Электродинамический метод анализа многослойных цилиндрических структур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат технических наук Мительман, Юрий Евгеньевич

• Мительман, Юрий Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мительман, Юрий Евгеньевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ

РАДИАЛЬНО НЕОДНОРОДНОЙ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ СТРУКТУРЫ

1Л Общее решение задачи возбуждения цилиндрической структуры

1.2 Метод эквивалентных линий для цилиндрической структуры

1.3 Скалярная функция Грина уравнения Бесселя для Е- и //-волн

1.4 Матрицы передачи слоя и границы

1.5 Моделирование границ областей

1.6 Расчет элементов эквивалентной схемы многослойной структуры

1.7 Представление продольных компонентов поля в виде суперпозиции

радиально распространяющихся волн

1.8. Выводы

ГЛАВА 2 АНАЛИЗ ЭКРАНИРОВАННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ НАПРАВЛЯЮЩИХ СТРУКТУР

2.1 Вывод основных расчетных соотношений

2.2 Расчет критических частот собственных волн

2.3 Дисперсионные характеристики экранированных волноводов

2.4 Коэффициенты затухания собственных волн

2.5 Выводы

ГЛАВА 3 ОСОБЕННОСТИ АНАЛИЗА СТРУКТУР, ПОДДЕРЖИВАЮЩИХ КВАЗИ-Т ВОЛНЫ

3.1 Вывод основных расчетных соотношений

3.2 Критические частоты собственных волн

3.3 Особенности дисперсионных характеристик

3.4 Особенности коэффициентов затухания

3.5 Выводы

ГЛАВА 4 АНАЛИЗ ОТКРЫТЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ НАПРАВЛЯЮЩИХ СТРУКТУР

4.1 Открытый диэлектрический волновод

2

4.2 Однопроводная линия с диэлектрическим укрытием

4.3 Полосковая линия, расположенная на проводящем цилиндре

4.4 Щелевая линия с цилиндрическим экраном

4.5 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электродинамический метод анализа многослойных цилиндрических структур»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

Многослойные цилиндрические направляющие структуры используются в качестве линий передачи электромагнитной энергии, равно как и в качестве базовых элементов сложных устройств СВЧ (полосно-пропускающие фильтры, фильтры типов волн, аттенюаторы, направленные ответвители и др.), а также элементов антенных систем. При этом присутствие нескольких слоев материала в конструкции может быть обусловлено не только конструкцией содержащих их трактов, но и необходимостью защиты от внешнего воздействия, технологическими особенностями производства элементов и т.д.

Структура поперечного сечения направляющей системы и параметры сред, из которых состоит система, определяют ее электродинамические характеристики. Таковыми характеристиками являются длины распространяющихся волн в линии, их фазовая и групповая скорости, опосредованно выражающиеся коэффициентом фазы. При наличии металлических стенок с конечной проводимостью, электромагнитное поле распространяющейся в линии волны проникает в них, и переносимая волной энергия тратится на нагрев. В случае заполнения линии неидеальным материалом, поле волны создает в нем токи проводимости, что приводит к ослаблению поля в продольном направлении. В этих случаях к электродинамическим характеристикам добавляется коэффициент затухания.

Как правило, при анализе линий передачи интерес представляет комплексное волновое число (постоянная распространения), характеризующее одновременно и дисперсионные свойства линии передачи и ослабление поля волны в продольном направлении. Также для анализа могут быть использованы вторичные электродинамические характеристики, опирающиеся на волновые числа и их частотные зависимости, такие как коэффициент перекрытия по частоте, критические частоты, наклоны дисперсионных характеристик и т.д.

Наличие многослойного заполнения или укрытия в направляющей структуре значительно усложняет расчет ее характеристик, а, следовательно, и ее анализ и проектирование устройств на ее основе. О сложности и важности исследований в области электродинамики многослойных цилиндрических структур говорит ряд работ ученых, внесших свой вклад в развитие этого направления. Среди отечественных ученых отметим Г.В Кисунько, Л.А. Вайнштейна, Б.А. Попереченко, Л.М. В.Ф. Взятышева, С.Б. Раевского, Г.И. Веселова, В.В. Никольского; за рубежом это направление развито Л. Фелсеном, Н. Маркувицом, К. Уолтером, Р. Кингом и Г. Смитом, Дж. К. Саусвортом и многими другими учеными, занимавшимися аналитическими и численными методами электродинамики цилиндрических структур. Также нельзя не отметить основателя уральской научной школы по технической электродинамике Б.А. Панченко, развившего метод тензорных функций Грина анализа слоистых сред, и его учеников С.Т. Князева и С.Н. Шабунина, продолживших разработку данного метода для электродинамики плоских и цилиндрических многослойных структур.

Первым попытался решить задачу о распространении электромагнитной волны вдоль бесконечно тонкого проводника Г. Герц [1], однако потерпел неудачу, не сумев сформулировать граничные условия на бесконечно тонком проводнике. Первую же задачу о распространении электромагнитных волн вдоль цилиндрической направляющей структуры конечного поперечного сечения сформулировал и рассматривал в своих работах один из основоположников электродинамики А. Зоммерфельд [2]. Тогда еще он задавался только вопросом о возможности распространения волны вдоль проводника с конечной проводимостью, и при этом, применив условия обнуления поля на бесконечности, получил распределение амплитуды поля вдоль радиальной координаты в виде функции Ханкеля.

В дальнейшем теория цилиндрических линий передачи развивалась в отечественных работах [3], [4], [5]. В это же время развитие теории нашло отражение и в зарубежных монографиях [6], [7], частично посвященных уже

5

двухслойным линиям передачи. Множество серьезных научных работ в то время связано с перспективой использования волны круглого волновода для передачи электромагнитных волн на дальние расстояния, которая перестала быть привлекательной с распространением оптоволоконных линий и развитием технологий их производства.

