Волноводные сочленения со связью через диафрагму, Нужна методика Опции

[Hamb]

Доброго времени суток, уважаемые форумчане подскажите, где можно найти методику расчета крестообразной диафрагмы, что бы связать два волновода.

[Romka]

Доброго времени суток, уважаемые форумчане подскажите, где можно найти методику расчета крестообразной диафрагмы, что бы связать два волновода.

А в чем собственно проблема? Берешь HFSS или Mirowave Studio и считаешь? Смотришь распределения токов на стенках волновода и в нужном месте прорезаешь щель. Можно запустить параметрический анализ или оптимизацию. Или вам нужно что-то другое?

[Tatyana]

Доброго времени суток, уважаемые форумчане подскажите, где можно найти методику расчета крестообразной диафрагмы, что бы связать два волновода.

Точное электродинамическое решение задачи можно найти в статье:
Ke-Li Wu and Robert H. MacPhi
"A rigorous Analysis of a Cross Waveguide to Large Circular Waveguide Junction and Its Application in Waveguide Filter Design" -- IEEE MTT, Vol. 45, No. 1, January 1997
Если нужно, я могу прислать статью.
Но хочу заметить, что это достаточно сложная классическая трехмерная некоординатная волноводная задача. Методика ее решения хорошо известна -- строим поля собственных колебаний крестообразного волновода (например, методом продольного резонанса), получаем матрицу связи мод крестообразного и круглого волноводов и сшиваем поля на диафрагме, учитывая симметрию системы. Имея матрицу рассеяния стыка круглого и крестообразного, применяем метод обобщенных матриц рассеяния и получаем матрицу рассеяния диафрагмы.
Чтобы сделать программу для такой диафрагмы нужно иметь решение для задач -- стыка трямоугольных волноводов разного сечения в Е и Н плоскостях, поиска минимума детерминанта матрицы, построения полей собственных колебаний, расчета интегралов связи мод круглого и прямоугольного волноводов, метода обобщенных матриц рассеяния.
Если крест мал можно использовать теорию малых аппертур Бетте, через магнитную и электрическую поляризуемость. Например в статье "Analysis and Close-Form Solutions of Circular and Rectangular Apertures in the Transverse Plane of a Circular Waveguide" Gary B Eastham and Kai Chang, IEEE MTT, Vol 39, No.4, April 1991, p. 718 приведены формулы для продольных и поперечных прямоугольных диафрагм и много ссылок. Эту статью тоже могу выслать.

[Hamb]

Дело в том, что мне надо реализовать связь в волноводе для двух ортогональных колебаний.
Наверно я немножко не правильно выразился на счет крестообразной щели... наверно будет правильнее сказать, что щель прямоугольная но так как у нас 2 моды просто вторую разворачиваем на 90 градусов... Если я не прав поправте меня.



А если есть возможность выложить статью буду очень признателен.

[Pasca]

а элемент на картинке взят из MMWizard, разве данная программа не считает такие переходы!?
или вам нужно именно аналитическое решение для статьи например!
То Tatyana:
а вы не плохо разбираетесь в электродинамике, хочу спросить:
а вы не сталкивались с расчётами. например. фильтров на основе штырей или нитей в круглом волноводе? интересует вариант расчёта нитевидной структуры в круглом волноводе для H и E волн с помощью матриц рассеяния.

спасибо!

[Tatyana]

То Tatyana:
а вы не плохо разбираетесь в электродинамике, хочу спросить:
а вы не сталкивались с расчётами. например. фильтров на основе штырей или нитей в круглом волноводе? интересует вариант расчёта нитевидной структуры в круглом волноводе для H и E волн с помощью матриц рассеяния.
спасибо!

