Разработана программа Cells Tester для расчёта погонных емкостей двухэлектрод-ных ячеек различного вида поперечного сечения. Результаты можно использовать для анализа сложных полосковьгх структур с неоднородным диэлектрическим заполнением. Анализ сложных полосковьгх структур с неоднородным диэлектрическим заполнением методом конформных преобразований, как правило, содержит два основных этапа:

1) разбиение поперечного сечения на ряд многоугольных подобластей с однородным заполнением, представляющих собой двухэлектродные ячейки;

2) расчёт погонных емкостей полученных ячеек .

Границами ячеек являются идеальные электрические и магнитные стенки. Электрические стенки выступают в качестве электродов, между которыми и определяется погонная ёмкость. Формы подобластей могут быть весьма разнообразными, однако наиболее часто используются следующие семь: а) полуплоскость; б) полоса; в) полуполоса; г) прямоугольник; д) четырёхугольник с двумя вершинами, лежащими в бесконечности; е) пятиугольник с одной вершиной в бесконечности; ж) шестиугольник с одной вершиной в бесконечности. На каждой из подобластей задаётся определённое количество ячеек, различающихся расположением электродов.

Математические модели ячеек, полученные методом конформных преобразований, известны и представлены в . В данной работе ставилась задача компьютерной реализации этих моделей, в которых требовалась высокая точность вычисления специальных функций. Отсюда, основной особенностью компьютерных программ явилось использование в них переменных типа extended с расширенным диапазоном допустимых значений  и повышенной точностью (18 значащих цифр), занимающих 10 байт памяти. Указанный тип переменных является стандартным в системах Turbo Pascal и Delphi, поэтому в качестве базовой системы программирования была выбрана Delphi-7, позволяющая к тому же создавать как Windows-приложения, так и динамически подключаемые библиотеки DLL. Для создания современных радиолокационных систем с поляризационной обработкой сигналов необходимы поляризаторы с электрически управляемой поляризацией . Традиционные ферритовые поляризаторы не всегда удовлетворяют жестким требованиям по быстродействию, энергопотреблению, термостабильности, надежности, технологичности, массогабаритным показателям и т. п., поэтому представляет интерес исследование малоизученного класса электрически управляемых PIN-диодных поляризаторов, построенных на иной элементной и, как следствие, конструктивно-технологической базе. При разработке поляризационных устройств используются симметричные в поперечном сечении волноведущие структуры — волноводы квадратного или круглого сечений. Из конструктивных соображений в качестве базовой структуры для построения поляризатора был выбран круглый волновод.

Кроме того, сердцевиной поляризатора являются фазосдвигающие структуры, которые представляют собой односторонние полосковые платы, выполненные по печатной технологии на фольгированном диэлектрике, в частности, фторопласте толщиной 1,5 мм. Ориентация этих плат при монтаже в круглом волноводе — под 45° к Е~плоскости возбуждающего прямоугольного волновода. Если фазосдвигающая структура имеет управляемый фазовый сдвиг (УФС) 90 град, то это позволяет обеспечить преобразование поляризации из линейной в круговую или наоборот. Структура с УФС в 180 град позволяет обеспечить преобразование любой исходной поляризации в ей ортогональную, т. е. в случае линейной поляризации возможны взаимные преобразования вертикальной поляризации в горизонтальную, а в случае круговой поляризации — левокрутовой поляризации в правокруговую.

Задача состоит в электродинамическом моделировании исследуемого PIN-диодного электрически управляемого поляризатора волноводно-планарной конструкции с целью проверки возможно сти обеспечения требуемых фазовых сдвигов при заданных конструктивных ограничениях. Исходные данные для анализа — диаметр волновода D = 22 мм Учитывая, что низшая рабочая и первая высшая моды в круглом волноводе — это Нп и EQ С критическими При моделировании использовались пакеты Ansoft HFSS (High Frequency Structure Simulator) V.9.0 и CST (Computer Simulation Technology) Microwave Studio V.5.0. Результаты анализа HFSS и Microwave Studio дублируют друг друга. Это было необходимо для выявления опасности возникновения ошибок в расчётах, а также давало возможно сть учесть работу конкретной САПР. Кроме того, для сопоставления и дополнительной проверки результатов применялся MathCAD. Анализ поляризатора состоял из следующих основных этапов. 1. Моделирование отрезка круглого волновода длиной L в HFSS, Microwave Studio и MathCAD дало практически идентичные результаты. При этом сравнивалась ФЧХ коэффициентов передачи волноводов, описываемая известной аналитической зависимостью 3. Установка органического диэлектрика (фторопласт-4, тефлон). Диэлектрическая подложка толщиной 1,5 мм вставляется в волновод. Подложка входит в пазы стенок волновода на 2 мм. Следует учесть, что при внесении диэлектрической пластины силовые линии поля ориентируются вдоль её плоскости.

Следующим этапом наносится металлизация -проводящие и управляющие полоски. Размеры проводящих полосок: 3 х 9,8 мм, расстояние между ними 0,2 мм. Управляющие полоски имеют размеры 1 х 8 мм и расстояние между ними — 2 мм, расстояние до проводящих полосок — 0,2 мм. Включая и вьгключая управляющие полоски с помощью перемычек, можно менять степень внедрения металлического проводника в волновод и таким образом изменять сдвиг фазы. В качестве проверки замыкались полоски между собой тонкими (0,05×0,05 мм) медными проводниками (режим КЗ) и проводился расчет. Также проводился расчет, когда материал проводников заменялся с меди на вакуум (режим XX). Расчеты были проведены как в Ansoft HFSS, так и в CST Microwave Studio. При сравнении результатов расчетов, выполненных в режимах XX и КЗ, был зафиксирован управляемый фазовый сдвиг 10-12° во всем диапазоне рабочих частот.

В качестве управляющих элементов использовались кремниевые PIN-диоды. Эквивалентные схемы, моделирующие их режи мы работы, представлялись в виде RC-цепочек. 2. Подготовка волновода к установке диэлектрика. Чтобы вставить в волновод фа-зосдвигаюшую диэлектрическую пластину с металлизацией и сохранить полную (с учётом и металла и диэлектрика) симметрию волноведущей структуры готовятся специальные пазы в волноводе, проводится расчет S параметров и строится ФЧХ. Диод открыт: для имитации этого режима использовалась полоска с заранее подобранным сопротивлением в 1,5 Ома или применялось включение сосредоточенных элементов (резистор с сопротивлением 1,5 Ом). Диод закрыт: для имитации этого режима применялась пластинка с заранее подобранной диэлектрической проницаемостью так, что емкость составляла 0,15 пФ, или применялось включение сосредоточенных элементов (конденсатор с емкостью 0,15 пФ). Изменение фазы также составило 7-10° .

Продолжение на securityrussia