Первой существенной отечественной монографией, рассматривающей проблемы практически только многослойных волноводов можно считать [8]. В ней рассматриваются особенности распространения волн в открытых диэлектрических волноводах. В дальнейшем появилась еще одна крупная работа [9], затрагивающая уже и закрытые направляющие структуры. При этом, из крупных публикаций, в которых хотя бы вкратце рассмотрены слоистые коаксиальные линии можно отметить только [10], [11] и уже упомянутую [7]. В абсолютном большинстве работ для составления дисперсионных уравнений использовался метод сшивания полей и его модификация в виде метода частичных областей, в котором частные решения волновых уравнений в рассматриваемой структуре определяются граничными условиями на границах однородных слоев. При использовании проекционных методов решения дифференциальных уравнений, получают систему линейных алгебраических уравнений (СЛАУ). Однако при увеличении количества слоев матрица, из которой определяется решение СЛАУ, становится плохо обусловленной, что затрудняет быстрый и точный поиск решения. При этом только лишь в последней книге подход к составлению дисперсионных уравнений отличается от общепринятого и частично применяются методы теории цепей СВЧ.

На данный момент самой современной крупной работой по электродинамике многослойных цилиндрических направляющих систем является [12], в которой уклон делается на рассмотрение комплексных волн. Однако и в ней используется метод частичных областей, только уже поиск корней дисперсионного уравнения на комплексной плоскости ведется методами Мюллера и вариации фазы, которые являются перспективными.

Помимо больших работ, охватывающих широкий класс линий передачи, активное развитие вопроса отслеживается и по статьям, посвященным многослойным закрытым волноводам [13-31]. В них в основном обсуждаются такие известные к данному моменту явления как инверсия критических частот, при которой сменяется основной тип волны и, в общем, преобразование критических условий с изменением параметров заполнения. Никаких значительных модификаций методов составления и решения дисперсионных уравнений для собственных волн не производится.

В [24, 25] предлагается даже метод для расчета дисперсии круглого волновода с произвольным диэлектрическим заполнением. В качестве альтернативы классическому методу частичных областей авторами предлагается использовать модифицированный метод Галеркина при расчете характеристик волноводов даже в том случае, когда параметры заполнения непрерывно изменяются вдоль радиальной координаты. Для иллюстрации работы метода в работах приведены рассчитанные характеристики волноводов с градиентным профилем диэлектрической проницаемости заполнения. Однако работоспособность такого метода показана только на примере симметричных волн круглого волновода с произвольным заполнением.

Ряд работ посвящен и коаксиальным линиям [32-41]. При этом в этих работах указываются лишь общие тенденции поведения основной волны в зависимости от конфигурации поперечного сечения коаксиальной линии. Анализ высших типов волн в литературе остается практически не освященным, за исключением расчетов критической частоты первого высшего типа волны.

Открытым диэлектрическим волноводам посвящено множество статей, т.к. они являются базовой структурой для создания современных оптоволоконных линий [42-59]. Однако в данных статьях также нет каких либо модификаций аналитических либо численных методов поиска волновых чисел. В серии публикаций [55-59] методом частичных областей с некоторыми модификациями составляются и решаются дисперсионные уравнения для круглых волноводов с резистивными (поглощающими) элементами в структуре.

7

В работе [60] рассматриваются существующие проблемы применения дискретизационных методов при расчете электродинамических характеристик волноводов.

К недостаткам используемых методов следует отнести невозможность строгого учета граничных условий на поверхности реальных проводников. В существующих работах в случае необходимости учета конечной проводимости стенок используются импедансные граничные условия, получаемые из приближенных граничных условий Леонтовича. Такой подход оправдан при высоких проводимостях металла стенок, однако, при средних значениях, характерных, например, для графита и похожих материалов, упрощение дает ощутимые погрешности. Оценкой таких погрешностей пренебрегают еще и по причине их существенного проявления только на низких частотах для большинства используемых в технике СВЧ проводников. Такое пренебрежение оправдано в случае анализа структур, не поддерживающих Т и квази-Г волны, т.к. критическая частота основного типа волны для них обычно обеспечивает сильное проявление поверхностного эффекта в рабочем диапазоне. Таким образом, для существующих приближенных методов ограничен круг решаемых ими задач.

К недостаткам существующих методов можно отнести и их существенную консолидацию на определенном виде структуры. Так, например, для получения дисперсионных уравнений коаксиальной линии даже при наличии таковых для круглого волновода, их необходимо выводить заново. То есть используемые алгоритмы являются абсолютно не универсальными по отношению к граничным условиям на внутренних и внешних поверхностях исследуемых структур, что усложняет создание систем автоматизированного проектирования на их основе.

Все это говорит о создании универсального электродинамического метода анализа многослойных цилиндрических структур как о важной задаче, имеющей существенное значение для теории и практики проектирования направляющих систем.

Цели и задачи диссертации.

Разработка нового электродинамического метода анализа многослойных направляющих цилиндрических структур, позволяющего получить универсальный инструмент для проектирования и исследования широкого класса линий передачи и устройств на их основе. Для достижения этой цели решаются следующие задачи:

- построение универсальной математической модели для анализа указанных многослойных цилиндрических направляющих систем, ориентированной на использование в системах автоматизированного проектирования СВЧ устройств;

получение и исследование численных результатов решения дисперсионных уравнений исследуемых направляющих структур и проверка корректности разработанной модели.

Методы исследования.

