Возбуждение планарного ЕBG-волновода прямоугольным металлическим волноводом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт радиотехники и электроники

им. В.А. Котельникова РАН

ВОЗБУЖДЕНИЕ ПЛАНАРНОГО ЕBG-ВОЛНОВОДА ПРЯМОУГОЛЬНЫМ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ВОЛНОВОДОМ

В.А. Калошин

Е.А. Скородумова

Введение

Для построения планарных интегральных схем СВЧ используются, как правило, полосковые или микрополосковые линии. При больших размерах схем, например, при построении планарных антенных решеток, в коротковолновой части сантиметрового диапазона и миллиметровом диапазоне потери могут стать недопустимо большими. В этом случае в качестве линий используют полые металлические волноводы. Известны различные технологии изготовления волноводных схем: фрезерование, литье под давлением, литье по выплавляемым моделям. Все эти технологии требуют больших затрат. В качестве альтернативы можно использовать планарные ЕBG волноводы, стенками которых в плоскости вектора электрического поля являются двумерные периодические решетки из металлических цилиндров [1]. Однако при возбуждении такого волновода стандартным металлическим волноводом возникает отражение, связанное со скачком граничных условий на стенках. В данной работе исследуется возможность уменьшения отражения от стыка за счет изменения расстояния T0 между первым (от стыка) и вторым рядом цилиндров и расстояния T1 от фланца до первого ряда цилиндров (см. рис. 1).

Рис. 1 Описание математической модели

Рассмотрим ЕBG-волновод, образованный удалением одного ряда цилиндров с диаметром d в двумерной периодической решетке с периодом T (рис. 1). Удаленные цилиндры показаны на рис. 1 пунктиром. На расстоянии T1 от центров цилиндров первого ряда расположен фланец возбуждающего металлического волновода шириной a, в котором распространяется TE-мода. С другой стороны расположен аналогичный волновод, который предполагается нагруженным на согласованную нагрузку. Будем искать численное решение для коэффициента отражение от стыка возбуждающего металлического волновода и ЕBG-волновода на основе метода конечных элементов. волновод металлический цилиндр решетка

Результаты численных исследований

Численные исследования проводились для следующих параметров модели: T = 12.5 мм, d = 5 мм, a = 23 мм.

Исследования проводились в два этапа. Сначала исследовалось влияние расстояния между центрами цилиндров первого и второго ряда на коэффициент отражения. При этом расстояние от фланца до центров цилиндров второго ряда оставалось неизменным и равным 1.5T (T1 = 0.5T). Результаты приведены на рис. 2. В качестве начального расстояния использовался период решетки T. На рисунке это соответствует значению 0. Остальные кривые описывают влияние на КСВ уменьшения расстояния между первым и вторым рядом, соответственно, на 0.5, 1, 1.5 и 2 мм.

Рис .2

Как видно из рисунка, оптимальное расстояние с точки зрения максимальной ширины полосы частот по уровню КСВ, равного 1.1, является значение T0 = T - 1.5 мм.

На втором этапе подбиралось расстояние от фланца до первого ряда цилиндров, обеспечивающее минимум КСВ в выбранной полосе частот при заданном (оптимальном) значении T0. Результаты приведены на рис. 3.

Таким образом, в результате подбора параметров удалось без использования согласующих элементов уменьшить уровень КСВ до 1.04 в полосе частот 2 ГГц. Колебание КСВ в этой полосе частот определяется интерференцией отраженной ТЕ моды от двух стыков. При этом максимальное отражение мы наблюдаем в центре полосы (КСВ=1.04), где коэффициент отражения является суммой коэффициентов отражения от двух стыков. При этом КСВ одного стыка в данной точке будет в два раза меньше и равен 1.02.

Рис. 3

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект №08-08-12200).

Аннотация

Рассматривается задача о стыке прямоугольного металлического волновода и ЕBG- волновода, две стенки которого выполнены в виде металлических плоскостей, а две других - в виде двухмерных решеток из круговых металлических цилиндров. Найдены расстояния от фланца до первого ряда цилиндров и между первым и вторым рядом цилиндров, обеспечивающие малые потери на отражение в полосе частот. Исследование проводится на основе моделирования методом конечных элементов.

Ключевые слова: планарный EBG-волновод, численное моделирование в электродинамике.

Размещено на Allbest.ru