Исследование возбуждения магнитостатических волн микрополосковыми линиями и их рассеяния на дефектах поверхности ферромагнитной пленки

Магнитостатические волны в магнитоупорядоченных структурах занимают немаловажное место среди огромного многообразия разного рода волн, таких как электромагнитные волны, волны в намагниченной плазме и плазме твердого тела, акустические волны и волны, которые могут существовать в конденсированных и гиротропных средах. Изучение колебательных и волновых процессов в ферромагнетиках имеет богатую историю и является одним из фундаментальных разделов радиофизики [1−4].

В твердых телах могут распространяться волны различных типов — электромагнитные (быстрые), акустические (медленные) и спиновые (очень медленные) волны [5].

Спиновые волны существуют в диапазоне от единиц до сотен гигагерц и представляют собой распространение возмущений прецессии магнитных моментов атомов в узлах кристаллических решёток в магнитоупорядоченных структурах [I]1. Условно их можно разделить на дипольные спиновые и обменные спиновые. При больших значениях волнового числа к влияние обменного взаимодействия существенно, и в ферромагнетиках возбуждаются обменные спиновые волны. При малых значениях волнового числа обменное взаимодействие не играет существенной роли в формировании спектра спиновых волн, такие волны называются дипольными спиновыми волнами или магнитостатическим волнами [2 — 4]2.

Далее речь будет идти исключительно о ферромагнетиках — магнитоупорядоченных веществах, магнитные моменты атомов которых в отсутствии внешнего магнитного поля упорядочены так, что средний магнитный момент единицы объема отличен от нуля.

2 Спиновые магнитостатические волны или просто магнитостатические волны — это медленные электромагнитные волны (волны прецессии намагниченности), с такой длиной волны, когда основную роль в процессе их распространения играет диполь-дипольное взаимодействие, и для которых справедливо магнитостатическое приближение (2п/Х «ш/с, к~10 —103 см-1). Тонкая пластина или пленка ферромагнетика может выступать в качестве волновода для магнитостатических волн.

Широкое использование магнитостатических волн (МСВ) стало возможным в связи с получением высококачественных магнитных пленок, в частности пленок железо-иттриевого граната (ЖИГ) с толщинами в широком интервале (0.2 — 100 мкм) и с большими размерами в плоскости (до 7−8 см), обладающих малыми магнитными и диэлектрическими потерями. Магнитостатические волны в пленках ЖИГ легче всего возбуждаются на частотах сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона (0.2 — 40 ГГц) [2−4] и обладают рядом существенных преимуществ перед другими типами волн в твердых телах [6].

Актуальность фундаментальных и прикладных исследований магнитных явлений и волновых процессов в магнитоупорядоченных средах и структурах на основе ферромагнитной пленки (ФП) обусловлена следующими причинами: легко возбуждаются и принимаются практически во всем СВЧ диапазоне (потери передачи малы) — характеристики МСВ зависят от величины и направления внешнего магнитного поляанизотропия ферромагнитных структур дает возможность возбуждать в них МСВ с неколлинеарным характером (когда векторы фазовой и групповой скорости неколлинеарны), характеризующиеся отличными от законов геометрической оптики изотропных сред закономерностями распространения, отражения и преломления. обладают сильной дисперсией, дисперсионные характеристики МСВ зависят от внешних условий (металлические экраны, периодические границы и т. д.), обладают большим замедлением (103 и более) — наличие в самих ферритовых кристаллах различных типов взаимодействий (таких как дипольное, обменное, магнитоупругое, магнитооптическое) позволяет реализовать в них такие эффекты и явления, которые принципиально невозможно реализовать в изотропных средах. поскольку в последние годы заметное развитие получила технология изготовления метаматериалов, при помощи которых пытаются искусственно создать среды, имитирующие, например, «магнитную стенку» или отрицательные значения диэлектрической и магнитной проницаемостей, то естественно ожидать, что использование магнитоупорядоченных сред в составе метаматериалов позволит получить искусственные среды и структуры с совершенно новыми, необычными свойствами, которые могут найти применение в твердотельной электронике, радиолокации и при создании новых радиопоглощающих материалов.

Из изложенного выше очевидна актуальность исследования различных эффектов, явлений и характеристик волновых процессов в ФП и структурах при распространении в них МСВ. Эти свойства, а также ряд других специфических свойств делают МСВ в ферромагнитных средах чрезвычайно интересным объектом для физических и прикладных исследований в области спиновой электроники СВЧ. Целью их исследования является создание устройств обработки сигналов в диапазоне СВЧ в реальном масштабе времени.