В диссертации для получения матричного описания эквивалентных линий используется метод тензорной функции Грина, математические методы линейной алгебры. Для составления и решения дисперсионных уравнений используются метод поперечного резонанса и численные методы решения трансцендентных уравнений.

Научная новизна.

1. На основе модели эквивалентных радиальных линий передачи, методов теории цепей СВЧ и уравнений поперечного резонанса разработан электродинамический метод анализа многослойных цилиндрических направляющих систем, отличающийся универсальностью по отношению к граничным условиям на внутренней и внешней поверхностях структуры и к числу слоев в анализируемой структуре, а также строгостью граничных условий на проводящих поверхностях.

2. На основе авторского метода поиска корней трансцендентных уравнений поперечного резонанса составлены алгоритмы расчета дисперсионных характеристик собственных волн круглого волновода и

коаксиальной линии с трехслойным заполнением, открытого диэлектрического двухслойного волновода и однопроводной линии с двухслойным покрытием, иллюстрирующие эффективность и универсальность разработанного электродинамического метода при расчете характеристик различных по структуре поперечного сечения линий передачи.

3. При составлении дисперсионных уравнений относительно комплексных волновых чисел в линиях передачи с потерями в металле использованы строгие граничные условия. Получены решения соответствующих дисперсионных уравнений. Показано влияние применения приближенных граничных условий Леонтовича на результаты расчета коэффициента затухания.

4. Доказана возможность использования универсальной математической модели для анализа круглого волновода, коаксиальной линии, диэлектрического волновода и однопроводной линии с потерями и без них с необходимостью замены в алгоритмах лишь граничных условий на внутренней и внешней областях в форме концевых сопротивлений и проводимостей эквивалентных линий при переходе от одной линии к другой, что облегчает исследование и проектирование широкого класса направляющих структур.

5. Впервые применены зависимости коэффициентов перекрытия по частоте для выбора оптимальных размеров линий передачи, что повышает эффективность использования рабочего частотного диапазона одноволнового режима работы.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Универсальный метод определения параметров направляемых волн, основанный на решении задачи возбуждения волноводных структур сторонними токами, отличающийся универсальностью и позволяющий получать быстродействующие алгоритмы анализа многослойных цилиндрических структур с произвольным количеством слоев.

2. Методика составления и решения трансцендентных дисперсионных уравнений с использованием модели эквивалентных радиальных линий

10

передачи и условий поперечного резонанса для многослойных цилиндрических направляющих структур, облегчающая алгоритмизацию расчета электродинамических характеристик многослойных цилиндрических направляющих систем.

3. Результаты расчета дисперсионных характеристик и коэффициентов затухания для многослойных круглых, коаксиальных, диэлектрических волноводов и однопроводных линий и их анализ.

4. Методика выбора параметров заполнения исследуемых направляющих структур с целью создания линий передачи с заданными электрическими характеристиками, основанная на анализе зависимостей коэффициента перекрытия и позволяющая эффективнее использовать частотный ресурс линии.

Достоверность научных положений обусловлена использованием строгой постановки и решения электродинамической задачи, сравнением с известными частными случаями, проверкой предельных аналитических переходов к классическим решениям, сравнением с программой численного моделирования методом конечных элементов.

Практическая ценность результатов.

1. Разработаны алгоритмы расчета дисперсионных характеристик и коэффициентов затухания собственных волн

- круглого экранированного волновода с трехслойным заполнением;

- коаксиального волновода с трехслойным заполнением;

- двухслойного открытого диэлектрического волновода;

- однопроводной линии с двухслойным укрытием.

Предложенные алгоритмы основаны на использовании матричных методов и позволяют получать компактные программы независимо от числа слоев структур в среде МаЛАВ

2. Созданы компьютерные программы для расчета характеристик экранированных и открытых цилиндрических структур, на основе которых могут быть построены САПР микроволновых устройств.

11

3. Предложен способ выбора оптимальных параметров диэлектрического стержня для использования круглого волновода во вращающихся сочленениях, позволяющий упростить процесс их проектирования и разработать новые устройства с их использованием.

4. Рассчитаны коэффициенты затухания в однопроводных линиях на основе магистральных газо- и нефтепроводов, показывающие возможность их использования для систем мониторинга и передачи информации.

5. Определены ограничения применимости упрощенных формул для расчета коэффициентов затухания, основанных на использовании граничных условиях Леонтовича, в линиях, содержащих проводящие поверхности, что позволит увеличить точность расчета их характеристик.

Область применения результатов.

1. Разработка объемных резонаторов СВЧ и КВЧ диапазонов со сложным слоистым заполнением.

2. Создание новых антенных систем, включающих щелевые антенные решетки на основе многослойных волноводов.

3. Строгий анализ коэффициентов затухания и определение частотного диапазона одноволнового режима работы в многослойных коаксиальных волноводах.

4. Проектирование оптоволоконных линий и создание новых алгоритмов их синтеза.

5. Расчет характеристик волн, распространяющихся вблизи цилиндрических конструкций (труб, столбов и т.д.).

6. Создание новых моделей линий передачи со слоистым заполнением или укрытием для систем автоматизированного проектирования микроволновых устройств и антенн.

Использование результатов работы.

Научные результаты, положения и выводы диссертации использованы в ОАО «Завод радиоаппаратуры» для создания электродинамических моделей подземных и надземных трубопроводов с учетом влияния защитного покрытия.

12

Результаты диссертации использованы в институте математики и механики УрО РАН для создания быстродействующих алгоритмов синтеза антенных решеток при выполнении работ по программе Президиума РАН «Математическая теория управления» при финансовой поддержке УрО РАН (проект №09-П-1-1013).

