Спектральный подход к оценке резонансов отражения в прямоугольной волноводной секции с прямоугольным штырем

Abstract

Выявление физических явлений, порождающих различные резонансные эффекты, является залогом успешного проектирования частотно-селективных устройств на их основе. Исследована природа резонанса полного отражения, формируемого волноводной секцией прямоугольного сечения с прямоугольным штырем. В рамках спектральной теории открытых волноводныхрезонаторов волноводная секция рассмотрена как одноканальный многомодовыйрезонатор. Предложена интерпретация резонанса полного отражения как результата возбуждения в резонаторе собственных колебаний комплексной частоты. Выявлена трансформация резонансного режима, поясняющая резонансное отражение падающей волны симметричными структурами. Установлено, что положение резонанса и его добротность могут быть оценены с высокой точностью по значению комплексной частоты одного собственного колебания. Показано, что количественные оценки частоты и добротности резонанса отражения, полученные в рамках спектральной теории открытых волноводных резонаторов, на порядок точнее оценок, найденных в рамках классического подхода. Полученные результаты позволяют более эффективно моделировать полосовые запирающие фильтры со сложными частотными характеристиками.

Виявлення фізичних явищ, що породжують різні резонансні ефекти, є запорукою успішного проектування на їх основі частотно-селективних пристроїв. У роботі досліджено природу резонансу повного відбиття, формованого хвилеводною секцією прямокутного перерізу з прямокутним стрижнем. В межах спектральної теорії відкритих хвилеводних резонаторів хвилеводну секцію розглянуто як одноканальний багатомодовий резонатор Запропоновано інтерпретацію резонансу повного відбиття як результату збудження в резонаторі власних коливань комплексної частоти. Виявлено трансформацію резонансного режиму, що пояснює резонансне відбиття падаючої хвилі симетричними структурами. Встановлено, що частота резонансу та його добротність можуть бути оцінені з високою точністю за значенням комплексної частоти одного власного коливання. Показано, що кількісні оцінки частоти та добротності резонансу відбиття, отримані в рамках спектральної теорії відкритих хвилеводних резонаторів, на порядок точніше оцінок, знайдених за класичним підходом. Отримані результати дозволяють ефективніше моделювати смугові запираючі фільтри зі складними частотними характеристиками.

Revealing the physical phenomena causing various resonant phenomena is a key to successful design of frequency selective structures. Within the frames of the spectral theory of open waveguide resonators, the nature of the total reflection resonance formed by a rectangular waveguide section with a rectangular post inside is studied. The waveguide section is considered as a single-channel multimode resonator. An interpretation of the total reflection resonance is suggested as a result of excitation of natural oscillations in the resonator. Transformation phenomenon for the resonant mode explaining the resonant reflection of the incident wave by symmetric structures is revealed. It is established that the resonant frequency and quality-factor are estimated precisely by the complex frequency of a single natural oscillation. It is shown that quantitative estimations for the reflection resonance obtained within the spectral theory of open waveguide resonators are in order of magnitude more precise than those obtained within the classical approach. The results obtained make synthesis of bandstop filters, possessing complicated frequency behavior, to be more efficient.