Метод багатократних відбиттів у задачі конструктивного синтезу поляризаторів і фазозсувачів на основі трьох недисипативних неоднорідностей у хвилеводі
DOI:
https://doi.org/10.20535/S0021347022110036Ключові слова:
хвилевідний поляризатор, поляризатор на основі діафрагм, поляризатор на основі штирів, матриця розсіювання, диференціальний фазовий зсув, вносимий фазовий зсув, коефіцієнт передачі, коефіцієнт відбиття, фазо-частотна характеристика, амплітудно-частотна характеристикаАнотація
У статті наведено результати розробки аналітичного методу конструктивного синтезу хвилевідних поляризаторів і фазозсувачів на основі трьох недисипативних неоднорідних елементів. Аналітичний синтез таких пристроїв здійснено на основі розв’язку задачі поширення електромагнітних хвиль у відрізку хвилевода з трьома недисипативними неоднорідностями методом багатократних відбиттів в однохвильовому наближенні. Запропонований підхід дозволив отримати ясне фізичне обґрунтування математичного формулювання умов аналітичного синтезу поляризаторів і фазозсувачів на основі трьох недисипативних неоднорідностей у хвилеводі. В результаті отримано прості формули, які визначають параметри фазозсувних елементів та електричну відстань між ними, при яких відсутні відбиття та забезпечується потрібний фазовий зсув. Конструктивний синтез поляризатора здійснений з умов рівності необхідних та реальних провідностей реактивних елементів у хвилеводі та їх похідних на центральній частоті робочого діапазону частот. В результаті визначено оптимальні геометричні розміри конструкції пристрою. Показано, що поляризатор на основі трьох штирів у квадратному хвилеводі може забезпечити робочу смугу частот 10% при відбитті електромагнітної енергії менше 1% і диференціальному фазовому зсуві Δφ = 90° ± 1°, та робочу смугу частот до 18% при допустимому відбитті 10% енергії і диференціальному фазовому зсуві Δφ = 90° ± 2°. Теоретичні результати підтверджено високоточним електродинамічним моделюванням та експериментально на виготовленому експериментальному зразку оригінального керованого поляризатора Х-діапазону з максимально плоскою фазо-частотною характеристикою на основі трьох симетричних металевих штирів, що вводяться у круглий хвилевід. Розроблений аналітичний метод конструктивного синтезу хвилеводних поляризаторів на основі трьох неоднорідностей призначений як для самостійного використання, так і для отримання початкових значень розмірів поляризаційного пристрою з метою кардинального пришвидшення пошуку глобального екстремуму в процесі багатопараметричної оптимізації при високоточному конструктивному синтезі такого пристрою на електродинамічному рівні з урахуванням вищих типів хвиль та взаємодії між неоднорідностями на вищих типах хвиль.
Посилання
S. Piltyay, A. Bulashenko, V. Shuliak, “Development and optimization of microwave guide polarizers using equivalent network method,” J. Electromagn. Waves Appl., vol. 36, no. 5, pp. 682–705, 2022, doi: https://doi.org/10.1080/09205071.2021.1980913.
A. J. Simmons, “Phase shift by periodic loading of waveguide and its application to broad-band circular polarization,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 3, no. 6, pp. 18–21, 1955, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.1955.1124986.
E. E. Altshuler, “A periodic structure of cylindrical posts in a rectangular waveguide,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 9, no. 5, pp. 398–402, 1961, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.1961.1125360.
T. A. Abele, “Inductive post arrays in rectangular waveguide,” Bell Syst. Tech. J., vol. 57, no. 3, pp. 577–594, 1978, doi: https://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1978.tb00596.x.
M. Navarro-Tapia, J. Esteban, J. E. Varela, C. Camacho-Penalosa, “Simulation and measurement of the S-parameters of obstacles in periodic waveguides,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 60, no. 4, pp. 1146–1155, 2012, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2012.2185944.
L. P. Mospan, S. A. Prikolotin, A. A. Kirilenko, “Rectangular waveguide section with a pair of antipodal posts: Spectral characteristics,” in 2015 International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT), 2015, pp. 1–3, doi: https://doi.org/10.1109/ICATT.2015.7136867.