Результаты исследований и разработок, полученных в диссертационной работе, используются в учебном процессе ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» при чтении лекций, проведении лабораторного практикума выполнении дипломного проектирования.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

1. Конференции Радиовысотометрия (2004, 2007, Каменск-Уральский).

2. Радиолокация. Навигация. Связь (2005, Воронеж).

3. Связь-Пром (2005-2008, Екатеринбург).

4. Отчетные конференции молодых ученых УГТУ-УПИ (2005-2009, Екатеринбург).

5. Научно-технические интернет конференции УрФУ (УГТУ-УПИ) (20052011, Екатеринбург).

6. Физика и технические приложения волновых процессов (2008, Самара, 2010, Миасс).

7. Конференция Регионального Уральского отделения АИН (2010, Екатеринбург).

Публикации.

Основные результаты работы по теме диссертации опубликованы в 22 научных трудах. Из них 2 статьи в журналах из списка ВАК, 19 тезисов в сборниках трудов конференций.

Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 153 страницы текста, включая оглавление, список литературы из 99 наименований, 90 рисунков, 2 таблицы.

Первая глава диссертации посвящена созданию универсальной математической модели для анализа регулярных цилиндрических радиально кусочно-неоднородных направляющих систем. Для достижения этой цели решается задача возбуждения цилиндрической структуры с применением спектрального разложения в интеграл-ряд Фурье соответственно по непрерывному спектру продольных волновых чисел и дискретному спектру азимутальных индексов как продольных составляющих напряженностей электрического и магнитного полей, так и составляющих возбуждающего тока. При создании электродинамической модели вводится понятие эквивалентных радиальных Е- и /зГ-линий передачи с направленными модальными напряжениями и токами внутри них.

Во второй главе выводятся соотношения для определения волновых чисел в круглом металлическом волноводе с неоднородным заполнением, описывается составленная программа расчета критических частот собственных волн круглого металлического волновода с радиально-неоднородным заполнением, приводятся результаты расчета по выведенным соотношениям дисперсионных характеристик и коэффициентов затухания собственных волн анализируемой структуры и их сравнение с известными частными случаями,

В третьей главе описано преобразование расчетных соотношений для определения волновых чисел в многослойной коаксиальной линии, включая Т-волну, представлена разработанная программа расчета критических частот собственных волн коаксиального волновода с радиально-неоднородным заполнением, приведен анализ особенностей характеристик собственных волн структур, поддерживающих Т и квази Г-волны. Произведена оценка применимости формул, основанных на импедансных граничных условиях, для расчета затухания основной волны в коаксиальной линии и приближенных

14

формул расчета верхней границы частотного диапазона одноволнового режима работы.

В четвертой главе приведен анализ открытых цилиндрических направляющих структур: диэлектрического волновода, оптоволоконной линии, однопроводной линии с укрытием в среде с потерями. В качестве однопроводной линии передачи исследована труба магистрального нефтепровода во влажной и сухой почве. Проведена оценка возможности создания устройств обнаружения несанкционированных неоднородностей вблизи трубопровода (незаконных врезок) на основе радиолокационных методов. На основе решения задачи возбуждения получены дисперсионные уравнения для микрополосковой линии на цилиндре и для щелевой линии на основе круглого волновода. Указаны особенности распространяющихся в них волн.

Заключение диссертации по теме «Антенны, СВЧ устройства и их технологии», Мительман, Юрий Евгеньевич

Основные результаты данной главы отражены в публикациях [91-95, 97].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В итоге проведенных в работе исследований получены следующие результаты:

1. Разработана математическая модель радиально-неоднородной цилиндрической структуры, основанная на использовании эквивалентных радиальных линий передачи, отличающаяся универсальностью применения к расчету характеристик разнообразных волноведущих систем с произвольным числом слоев и параметрами материалов.

2. Получены выражения для расчета элементов матриц передачи восьмиполюсников слоев и границ, а также концевых нагрузок в эквивалентных радиальных линиях при всех возможных вариантах границ -внешнее неограниченное пространство, внешняя и внутренняя идеально проводящая цилиндрическая поверхность, импедансная поверхность, поверхность из магнитодиэлектрика.

3. Разработана методика составления дисперсионных уравнений для цилиндрических направляющих структур различных конфигураций поперечного сечения, основанная на рекуррентных соотношениях для расчета направленных модальных параметров эквивалентных линий. Произведены предельные переходы и упрощения для проверки корректности используемого электродинамического метода.

4. На основе полученных расчетных соотношений созданы программы расчета критических частот собственных волн круглых и коаксиальных волноводов с трехслойным магнитодиэлектрическим заполнением Составлены алгоритмы расчета дисперсионных характеристик собственных волн исследуемых многослойных структур.

5. Для анализа направляющей системы впервые исследованы зависимости коэффициента перекрытия для различных типов волн от конфигурации ее поперечного сечения. Полученные результаты использованы для формирования рекомендаций к материалам заполнения линии передачи и соотношениям размеров слоев в зависимости от цели ее использования

6. Впервые получены численные решения дисперсионных уравнений относительно коэффициента затухания, обусловленного потерями в металле стенок в строгой постановке задачи без использования приближенных граничных условий Леонтовича. Показано, что для круглого волновода с проводимостью стенок менее 102Сим/м при R/X0 >1,1 погрешность составляет более 10 %. Для коаксиальной линии на длинах волн менее 104хЯ, погрешность составит не более 1% для большинства используемых в технике проводников.

7. На основе предложенного универсального метода выведены дисперсионные уравнения для полосковой линии с укрытием на цилиндрической подложке и щелевой линии на основе круглого многослойного экранированного волновода.

