Элементы и устройства СВЧ на основе линий передачи с гиротропным заполнением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат технических наук Иванов, Роман Геннадьевич

• Иванов, Роман Геннадьевич
• кандидат технических наук
• 2001

Оглавление диссертации кандидат технических наук Иванов, Роман Геннадьевич

Введение.

Глава I. Использование электродинамических потенциалов для решения задач электродинамики гиротропных сред.

1.1. Современные методы решения задачи определения векторов электромагнитного поля в гиротропных средах.

1.2. Решение задач электродинамики гиротропных сред при помощи векторов Герца.

1.3. Классы электромагнитных волн, возбуждаемых в гиротропной среде сторонними токами.

Глава II. Элементы многофункциональных устройств СВЧ на ферритовых полосковых линиях.

2.1. Полосковая линия с поперечно-намагниченным ферритом

2.2. Дисперсионное уравнение предельной ферритовой линии на поперечно-слоистой подложке.

2.3. Расчет волнового сопротивления и согласование предельной линии и МПЛ.

2.4. Расчетные соотношения для некоторых конструкций предельных ферритовых линий.

Глава III. Многофункциональные ферритовые устройства на основе многоплечевого сочленения.

3.1. Дисковый ферритовый резонатор.

3.2. Использование многоплечевого сочленения при разработке многофункциональных ферритовых устройств СВЧ.

3.3. Согласование ферритового гиротропного сочленения.

3.4. Матрицы рассеяния простейших типов циркуляторов.

Глава IV. Результаты теоретических и экспериментальных исследований элементов многофункциональных ферритовых устройств СВЧ.

4.1. Результаты исследования микрополосковой линии на размагниченной подложке.

4.2. Исследование невзаимных свойств микрополосковых дисковых Y-сочленений на однородных подложках.

4.3. Невзаимные свойства предельных линий с поперечно-слоистыми ферритовыми подложками.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Элементы и устройства СВЧ на основе линий передачи с гиротропным заполнением»

Одним из путей существенного улучшения конструкторско-технологических и радиотехнических характеристик гибридно-интегральных схем (ГИС) СВЧ диапазона является использование при их разработке многофункциональных узлов (МФУ), выполняющих одновременно несколько функций обработки или преобразования сигнала. Дальнейшим шагом в развитии этого перспективного направления является создание МФУ, в основу функционирования которых положены различного рода физические взаимодействия электромагнитного поля с элементами конструкции и, особенно, с заполняющими конструкцию средами, обладающими на СВЧ специфическими свойствами. В этой связи представляет интерес рассмотрение возможности создания МФУ, принцип работы которых основан на взаимодействии электромагнитного поля с гиромагнитными средами -ферритами.

Одними из важнейших моментов при создании современной радиоэлектронной аппаратуры являются микроминиатюризация радиоэлектронных систем и использование в них элементов на ферритах. В современной аппаратуре ферриты могут выполнять самые разнообразные функции, благодаря своим уникальным анизотропным свойствам. Волновод или другая передающая линия, содержащая феррит, обладает несколькими замечательными особенностями, в том числе: необратимыми или невзаимными (не подчиняющимися принципу взаимности) резонансными потерями; невзаимными вращением плоскости поляризации волны; невзаимным фазовым сдвигом; невзаимным изменением структуры поля.

Благодаря перечисленным выше свойствам, на современном этапе развития технологии стало возможным создание многофункциональных ферритовых устройств (МФФУ).

При электродинамическом анализе, который является базовым для проектирования МФФУ с заполнением различными гиротропными средами, необходимо иметь описание электромагнитного поля в каждой из однородных областей, полученное в результате решения системы уравнений Максвелла. Методы решения задачи определения векторов электромагнитного поля в гиротропных средах разработаны в настоящее время неполно, в то время как методы решения задачи нахождения полей по заданным источникам в линейной однородной и изотропной среде достаточно полно освещены в современной литературе. Существующие методы решения задачи определения векторов электромагнитного поля в гиротропных средах путем непосредственного решения системы уравнений Максвелла [5-7] приводят к сложным и громоздким выражениям для гибридных волн. По этим причинам большинство практических задач по расчету ферритовых устройств СВЧ решено приближенно. Примерами могут служить метод возмущений, описанный в работах [6-9] или при допущении об отсутствии вариаций поля по некоторым координатам (см. работы [10-14]). В ряде случаев такие приближения вполне допустимы, но, как показывает практика, для уточнения области справедливости этих упрощений необходимы более строгие электродинамические модели.

Свою полезность при определении векторов электромагнитного поля в однородной и изотропной среде доказали векторные потенциалы и векторы Герца. Дальнейшее развитие фундаментальной теории общих электромагнитных потенциалов привело к созданию нового метода решения краевых задач электродинамики анизотропных сред, который получил название метода избыточных потенциалов. Однако применение метода избыточных потенциалов не дало существенных преимуществ при нахождении полей по заданным источникам в линейной однородной гиротропной среде по сравнению с методами непосредственного решения системы уравнений

Максвелла. В связи с вышесказанным, разработка нового подхода к решению задач по расчету ферритовых устройств СВЧ является актуальной задачей.

