Анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание мод в полых диэлектрических и металлодиэлектрических волноводах

Анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание мод в полых диэлектрических и металлодиэлектрических волноводах

Методом возмущений проведен анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание направляемых мод полого диэлектрического волновода. Проведена оценка влияния таких неоднородностей на затухание мод металлодиэлектрического волновода при малом затухании рабочей моды НЕ₁₁. Показано, что з...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Радіофізика та електроніка
Datum:2010
Hauptverfasser: Горошко, А.И., Киселев, В.К.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2010
Schlagworte:
Электродинамика СВЧ
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105823
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание мод в полых диэлектрических и металлодиэлектрических волноводах / А.И. Горошко, В.К. Киселев // Радіофізика та електроніка. — 2009. — Т. 1(15), № 4. — С. 12-15. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-105823
record_format dspace
spelling Горошко, А.И.
Киселев, В.К.
2016-09-10T19:48:26Z
2016-09-10T19:48:26Z
2010
Анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание мод в полых диэлектрических и металлодиэлектрических волноводах / А.И. Горошко, В.К. Киселев // Радіофізика та електроніка. — 2009. — Т. 1(15), № 4. — С. 12-15. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
1028-821X
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105823
621.372.8.029.7
Методом возмущений проведен анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание направляемых мод полого диэлектрического волновода. Проведена оценка влияния таких неоднородностей на затухание мод металлодиэлектрического волновода при малом затухании рабочей моды НЕ₁₁. Показано, что затухание мод в обоих волноводах не критично к небольшим неоднородностям. Линейно поляризованная мода НЕ₁₁ в обоих волноводах более чувствительна к изменению диэлектрической проницаемости в плоскости поляризации вектора Ē .
Методом збурення досліджено вплив азимутальної неоднорідності діелектрика на затухання спрямовуваних мод порожнистого діелектричного хвилевода. Проведено оцінку впливу таких неоднорідностей на затухання мод в металодіелектричному хвилеводі при малому затуханні робочої моди HE₁₁ Показано, що затухання мод в обох хвилеводах не критичне до невеликих неоднорідностей. Лінійно поляризована мода HE₁₁ в обох хвилеводах більш чутлива до зміни діелектричної проникності в площині поляризації вектора Ē.
An effect of azimuthal dielectric inhomogeneity upon the mode attenuation of the hollow dielectric waveguide has been studied using the perturbation method. Estimation of the effect produced by such ingomogeneities upon the mode attenuation in the hollow dielectric and dielectric-lined waveguides has been performed. It is shown that the modes attenuation in both of the waveguides is not critical to small-valued inhomogeneities. The linearly polarized HE₁₁ mode in both of the waveguides is more sensitive to variation in dielectric permittivity in the plane of vector Ē polarization.
ru
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
Радіофізика та електроніка
Электродинамика СВЧ
Анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание мод в полых диэлектрических и металлодиэлектрических волноводах
Аналіз впливу азимутальної неоднорідності діелектрика на затухання мод в порожнистих діелектричних і металодіелектричних хвилеводах
Analysis of effect of azimuthal dielectric inhomogeneity on mode attenuation in hollow dielectric and dielectric-lined waveguides
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание мод в полых диэлектрических и металлодиэлектрических волноводах
spellingShingle Анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание мод в полых диэлектрических и металлодиэлектрических волноводах
Горошко, А.И.
Киселев, В.К.
Электродинамика СВЧ
title_short Анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание мод в полых диэлектрических и металлодиэлектрических волноводах
title_full Анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание мод в полых диэлектрических и металлодиэлектрических волноводах
title_fullStr Анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание мод в полых диэлектрических и металлодиэлектрических волноводах
title_full_unstemmed Анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание мод в полых диэлектрических и металлодиэлектрических волноводах
title_sort анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание мод в полых диэлектрических и металлодиэлектрических волноводах
author Горошко, А.И.
Киселев, В.К.
author_facet Горошко, А.И.