8. Полученные при анализе трубы магистрального нефтепровода в качестве однопроводной линии передачи в среде с потерями результаты позволяют судить о технической возможности создания устройства для обнаружения несанкционированных объектов вблизи реальных магистральных газо- и нефтепроводов, располагающихся в земле. Предварительная оценка показывает, что дальность работы систем обнаружения может составлять 10-20 км.

9. Определение постоянных распространения в линиях передачи на основе решения задачи возбуждения позволяет с одной стороны приблизить результаты к реальным конструкциям направляющих структур с возбуждающими устройствами, с другой стороны, при этом исключаются корни дисперсионных уравнений, соответствующие типам волн, которые не возбуждаются заданными источниками.

10. Проведенное сравнение результатов расчета постоянных распространения с помощью широко применяемого пакета трехмерного электродинамического моделирования Ansoft HFSS показало, что несмотря на приемлемое совпадение результатов наблюдается эффект перескакивания

150 графиков с одного типа волн на другой. Это существенно ограничивает в отличие от предложенного метода возможности анализа данным пакетом многомодовых направляющих систем. Кроме того, время расчета дисперсионных характеристик многослойных цилиндрических структур предложенным методом в 30-50 раз меньше.

11. Доказано соответствие электродинамических характеристик диэлектрического волновода в однородной среде и диэлектрического волновода в ограниченной оболочке, рассчитанных по разработанным автором программам, на примере оптоволоконной линии передачи.

12. Предложенный метод позволяет не только рассчитать постоянные распространения волн, коэффициент затухания, длину волны в линии, но и построить картину силовых линий поля. Это является следствием решения поставленной задачи как задачи возбуждения структуры сторонними токами. Знание структуры поля позволяет рационально выбирать технические решения для элементов возбуждения и связи.

13. Универсальность, компактность и эффективность предложенных программ численного моделирования показывают возможность создания новых элементов САПР микроволновых устройств на основе разработанных базовых алгоритмов.

14. Строгость решений и повышенная точность расчета коэффициентов затухания в многослойных цилиндрических линиях передачи дает возможность оценивать предельные дальности функционирования телекоммуникационных и радиолокационных систем на их основе.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мительман, Юрий Евгеньевич, 2012 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1. Герц Г. 50 лет волн Герца. - М.: Издательство АН СССР, 1938. - 156

с.

2. Зоммерфельд А. Электродинамика, М.: Издательство иностранной литературы. - 1958. - 505 с.

3. Кисунько Г.В. Электродинамика полых систем. - JI: Издательство ВКАС, 1949.-426 с.

4. Вайнштейн JI.A. Электромагнитные волны. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1988. - 440 с.

5. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. - М.: Радио и связь, 1983. - 295 с.

6. Саусворт Дж. К. Принципы и применения волноводной передачи. -Перевод с английского под ред. В.И. Сушкевича. - М.: Советское радио, 1955. -700 с.

7. Справочник по волноводам. Перевод с английского под ред. Я.Н. Фельда. - М.: Советское радио, 1952. - 432 с.

8. Взятышев В. Ф. Диэлектрические волноводы. - М.: Советское радио, 1970.-216 с.

9. Веселов Г.И., Раевский С.Б. Слоистые металлодиэлектрические волноводы. - М.: Радио и связь, 1988. - 248 с.

10. Ефимов И.Е., Останькович Г.А. Радиочастотные линии передачи. Радиочастотные кабели. Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Связь, 1977. - 408 с.

П.Ефимов И.Е., Шермина Г.А. Волноводные линии передачи. - М.: Связь, 1979.-232 с.

12. Раевский С.Б., Раевский A.C. Комплексные волны. - М.: Радиотехника, 2010. - 224 с.

13. Веселов Г.И., Краснушкин П.Е. О дисперсионных свойствах двухслойного экранированного круглого волновода и комплексных волнах в нем // ДАН. - 1981. - Т. 260. -№ 3. - С. 576-579.

14. Веселов Г.И., Семенов С.Г., Благовещенский В.А. Особенности распространения гибридных волн в круглом волноводе с диэлектрическим стержнем // Радиотехника и электроника. - 1983. - Т. 28. - № 11. - С. 21162122.

15. Веселов Г.И., Платонов Н.И., Семенов С.Г. Замечание к статье С.Б. Раевского «О некоторых свойствах комплексных волн в двухслойном экранированном круглом волноводе» // Радиотехника и электроника. - 1980. -Т. 25.-№4.-С. 887-888.

16. Казанцев Ю.Н., Харлашкин O.A. Круглые волноводы класса «Полый диэлектрический канал» // Радиотехника и электроника. - 1984. - Т. 29. - №8. -С. 1441-1450.

17. Сморгонский В.Я., Иларионов Ю.А. О перемещении критических частот в круглом частично-заполненном волноводе // Радиотехника и электроника. - 1975. - Т. 27. - № 7. - С. 1128-1132.

18. Сморгонский В.Я., Иларионов Ю.А. Анализ многомодового режима двухслойного круглого волновода // Известия высших учебных заведений: Радиофизика. - Т. 20. - № 3. - 1977. - С. 433 - 443.

19. Сморгонский В.Я., Иларионов Ю.А. Расчет групповой скорости симметричных волн в круглом двухслойном волноводе // Радиотехника и электроника. - 1978. - № 7. - С. 1531 - 1532.

20. Сморгонский В.Я. Дисперсионная характеристика круглого волновода с диэлектрической втулкой // Радиотехника и электроника. - 1969. - Т. 25. - № 6.-С. 1099-1102.