Точного решения для цилиндрического штыря в круглом волноводе, насколько я знаю, нет. А есть -- гребенчатый цилиндрический волновод, который достаточно близко описывает цилиндрический штырь.
Решение есть в статье U.Balaji and R.Vahldieck "Radial Mode Matching Analysis of Riged Circular Waveguides" IEEE MTT, Vol. 44, pp. 1183-1186, July 1996 и других статьях группы R.Vahldieck. Прямоугольный штырь в круглом волноводе решен рядом авторов методом конечных элементов. Это без особых подробностей. Наиболее интересна (IMHO) статья Jose R. Montejo-Garai and Julian Zapata "Full-Wave Design and Realization of Multicoupled Dual-Mode Circular Waveguide Filters" IEEE MTT, Vol. 43, No 6, june 1995, pp. 1290-1297. Статья замечательная, авторы последовательно строят двухмодовый фильтр со всеми промежуточными результатами. Такое редко найдешь даже в учебниках. И по поставленному вопросу -- у них есть график зависимости коэффициента связи от длины стержня.
Решение этой же залачи -- прямоугольный штырь-- предлагают целый ряд авторов разными методами: от интегральных уравнений (испанцы, группа Vincente E.Boria-Esbert) до довольно простого метода аппроксимации структуры ступеньками (американцы, группа Zaki).
Могу прислать ссылки или статьи.

[EUrry]

Есть книга "Направленные ответвители сверхвысоких частот" 60 какого-то года, нетолстая - не больше 100 страниц. Авторов не помню к сожалению. Недавно сдать пришлось - отсканить не успел. Есть смутное сомнение, что там были и прямоугольные отверстия связи и крестообразые, хотя не уверен. Сам интересовался рядом круглых отверстий - они точно есть.

[Hamb]

а элемент на картинке взят из MMWizard, разве данная программа не считает такие переходы!?
или вам нужно именно аналитическое решение для статьи например!

Действительно картинка из MMWizard! Мне действительно нужна методика с формулами и аналитическими выражениями. Правда не для статьи, а немножко для другого, весьма интересного дела...

Татьяна, Вы может быть знаете где можно почитать Боте про теорию возмущений рассеяния энергии малыми диафрагмами... Очень интересно.
Если у вас есть статьи на которые Вы ссылаетесь в своих постах выкладывайте не стесняйтесь.

[Pasca]

U.Balaji and R.Vahldieck "Radial Mode Matching Analysis of Riged Circular Waveguides" IEEE MTT, Vol. 44, pp. 1183-1186, July 1996 и других статьях группы R.Vahldieck.
(IMHO) статья Jose R. Montejo-Garai and Julian Zapata "Full-Wave Design and Realization of Multicoupled Dual-Mode Circular Waveguide Filters" IEEE MTT, Vol. 43, No 6, june 1995, pp. 1290-1297.

Да, если не трудно, пришлите данные статьи!
спасибо!

[Hamb]

Может кто нибудь расскажет все таки про расчет диафрагм... или посоветует литература с примерами.
Меня больше интересует возможность расчет для одной моды и второй моды. Будут ли они одинаковы или нет???

[Tatyana]

1. Статьи выложу на файлообменник ми дам ссылку чуть позднее. Но где-то в топике о документации по СВЧ была ссылка на архив MTT, естественно и мои книжные сокровища оттуда.
2. 2Hamb
Естественно, если у Вас, например, вертикальная поляризация падающей волны круглого волновода, то отражение/прохождение в волны этой и перпендикулярной поляризации будут разными.
3. Позволю себе дать два совета:
Первый -- очень часто чтобы удовлетворить двум коэффициентам связи совсем не нужна крестообразная диафрагма, достаточно узкой прямоугольной. А это уже гораздо более легкая и давно решенная задача. Взгляните, например, на этот фильтр
http://www.cst.com/Content/Applications/Ar...andpass+Filter+
Второй -- посчитать нужные (для данных коэффициентов связи) размеры креста тяжело еще и потому, что есть общая область для вертикального и горизонтального плечей, поэтому нельзя отдельно считать эти плечи. Так разведите их! Особенно если связи слабые. Получите четыре диафрагмы по краям. А технически Вы получите еще одно преимущество -- вы сможете с помощью винтов тьюнить диафрагмы и практически независимо друг от друга. Конечно в этом случае должна быть более толстая диафрагма, но тогда и отвестия будут побольше, что тоже неплохо.