Киселев, В.К.
topic Электродинамика СВЧ
topic_facet Электродинамика СВЧ
publishDate 2010
language Russian
container_title Радіофізика та електроніка
publisher Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
format Article
title_alt Аналіз впливу азимутальної неоднорідності діелектрика на затухання мод в порожнистих діелектричних і металодіелектричних хвилеводах
Analysis of effect of azimuthal dielectric inhomogeneity on mode attenuation in hollow dielectric and dielectric-lined waveguides
description Методом возмущений проведен анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание направляемых мод полого диэлектрического волновода. Проведена оценка влияния таких неоднородностей на затухание мод металлодиэлектрического волновода при малом затухании рабочей моды НЕ₁₁. Показано, что затухание мод в обоих волноводах не критично к небольшим неоднородностям. Линейно поляризованная мода НЕ₁₁ в обоих волноводах более чувствительна к изменению диэлектрической проницаемости в плоскости поляризации вектора Ē . Методом збурення досліджено вплив азимутальної неоднорідності діелектрика на затухання спрямовуваних мод порожнистого діелектричного хвилевода. Проведено оцінку впливу таких неоднорідностей на затухання мод в металодіелектричному хвилеводі при малому затуханні робочої моди HE₁₁ Показано, що затухання мод в обох хвилеводах не критичне до невеликих неоднорідностей. Лінійно поляризована мода HE₁₁ в обох хвилеводах більш чутлива до зміни діелектричної проникності в площині поляризації вектора Ē. An effect of azimuthal dielectric inhomogeneity upon the mode attenuation of the hollow dielectric waveguide has been studied using the perturbation method. Estimation of the effect produced by such ingomogeneities upon the mode attenuation in the hollow dielectric and dielectric-lined waveguides has been performed. It is shown that the modes attenuation in both of the waveguides is not critical to small-valued inhomogeneities. The linearly polarized HE₁₁ mode in both of the waveguides is more sensitive to variation in dielectric permittivity in the plane of vector Ē polarization.
issn 1028-821X
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105823
citation_txt Анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание мод в полых диэлектрических и металлодиэлектрических волноводах / А.И. Горошко, В.К. Киселев // Радіофізика та електроніка. — 2009. — Т. 1(15), № 4. — С. 12-15. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT goroškoai analizvliâniâazimutalʹnoineodnorodnostidiélektrikanazatuhaniemodvpolyhdiélektričeskihimetallodiélektričeskihvolnovodah
AT kiselevvk analizvliâniâazimutalʹnoineodnorodnostidiélektrikanazatuhaniemodvpolyhdiélektričeskihimetallodiélektričeskihvolnovodah
AT goroškoai analízvplivuazimutalʹnoíneodnorídnostídíelektrikanazatuhannâmodvporožnistihdíelektričnihímetalodíelektričnihhvilevodah
AT kiselevvk analízvplivuazimutalʹnoíneodnorídnostídíelektrikanazatuhannâmodvporožnistihdíelektričnihímetalodíelektričnihhvilevodah
AT goroškoai analysisofeffectofazimuthaldielectricinhomogeneityonmodeattenuationinhollowdielectricanddielectriclinedwaveguides
AT kiselevvk analysisofeffectofazimuthaldielectricinhomogeneityonmodeattenuationinhollowdielectricanddielectriclinedwaveguides
first_indexed 2025-11-26T09:47:38Z
last_indexed 2025-11-26T09:47:38Z
_version_ 1850618082554281984
fulltext __________ ISSN 1028821X Радіофізика та електроніка, 2010, том 1(15), № 4 © ІРЕ НАН України, 2010 УДК 621.372.8.029.7 А. И. Горошко, В. К. Киселев АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ АЗИМУТАЛЬНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ДИЭЛЕКТРИКА НА ЗАТУХАНИЕ МОД В ПОЛЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДАХ Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины 12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина E-mail: agoroshko@ire.kharkov.ua Методом возмущений проведен анализ влияния азимутальной неоднородности диэлектрика на затухание направляемых