Инженерный расчет и оптимизация параметров полуэкранированного диэлектрического волновода в неизлучающем режиме

Аннотация

Приведено исследование параметров оптимальных по ширине частотного диапазона полуэкранированных диэлектрических волноводов и как приложение к методике проектирования волноводных переходов. Полуэкранированный диэлектрический волновод представляет собой прямоугольный диэлектрический стержень, помещенный между двух параллельных металлических пластин. Такой волновод является своего рода «гибридом» открытых и закрытых линий передачи. Он обладает одновременно свойствами обоих типов, выраженных более или менее сильно в зависимости от конструкции. При определенных условиях в нем проявляется так называемый эффект неизлучения, который заключается в удержании электромагнитной энергии внутри диэлектрического стержня при его изгибе или деформации (но при сохранении плоскостной симметрии). Отношение расстояния между металлическими пластинами к ширине диэлектрического стержня называют форм-фактором стержня. Для неизлучающего режима существует некоторый оптимальный форм-фактор, при котором достигается максимальная ширина диапазона перекрытия по частоте. В работе приведена зависимость ширины частотного диапазона от форм-фактора волновода. Исследованы зависимости оптимального форм-фактора (по критерию наиболее широкого частотного диапазона) от параметров среды, предложены эмпирические формулы для их оценки, разработан метод инженерного расчета физических параметров неизлучающих диэлектрических волноводов, который является одним из этапов расчета волноводных переходов. Исследованы и предложены эмпирические формулы для оценки зависимости оптимального форм-фактора от параметров среды. Приведены зависимости оптимального форм-фактора и коэффициента перекрытия по частоте от отношения диэлектрической проницаемости стержня волновода к диэлектрической проницаемости внешней среды. Предложен метод инженерного расчета физических параметров полуэкранированных диэлектрических волноводов в режиме неизлучения. Установлено, что перекрытие по частоте для полуэкранированного диэлектрического волновода в режиме неизлучения лежит в диапазоне 24 … 30 %. Показано, что наиболее эффективно использовать материалы с диэлектрической проницаемостью больше 5 для достижения максимальной ширины частотного диапазона. Предложена формула для аппроксимации зависимости оптимального форм-фактора от диэлектрической проницаемости в диапазоне 1,5 … 30.