По поводу теории малого отверстия Бете. Его стaтьи относятся к 44 году, а вот лучшее их развитие в статье "Improved Single and Multiaperature Waveguide Coupling Theory, Including Explanation of Mutual Interactios", Ralph Levy, IEEE MTT , Vol.28, No 4, april 1980, pp.331-338.
Это тот случай, когда приближенные формулы работают исключительно хорошо (в своем диапазоне параметров, конечно). Я считаю направленные ответвители с двумя рядами 15-23 отверстий этим методом, считается очч быстро и поэтому есть возможность применить многомерную оптимизацию, все занимает всего несколько минут. Простой анализ точным методом на хорошей точности (а она необходима ввиду большого количества отверстий даже с учетом симметрии) занимает гораздо больше времени.

[Pasca]

1. Статьи выложу на файлообменник ми дам ссылку чуть позднее. Но где-то в топике о документации по СВЧ была ссылка на архив MTT, естественно и мои книжные сокровища оттуда.

Вы получите еще одно преимущество -- вы сможете с помощью винтов тьюнить диафрагмы и практически независимо друг от друга. Конечно в этом случае должна быть более толстая диафрагма, но тогда и отвестия будут побольше, что тоже неплохо.

будет совсем хорошо, если вы сбросите и сами статьи, и ссылочку на архив MTT!!!
спасибо ещё раз, ждёмс.

а по поводу тьюнинга емкостными винтами хорошее дело, только в одну сторону и с уменьшением полосы фильтра,если не прав - поправьте!
можно даже винты вкручивать под углом к диаграмме, а не вертикально, что может быть даже будет лучше.

[Tatyana]

Статьи выложила на http://rapidshare.com/files/114397075/MTT_Articles.zip
Я имела в виду, что статьи у меня из архива, он у меня на дисках и ссылки на архив у меня нет, гляньте в "Документацию по СВЧ".
Если посчитать диафрагмы методом сшивания мод или на HFSS или STD MWS по имеющимся коэффициентам матрицы связи фильтра (с установкой магнитной и электрической стенок), то весьма незначительного тьюнинга с помощью перпендикулярных винтов вполне достаточно.

[Hamb]

А почему разница будет между поляризованными волнами они же одинаковые только ортогональные???
А с одной щелью как быть? Разве она сможет связать 2 ортогональных колебания по моему для этого крест и нужен.

[Tatyana]

Что Вы имеете в виду под симметрией? Возбуждать-то Вы будете волной вполне определенной поляризации, независимо от того, будете ли Вы возбуждать волной прямоугольного волновода через диафрагму или коаксиалом. И на диафрагме волна этй поляризации по разному отразиться/пройдет в волну своей поляризации и перпендикулярной. Конечно симметрия есть и ее необходимо учитывать при решении задачи, грубо говоря, синусы не перейдут в косинусы, благдаря симметрии можно решать только четверть задачки, поставив магнитную и электрическую стенки, или, что тоже самое, учитывая только возбуждаемые волны.
И, таки да, прямоугольной диафрагмы очень часто достаточно для обеспечения двух связей. Грубо говоря, для продольной поляризации связь в основном зависит от длины щели, а для перпендикулярной -- от ширины и можно подобрать длину и ширину так, что удовлетворяются обе связи. Иногда, когда одна из связей очень мала, щель теоретически получается очень узкой, практически нереализуемой, да и теоретически счет такой щели уже совершенно ненадежен (исходя из правила Митры нужно учитывать очень много волн в круглом волноводе на одну волну в щели).

Сообщение отредактировал Tatyana - May 13 2008, 13:52

[Hamb]

Я хотел сказать, что расчитываю например резонансную диафрагму для одного колебания ( для примера возьмем двухмодовый фильтр где 2 ортогональных колебания в обьеме ) так вот, расчитав одну резонансную диафрагму можно ли ее повернуть на 90 градусов для второй моды и будет ли это правильно и конечном итоге работать? или все таки для второй моды нужно отдельно расчитывать свою резонансную диафрагму?