мод полого диэлектрического волновода. Проведена оценка влияния таких неоднородностей на затухание мод металлодиэлектри- ческого волновода при малом затухании рабочей моды НЕ11. Показано, что затухание мод в обоих волноводах не критично к не- большим неоднородностям. Линейно поляризованная мода НЕ11 в обоих волноводах более чувствительна к изменению диэлектри- ческой проницаемости в плоскости поляризации вектора .E  Ил. 1. Библиогр.: 8 назв. Ключевые слова: полый диэлектрический волновод, металлодиэлектрический волновод, метод возмущений, неоднородность диэлектрика. При создании СВЧ-устройств и элемен- тов тракта на основе волноводов с диэлектриком необходимо знание насколько свойства волново- да критичны к неоднородностям параметров ди- электрика. Рассмотрим круглый полый диэлектри- ческий волновод (ПДВ) радиуса a с бесконечной толщиной стенки [1], представленный на рисунке. Комплексная диэлектрическая проницаемость стенки   i зависит от азимутальной ко- ординаты: )(  при ar  и 1 при ar  . Рассмотрим случай слабой зависимости исход- ной диэлектрической проницаемости от угловой координаты: ),(0   где .1)( 0  В связи с тем что характер полей направляемых мод волновода при малых изменениях  диэлект- рика изменяется незначительно, при нахождении постоянной распространения  можно воспользо- ваться методом возмущений [2]. Используя ос- новные квадратичные леммы для комплексных амплитуд [2], в нашем случае ( – константа, r ) можно записать ,при0)(div ,при0)( )(div 00 0000 * 0 * 0 arHEHE arEEEE c i HEHE            (1) где div – двумерная дивергенция в плоскости поперечного сечения волновода, а индексом  обозначены поперечные (перпендикулярные к оси волновода 0z  ) составляющие векторов; 00 , HE  – собственные поля невозмущенного вол- новода ;0)(  HE  , – поля при ;0)(  0, – частота колебаний в соответствующей сре- де;  00 , EH  – комплексно-сопряженные значения; с – скорость света в свободном пространстве. Геометрия волновода Воспользовавшись двумерной теоремой Гаусса-Остроградского [3], получим следующие интегральные выражения для полей: ;при 0)()( )( 0000 000 1 ar dszHEHEi dLnHEHE S L               (2) ,при )( )()( )( 00 0000 000 2 2 ar dsEEik dszHEHEi dLnHEHE S S L                    (3) где 1S – поверхность воздушного канала волно- вода; 2S – поверхность диэлектрика; L – контур на границе раздела сред 1S и ;2S 0n  – нормаль к контуру ;L 0 – постоянная распространения при 00 , HE  и  – при ., HE  1S   O 0z  0n  L 2S r  A. B. Горошко, В. К. Киселев / Анализ влияния азимутальной… _________________________________________________________________________________________________________________ 13 Ввиду непрерывности тангенциальных компонент электромагнитных полей на границе раздела областей при ar  интегралы по контуру равны и могут быть исключены из системы. В результате получим выражение для разности постоянных распространения: __________________________________________ . )()( )( 1 2 2 000000 00 0                 S S S dszHEHEdszHEHE dsEEk     (4) ___________________________________________ В ПДВ диаметром ,2 a где  – длина волны в волноводе, поле, проникающее в диэлектрик, мало в сравнении с полем в воздуш- ном канале. При использовании диэлектрика, обладающего значительными потерями, поле проникает в диэлектрик на малую глубину. По- этому вкладом интеграла по поверхности 2S в знаменателе выражения (4) можно пренебречь по сравнению с вкладом интеграла по поверхно- сти .1S Подставив выражения для полей мод волновода, приведеные в [1], в (4) и проведя ин- тегрирование, с учетом приведенного выше со- ображения приходим к следующим выражениям. ___________________________________________ Для nmHE -мод , )11Im(11 ]sin111)][2([ 2 2 0 00 2 000 32 2 0       d ni ak Unm       (5) ___________________________________________ где nmU – m-й корень уравнения ;0)(1  nmn UJ 1nJ – функция Бесселя. Для mTE0 -мод . )11Im(11 )2( 2 2 0 00 00 32 2 0 0             d i ak U m (6) Для mTM0 -мод . )11Im(11 ]111)][2([ 2 2 0 0 000 32 2 0 