21. Сморгонский В.Я., Ковшов А.Н. Критические условия в круглом волноводе с диэлектрической втулкой // Радиотехника и электроника. - № 4. -1965.-С. 752-754

22. Почерняев В.Н. Собственные функции частично заполненного круглого волновода // Радиоэлектроника. - 2002. - № 5. - С. 76 - 80.

23. Раевский A.C. Волны НЕ и ЕН круглого диэлектрического волновода // Радиотехника и электроника. - 1999. - Т. 44.-№ 5.-С.517-519.

153

24. Раевский С.Б., Титаренко А.А. Метод расчета дисперсии симметричных волн круглого волновода с произвольным диэлектрическим заполнением // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - Т. 10.-№ 1.-2007.-С. 89-94.

25. Новоселова Н.А., Раевский С.Б., Титаренко А.А. Расчет характеристик распространения симметричных волн круглого волновода с радиально-неоднородным диэлектрическим заполнением // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. - № 2. - 2010. - С. 30-38.

26. Раевский С.Б. Комплексные волны в двухслойном круглом экранированном волноводе // Известия высших учебных заведений: Радиофизика. - Т. 15.-№ 1.-1972.-С. 112-116.

27. Жуков А.А., Мещеряков В.А., Редькин Г.А. Собственные волны НЕИ и Eoi в запредельном двухслойном изотропном круглом волноводе // Известия высших учебных заведений. Физика. - Т. 53. -№ 9-2. - 2010. - С. 195-197.

28. Belous R.I. Propagation constant of eigen electromagnetic waves in three-layer cylindrical waveguide // MSMW'2001 Symposium Proceedings. Kharkov, Ukraine, June 4-9. - 2001. - P. 205 - 207.

29. Chou R.-C., Lee S.-W. Modal attenuation in multilayered coated waveguides // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. - Vol. 36. -No. 7.-July 1988.-P. 1167-1176.

30. Lee C.S., Lee S.-W., Chuang S.-L.. Normal modes in an overmoded circular waveguide coated with lossy material // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. - Vol. 34. - No. 7. - July 1986. - P. 773-785.

31. Hollo way C.L., Hill D.A, Dalke R.A, Hufford G.A. Radio wave propagation characteristics in lossy circular waveguides such as tunnels, mine shafts,and boreholes // IEEE Transactions on antennas and propagation. - Vol. 48. -No. 9. - September 2000. - P. 1354-1366.

32. Карташев В.Г. Распространение основной волны в коаксиальной линии с неоднородным диэлектрическим заполнением // Радиотехника и электроника. 1965. -№ 6. - С. 1057-1064.

33.Тарасенко Ю.С. Критические частоты коаксиальных трактов с двухслойным диэлектрическим заполнением // Деп. в ВИНИТИ 14.09.76, 333676.

34. Майстренко В.К., Митюхляева Е.С., Радионов А.А. Расчет дисперсионных характеристик волн коаксиального волновода с секторным диэлектрическим заполнением // Антенны. - №2. - 2007. - С. 12-16.

35. Бударагин Р.В., Радионов А.А. Метод расчета волноводов со сложным поперечным сечением // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - Т. 13. -№ 3. - 2010. - С. 23-25.

36. Губский А.Д., Губский Д.С., Ляпин В.П., Синявский Т.П. Учет краевых особенностей электромагнитного поля при исследовании круглых и коаксиальных волноводов с радиальными металлическими ребрами // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. - № 2. - 2006. -С. 5-10.

37. Carr J.W. Transverse Electric Resonances in a Coaxial Line Containing Two Cylinders of Different Dielectric Constant // IRE Transactios - Microwave theory and techniques. - 1955. - P. 41-45.

38. Mcintosh R.E., Turgeon L.J.. Propagation Along Transversely Inhomogeneous Coaxial Transmission Lines // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. - 1973. -Vol. 21. - P. 139-142.

39. Hoffmann J., Leuchtmann P., Ruefenacht J., Hafner C. Propagation Constant of a Coaxial Transmission Line With Rough Surfaces// IEEE Transactions on microwave theory and techniques. - 2009. -Vol. 57. - P. 2914-2922.

40. Yoshitake H., Miyagawa H., Nishikawa Т., Wakino K., Kitazawa T. Evaluation of complex permittivity of materials partially filled in coaxial line by using hybrid numerical method // Asia-Pacific Microwave Conference. - 2006. - P. 1457-1460.

41. Frederick M. Tesche. A Simple Model for the Line Parameters of a Lossy Coaxial Cable Filled With a Nondispersive Dielectric // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. - 2007. - Vol. 49. - P. 12-17.

155

42. Попереченко Б.А. Возбуждение цилиндра со слоем. Научные доклады высшей школы // Радиотехника и электроника. - 1958. - №4. - с. 46-53.

43. Попереченко Б.А. Поверхностные электромагнитные волны на цилиндре со слоем. Научные доклады высшей школы // Радиотехника и электроника. - 1958. - №2. - с. 42-50.

44. Шевченко В.В. Поперечная краевая задача для собственных волн круглого диэлектрического волновода (строгая теория) // Радиотехника и электроника. - 1982. - Т.27. -№1. - с. 1-10.

45. Раевский А.С., Раевский С.Б., Усков О.В. Спектр волн круглого открытого слоистого диэлектрического волновода // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева.-№2.-2010.-С. 104-117.

46. Векшин М.М., Никитин В.А., Яковенко Н.А. Поляризационные свойства четырехслойного диэлектрического волновода // Письма в ЖТФ. -1998. - Т. 24. - № 6. - С. 35-39.

47. Котляр В.В., Шуюпова Я.О. Расчет пространственных мод оптических волноводов с неоднородным поперечным сечением методом согласованных синусоидальных мод // Компьютерная оптика. - 2003. - №. 25. - С. 41-48.

