Добрый день,

просвятите, меня, пожалуйста, по волноводам и допускам к их стенкам.

Мне надобно провезти по волноводу с минимальной толщиной примерно 5мм волну (60ГГц). Хочу сделать волновод с внутренним сечением 5х0.6мм или 2.5х0.6мм. Попробовал его просимуллировать в бошевском Эдисоне (вернее в аналоге этой решалки). Основная цель - понять какие имеются допуски на шероховатость и другие свойства стенок.

На основе экспериментов, получается, что

1. наличие широких стенок или использование диэлектрика в качестве широких стенок практически не ослабляет волну,
2. минимальная непараллельность узких (0.6мм) стенок к друг другу сильно ослабляет сигнал,
3. параллельные флуктуации стенок (то есть стенки идеально параллельны, но слегка не ровные) почти не искажают сигнал.

Во всех расчетах тонкую стенку брал покрытой 3микронным серебром.

Утверждения 2 и 3 как-то вроде бы вяжутся с общими фактами, что пишут в википедиях и книжках, а вот то, что широкую стенку можно сделать из произвольного пластика, как-то не сильно понятно.

Пожалуйста, подтвердите или опровергните этот факт, если я таки что-то напутал, пойду искать проблему в заданных для симуляции параметров.

Спасибо
ИИВ

edited:
красным выделены исправления, сделанные мной.
название темы тоже подправил.
l1l1l1

я не знаю, что это за решалка. а можете уточнить, ссылочку. мне интересно.
знаю только что не всерешалки учитывают (хорошу учитывают) потери на излучение. Собственно, прямоугольный волновод, это плоскопараллельный с отсечкой и защитой от утечки (ну и от "вылезающего" поля)... почему бы и нет, если это не камень преткновения? Кроме того, если это FEM решалка, то скорее всего решение было на фундаментальной поперечной моде, не чувствительной к b. в действительности для высших мод гофра по стенке может привести к замедлению и запрещенным зонам. Причем, как в брэгговском зеркале, если при известной периодичности стенки(например канавки от фрезы) имеется еще плавная неоднородность, то волна вдруг может начать резонировать на краях этой неоднородности с разогревом и излучением. В волноводах с неоднородностями возбуждение высших мод вообще очень вероятно (хотя теорию я и профукал в универе)...так что на практике все может быть гораздо хуже чем в симуляторе. Для этого в закрытых волноводах активно используют свойство отсечки...

знаете, ИИВ, я понимаю, что вы не очень заморочиваетесь теорией, и русский язык вам, скорее всего, не родной, но ведь вы читали же какие-то "книжки и википедии", поэтому если вы внятно не объясните, почему у вас в посте и заголовке фигурируют некие "длинные" стенки, я эту вашу тему удалю.

волновод - это некая волноведущая среда, служащая для передачи энергии/инфомации из точки А в точку В. поэтому основным геометрическим параметром волновода является длина.
волновод может быть полым металлическим, частично заполненнм металлическим, и даже диэлектрическим, в последнем случае не имеющем металлических стенок вообще.
волновод может быть прямоугольным, эллиптическим или круглым, но он всегда имеет определенную длину, и в случае прямоугольного металлического волновода все его стенки имеют длину одинаковую, не может быть стенок волновода длинных и коротких.

то что вы сконструировали, убрав широкие стенки прямоуголоного волновода и заменив их диэлектрическими стержнями, не имеет аналогов в технике.
плохо то, что вы не знаете, что за тип волны распространяется в этой вашей структуре, какова конфигурация поля этой волны, и как можно эффективно возбуждать эту волну в вашей структуре (или нельзя вообще).

то, что вы для анализа влияния допусков и шероховатостей в волноводе используете солвер, никому кроме вас неизвестный, не гарантирует точность его результатов и справедливость ваших выводов.

но это всё лирическое отступление, основное - в первом абзаце.

Во-первых очень благодарен отвечавшим и сочувствовавшим!


решалка взята из статей DOI: 10.1515/jnma.2007.031 и DOI: 10.1007/978-3-540-71980-9_42, как одному из соавторов этих статей, мне это было легко сделать, конечно импакт фактор JNM всего-то 2.3, будем считать его попсовым, но, все-таки, достаточно известным, тем более, что на статьи есть 23 сторонние ссылки.


почему-же, я очень заморачиваюсь математической теорией, а именно BEM-FEM каплингом (не знаю как это по-русски) при численном моделировании уравнений Максвелла, но так как это не входит в компетенцию форума электроникс, поэтому вдаваться в дебри численного анализа я не стал.