0       d i ak U m        (7) Учитывая малость приращений   и ,  разложим 1 и 10   в ряды по мало- му параметру . В первом приближении разло- жения получим выражения для приращения ко- эффициента затухания (мнимой части постоянной распространения): Для nmHE -мод .]sin) )1(4 9 2( )sin(cos ) )1(2 3 [( )1(8 2 0 2 0 0 2 0 2 2 0 0 0 23 0 32 2            dn nn ak Unm            (8) Для mTE0 -мод .) )1(2 3 ( )1(4 0 0 2 0 23 0 32 2 0        d ak U m        (9) Для mTM0 -мод .) )1(4 9 )1(2 3 2( )1(4 0 2 0 2 0 0 00 00 23 0 32 2 0          d ak U m           (10) Выражения (8)–(10) позволяют оценить изменения коэффициента затухания мод волново- да при различных законах ).( Для низших мод всех трех типов получим при простейших законах изменения диэлектрической проницаемости: – законы изменения  для гибридной моды 11HE ;sin)()( 2 maxmax   i (11) )]; )1(4 9 2(3 )31)( )1(2 3 [( )1(32 0 max 2 0 max0 0 0 max0 max 23 0 32 2 11                    ak U (12) A. B. Горошко, В. К. Киселев / Анализ влияния азимутальной… _________________________________________________________________________________________________________________ 14 ;cos)()( 2 maxmax   i (13) )]; )1(4 9 2( )3)( )1(2 3 [( )1(32 0 max 2 0 max0 0 0 max0 max 23 0 32 2 11                    ak U (14) – законы изменения  для поперечно-элект- рической моды 01TE ;cos)()( илиsin)()( 2 maxmax 2 maxmax     i i (15) ); )1(2 3 ( )1(4 0 max0 max 23 0 32 2 01            ak U (16) – законы изменения  для поперечно-магнит- ной моды 01TM ;cos)()( илиsin)()( 2 maxmax 2 maxmax     i i (17) ). )1(4 9 )1(2 3 2( )1(4 0 max 2 0 0 max00 max0max0 23 0 32 2 01                  ak U (18) Для ПДВ [4–6] диаметром 2а  20 мм на частоте 300 ГГц и с комплексной диэлектри- ческой проницаемостью стенки 2,03,2 i ( 3,20  , 2,00  ) изменение диэлектрической проницаемости на 5 % приводит к следующим расчетным значениям увеличения коэффициента затухания: – для моды 11HE при изменении диэлектриче- ской проницаемости с законом  2 max sin – на 1,5 % и с законом  2 max cos – на 1 %; – для моды 01TE при изменении диэлектриче- ской проницаемости с законами  2 max sin и  2 max cos – на 2 %; – для моды 01TM при изменении диэлектри- ческой проницаемости с законами  2 max sin и  2 max cos – на 2 %. Таким образом, проведенный анализ по- казывает, что затухание мод ПДВ не критично к небольшим изменениям диэлектрической прони- цаемости, что упрощает технологию изготовле- ния волновода. Затухание линейно поляризованной моды 11HE чувствительно к закону изменения диэлек- трической проницаемости вдоль азимута волно- вода, причем затухание сильнее зависит от изме- нения диэлектрической проницаемости в плоскос- ти поляризации вектора .E  Применение волновода с периодическим изменением диэлектрической проницаемости вдоль азимута волновода делает возможным уве- личение подавления побочных мод типа mTE0 и mTM0 по сравнению с .nmHE Применение метода малых возмущений для анализа влияния на затухание мод металло- диэлектрического волновода (МДВ) [7–8] изме- нения диэлектрической проницаемости слоя ди- электрика затруднено наличием нескольких гра- ниц в таком волноводе и резонансным характе- ром зависимости затухания на некоторых участ- ках диапазона волновода. Однако при работе волновода на участках диапазона с малым зату- ханием СВЧ-мощность, распространяющаяся вдоль диэлектрического слоя, по сравнению с мощностью, распространяющейся вдоль воздуш- ного канала волновода, незначительна. Ее отно- сительная доля порядка a d ka 2)( 1 при 1ka и 1ad ( ,2 k  – длина волны, a – внут- ренний радиус волновода, d – толщина слоя ди- электрика). Поэтому в выражении (4) вкладом интеграла по внешним областям МДВ, как и в случае с ПДВ, можно пренебречь по сравнению с вкладом интеграла по внутренней области. Поля собственных мод в ПДВ и МДВ в воздушном канале волноводов практически одинаковы, по- этому на рабочих участках диапазона с малыми потерями качественный характер влияния азиму- тального изменения значения диэлектрической проницаемости на затухание мод для МДВ будет таким же, как и для ПДВ. Затухание мод МДВ предположительно так же, как в ПДВ, не будет критично к неболь- шому изменению диэлектрической проницаемос- ти вдоль азимута волновода, что снижает требо- вания к постоянству параметров диэлектрическо- го слоя при изготовлении МДВ. Количественная оценка влияния неоднородности диэлектрика требует дополнительных расчетов. 