Микрополосковая линия (МПЛ) передачи, выполненная на намагниченной ферритовой подложке является одной из основных линий передачи, на основе которых создаются различные МФФУ. Невзаимные явления в МПЛ с широким токонесущим проводником, выполненной на намагниченной ферритовой подложке широко применяются для создания миниатюрных МФФУ СВЧ. Из-за сложности задачи строгого электродинамического расчета МПЛ на намагниченной ферритовой подложке аналитическое исследование основных характеристик такой линии передачи проводится с помощью модели в виде плоскопараллельной линии передачи, заполненной намагниченным ферритом и представляющую собой полосковый волновод конечной ширины с торцевыми магнитными стенками. По тем же причинам сложности решения задачи, анализ собственных волн волноводно-полосковой линии передачи проводится в предположении отсутствия вариации электромагнитного поля по высоте линий передачи. Однако эти решения не полно отражают суть физических процессов, происходящих в исследованной линии передачи.

В этой связи проведение анализа собственных колебаний в плоскопараллельной линии передачи, заполненной намагниченным ферритом, учитывая вариацию электромагнитного поля по всем трем составляющим декартовой системы координат, является актуальной практической задачей.

При разработке невзаимных устройств, обеспечивающих одновременное выполнение нескольких функций обработки СВЧ-сигналов широко используются многоплечные сочленения линий передачи, сходящиеся к заполненному намагниченным ферритом резонатору различной формы. На их основе могут быть изготовлены циркуляторы, циркуляторы-трансформаторы импеданса, невзаимные делители - сумматоры мощности, направленные фильтры.

В этой связи актуальным является создание методики построения расчетных моделей ферритовых устройств на основе многоплечевых сочленений линий передачи СВЧ различных типов.

Цель данной работы - разработка нового подхода к решению задач по расчету ферритовых устройств СВЧ и применение данного подхода для проектирования многофункциональных ферритовых устройств, применяющихся в современной радиоэлектронной аппаратуре.

В связи с этим в диссертации представлен следующий материал. В первой главе анализируются современные методы решения задачи определения векторов электромагнитного поля в гиротропных средах, основанные на непосредственном решении системы уравнений Максвелла и дающие достаточно точные решения при отсутствии вариаций поля в направлении подмагничивания.

Во втором разделе описывается новый подход к решению задачи определения векторов электромагнитного поля в средах с магнитной и электрической гиротропией, основанный на введении электродинамических потенциалов и позволяющий проводить анализ электромагнитного поля в гиротропных средах с учетом вариации поля по всем трем составляющим ортогональных систем координат. Для этого специальным образом преобразуется вид тензоров магнитной и диэлектрической проницаемостей, и вводятся векторные электродинамические потенциалы. В результате получено аналитическое решение задачи нахождения векторов электромагнитного поля в средах с магнитной и электрической гиротропией.

Далее при помощи описанного подхода анализируются различные классы электромагнитных волн, возбуждаемых в гиротропной среде сторонними токами. В результате показано, что электромагнитные поля, порождаемые в гиротропной среде любой координатной составляющей магнитного вектора Герца, всегда будут иметь пять компонент, причем отсутствовать будет компонента электрического поля, совпадающая по направлению с ненулевой компонентой магнитного вектора Герца. Если же электромагнитное поле возбуждается в гиротропной среде электрическим вектором Герца, то в среде будет существовать шестикомпонентное поле, кроме случая, когда ориентация электрического вектора Герца совпадает с направлением подмагничивания феррита - при этом в нуль обращается именно эта координатная составляющая магнитного поля.

Во второй главе проводится теоретический анализ модели полоскового волновода конечной ширины, заполненного намагниченным ферритом. При анализе модели полоскового волновода с помощью электродинамических потенциалов, учитывается возможность вариации электромагнитного поля по всем трем составляющим в декартовой системе координат. Показано, что в общем случае, когда приложенное вдоль оси z (см. рис.2.1.) внешнее подмагничивающее поле такой величины, что эффективная магнитная проницаемость О (дорезонансный режим), в рассматриваемом плоскопараллельном волноводе имеют место гибридные волны, которые характеризуются наличием всех шести составляющих электромагнитного поля.

Эти волны обусловлены электрическим потенциалом А - х0Аэх + z0A3z.

Магнитный потенциал и составляющая электрического потенциала Аэу в исследованной линии передачи распространяющихся электромагнитных волн не возбуждают. Если же высота плоскопараллельного волновода мала (h«co и h «А), в рассматриваемой линии передачи могут распространятся волны с индексом т = 0, т.е. Нп0 - волны, которые характеризуются тремя составляющими поля Hz,Hy и Ez, не зависящими от координаты z.

Гибридные волны, обусловленные электрическим потенциалом А = х0А* + T0A3Z, в случае малой высоты линии передачи становятся затухающими. Это указывает на тот факт, что при анализе миниатюрных ферритовых узлов на основе микрополосковых линий передачи с широким токонесущим проводником решения, полученные в предположении отсутствия вариации поля по оси z достаточно точно отражают физическую суть процессов, происходящих в реальных узлах. Следовательно, решение системы уравнений Максвелла при Э/Эг = 0 с достаточной для инженерных приложений точностью позволяет проводить анализ основных РТХ МФФУ на основе миниатюрных линий передачи.

Далее разрабатывается математическая модель конструкции вентиля со смещением поля на основе отрезка частично экранированной неоднородно подмагничиваемой микрополосковой линии на поперечно-слоистой подложке, изготовленной из нескольких марок феррита. Для этого получены общие выражения, позволяющие провести расчет компонент полей, постоянных распространения, волнового сопротивления невзаимной предельной линии на комбинированной подложке, волнового сопротивления подключаемых к невзаимной линии отрезков открытой или частично экранированной МПЛ. Этих данных достаточно для расчета элементов матрицы рассеяния вентиля на основе такой линии.