48. Котляр В.В, Шуюпова Я.О. Расчет векторных мод оптического волновода // Компьютерная оптика. - 2005. - №. 27. - С. 89-94.

49. Шуюпова Я.О., Котляр В.В. Нахождение констант распространения методом Крылова при расчете мод фотонных волноводов // Компьютерная оптика. - 2007. - Т. 31. - №. 1. - С. 27-30.

50. Naishadham К., Felsen L.B. Dispersion of waves guided along a cylindrical substrate-superstrate layered medium // IEEE Transactions on antennas and propagation. - Vol. 41. -No. 3. -March 1993. -P. 304-313.

51. Paknys R., Wang n. Excitation of creeping waves on a circular cylinder with a thick dielectric coating // IEEE Transactions on antennas and propagation. -Vol. 35. - No. 12. - December 1987. - P. 1487-1489.

52. Richard L., Nosich A.I., Daniel J.-P. Revisiting the waves on a coated cylinder by using surface-impedance model // IEEE Transactions on antennas and propagation. - Vol. 47. - No. 8. - August 1999. - P. 1374-1375.

53. Tonning A. An alternative theory of optical waveguides with radial inhomogeneities // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. - May 1982.-Vol. 30.-№ 5.-P. 781-789.

54. Fenelon J.-P., Papiernik A. Study by conformal mapping of ТЕ and TM waves in open dielectric waveguides // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. - May 1976. - P. 353-356.

55. Рудоясова JI.Г., Смирнов А.А. Диэлектрический волновод, покрытый тонкой резистивной пленкой // Антенны. - №5. - 2006. - С. 28-30.

56. Попов Е.А., Рудоясова Л.Г. Круглый диэлектрический волновод с периодическим изменением поверхностной диэлектрической проницаемости // Антенны. - №8. - 2009. - С. 72-74.

57. Назаров А.В., Попов Е.А., Раевский С.Б. Круглый диэлектрический волновод со спирально-проводящей поверхностью // Антенны. - №1. - 2011. -С. 27-36.

58. Иванов С.В., Назаров А.В., Чечин Н.А. Круглый диэлектрический

О »_» W / /

волновод с азимутально проводящей резистивнои пленкой на поверхности // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - Т. 14. - № 4. -2011.-С. 6-12.

59. Бабкин А.А., Малахов В.А., Раевский А.С., Усков О.В. О решениях дисперсионного уравнения волн круглого диэлектрического волновода, покрытого поглощающей пленкой // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - Т. 13. - № 2. - 2010. - С. 36-41.

60. Делицын А. Л. О проблеме применения метода конечных элементов к задаче вычисления мод волноводов // Журн. вычисл. мат. и мат. физики. 1999. т. 39. N2. С. 315-322.

61.Фелсен Л., Маркувиц Н. Излучение и рассеяние волн. - М.: Мир, 1978.-Т.1.-547с-Т.2.-555 с.

62. Марков Г.Т., Васильев E.H. Математические методы прикладной электродинамики. М.: Советское радио, 1969. - 120 с.

63. Уолтер К. Антенны бегущей волны. - М.: Энергия, 1970. - 448 с.

64. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1989. - 544 с.

65. Нефедов Е.И., Сивов А.Н. Электродинамика периодических структур. -М.: Наука, 1977.-208 с.

66. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. - М.: Наука, 1964. - 608 с.

67. Красюк Н.П., Дымович Н.Д. Электродинамика и распространение радиоволн. - М.: Высшая школа, 1974. - 536 с.

68. Семенов H.A. Техническая электродинамика. - М.: Связь, 1973. - 480

с.

69. Ефимов И.Е. Радиочастотные линии передачи. - М.: Советское радио, 1964.-600 с.

70. Панченко Б.А., Князев С.Т. и др. Электродинамический расчет характеристик полосковых антенн. - М.: Радио и связь, 2002. - 256 е.: ил.

71. Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. - М.: Радио и связь, 2000. - 536 с.

72. Неганов В.А., Осипов О.В., Раевский С.Б., Яровой Г.П. Электродинамика и распространение радиоволн. Изд. 4-е, доп. и перераб. - М.: Радиотехника, 2009. - 744 с.

73. Черный Ф.Б. Распространение радиоволн. - М.: Советское радио, 1962.-480 с.

74. Черенкова E.JL, Чернышев О.В. Распространение радиоволн. - М.: Радио и связь, 1984. - 272 с .

75. Грудинская Г.П. Распространение радиоволн. - М.: Высшая школа, 1975.-280 с.

76. Alexopoulos N.G., Nakatani A. Cylindrical substrate microstrip line characterization I I IEEE Transactions on Microwave theory and Techniques. - 1987. - Vol. 35. - № 9. - P. 843 - 849.

77. Панченко Б.А., Баранов C.A. Электродинамический расчет регулярных полосковых линий // Сборник научно-методических статей по прикладной электродинамике. - 1980. - Вып.4. - С. 208-233.

78. Мительман Ю.Е., Шабунин С.Н. Волноведущие свойства цилиндрических слоистых металлодиэлектрических структур // «Радиовысотометрия - 2004»: труды первой всероссийской научно-технической конференции. Екатеринбург: изд. АМБ, 2004. С. 197-201.

79. Мительман Ю.Е., Опарин В.А., Шабунин С.Н. Электродинамические свойства цилиндрических металлодиэлектрических структур // Радиолокация. Навигация. Связь. XI международная научно-техническая конференция. В 3-х томах. Воронеж: НПФ «Саквоее», 2005. Т. 3. С. 2027-2034.