[Tatyana]

Итак, двухрезонаторный двухмодовый фильтр. Он описывается матрицей Mij где i,j=1,2,3,4. Отличны от нуля М12=М21=М34=М43, этот элемент обеспечивает связь мод внутри резонатора и реализуется либо штрями под 45 градусов, либо другими геометрическими ухищрениями, нарушающими симметрию, например, сдвинутая круглая диафрагма или повернутая под 45 градусов прямоугольная, почти квадратная. М01 отвечает за вход - входную диафрагму в случае волноводного входа или длину пина в случае коаксиального.
М14=М41 в основном зависит от длины горизонтального плеча. Вы можете подобрать это плечо так, чтобы оно давало нужную связь (вертикальное плечо при этом какое-то, например в два раза длиннее или такое же) первое приближение можно найти с помощью теории цепей. М23=М32 в основном зависит от длины вертикального плеча, вот тут Вы можете повернуть диафрагму с рассчитанным горизонтальным плечом и посчитать аналогично вертикальное плечо.
А далее Вы итерационно повторяете эту процедуру, учитывая еще и то, что несколько меняется резонансная частота полости при всех этих эволюциях.
Здесь самое лучщее применить многомерную оптимизацию. Цель - нужно получить такую АЧХ, какую дает матрица М при М14=М41=М34=М43=0.
М14 и М23 разные по величине и знаку, естественно и плечи будут разные, обычно вертикальное гораздо больше горизонтального. Я дала ссылку на статью Запаты и выложила ее на рапиде, там весь этот процесс рассмотрен очень подробно на примере и с промежуточными результатами.
А вообще-то все зависит от того, для чего Вам это надо. Если посчитать фильтр, то "не трать, кумэ, сылы", обратитесь к хорошему симулятору - HFSS или CST MMW и по методике, описанной в этой статье Вы его построите, а с помощью штырей связи и подстроечных горизонтальных и вертикальных штырей Вы его стьюните. Если Вам нужно точное электродинамическое решение для диплома или статьи, то нужно начитать с метода продольного резонанса, стыка прямоугольных волноводов в обеих плоскостях, стыка прямоугольного и круглого волноводов, расчета соответствующих интегралов связи и это большая работа. В любом случае -- удачи!

[Hamb]

Tatyana я запутался окончательно... Давайте попробуем вместе по порядку разобраться что к чему. Если вам не трудно конечно.
Для начала скажу, что мне необходимо. А необходимо мне расчитать двухмодовый волноводный фильтр для передатчиков цифрового телевизионного вещания с центральной частотой 490Мгц и стандартной полосой для ТВ канала 8 мегагерц...мощностью от киловатта.
Если вам не трудно скажите с чего мне нужно начать расчет, я понима. что нужен прототип котрый в последствии нужно реализовать в волновод, как это сделать?


Мне нужно попробовать подогнать теорию достаточно понятную под этот фильтр.

[Tatyana]

Конечно, прежде, чем делать фильтр нужно синтезировать математический прототип, найти матрицу связи. Можно найти, как это сделать именно для такого фильтра, в статье Albert E. Williams "A For-Cavity Elliptic Waveguide Filter", IEEE MTT-18, No 12, Dec 1970, pp. 1109-1114 Кстати, там диафрагма рассчитывается с помощью теории малого отверстия и магнитной поляризуемости, никакой сложной электродинамической задачи решить не надо. Хотя написано "Четырехкамерный", но он черыпехмодовый, но двухрезонаторный.
В статье Kawtar A. Zaki "Synthesis of General Topology Multiple Coupled Resonator Filters by Optimization" матрицу находят путем оптимизации, причем в качестве начального приближения можно просто брать 1 для членов отличных от нуля. Но этот метод годится, если у Вас есть хорошая программа многомерной оптимизиции.
Я могу выслать Вам эти статьи, отправьте мне в личку Ваш мейл, а то я думаю, что наш диалог уже утомил посетителей форума.