В третьей главе проведено исследование свойств ферритового резонатора с учетом вариации поля по оси г (Э/Эг^О в декартовой системе координат),основанное на введении электродинамических потенциалов! Решение задачи об определении собственных колебаний и структуры электромагнитного поля в дисковом ферритовом резонаторе показывает, что в нем могут возбуждаться расщепленные Етп- волны, (классификация типов колебаний относительно оси z), обусловленные потенциалом резонансные частоты которых зависят от геометрических размеров резонатора, электрофизических характеристик феррита (еф,}л1,ца/fx), а также от номера и направления распространения колебания. Кроме того, в дисковом ферритовом резонаторе возбуждаются гибридные волны, обусловленные потенциалом

А = г0Агэ. Однако, при малых высотах резонатора (h«R и h«X), основной вклад в РТХ МФФУ на основе дискового ферритового резонатора вносят колебания Е0п- типа. Это указывает на тот факт, что при анализе МФФУ на основе дискового ферритового резонатора решения, полученные в предположении отсутствия вариации поля по оси z достаточно точно описывают суть физических процессов, происходящих в реальных МФФУ. Следовательно, решение системы уравнений Максвелла при отсутствии вариации поля по оси z (Э/Эг = 0) с достаточной для инженерных приложений точностью позволяет проводить анализ основных РТХ МФФУ на основе дискового резонатора.

Далее рассматривается методика построения расчетных моделей ферритовых устройств на основе многоплечевых сочленений линий передачи СВЧ различных типов с резонатором, заполненным намагниченным ферритом. Описанная методика апробирована на примере расчета микрополосковых трехплечных циркуляторов, однако, практически полностью применима к сочленениям на основе линий передачи других типов с учетом особенностей расчета их волновых сопротивлений.

В третьем и четвертом разделах разрабатывается модель, позволяющая вести анализ работы циркуляторов как в режиме бегущей волны, так и в режиме краевой волны с учетом потерь в ферритовом материале, что повышает степень соответствия теоретических и экспериментальных результатов.

Четвертая глава посвящена анализу результатов теоретического и экспериментального исследования некоторых элементов МФФУ СВЧ. Цель исследования - экспериментальное подтверждение точности разработанных математических моделей. В качестве объектов исследования выступают одиночная микрополосковая линия на ферритовой подложке, микрополосковые дисковые Y-сочленения на однородных подложках, а также предельные линии с поперечно-слоистыми ферритовыми подложками. Результаты теоретических исследований сравниваются с экспериментальными данными, полученными как автором, так и другими исследователями.

Для анализа микрополосковой линии на размагниченной подложке используется математическая модель, построенная во второй главе. Результаты расчетов и сравнение их с экспериментом дают удовлетворительное совпадение, что позволяет рекомендовать их для использования в системах машинного проектирования микрополосковых устройств СВЧ на размагниченных ферритовых подложках.

Исследование Y-циркуляторов проводилось в два этапа. На первом этапе были изучены свойства невзаимного трехплечного сочленения в предположении его хорошего согласования со стороны всех плеч. Это позволило получить сведения о собственных свойствах такого сочленения, определить оптимальные значения радиуса диска, величины угла связи, режима подмагничивания и т.д. На втором этапе был проведен анализ рабочих характеристик циркулятора, т.е. реального устройства, содержащего как трехплечее сочленение, так и внешние цепи, согласующие входной импеданс сочленения с остальным СВЧ-трактом. Для этого на основе описанной ранее математической модели была составлена программа расчета S-матрицы невзаимного Y-сочленения, позволившая провести анализ его свойств в разных участках сантиметрового диапазона длин волн. Исследовались зависимости величины потерь передачи энергии в сочленении при прямом и при обратном направлении. Для наглядности полученных результатов потери и в прямом, и в обратном направлениях выражались в децибелах. Все расчеты велись с учетом потерь в феррите, заполняющем дисковый резонатор, что позволило получить результаты, лучше соответствующие реальным значениям прямых потерь в симметричных дисковых Y-циркуляторах на однородных ферритовых подложках. Из анализа полученных кривых можно сделать следующий вывод: в некоторых случаях ход кривых Lnp} полученных с учетом потерь аналогичен ходу кривых Lnp 5 рассчитанных без учета потерь. Это происходит тогда, когда мнимая часть еще мала, т.е. феррит находится под действием магнитного поля, много меньшего резонансного для этой частоты. Если же подмагничивающее поле сравнимо по величине с резонансным, то на нижнем краю частотного диапазона потери в феррите резко возрастают за счет увеличения (одной из составляющих эффективной магнитной проницаемости), в отличие от расчета без учета потерь. Явление роста потерь пропускания на нижнем краю частотного диапазона при увеличении подмагничивающего поля наблюдается и при экспериментальном исследовании Y-циркуляторов, что подтверждает правильность предложенного способа учета потерь.

Разработанная во второй главе данной работы математическая модель предельной микрополосковой линии на поперечно-слоистой ферритовой подложке, подмагничиваемой неоднородным по ширине линии полем, была использована при разработке программы анализа на ЭВМ невзаимных свойств ряда конструктивных вариантов таких линий. Исследовались линии на одно, двух и трехслойных подложках, как при однородном, так и неоднородном по ширине линии подмагничивающем поле. Для оценки точности разработанной модели и созданной на ее основе программы были проведены исследования соответствующих типов линий. Анализ результатов дал основание сделать вывод о достаточно хорошем совпадении теоретических и экспериментальных данных, как в качественном, так и в количественном отношениях. Это, в свою очередь, позволило применить предложенную математическую модель и разработанную на ее основе программу для ЭВМ в процессе проектирования ряда невзаимных устройств.