1. Marcatili Е. А. Hollow metallic and dielectric waveguides for long distance optical transmission and lasers / Е. А. Marcatili, R. A. Schmeltzer // BSTJ. – 1964. – 43, N 4. – P. 1783–1809. 2. Гуревич А. Г. Ферриты на сверхвысоких частотах / А. Г. Гуревич. – М.: Физматгиз, 1960. – 407 с. A. B. Горошко, В. К. Киселев / Анализ влияния азимутальной… _________________________________________________________________________________________________________________ 15 3. Мензел Д. Основные формулы физики / Д. Мензел; пер. с англ. под ред. И. С. Шапиро. – М.: Изд-во иностр. лит., 1957. – 658 с. 4. Горошко А. И. Исследование полого диэлектрического лучевода миллиметрового и субмиллиметрового диапазо- нов волн / А. И. Горошко, Е. М. Кулешов // Радиотехника: науч.-техн. сб. / Харьковский ин-т радиоэлектрон. – Х., 1972. – Вып. 21. – C. 215–219. 5. А. с. 302054 СССР. Диэлектрический лучевод субмилли- метрового диапазона волн / А. Н. Ахиезер, А. И. Горошко, Б. Н. Князьков и др. // Открытия. Изобретения. – 1972. – № 8. – С. 235. 6. Киселев В. К. Физическое моделирование электромагнит- ного рассеяния в квазиоптических направляющих струк- турах терагерцевого диапазона / В. К. Киселев // Радиофи- зика и электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофиз. и электрон. НАН Украины. – Х., 2008. – 13, спец. вып. – С. 359–376. 7. Казанцев Ю. Н. Затухание собственных волн в широком волноводе с диэлектрическим покрытием конечной тол- щины / Ю. Н. Казанцев // Радиотехника и электрон. – 1970. – 15, № 1. – С. 207–209. 8. Горошко А. И. Анализ возможности передачи по металло- диэлектрическим волноводам большой СВЧ мощности в терагерцевом диапазоне частот / А. И. Горошко // Радио- физика и электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофиз. и элект- рон. НАН Украины. – Х., 2006. – 11, № 3. – С. 344–347. A. I. Goroshko, V. K. Kiseliov ANALYSIS OF EFFECT OF AZIMUTHAL DIELECTRIC INHOMOGENEITY ON MODE ATTENUATION IN HOLLOW DIELECTRIC AND DIELECTRIC-LINED WAVEGUIDES An effect of azimuthal dielectric inhomogeneity upon the mode attenuation of the hollow dielectric waveguide has been studied using the perturbation method. Estimation of the effect produced by such ingomogeneities upon the mode attenuation in the hollow dielectric and dielectric-lined waveguides has been performed. It is shown that the modes attenuation in both of the waveguides is not critical to small-valued inhomogeneities. The linearly polarized HE11 mode in both of the waveguides is more sensitive to variation in dielectric permittivity in the plane of vector E  polarization. Key words: hollow dielectric waveguide, dielectric- lined waveguide, perturbation method, dielectric inhomogeneity. А. І. Горошко, В. К. Кісельов АНАЛІЗ ВПЛИВУ АЗИМУТАЛЬНОЇ НЕОДНОРІДНОСТІ ДІЕЛЕКТРИКА НА ЗАТУХАННЯ МОД В ПОРОЖНИСТИХ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ І МЕТАЛОДІЕЛЕКТРИЧНИХ ХВИЛЕВОДАХ Методом збурення досліджено вплив азимутальної неоднорідності діелектрика на затухання спрямовуваних мод порожнистого діелектричного хвилевода. Проведено оцінку впливу таких неоднорідностей на затухання мод в метало- діелектричному хвилеводі при малому затуханні робочої мо- ди HE11. Показано, що затухання мод в обох хвилеводах не критичне до невеликих неоднорідностей. Лінійно поляризова- на мода HE11 в обох хвилеводах більш чутлива до зміни діеле- ктричної проникності в площині поляризації вектора .E  Ключові слова: порожнистий діелектричний хви- левід, металодіелектричний хвилевід, метод збурень, неодно- рідність діелектрика. Рукопись поступила 09.06.10 г.

Ähnliche Einträge