На основе МСВ, распространяющихся в намагниченной ФП, возможно создание линий задержки, электрически перестраиваемых полосно-пропускающих и полосно-заграждающих фильтров, фильтров с переменной полосой, перестраиваемых генераторов [8 — 49]. Указанные устройства могут быть использованы для обработки сигналов, в спутниковом телевидении, фазированных антенных решетках, для СВЧ контроля состояния природной среды и т. п. Использование спинволновых приборов в подобных радиоэлектронных системах весьма перспективно в отношении качественного совершенствования их функциональных возможностей.

Применение спинволновых приборов СВЧ выдвигает на первое место такие к ним требования, как их дешевизна, высокая технологичность, легкая воспроизводимость. Для решения данных задач необходима разработка методов проектирования основных элементов любого спинволнового устройства — преобразователей МСВ, представляющих собой отрезки различных линий (микрополосковых, копланарных, решеток, меандров и различных их сочетаний), расположенных на намагниченной ферритовой пленке. Преобразователи МСВ являются неотъемлемой частью любого спинволнового устройства и в большинстве случаев определяют его основные характеристики (например, амплитудно-частотную характеристику и вносимые потери фильтров).

В настоящее время наиболее изучены закономерности возбуждения МСВ микрополосковыми линиями [15,17,19,30,31,33,35,50], отрезки которых применяются в качестве преобразователей спинволновых устройств. Такие преобразователи широкополосны, и формирование с их помощью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) с высокой крутизной скатов и малым изменением вносимых потерь в рабочей полосе СВЧ устройств затруднено. Поэтому при разработке узкополосных фильтров на МСВ стали изучаться многоэлементные микрополосковые преобразователи. Методы их расчета [30,40] основываются на использовании сопротивления излучения одного элемента — отрезка одиночной микрополосковой линии (МПЛ).

Методы численного расчета импеданса МПЛ, возбуждающей ПМСВ, в приближении неоднородного распределения тока по ширине микрополоска и влияния намагниченной ФП, достаточно хорошо изучены [85,86].

Имеющаяся расчетная модель преобразователей объемных МСВ (ОМСВ) [17,50], предполагающая однородное распределение тока по ширине микрополоска, не позволяет с достаточной для практики точностью проводить расчет устройств, содержащих такие преобразователи. Поэтому необходима разработка в магнитостатическом приближении такого метода расчета импеданса излучения МПЛ, возбуждающих ОМСВ, который должен учитывать точное распределение тока по ширине микрополоска и влияние намагниченной ФП на распределение тока, чтобы описывать реальные процессы возбуждения ОМСВ и соответствовать эксперименту.

При разработке интегральных СВЧ устройств на МСВ возникают вопросы [51−61], связанные с проблемами канализации, изменения направления распространения и перераспределения энергии волн между различными элементами устройства. Для решения данных вопросов предлагается использовать периодические массивы неоднородностей, расположенные на поверхности ФП.

В последние годы заметное развитие получили технологии изготовления метаматериалов3 [7,62 — 84]. Одним из наиболее обсуждаемых типов метаматериалов являются объекты с отрицательной диэлектрической и магнитной проницаемостью и, как следствие, отрицательным (или левосторонним) коэффициентом преломления 4 [7]. В СВЧ-диапазоне магнитная проницаемость ферромагнетиков в определенной полосе частот отрицательная. Поэтому метаматериал с левосторонним коэффициентом отражения можно получить, используя пленку ЖИГ с периодически расположенными на ее поверхности углублениями, заполненными диэлектриком с отрицательным значением диэлектрической проницаемости.

Для создания подобного рода периодических структур на основе дефектов поверхности ФП необходимо изучить рассеяние падающей волны от решетки углублений. Решение подобного рода задач обычно начинают с анализа рассеяния падающей волны на локальном дефекте.

Если на пути распространения МСВ имеется неоднородность (канавка, выступ, полоска из другого материала, проводящий слой), возникает рассеяние волны, поскольку падающая волна не удовлетворяет граничным условиям в области неоднородности. Представляет интерес рассмотрение результатов численных расчетов отражения волны через.

3 Метаматериалы — это отдельный класс композитных материалов, свойства которых обусловлены не столько индивидуальными физическими свойствами их компонентов, сколько упорядоченной особым образом микроструктурой.