80. Yu. Mitelman, V. Oparin, S. Shabunin. Electromagnetic properties of the cylindrical magnetodielectric structures // Proc. Of the XI International Scientific-Research Conference "Radiolocation, Navigation, Communications". Russia, Voronezh: NPF "Sakvoee", 2005. P. 571-578.

81. S. Daylis, Yu. Mitelman, S. Shabunin. Waveguide and radiation properties of the cylindrical dielectric structures // Научные труды международной научно-практической конференции «Связь-пром 2005». Екатеринбург: ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2005. С. 268-276.

82. Ю.Е. Мительман, С.Н. Шабунин. Расчет постоянных распространения в круглых металлических волноводах, заполненных слоистым диэлектриком // Студент и научно-технический прогресс: Сборник тезисов докладов студенческой научной конференции. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. С. 75-76.

83. Мительман Ю.Е., Шабунин С.Н. Определение постоянных распространения в круглом слоистом волноводе // Вестник УГТУ-УПИ. Серия

радиотехническая. Теория и практика радиолокации земной поверхности. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. №19(71). С. 165-169.

84. Мительман Ю.Е., Шабунин С.Н. Классификация собственных волн экранированных регулярных направляющих структур // Научные труды IX отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ: сборник статей. В 4-х частях. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. Ч. 4. С. 119.

85. Мительман Ю.Е., Шабунин С.Н. Расчет критических частот собственных волн слоистых цилиндрических направляющих систем // Десятая Всероссийская студенческая научно-техническая Интернет-конференция «Информационные технологии и электроника». Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. http://webconf.rtf.ustu.ru/mod/forum/discuss.php?d= 121

86. Мительман Ю.Е., Шабунин С.Н. Классификация гибридных волн регулярных слоистых цилиндрических экранированных направляющих систем // Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2006» в рамках III Евро-Азиатского форума «СВЯЗЬ-ПРОМЭКСПО 2006». Екатеринбург: ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2006. С. 375-376..

87. Мительман Ю.Е., Шабунин С.Н. Исследование волноводных свойств слоистых цилиндрических структур // Технические науки: сборник аннотаций научно-исследовательских работ студентов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. С. 21.

88. Мительман Ю.Е. Расчет постоянных распространения многослойных цилиндрических направляющих систем // Одиннадцатая Всероссийская студенческая научно-техническая Интернет-конференция. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. http://webconf.rtf.ustu.ru/mod/forum/discuss.php?d=373

89. Мительман Ю.Е. Расчет постоянных распространения собственных волн полосковых линий передачи, расположенных вдоль цилиндрической поверхности // Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2007» в рамках 4го Евро-Азиатского форума «СВЯЗЬ-ПРОМЭКСПО 2007». Екатеринбург: ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2007. С. 300-301.

90. Мительман Ю.Е., Шабунин С.Н. Линии передачи с Т и квази-Т волнами на основе цилиндрической слоистой структуры // Радиовысотометрия-2007: сборник трудов Второй научно-технической конференции. Екатеринбург: ИД «Третья столица», 2007. С. 366-372.

91. Мительман Ю.Е. Исследование волноводных свойств однопроводных линий передачи в среде с потерями // Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2008». Екатеринбург: ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2008. С. 333-335.

92. Мительман Ю.Е., Сычугов С.Г. Использование нефте- и газопроводов в качестве однопроводных линий передачи // Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2008». Екатеринбург: ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2008. С. 336-338.

93. Мительман Ю.Е., Князев С.Т., Шабунин С.Н. Применение аппарата функций Грина слоистых структур к решению задач возбуждения, излучения и дифракции волн // Физика и технические приложения волновых процессов: тезисы докладов VII Международной научно-технической конференции, посвященной 150-летию со дня рождения A.C. Попова: Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы». Самара: «Самарское книжное издательство», 2008. С. 122-123.

94. Мительман Ю.Е., Иванов В.И. Использование трубопровода в земле как однопроводной линии передачи // Научные труды XVI Уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники: сборник статей. В 4-х частях. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. Ч. 4. С. 153-154.

95. Мительман Ю.Е. Расчет комплексных постоянных распространения слоистых цилиндрических направляющих структур // Физика и технические приложения волновых процессов: материалы IX Международной научно-технической конференции. Челябинск: Издательство Челябинского государственного университета, 2010. С. 62-63.

96. Мительман Ю.Е., Шабунин С.Н., Щипачев A.A. Преимущества и недостатки аналитических и численных методов расчета постоянных распространения волн в слоистых цилиндрических структурах // Сборник научных трудов международной заочной конференции, посвященной 15-летию со дня создания Регионального Уральского отделения Академии Инженерных Наук им. А.М. Прохорова. Екатеринбург: ИВТОБ, 2010. С. 121-124.

97. Мительман Ю.Е., Князев С.Т., Шабунин С.Н. Применение аппарата функций Грина радиально слоистых структур к решению задач возбуждения, излучения и дифракции волн // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. Самара: Издательство «Самарский университет», 2010. С. 31-37.

98. Мительман Ю.Е., Ахунов П.Ф. Двухэлементная фазированная антенная решетка на основе открытого конца круглого волновода // XVI Всероссийская научно-техническая Интернет-конференция молодых ученых «Информационные технологии и электроника». Екатеринбург: УрФУ, 2011. http://webconf.rtf.ustu.ru/mod/forum/discuss.php?d=926

99. Мительман Ю.Е., Петров Л.Ю. Двухчастотная антенна для беспроводных локальных сетей // XVI Всероссийская научно-техническая Интернет-конференция молодых ученых «Информационные технологии и электроника». Екатеринбург: УрФУ, 2011. http://webconf.rtf.ustu.ru/mod/forum/discuss.php?d=927