Также в данной главе даны рекомендации по конструированию элементов МФФУ и выбору режима их работы.

В Заключении сформулированы основные результаты работы и выводы.

Завершает диссертационную работу библиографический список, содержащий 93 наименования.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1. Математическая модель процесса распространения электромагнитных волн в гиротропных средах и волноведущих структурах с гиротропным заполнением, основанная на введении специальным образом векторных электродинамических потенциалов или векторов Герца, позволяющая получить аналитическое решение обобщенного волнового уравнения с учетом вариаций поля по трем составляющим ортогональных систем координат при произвольном направлении подмагничивания.

2. Уточненные электродинамические модели и алгоритмы расчета базовых элементов многофункциональных ферритовых устройств на основе отрезков линий со смещением поля и многоплечных сочленений линий, связанных с цилиндрическим ферритовым резонатором, позволяющие определить невзаимные характеристики и S-параметры СВЧ-устройств.

3. Результаты исследований некоторых вариантов конструкций ферритовых узлов для многофункциональных СВЧ-устройств и выработанные на их основе рекомендации по практическому конструированию и выбору режимов работы.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:

- впервые для гиротропных сред предложен способ определения векторов электромагнитного поля как в безграничной среде, так и в волноведущих структурах с гиротропным заполнением, основанный на введении специальным образом векторных электродинамических потенциалов или векторов Герца;

- в отличие от известных работ электродинамический анализ процесса распространения электромагнитных волн в гиротропных средах или волноведущих структурах с гиротропным заполнением проведен с учетом возможности вариации полей по всем осям ортогональных систем координат, что дало возможность исследовать работу устройств СВЧ на высших типах волн.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ПОЛЕЗНОСТЬ работы состоит в следующем:

- предложенный подход к решению уравнений Максвелла позволяет строить расчетные модели для ферритовых устройств, работающих не только на основном (d/dz-О, где z - направление подмагничивания) типе колебаний, но и при работе на высших типах колебаний, когда возможны вариации поля по всем осям декартовой или цилиндрической системы координат;

- получена обобщенная расчетная модель планарной ферритовой линии с широким (порядка Я/4) токонесущим проводником, работающей в режиме смещения поля, являющейся базовым элементом при создании таких многофункциональных СВЧ-устройств, как вентиль-ответвитель, разветвитель прямой и обратной волн и т.п.;

- получена обобщенная расчетная модель предельной ферритовой линии с кусочно-неоднородным по гиротропным свойствам заполнением и неоднородным по ширине подмагничиванием, что позволило провести оценку невзаимных свойств вентилей на основе отрезков таких линий для различных вариантов конструкций;

- получена обобщенная расчетная модель многоплечного сочленения с центральным цилиндрическим резонатором, заполненным гиромагнитным материалом, что позволяет проводить анализ S-параметров устройств типа симметричных Y-циркуляторов, несимметричных трехплечных циркуляторов-трансформаторов импеданса, четырехплечных невзаимных сумматоров и делителей мощности и т.п.; по результатам теоретических исследований и сравнения их с экспериментальными данными даны практические рекомендации по выбору марок ферритов и режимов подмагничивания для ферритовых устройств на основе отрезков линии со смещением поля, угла связи для широкополосных циркуляторов сантиметрового диапазона длин волн;

15

- разработанные модели и алгоритмы могут быть использованы для дальнейших исследований в области создания многофункциональных устройств обработки и управления мощностью СВЧ сигнала, например, в схемах запитки элементов фазированных антенных решеток.

Результаты диссертационного исследования получены автором в период с 1998 по 2001 год. Материалы всех разделов работы докладывались на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения - 2000» (г. Саратов, 2000 г.), Международной научно-технической конференции «Проблемы управления и связи» (г. Саратов, 20-22 сентября 2000 г.).

Содержание диссертации отражено в 9 публикациях в межвузовских научных сборниках и материалах научно-технических конференций, кроме того, получена положительная рецензия на работу, отправленную в журнал «Радиотехника и электроника».

Гпава I. Использование электродинамических потенциалов для решения задач электродинамики гиротропных сред

Анализируются современные методы решения задачи определения векторов электромагнитного поля в гиротропных средах, основанные на непосредственном решении системы уравнений Максвелла и дающие достаточно точные решения при отсутствии вариаций поля в направлении подмагничивания.

Описан новый подход к решению задачи определения векторов электромагнитного поля в средах с магнитной и электрической гиротропией, основанный на введении электродинамических потенциалов и позволяющий проводить анализ электромагнитного поля в гиротропных средах с учетом вариации поля по всем трем составляющим ортогональных систем координат.

При помощи такого подхода анализируются различные классы электромагнитных волн, возбуждаемых в гиротропной среде сторонними токами.