4 В таких материалах возникают электромагнитные волны, у которых фазовая и групповая скорости имеют противоположные направления и, как следствие, на границе двух сред происходит отрицательное лучепреломление. одиночные дефекты, имеющие размеры порядка длины волны. В таких случаях волна испытывает сильное отражение и рассеяние, причем распределение энергии между прошедшей, отраженной и рассеянными волнами зависит от геометрии неоднородности и параметров среды. Располагая неоднородности периодически, можно добиться, например, того, чтобы отраженные волны складывались в фазе, а рассеянные гасились за счет интерференции. Таким образом, используя мелкие углубления, можно получать требуемое управление распространением волны.

Необходимо отметить, что к началу работы над диссертацией фактически отсутствовали работы, посвященные: расчету МПЛ, возбуждающих ОМСВ, учитывающему точное распределение плотности тока по ширине микрополоска и влияние намагниченной ФП на распределение токаанализу рассеяния МСВ на углублениях, расположенных на поверхности ФП, намагниченной до насыщения под произвольным углом.

Таким образом, вышеуказанные проблемы являются актуальными и представляют значительный научный интерес.

Цель настоящей диссертационной работы состоит в изучении частотной зависимости погонного импеданса микрополосковых преобразователей ОМСВ, учитывающего точное распределение плотности тока по ширине микрополоска, и рассеяния МСВ на локальном дефекте поверхности ФП, намагниченной до насыщения под произвольным углом. Основные задачи, решаемые в работе, заключаются в следующем: разработка метода расчета в магнитостатическом приближении импеданса излучения МПЛ, возбуждающей ОМСВ, который должен учитывать точное распределение тока по ширине микрополоска и влияние намагниченной ФП на распределение тока, чтобы описывать реальные процессы возбуждения ОМСВ и соответствовать экспериментуи исследование влияния геометрии МПЛ, возбуждающей ОМСВ, и намагниченной ФП на частотную зависимость погонного импедансаразработка метода расчета в магнитостатическом приближении усредненной во времени плотности потока энергии МСВ, рассеиваемой на локальном дефекте поверхности ФП, намагниченной до насыщения под произвольным угломисследование угловых зависимостей усредненной во времени плотности потока энергии поверхностных и прямых объемных МСВ, рассеянной на одиночном круглом и прямоугольном углублениях. Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1. проведен теоретический анализ частотной зависимости погонного импеданса МПЛ, возбуждающей ОМСВ, учитывающей точное распределение тока по ширине микрополоска и влияние намагниченной ФП на распределение тока;

2. впервые предложен метод расчета в магнитостатическом приближении рассеяния МСВ на произвольном неглубоком дефекте поверхности ФП, намагниченной под произвольным углом к ее поверхности;

3. впервые проведен анализ угловых зависимостей усредненной во времени плотности потока энергии поверхностных и прямых объемных МСВ, рассеянной на одиночном круглом и прямоугольном углублениях.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Метод расчета в магнитостатическом приближении импеданса излучения микрополосковых преобразователей ОМСВ, состоящих из отрезка одиночной МПЛ и ФП, учитывающий точное распределение тока по ширине микрополоска и влияние намагниченной ФП на распределение тока.

2. Метод расчета в магнитостатическом приближении усредненной во времени плотности потока энергии МСВ, рассеиваемой на дефектах поверхности ФП, намагниченной до насыщения под произвольным углом.

3. Совокупность новых теоретических результатов, полученных при анализе расчетных зависимостей импеданса излучения микрополоскового преобразователя ОМСВ, хорошо согласующихся с экспериментальными результатами и имеющих существенные отличия от теоретических результатов, использующих приближение однородного распределения тока по ширине микрополоска.

4. Совокупность новых теоретических результатов, полученных при анализе расчетных угловых диаграмм усредненной во времени плотности потока энергии падающих и рассеянных на углублении поверхностных и прямых объемных МСВ. В частности, установлено, что с увеличением частоты падающей волны и геометрических размеров углубления, в высокочастотной области полосы существования прямых объемных и поверхностных МСВ возникает большое количество резонансов, и угловые диаграммы становятся узконаправленными. Установлено также, что рассеянную мощность второстепенных лепестков можно существенно уменьшить, если изменить наклон стенок углубления.

Диссертационная работа состоит из 5 глав, введения, заключения, списка использованных источников и приложения. Диссертация содержит 144 страницы основного текста, 64 рисунка и 15 страниц списка литературы из 145 наименований. Общий объем работы составляет 179 страниц.