F. Q. Pereira, A. R. Perez, P. V. Castejon, A. A. Melcon, “Integral equation analysis of capacitive waveguide circuits,” in 2016 IEEE International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (MMET), 2016, pp. 71–76, doi: https://doi.org/10.1109/MMET.2016.7544094.
B. Subbarao, V. F. Fusco, “Differential phase polarizer used for RCS control,” in IEEE Antennas and Propagation Society Symposium, 2004., 2004, pp. 4256-4259 Vol.4, doi: https://doi.org/10.1109/APS.2004.1330291.
G. Virone, R. Tascone, M. Baralis, O. A. Peverini, A. Olivieri, R. Orta, “A novel design tool for waveguide polarizers,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 53, no. 3, pp. 888–894, 2005, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2004.842491.
A. V. Bulashenko, S. I. Piltyay, I. V. Demchenko, “Wave matrix technique for waveguide iris polarizers simulation. Numerical results,” J. Nano- Electron. Phys., vol. 13, no. 5, pp. 05023-1-05023–6, 2021, doi: https://doi.org/10.21272/jnep.13(5).05023.
S. Piltyay, A. Bulashenko, V. Shuliak, O. Bulashenko, “Electromagnetic simulation of new tunable guide polarizers with diaphragms and pins,” Adv. Electromagn., vol. 10, no. 3, pp. 24–30, 2021, doi: https://doi.org/10.7716/aem.v10i3.1737.
Ф. Ф. Дубровка, А. В. Булашенко, А. М. Куприй, С. И. Пильтяй, “Аналитико-численный метод конструктивного синтеза оптимальных поляризаторов на основе трех диафрагм в квадратном волноводе,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 64, no. 4, pp. 234–246, 2021, doi: https://doi.org/10.20535/S002134702104004X.
Ф. Ф. Дубровка, А. В. Булашенко, “Аналітичний метод конструктивного синтезу компактних поляризаторів з максимально плоскою фазочастотною характеристикою на основі двох реактивних елементів у квадратному хвилеводі,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 65, no. 12, pp. 731–751, 2022, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347022090035.
Ф. Ф. Дубровка, Я. Е. Роспопа, “Распространение электромагнитных волн в линиях передачи, нагруженных тремя неоднородностями,” Вест. Киев. политехн. ин-та. Радиотехника, no. 22, pp. 13–17, 1985.
В. И. Вольман, Ю. В. Пименов, Техническая Электродинамика. Москва: Связь, 1971.
М. Абрамовиц, И. Стиган, Eds., Справочник По Специальным Функциям с Формулами, Графиками и Математическими Таблицами. Москва: Наука, 1979.
J. Helszajn, Microwave Polarizers, Power Dividers, Phase Shifters, Circulators, and Switches. Wiley, 2018, doi: https://doi.org/10.1002/9781119490104.
N. Marcuvitz, Waveguide Handbook. Short Run Press Ltd., 1986.
D. M. Pozar, Microwave Engineering, 4th ed. New Jersey: Wiley and Sons, 2011, uri: https://www.wiley.com/en-us/Microwave+Engineering%2C+4th+Edition-p-9780470631553.
В. А. Паниц, Ф. Ф. Дубровка, “Устройство управления поляризацией,” Авторское свидетельсво № 1501196, 1987.
W. L. Stutzman, Polarization in Electromagnetic Systems, 2nd ed. Artech House, 2018, uri: https://us.artechhouse.com/Polarization-in-Electromagnetic-Systems-Second-Edition-P1945.aspx.
R. E. Collin, Foundations for Microwave Engineering. Wiley-IEEE Press, 2001, uri: https://ieeexplore.ieee.org/book/5265446.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Вісті вищих учбових закладів. РадіоелектронікаИздатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.
Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).
Варианты доступа к статье:
1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)
В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).
2. Статья с последующим доступом по подписке
В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.
- Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
- Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
- Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
- Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
- Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
- Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
- Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
- Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
- Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
- Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
- Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
- Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
- Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
- Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
- В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
- Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
- Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.