да, я уже давно не живу в русскоговорящей среде, но все еще помню, что "Вам" принято писать с большой буквы


прямоугольный бесконечный полый СВЧ волновод обычно имеет две пары параллельный стенок, и их длины, которые отображаются при перпендикулярном сечении волновода имеют два характеристических размера, "a" и "b", и, как точно подметил Hale, речь идет о стенке с параметром "b".



l1l1l1 если я Вас чем-то обидел, что Вы такое написали, искренне приношу извинений, но, я так упорно и не могу понять чем, и очень надеюсь на Ваше понимание моей позиции.

У вас странные значения ширины - близкие к длине волны или ее половине, это плохо, на границе появления мод. Лучше взять ширину меньше 5 мм (3-4 мм), чтобы была одномодовость, и можно вообще ни о чем не заботиться.

Если это металлический волновод 4 мм на 0,6 мм на 60 ГГц, то допуски там конские. Скин-слой в меди 0,3 мкм, шероховатость увеличит потери в пару раз, и только.


P.S. "Вы" в обычной (не официальной) переписке пишется с маленькой буквы, за исключением обращения к очень уважаемым людям.

да, численная математика не наш конёк, предпочитаем пользоваться готовыми программными продуктами, это не гарантирует от ошибок, но позволяет, в большинстве случаев, совместными усилиями эти ошибки устранить.
спасибо за статьи, первую в интернете я нашел, но единственная ссылка на вторую статью привела на страницу с надписью "Forbidden". если это не закрытая информация, дайте пожалуйста название материала так, как это принято в списках литературы, c указанием авторов, названия, издания и страниц, возможно так будет легче ее найти.
хотелось бы также на практике познакомиться с использованным солвером, но это уж я, видимо, слишком многого захотел.
как правильно перевести BEM-FEM coupling, я тоже не знаю, по смыслу это комбинация метода граничных элементов (BEM) с методом конечных элементов (FEM).

забудьте!
вот вам две ссылки:
https://www.artlebedev.ru/kovodstvo/sections/165/
https://rg.ru/2009/06/25/vy.html
первая хороша тем, что там приведен скан письма Д. Э. Розенталя, большого специалиста по русскому языку, на которого обычно ссылаются любители больших букв, а вторая ведет на сайт газеты "Российская газета", официального издания Правительства Российской Федерации.
смысл такой: Вы с большой буквы следует писать при обращении к одному лицу в официальной переписке (обязательно), и в личной переписке, когда желаете подчеркнуть особое уважение, почтительность.
при обычном общении коллег для выражения уважения вполне достаточно обращаться к одному лицу во множественном числе (на вы).


Hale не подметил, а догадался - честь ему и слава, но не все так догадливы. я же стремлюсь убедить Вас (после Вашего обращения ко мне на Вы, Вы не оставили мне возможности выбора величины букв), что необходимо избегать неоднозначности толкования как в названии темы, так и в постановке задачи.
не говоря уже о русских технических текстах, в отношении волноводов в англоязычных текстах широко используются словосочетания narrow wall, wide wall, broad wall (последнее реже), но никогда long wall.


никаких обид, только раздражение от неоднозначности формулировок.
представьте, что за ерунда получится при замене широких стенок воловода диэлектриком, и Вы извините мне мои утверждения о теоретической неграмотности.
давайте соглашайтесь с тем, чтобы я исправил неоднозначность в названии темы и формулировке задачи, и пойдем дальше.
как правильно подметил Hale, невозрастание потерь при замене узких стенок диэлектриком может объясняться неучетом потерь излучения используемым солвером.
в технологии LTCC широко распространено применение волноводных элементов, в частности для построения полосовых фильтров по технологии SIW, например, здесь.
обратите внимание, что узкие стенки волновода в этой конструкции выполнены в виде ряда металлизированных отверстий, а если имеются другие близко расположенные элементы в структуре, выполняют по два ряда отверстий с каждой стороны волновода, чтобы исключить связь с ними.
и еще, вызывает сомнение возрастание потерь при минимальной непараллельности узких стенок.
при том же качестве покрытия стенок это могут быть только потери на рассогласование.
недавно на нашем форуме проскочило утверждение, что для линейного трансформатора сопротивлений (taper) угол между стенками не должен превышать 12 градусов.
по-моему 12 градусов это слишком много. по моим прикидкам этот угол дает КСВН примерно 1,35 и это 0.1 дБ потерь рассогласования.
когда-то давно мы делали измерительные линейные переходы с сечения 7.2х3.4 на 5.2х2.6 длиной 120 мм с КСВН примерно 1.07 (и это при согласованной нагрузке с КСВН 1.05). здесь потери рассогласования менее 0.01 дБ.
к сожалению, Вы не приводите цифры. какая непараллельность была в Вашем случае? и как возросли потери?