Во введении обосновывается важность и актуальность исследования частотной зависимости погонного импеданса МПЛ, возбуждающей ОМСВ, учитывающей точное распределение тока по ширине микрополоска и влияние намагниченной ФП на распределение тока, и рассеяния МСВ на углублении, расположенном на поверхности ФП, намагниченной до насыщения под произвольным углом. Приводится обзор литературных источников, касающихся основных экспериментальных и теоретических исследований в области спинволоновой электроники. Формулируется цель и научная новизна исследования, перечисляются основные задачи, решаемые в ходе работы, приводятся положения, выносимые на защиту и сведения об апробации работы.

В главе 1 рассматривается метод расчета в магнитостатическом приближении погонного импеданса излучения микрополосковых преобразователей прямых ОМСВ (ПОМСВ), состоящих из отрезка одиночной МПЛ и ФП. Для ПОМСВ получена связь плотности тока в линии с нормальной составляющей индукции магнитного поля. Погонный импеданс линии представлен функционалом от плотности тока. На основе разработанного метода был осуществлен расчет погонного импеданса МПЛ и исследована частотная зависимость погонного импеданса излучения от геометрии преобразователя ПОМСВ. Полученные результаты сопоставлены с рассчитанными зависимостями, представленными в работе [17] для случая однородного распределения плотности тока по ширине микрополоска, и экспериментальными данными, приведенными в работе [33].

В главе 2 рассматривается метод расчета в магнитостатическом приближении погонного импеданса излучения микрополосковых преобразователей обратных ОМСВ (ООМСВ), состоящих из отрезка одиночной МПЛ и ФП. На основе разработанной теории выполнен точный расчет погонного импеданса МПЛ и исследована частотная зависимость погонного импеданса излучения от геометрии преобразователя ООМСВ. Полученные результаты сопоставлены с рассчитанными зависимостями работы [50] для случая однородного распределения плотности тока по ширине микрополоска, и экспериментальными данными, приведенными в работе [33].

В главе 3 представлено решение в магнитостатическом приближении дифракционной задачи рассеяния МСВ на произвольном неглубоком дефекте, расположенном на поверхности ФП, намагниченной под произвольным углом к ее поверхности. Найдены выражения для плотности потока энергии рассеянных МСВ в дальней зоне. В процессе решения задачи использовались: метод граничных возмущений для определения выражений поверхностной плотности магнитных зарядов и двойного слоя в плоскости неоднородностейметод стационарной фазы для определения асимптотического выражения магнитостатического потенциала в дальней зоне.

В главе 4 приведены результаты численного решения в магнитостатическом приближении дифракционной задачи рассеяния ПМСВ на неглубоких дефектах прямоугольной и круглой формы, расположенных на поверхности ФП, намагниченной касательно к ее поверхности. Рассмотрено влияние геометрических размеров углубления на усредненную во времени плотность потока энергии ПМСВ рассеянных на углублении в дальней зоне. Основные результаты анализа представлены в виде угловых диаграмм.

В главе 5 приведены результаты численного моделирования рассеяния ПОМСВ на неглубоком дефекте поверхности ФП круглой и прямоугольной формы. Рассмотрено влияние геометрических размеров углубления на усредненную во времени плотность потока энергии ПОМСВ, рассеянных на углублении в дальней зоне. Основные результаты анализа представлены в виде угловых диаграмм.

Каждая глава завершается выводами, отражающими основные результаты, представленных в ней исследований.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы.

Апробация диссертационной работы. Основные результаты работы доложены на 12 конференциях, в том числе 7 международных. Результаты работы регулярно докладывались на международных конференциях «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» (Таганрог, 25 — 30 июня 2007 г., 29 июня — 4 июля 2009 г.), «Радиолокация и радиосвязь» (Москва, Фирсановка, 7−11 ноября 2007 г., 7−11 ноября 2008 г., 20 — 22 ноября 2009 г.), «Электромагнитное поле и материалы» (Москва, Фирсановка, 19 -21 ноября 2010 г., 18−20 ноября 2011 г.), «Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП)» (Саратов, 18−19 сентября 2008 г.). Результаты работы также докладывались на зимней школе-семинаре по СВЧ электронике и радиофизике (Саратов, 3−8 февраля 2009 г., 6−11 февраля 2012 г.), на региональной научно-технической конференции «Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовки кадров на юге России» (Новороссийск, 26 — 28 ноября 2009 г.), на Всероссийской школе-семинаре «Волновые явления в неоднородных средах» Волны-2010 (Звенигород, 2429 мая 2010 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 23 научные работы [А1-А23], из них 3 статьи в периодической печати [А10,А15, А22], 19 тезисов докладов, 1 статья в печати [А23].