Заключение диссертации по теме «Антенны, СВЧ устройства и их технологии», Иванов, Роман Геннадьевич

Выводы по главе IV

- описана методика, позволяющая определить такие важные параметры микрополосковой линии на размагниченной ферритовой подложке, как частотно зависимые эффективные значения диэлектрической и магнитной проницаемостей, а также ее волновое сопротивление;

- рассмотрены результаты анализа невзаимных свойств Y-циркуляторов в зависимости от изменения углов связи, режима подмагничивания, отклонения от номинала величины намагниченности насыщения;

- даны рекомендации по конструированию элементов МФФУ, выбору режима их работы, марки феррита в зависимости от заданного рабочего диапазона частот устройства;

- на основе построенной математической модели была составлена программа и проведен расчет S-параметров невзаимного Y-сочленения, позволившая провести анализ его свойств в разных участках сантиметрового диапазона длин волн;

- на основе построенной математической модели разработана программа анализа и проведен расчет на ЭВМ невзаимных свойств ряда конструктивных вариантов предельной микрополосковой линии на поперечно-слоистой ферритовой подложке, подмагничиваемой неоднородным по ширине линии полем;

- в порядке апробации разработанных расчетных моделей ферритовых СВЧ-устройств на основе многоплечного сочленения с дисковым центральным резонатором и на основе отрезка линии со смещением поля разработаны алгоритмы расчета и программы для ЭВМ, позволяющие провести анализ основных характеристик некоторых вариантов конструкций, предназначенных для использования в ГИС СВЧ;

- для оценки адекватности расчетных моделей проведено сравнение теоретических результатов со статистически достоверными усредненными

139 характеристивами устройств, разработанных в НИИ «Исток», НИИ «Домен», «НИИ Приборостроения», ЛНПО «Авангард», причем для циркуляторов оценивалась рабочая полоса частот по уровню обратных потерь 20 ± 2 дБ, а для вентилей на основе отрезков линий со смещением поля - величина прямых и обратных погонных потерь;

- из сопоставления теоретических и экспериментальных данных следует, что расчетные модели рассмотренных ферритовых устройств достаточно хорошо отражают суть реальных процессов взаимодействия электромагнитных волн с намагниченным ферритом, т.е. эти модели можно использовать при машинном проектировании новых типоразмеров циркуляторов и вентилей, входящих в состав многофункциональных модулей СВЧ, предназначенных, например, для систем запитки фазированных антенных решеток.

Заключение

В данной работе изложен новый подход к решению задач по расчету ферритовых устройств СВЧ и рассмотрено применение данного подхода для проектирования некоторых элементов многофункциональных ферритовых устройств, применяющихся в современной радиоэлектронной аппаратуре.

Особенность нового подхода к решению задачи определения векторов электромагнитного поля в средах с магнитной или электрической гиротропией, основанного на введении электродинамических потенциалов, состоит в возможности проводить анализ электромагнитного поля в гиротропных средах с учетом возможности вариации поля по трем составляющим ортогональных систем координат.

Данный подход позволяет уточнить приближенное решение задачи определения векторов электромагнитного поля в средах с магнитной или электрической гиротропией, проводимые ранее в предположении отсутствия вариаций поля вдоль направления подмагничивания и определить область допустимости таких приближений.

Сформулируем основные результаты работы:

- предложен новый подход к решению электродинамических задач в средах с магнитной или электрической гиротропией;

- впервые решение электродинамических задач для сред с гиротропными параметрами основано на введении электродинамических потенциалов;

- в отличие от известных работ электродинамический анализ сред с гиротропными параметрами допускает учет вариации поля по всем трем составляющим ортогональных систем координат;

- для определения классов волн, которые могут существовать в линейной, однородной неограниченной изотропной среде, а также в электродинамической направляющей системе предложено решение однородного уравнения Гельмгольца для комплексных амплитуд векторов напряженности электрического поля Ё или магнитного поля Й с помощью векторных электродинамических потенциалов;

- благодаря введению векторных электродинамических потенциалов получены выражения для компонент полей различных классов в гиротропной среде;

- показано, что электромагнитные поля, порождаемые в гиротропной среде любой координатной составляющей магнитного вектора Герца, всегда будут иметь пять компонент, причем отсутствовать будет компонента электрического поля, совпадающая по напрвлению с ненулевой компонентой магнитного вектора Герца; если же электромагнитное поле возбуждается в гиротропной среде электрическим вектором Герца, то в среде будет существовать шестикомпонентное поле, кроме случая, когда ориентация электрического вектора Герца совпадает с направлением подмагничивания феррита - при этом в нуль обращается именно эта координатная составляющая магнитного поля;

- проведен анализ типов волн, которые могут существовать в ферритовом полосковом волноводе конечной ширины с торцевыми магнитными стенками при допущении вариации полей по трем составляющим декартовой системы координат;

- проведен анализ собственных колебаний в дисковом ферритовом резонаторе, учитывающий возможность вариаций поля по всем трем составляющим цилиндрической системы координат; в результате показано, что в рассмотренном резонаторе в общем случае возбуждаются расщепленные Етп-волны;

- разработана математическая модель конструкции вентиля со смещением поля на основе отрезка частично экранированной неоднородно подмагничиваемой микрополосковой линии на поперечно-слоистой подложке, изготовленной из нескольких марок феррита;

- получены в качестве частных случаев аналитические выражения, позволяющие определить невзаимные свойства линий на одно, двух и

142 трехслойных подложках при их однородном или неоднородном подмагничивании;

- получены соотношения для расчета волнового сопротивления линии со смещением поля как в общем случае произвольного числа слоев в подложке, так и для перечисленных выше частных случаев, имеющих наибольший практический интерес; получена обобщенная математическая модель микрополоскового многоплечного циркулятора на ферритовой подложке, позволяющая провести анализ на ЭВМ рабочих характеристик широкого класса конструкций микрополосковых циркуляторов;

- разработана методика построения расчетных моделей ферритовых устройств на основе многоплечевых сочленений линий передачи СВЧ различных типов с резонатором, заполненным намагниченным ферритом;

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Иванов, Роман Геннадьевич, 2001 год

1. Вайнштейн J1.A. Электромагнитные волны. - М.: Радио и связь, 1988. - 440с.