Очень может быть, что это было связано с тем, что у топикстартера были моды на границе полосы пропускания. При небольшом изменении ширины возникало или отражение из-за непропускания, или переизлучение в другую моду.

Не уверен, что правильно понял витиеватый стиль изложения топикстартера, но как-то очень похоже на танцы на тему всяких желобковых и прочих волноводов с разрывом широких стенок волновода, которые были популярны в начале 80-х прошлого века. Да, погонные потери при этом по известным причинам падают. Но вот как пропустить 60 гиг через сечение 2,5х0,6 так и не понял:о) По поводу сгонов, обычно использую 5 градусов на сторону. БОльшие углы чреваты проблемами на низких частотах.

действительно, вторую статейку не сильно тривиально вытащить, посему я ее сюда приаттачил (вернее приаттачил после редактирования, ибо что-то у меня глюкнуло).


я, будучи вычислительным математиком по специальности, к сожалению, никогда не изучал технические термины, используемые в СВЧ, поэтому покорнейше прошу простить меня, когда, моделируя волновод я обозвал параметры a и b длинами сечения стенок волновода.

Все-таки, и отвечая на Ваши наводящие вопросы, и таки вопрошая, таки верно ли то, что получается при симуляции, выношу на обсуждение то, что получается, и хочу спровить верно ли это:

Пусть у бесконечного волновода
узкие стенки B (или B1 и B2) имеют ширину b=0.6mm и покрыты серебром 3 микрона (то есть с 10 кратным запасом по скин слою),
широкие стенки A (или A1 и A2) имеют ширину a=2.5mm и, либо отсутствуют, либо состоят из диэлектрика с низкой 1.5 относительной проницаемостью.

В самом волноводе - единична диэлектрическая проницаемость.

Если стенки A заменить на такой же материал, как и у стенок B, то получим классический волновод с модой H01 для 60ГГц.

Меня настораживает результат, что разница в поглощении ЕМ волны при отсутствии стенок A и когда эти стенки состоят из такого-же материала, как и стенки B мало друг от друга отличаются, боюсь точно написать параметр, так как могу в пересчетах из напряженности в дециберы что-то попутать. А вот если стенки A оставить посеребренными, а стенки B1 и B2 сделать не параллельными друг-другу на угол от 5 градусов в направлении перпендикулярном самому волноводу, то затухание будет существенно большим.

Так как этот солвер изначально был предназначен для моделирования электромагнитов и актуаторов на до мегагерцовом диапазоне, а, имея все исходники, захотелось в нем многое поменять, чтобы моделировать СВЧ (не тырить же мне у CST их решалку, особенно, если они долгое время пользовались, а может и по сей день, пользуются моим предобуславливателем DOI: 10.1002/nla.297). Вот и начал с простых задач, думая, что здесь смогу понятно и просто уточнить все ли тут хорошо работает.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

edited:
и в русской, и в англоязычнй технической литературе широкие стенки волновода имеют размер a,
и обозначать их следует буквой A;
узкие же стенки имеют размер b, и обозначать их следует буквой B.
к сожалению, Hale, также как и я, не догадался и вел разговор об удалении узких стенок,тогда как Вы удаляете широкие.
чтобы впредь не было этой путаницы, я внес в текст сообщения исправления, выделенные красным.

l1l1l1

дааа уж...
после длительного распутывания длинных, узких и широких стенок,
и буквенных обозначений их размеров
получили мы в результате двухпроводную линию с расстоянием между проводниками,
равным длине волны или ее половине.
в одном из случаев с поддержкой в виде плотных (eps = 1.5) полосок пенопласта.
кто желает, промоделируйте эту конструкцию в CST или HFSS.

Все, добрался до аттача. спасибо! Честно, очень сложно понять о чем идет речь. Особенно когда вы намеренно не углубляетесь в объяснения для неспециалистов, и тут же заставляете играть в догадки. Вы же так в IEEE статьи не подаете; а в интродакшине принято разжевывать для идиотов.
А по поводу языка... ну там где я живу, вообще нет больших букв. есть только обычные и маленькие. Я действительно, не понимаю природы огорчения, когда к тебе обращаются с большой буквы... В детстве, меня, троечника, родители учили просто - читай книжки; пиши такую букву, которая соответствует ситуации и твоему отношению к адресату.