5.1. Выводы.

1. Приведены результаты численного моделирования рассеяния ПОМСВ на неглубоком дефекте поверхности ФП круглой (рис. 3.3) и прямоугольной (рис. 3.4) формы.

2. Результаты расчетов имеют хорошее согласование с теоретическими результатами, представленными в работе [99].

3. Изучено влияние геометрических размеров углубления на коэффициент отражения мощности ПОМСВ. Ниже представлены основные результаты анализа угловых диаграмм коэффициента отражения.

4. Установлено, что вблизи нижней частоты существования ПОМСВ при малых волновых числах (к 0), когда длина волны много больше поперечных размеров неоднородности, падающая ПОМСВ не «чувствует» круглого и прямоугольного углубления. Второстепенные лепестки образуются в нижней половине диаграммы и при увеличении размеров или частоты переходят в область основного лепестка.

5. Установлено, что с увеличением частоты / длина волны уменьшается, в высокочастотной области полосы существования ПОМСВ возникает большое количество резонансов, а угловые диаграммы коэффициента отражения становятся узконаправленными. Один ярко выраженный максимум обычно называют основным лепестком, а второстепенные нежелательные максимумы, величину которых стремятся уменьшить, называют боковыми лепестками. Узконаправленный основной лепесток с малыми боковыми лепестками применяют для концентрации мощности рассеяния в одном направлении.

6. Установлено, что можно уменьшить рассеиваемую мощность второстепенными лепестками, изменив наклон стенок круглого углубления. Острый основной пик можно получить в низкочастотной части полосы существования ПОМСВ, если увеличить геометрические размеры углубления. В последнем случае уровень боковых лепестков будет немного выше.

7. Установлено, что для прямоугольного углубления максимальное и минимальное значение отраженной мощности в обратном направлении зависит только от полуширины ку и не зависит от к2, а уровень боковых лепестков зависит только от полуширины Исключение из этого правила наблюдается только при значениях 11у, кратных пХ (0.2 мм, 0.4 мм, 0.8 мм, .). В этом случае при любых значениях кг мощность, отраженная в боковых направлениях, минимальна.

8. Установлено, что если волна падает на одну из сторон квадратного углубления, то возникают второстепенные лепестки в области ±135°. Расположение лепестков соответствует ребрам квадратного углубления. Форма лепестков изменяется при повороте квадратного углубления на 45°. Она приближается к форме лепестков диаграммы круглого углубления. В этом случае, два симметричных широких максимума соответствуют отражению волны от стенок, расположенных под углом 45°. Двойные боковые пики могут быть вызваны отражением на ребрах. У круглого углубления они не наблюдаются.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе проведено исследование частотной зависимости погонного импеданса микрополосковых преобразователей ОМСВ в приближении неоднородного распределения плотности тока по ширине микрополоска и рассеяния МСВ на локальном дефекте поверхности ФП, намагниченной до насыщения под произвольным углом.

1. В диссертационной работе предложен метод расчета в магнитостатическом приближении импеданса излучения МПЛ, возбуждающей ПОМСВ, который учитывает точное распределение тока по ширине микрополоска и влияние намагниченной ФП на распределение тока, чтобы описывать реальные процессы возбуждения ПОМСВ и соответствовать эксперименту.

2. Впервые предложен метод расчета в магнитостатическом приближении рассеяния МСВ на произвольном неглубоком дефекте поверхности ФП, намагниченной под произвольным углом к ее поверхности. Найдены выражения для плотности потока энергии рассеянных МСВ в дальней зоне. В процессе решения задачи использовались: метод граничных возмущений для определения выражений поверхностной плотности магнитных зарядов и двойного слоя в плоскости неоднородностейметод стационарной фазы для определения асимптотического выражения магнитостатического потенциала в дальней зоне.

3. В математическом пакете MapIeSoft Maple 14 создана программа MSWReflection для численного расчета в магнитостатическом приближении рассеяния МСВ на произвольном неглубоком дефекте поверхности ФП, намагниченной под произвольным углом к ее поверхности.

4. Представленные в работе теоретические результаты получены с использованием программного обеспечения, разработанного на основе оригинальных алгоритмов и математических моделей, основанных на решении задач магнитостатики: проекционным методом Галеркина для численного решения сингулярных интегральных уравнений при определении распределения плотности тока на поверхности микрополоскавведением стационарного функционала магнитного потока, создаваемого током /0 на интервале (—со, х], квадратичного относительно плотности токаметодом граничных возмущений для определения выражений поверхностной плотности магнитных зарядов и двойного слоя в плоскости неоднородностейметодом стационарной фазы для определения асимптотического выражения магнитостатического потенциала в дальней зоне.

