Цилиндрические волноводы представляют собой важный элемент в области радиотехники и оптики, используясь для передачи электромагнитных волн в различных приложениях, от телекоммуникаций до сенсорных технологий. Исследование параметров распространения мод в таких структурах позволяет оптимизировать их характеристики, что, в свою очередь, способствует улучшению качества передачи сигналов и повышению эффективности работы устройств. В последние годы наблюдается рост интереса к новым материалам, таким как метаматериалы, которые обладают уникальными свойствами и могут значительно изменить подходы к проектированию волноводов.
Актуальность данной работы заключается в необходимости глубокого понимания теоретических основ и практических аспектов распространения мод в цилиндрических волноводах с различными заполнениями, а также использованием метаматериала в волноводной технике. В частности, исследование изотропных заполнений, а также двухслойных конструкций и метаматериалов, открывает новые горизонты для разработки более эффективных и универсальных систем передачи сигналов. Использование современных программных средств, таких как Mathcad и COMSOL Multiphysics, позволяет не только анализировать параметры распространения мод, но и проводить моделирование сложных структур, что является важным шагом для дальнейших исследований и практического применения полученных результатов.
1 НАПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ
Излучатели конечных размеров, расположенные в свободном пространстве, возбуждают электромагнитное поле, распространяющееся по всем направлениям. Однако на практике часто необходимо передать энергию электромагнитного поля от излучателя к нагрузке с локализацией в определенной части пространства, канале. В качестве таких каналов используются направляющие системы, также называемыми линиями передач или волноводами.
В ходе данного исследования были выполнены ключевые этапы анализа и моделирования параметров распространения мод в цилиндрических волноводах.
Исследование параметров распространения мод в цилиндрическом волноводе с изотропным, с помощью ПО Mathcad, позволило получить рассчетные значения параметров распространения волны в цилиндрическом волноводе. Эти результаты стали основой для дальнейших исследований.
С помощью COMSOL Multiphysics было проведено моделирование параметров распространения и структуры полей различных мод в цилиндрическом волноводе с изотропным заполнением. Результаты моделирования продемонстрировали высокую степень согласия с расчетными данными, что свидетельствует о надежности выбранной методологии.
Проведено моделирование параметров распространения мод в двухслойном цилиндрическом волноводе, с помощью COMSOL Multiphysics. Полученные результаты показали, как структура волновода влияет на его модальные характеристики, что открывает новые возможности для разработки более сложных систем. А также показало, что COMSOL Multiphysics позволяет моделировать комплексные волны, с учетом геометрических и материальных характеристик волновода.
Исследование параметров распространения мод в цилиндрическом волноводе с метаматериальным заполнением, с помощью COMSOL Multiphysics, выявило уникальные свойства, присущие таким системам. Моделирование показало, что использование метаматериалов может значительно влиять на характеристики распространения волн, что имеет важное значение для разработки новых технологий в области оптики и радиофизики. Кроме того, результаты показали, что COMSOL Multiphysics эффективно моделирует метаматериальный слой в цилиндрическом волноводе, отражая корректную динамику его поведения.
В итоге, проведенные исследования продемонстрировали эффективность как аналитических, так и численных методов для анализа и моделирования модовых характеристик цилиндрических волноводов. Полученные результаты могут быть использованы для дальнейших исследований и разработки новых устройств на основе волноводной технологии.