2. Марков Г.Т., Петров Б.М., Грудинская Г.П. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Сов. Радио, 1979. - 376с.

3. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1989. - 544с.

4. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. М.: Энергия, 1967. - 376 с.

5. Курушин Е.П., Нефедов Е.И. Электродинамика анизотропных волноведущих структур. М.: Наука, 1983. - 224 с.

6. Микаэлян A.JI. Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах. -M.-JL: Госэергоиздат, 1963. 663 с.

7. Гуревич А.Г. Ферриты на сверхвысоких частотах. М.: Физматгиз, 1960. -407 с.

8. Лаке Б., Баттон К. Сверхвысокочастотные ферриты и ферромагнетики. М.: Мир, 1965.-676 с.

9. Гуревич А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М.: Наука, 1973. - 592 с.

10. Абрамов В.П., Дмитриев В.А., Шелухин С.А., Невзаимные устройства на ферритовых резонаторах.- М.: Радио и связь, 1989. 200 с.

11. Столяров А.К., Смирнов B.C. Невзаимные свойства микрополосковой предельной линии // Радиотехника и электроника. 1971. - Т. 16, №10. - С. 1954.

12. Wu Y.S., Rosenbaum F.J. Wide-band operation of microstrip circulators // IEEE Trans. On MTT. 1971. - V.22, N10. - P. 849.

13. Димитрюк А.А., Краснов E.C. Анализ микрополоскового циркулятора несимметричного типа // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1983. - №3. -С. 22.

14. Димитрюк А.А., Краснов Е.С. Исследование невзаимной предельной линии на комбинированной ферритовой подложке // Вопросы радиоэлектроники. Сер ТПО. 1985. - №2. - С. 32.

15. Савин М.Г. Проблема калибровки Лоренца в анизотропных средах. М.: Наука, 1979.-215 с.

16. Краснов Е.С., Белова Л.В., Димитрюк А.А. Исследование процессов распространения электромагнитных колебаний в узлах функциональной электроники на основе гиротропных сред // Функциональная электроника. М.: НИИЭИР. - 1989.-С. 49.

17. Димитрюк А.А., Осипов А.В. Электромагнитные волны в гиромагнитных и гироэлектрических средах // Технологические СВЧ утановки, функциональные электродинамические устройства. Межвуз. науч. сб.- Саратов: СГТУ, 1998. С. 139.

18. Димитрюк А.А. Методики исследования процессов распространения СВЧ-колебаний в гиротропных структурах // Актуальные проблемы электронного приборостроения. Материалы междунар. науч.-техн. конф. Саратов: СГТУ, 1998. - Т. 2. - С.150.

19. Polder D. On the theory of ferromagnetic resonance // Philos. Mag. 40 1949. -P. 99-115.

20. Глущенко А.Г., Курушин Е.П., Нефедов Е.И. Тензор входного импеданса произвольно намагниченного ферритового слоя на идеально проводящей плоскости // Изв. ВУЗов. Радиофизика. Т. XVIII, №7. - 1975. - С. 1032-1038.

21. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. М.: Наука, 1967. -780 с.

22. Schloemann E. Microwave behavior of partially magnetized ferrites // J. Appl. Phys. 1970. - Vol. 41. - P. 204-214.

23. Green J. J., Sandy F. Microwave Characterization of Partially Magnetized Ferrites // IEEE Trans on MTT. 1974. - Vol. 22, №6. - P. 641-644.

24. Green J. J., Sandy F. A Catalog of Low Power Loss Parameters and High Power Thresholds for Partially Magnetized Ferrites // IEEE Trans on MTT. 1974. - Vol. 22, №6. - P. 645-651.

25. Покусин Д.Н. Залесский М.Ю. О тензоре магнитной проницаемости ненасыщенных ферритов. // Радиотехника и электроника. 1973. - №1. - С. 140-151.

26. Димитрюк А.А., Иванов Р.Г., Осипов А.В. Электромагнитные поля в нормально подмагниченном дисковом ферритовом резонаторе// Функциональные электрические системы и устройства, линии передачи СВЧ: Межвуз. научн. сб. Саратов: СГТУ, 1999. - С. 79-84.

27. Димитрюк А.А., Краснов Е.С. Анализ микрополоскового циркулятора несимметричного типа// Вопр. радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1983. - Вып. 3. -С. 22-28.

28. Бакаленко И. Ю., Димитрюк А. А., Краснов Е. С. Многофункциональные ферритовые узлы. Деп. в ВИНИТИ №5882-В87

29. Краснов Е. С., Бакаленко И. Ю., Богданов М. Н., Димитрюк А. А., Филиппов А. В. Многофункциональные миниатюрные ферритовые узлы // Функциональная электроника. 1989. - С.49-53.

30. Воробьёв Е. А. Расчет производственных допусков устройств СВЧ. JL: Судостроение, 1980. -148 с.

31. Силаев М. А., Брянцев С. Ф. Приложение матриц и графов к анализу СВЧ устройств. М.: Сов. Радио, 1970 - 248 с.

