ 1/00, 1988, 14 .

Вал. N. 4

5. Зайцев Э. Ф., Комаров ¡0. А., Явон Е П. Фэрритовый фазовращатель СВЧ // Электронная техника, сер. Электроника СВЧ. 1989.

В. 3 (417). С. 67-68.

6. Zaitsev Е. F., Yavon Yu. P., Komarov Yu. A., Kamvets A. Yu. Mm-wave electrically scanning array based on gyrotropic structure with ferrite control // Proc. XXIII General Assembly of the international Union of Radio Science (URSI). Prague, Chechoslovakia. 1990. V.2. P. 400.

7. Zaitsev E. F., Yavon Yu. P., Komarov Yu. A., et al. to-wave electrically scanning antenna on planar gyrotropic structure with ferrite control // Proc. 20th European Microwave Conference. Hungary. 1990. V.2. P. 1501-1504.

8. Зайцев Э. Ф., Канивец А. Ю., Комаров Ю. А. и др. Быстродействующие фазовращатели на основе феррит-диэлектрической волноведу-щей структуры для диапазона крайне высоких частот // 10-я Международная конференция по гиромагнитной электронике и электродинамике. Польша. 1990. 4.2. С. 453-456.

9. Zaitsev E.F., Yavon Yu. P., Komarov Yu. A., Kamvets A.Yu. Kto-wave scanning arrays based on magnetogyrotropic structure with ferrite control // 10th International Conference on Microwave Ferrites. Poland. 1990. V.2. P. 457-460.

10. Зайцев Э. Ф., Комаров 81 A., Федотов A. H., Явон ПИ Антенна H гущей волны с электрическим сканированием. - А. с. СССР N. 1596416, H01Q 13/00, 13/10, 1990, Бвх N.36

11. Александров Д. А., Зайцев Э. Ф., Комаров Ю. А. и др. Антенна с электрическим сканированием. - А. с. СССР N. 1596413, HD1Q 3/26, 13/10, 1990, Еюл. N.36

12. Зайцев Э. Ф., Канивец А. Ю., Комаров Ю. А., Явон Ю. IL Антенна с электрическим сканированием. Заявка на изобретение N. 4719157/09 от 11.07.90. Положительное решение о выдаче А. с. от 31.01.91.

13. Zaitsev Е.F., Yavon Yu.Р., Komarov Yu.A., et al. Mm-wave integrated phased arrays \Ath ferrite control // 9th Microwave Conference MICON-91. Poland. 1991. Invited Papers. V. 2. P. 83-37,

14. Зайцев Э. Ф., Явон fQ IL , Комаров ПА. и др. Интегральные управляемые ФАР миллиметрового диапазона - теоретические, экспе-

15

риментальные и технологические проблемы // Межреспубликанская НТК Фазированные антенные решетки и их элементы. Автоматизация проектирования и измерений (ФАР-92). Казань. 1992. С. 3.

15. Zaitsev Е. F., Yavon Yu.P., Komarov Yu. A., et al. Theoretical, experimental and technological problems of mm-vrave integrated ferrite phased arrays design // Proc. of XI International Conference on Microwave Ferrites. 1992. P. 39-42. .

16. Зайцев Э. Ф., Канивец А. Ю., Комаров Ю. A., Явон Ю. П. Сканирующая антенна с ферритовым управлением. Заявка на изобретение N 4798867/09 от 11.01.90. Положительное решение от 27.02.92.

17. Зайцев Э. Ф., Комаров ¡й А., Явон Ю. П. Антенна с электрическим сканированием. - А. с. СССР N. 1829064, H01Q 3/26, 13/10, 1993, Бюл. N.27

18. Комаров ¡0. А. Плоские волны в слое намагниченного феррита при наличии доменной структуры / Деп. в ВИНИТИ, N 2332-В93. 1993.

19. Зайцев Э. Ф., Комаров Ю. А. Применение метода эквивалентных линий к анализу ферритодиэлектрических волноведущих структур для сканирующих антенн бегущей волны / Деп. в ВИНИТИ, N 2539-В93.1993.

20. Зайцев 3. Ф., Комаров ¡0. А. Приближенный анализ многомодо-вых ферритодиэлектрических волноведущих структур миллиметрового диапазона волн / Деп. в ВИНИТИ, N 1572-В93, 1993.

21. Зайцев Э. Ф., Гуськов А. В. , Канивец А. Ю., Комаров Ю. А., Явон Ю. П. Антенна с электрическим сканированием. Патент Российской Федерации RU N. 2000633 С, H01Q 13/10, 1993, Бил. N. 33-36.

22. Ernst. F. Zaitsev, Yuri. P. Yavon, Yuri. A. Komarov et al. Mil wave Integrated Phased Arrays with Ferrite Control. IEEE Trans, on AP. Accepted for Publication (March 1994).

Подписано к печати £.04.9 Ч. Тираж 100 экз.

Заказ • Бесплатно

Отпечатано на ротапринте СПбГТУ

195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29