32. Воробьёв Е. А. Основы конструирования судовых устройств СВЧ Л.: Судостроение, 1985. - 146 с.

33. Димитрюк А. А., Краснов Е. С., Бакаленко И. Ю. Исследование микрополосковых линий на ферритовых подложках // Изв. Вузов СССР. Радиоэлектроника. 1984. - Т. 27, №11. - С. 28-31.

34. Димитрюк А. А. , Бакаленко И. Ю. Расчет и проектирование согласующих цепей для Y-циркулятора в интегральных схемах СВЧ.// Вопр. Радиоэлектроники. Сер. ТПО. -1982. Вып.З. - С. 22-27

35. Семенов И.А. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1973. - 480 с.

36. Новожилов Ю.В., Яппа Ю.А. Электродинамика. М.: Наука, 1978. - 352 с.

37. Краснов Е.С., Белова JI.B., Димитрюк А.А. Исследование процессов распространения электромагнитных колебаний в узлах функциональной электроники на основе гиротропных сред // Функциональная электроника. М.: НИИЭИР, 1989. - С.49-54.

38. Димитрюк А.А. Методика исследования процессов распространения СВЧ-колебаний в гиротропных структурах // Актуальные проблемы электронного приборостроения. Материалы междунар. НТК. Саратов: СГТУ, 1998. - Т2. - С. 150-155.

39. Димитрюк А.А., Осипов А.В. Электромагнитные волны в гиромагнитных и гироэлектрических средах // Технологические СВЧ установки, функциональные электродинамические устройства. Межвуз. научн. сб. Саратов: СГТУ, 1998. -С. 139-141.

40. Димитрюк А.А., Иванов Р.Г., Осипов А.В. Магнитная проницаемость ненасыщенных ферритов в устройствах СВЧ // Проблемы управления и связи: Материалы междунар. НТК. Саратов: СГТУ, 2000. - С. 110-112.

41. Авербух М.Э., Димитркж А.А. Расщепление волн в спиральном вентиле со слоистым поперечно-подмагниченным ферритодиэлектрическим заполнением // Вопросы электронной техники. Саратов: СПИ, 1973. - вып.62. - С. 62-66.

42. Краснов Е.С. и др. К вопросу конструирования микрополосковой линии передачи на ферритовой подложке //Воп. Радиоэлектроники. Сер. ТПО. 1975. - №4. - С. 68-75

43. Пьюсел Р.А., Мэсси Д.Дж. Распространение волн в микрополосковых линиях на магнитных подложках // Зарубежная радиоэлектроника. 1973. -№5.-С. 11-24.

44. Schneider M.V. Microstrip lines for microwave integrated circuits. BSTJ. -1969. - vol. 48, №5. - P. 1421-1443.

45. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств. -М.: Радио и связь, 1982. 328 с.

46. Ганстон М.А.Р. Справочник по волновым сопротивлениям фидерных линий СВЧ.-М.: Связь, 1976. 150 с.

47. Федоров Н.Н. Основы электродинамики. М.: Высшая школа, 1980. - С. 5562.

48. Хелцайн Дж. Пассивные и активные цепи СВЧ. М.: Радио и связь, 1981. -200 с.

49. Егоров Ю.В. Частично заполненные прямоугольные волноводы. М: Сов.радио, 1967.-216 с.

50. Белова JI.B., Димитрюк А.А., Краснов Е.С. Электродинамические потенциалы для гиротропных сред./ Саратовский политехнический институт. -Саратов. 1988. - 30 с. - Деп в ВИНИТИ 17.05.88 г.

51. Справочник по специальным функциям / Под ред. М. Абрамовича и И. Стигана. М.: Наука, 1979. - 700 с.

52. А.А. Димитрюк, Р.Г. Иванов, А.В. Осипов Миниатюрные ферритовые устройства управления мощностью СВЧ.// Электротехнологические СВЧ установки, функциональные электродинамические устройства: Межвуз. научн. сб. Саратов: СГТУ, 1999. - С. 32-37.

53. Перегонов С.А. Интегральные СВЧ-схемы и перспективы их широкого применения. Электронная техника, сер. I. Электроника СВЧ. 1977. - №11. - С. 50-55.

54. Ищенко А.Н., Урсуляк Н.Д. Интегральные ферритовые устройства СВЧ // Электронная техника, сер.1. Электроника СВЧ. 1977. - №11. - С. 56-73.

55. Никольский В.В., Никольская Т.И. Декомпозиционный подход к задачам электродинамики. М.: Наука, 1983. - 304 с.

56. Bosma Н. On the principle of stripline circulation // IEEE. 1962, 109B, Suppl. 21, №1.-P. 137-146.

57. Вамберский M.B., Казанцев B.H. Инженерный расчет полосковых циркуляторов дециметрового диапазона длин волн. // Радиотехника. 1968. - № 11. - с.24-30.

58. Edwards Т.С., Owens R.P. 2-18 GHz dispersion measurements on microstrip lines on sapphire // IEEE Trans. On MTT. 1976, v.24, №8. - P. 506-513.

59. Малорацкий JI.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. М.: Сов. Радио, 1976.-216 с.

60. Ищенко А.Н., Королев А.Н. Расчет матрицы рассеяния широкополосного микрополоскового циркулятора // Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ.- 1978.- №7. С.117-119.

61. Wu Y.S., Rosenbaum F.J. Wide-band operation of microstrip circulators // IEEE Trans. On MTT, 1974. v.22, №10. - P. 849-856.

62. Краснов Е.С. Влияние конструкторско-технологических погрешностей на электрические характеристики Y-циркуляторов // Вопр. радиоэлектроники, сер. ТПО. 1980. - №2. - С. 36-47.

63. Дмитриев В.А., Казанцев В.И. Электродинамическое исследование полосковых трехплечных циркуляторов с кольцевым резонатором // Труды V Международной конференции по гиромагнитной электронике и электродинамике. -Вильнюс, 1980. т.1. - С. 116-121.

64. Хелцайн Дж. Пассивные и активные цепи СВЧ. М.: Радио и связь, 1981. -200 с.

65. Вамберский М.В., Абрамов В.П., Казанцев В.И. Конструирование ферритовых развязывающих приборов СВЧ. М.: Радио и связь, 1982. - 136 с.

66. Weng Cho Chew, Jin Au Kong. Effects of frinding fields on the capacitance of circular microstrip disk // IEEE Trans. On MTT. 1980. - v.28, №2. - P. 98-103.

67. Miyoshi Т., Miyachi S. The design of planar circulators for wide-band operation // IEEE Trans. On MTT. 1980. - v.28, №3. - P. 210-214.

68. Биктяков P.M., Гаскаров Д.В., Звороно Ю.С. и др. Стабильность свойств ферритов. М.: Сов. Радио, 1974. - 352 с.

69. Маслов E.JI. , Покусин Д.Н. О расчете ферритовых резонансных вентилей и У-циркуляторов на Н-образных волноводах // Радиотехника и электроника. -1992.- N3.-С. 431-443.

70. Фельдштейн A.JL, Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. М. : Советское радио, 1967. - 652 с.

71. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М. : Высшая школа, 1988. - 432 с.

72. Шумилов В.А., Свириденков B.C. Диапазонные свойства ферритового Y-соединения полосковых линий // Материалы V Международной конференции по гиромагнитной электронике и электродинамике. Вильнюс, 1980, т.4. - С. 181-185.

73. Краснов Е.С., Димитрюк А. А. Конструкторско-технологические особенности проектирования Y-циркуляторов на комбинированных подложках // Вопр. радиоэлектроники, сер. ТПО. 1982. - №1. - С. 30-34.

74. Многофункциональные миниатюрные ферритовые узлы / Е.С. Краснов, И.Ю. Бакаленко, М.Н. Богданов и др. // Функциональная электроника 1989. -С. 49-54.

75. Димитрюк А.А., Иванов Р.Г., Осипов А.В. Электромагнитные поля в полосковом волноводе с намагниченным ферритом // Электротехнологические СВЧ установки, функциональные электродинамические устройства: Межвуз. научн. сб. Саратов: СГТУ, 1999. - С. 28-31.

76. Миниатюрные ферритовые узлы на основе связанных линий передачи / И.Ю. Бакаленко, А.А. Димитрюк, Е.С. Краснов и др. // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО 1988 - Вып.1 - С. 24-28.

77. Димитрюк А.А., Иванов Р.Г., Осипов А.В. Полосковая линия с поперечно намагниченным ферритом // Электродинамические устройства и линии передачи СВЧ: Межвуз. научн. сб. Саратов: СГТУ, 2000. - С. 87-90.

78. Белова Л.В., Димитрюк А.А., Краснов Е.С. Электродинамические потенциалы для гиромагнитных сред / Саратов. СПИ, 1988. деп. в ВИНИТИ, Ж3770-В88.

79. Краснов Е.С., Белова Л.В., Димитрюк А.А. Исследование процессов распространения электромагнитных колебаний в узлах функциональной электроники на основе гиротропных сред // Функциональная электроника. -1989.-С. 38-43.

80. Димитрюк А.А., Иванов Р.Г., Осипов А.В. Полосковая ферритовая линия в режиме краевой волны // Актуальные проблемы электронного приборостроения. Материалы междунар. НТК. Саратов: СГТУ, 2000.-С. 44-48.

81. Краснов Е.С. Собственные колебания дискового ферритового резонатора // Вопросы радиоэлектроники Сер. ОВР - 1990. - Вып. 18 - С. 11-18.

82. Димитрюк А.А., Краснов Е.С. Исследование невзаимной предельной линии на комбинированной ферритовой подложке // Вопросы радиоэлектроники -Сер. ТПО 1985 - Вып. 2. - С. 32-39.

83. Димитрюк А.А., Иванов Р.Г., Осипов А.В. Тензор магнитной проницаемости феррита при произвольной ориентации подмагничивающего поля // Проблемы управления и связи. Материалы междунар. НТК. Саратов: СГТУ, 2000. - С. 107-109.

84. Димитрюк А.А., Иванов Р.Г., Осипов А.В. Многофункциональные ферритовые устройства на основе многоплечевого сочленения // Актуальные проблемы электронного приборостроения. Материалы междунар. НТК. -Саратов: СГТУ, 2000. С. 129-133.

85. Абрамов В.П., Дмитриев В.А., Шелухин С.А. Расчет и проектирование микрополосковых ферритовых устройств с применением ЭВМ М.: МВТУ, 1987.-54 с.

86. Дмитриев В.А., Казанцев В.И. Ферритовые циркуляторы на основе кольцевых резонаторов // Автоматизированное проектирование устройств и систем СВЧ. М.: МИРЭА, 1982. - С. 179-193.