5. Были разработаны программные средства на основе оригинальных численных алгоритмов при помощи математических пакетов Math Worb MatLab 2010 и MapleSoft Maple 14.

6. Произведена проверка используемых теоретических методов анализом внутренней сходимости и сравнением полученных результатов с теоретическими и экспериментальными результатами, представленными в научной литературе.

7. Изучено влияние геометрических размеров МПЛ, возбуждающей ПОМСВ, на ее погонный импеданс. Ниже представлены основные результаты анализа:

Увеличение ширины микрополоска приводит к уменьшению ширины и величины сопротивления излучения и реактанса излучения основного низкочастотного максимума. Также уменьшается ширина неосновных максимумов и их уровень возрастает.

Увеличение толщины ФП расширяет основной низкочастотный пик сопротивления излучения без существенного увеличения его максимального значения. Неосновные пики сопротивления излучения также расширяются и уменьшаются с увеличением толщины пленки. С увеличением толщины пленки начинают давать значительный вклад неосновные моды (особенно первая неосновная мода). Основной низкочастотный пик реактанса излучения с увеличением толщины пленки уменьшается по величине и растягивается по ширине. Неосновные пики, наоборот, растягиваясь, увеличиваются по величине.

Удаление МПЛ от ФП уменьшает величины всех максимумов сопротивления излучения и реактанса излучения, фиксируя при этом ширину полосы частот (частоты минимумов). По сравнению с основным низкочастотным максимумом неосновные убывают в несколько раз быстрее. Используя это свойство, можно уменьшить второстепенные пики, но при этом несколько уменьшается уровень основного пика.

При увеличении зазора между ЖИГ пленкой и экраном величина основного пика увеличивается, его ширина уменьшается, и он незначительно смещается в низкочастотную область. Величина зазора значительно влияет только на основной максимум сопротивления излучения, а неосновные пики меняются слабо.

8. Изучено влияние геометрических размеров МПЛ, возбуждающей.

ООМСВ, на ее погонный импеданс. Ниже представлены основные результаты анализа:

При увеличении ширины микрополоска уменьшается ширина и величина сопротивления излучения и реактанса излучения основного высокочастотного максимума. Также уменьшается ширина неосновных максимумов и их уровень возрастает.

Увеличение толщины ФП расширяет основной высокочастотный пик сопротивления излучения без существенного увеличения его максимального значения. Неосновные пики сопротивления излучения также расширяются и уменьшаются с увеличением толщины пленки. Основной высокочастотный пик и неосновные пики реактанса излучения с увеличением толщины пленки смещаются в низкочастотную область и растягиваются по ширине. При значительном увеличении толщины пленки первый минимум и второй максимум меняют свою форму, потому что начинают давать значительный вклад неосновные моды (особенно первая высшая мода).

Удаление МПЛ от ФП уменьшает величины всех максимумов сопротивления излучения и реактанса излучения, фиксируя при этом ширину полосы частот (частоты минимумов). По сравнению с основным высокочастотным максимумом неосновные убывают в несколько раз быстрее. Используя это свойство, можно уменьшить второстепенные пики, но при этом несколько уменьшается уровень основного пика.

При увеличении зазора между ФП и экраном уровень основного пика увеличивается, его ширина уменьшается, и он незначительно смещается в низкочастотную область. Величина зазора значительно влияет только на основной максимум сопротивления излучения, а неосновные пики меняются слабо.

9. Изучено влияние геометрических размеров углубления на коэффициент отражения ПМСВ. Ниже представлены основные результаты анализа угловых диаграмм коэффициента отражения мощности ПМСВ:

Для круглого углубления малого радиуса в направлении 0° наблюдается пик, соответствующий прошедшей волне. По обеим сторонам пика, существуют области, имеющие большое количество лепестков (резонансов). Согласно предложенной в работе [117] модели, можно сделать вывод, что эти области соответствуют отражению ПМСВ от боковых стенок углубления. С увеличением радиуса углубления наблюдается изменение формы лепестка, соответствующего отражению от передней половины углубления, оба лепестка сужаются, а ширина второстепенных лепестков увеличивается.

Вблизи нижней частоты существования ПМСВ (к -> 0) при малых волновых числах, когда длина волны много больше поперечных размеров неоднородности, падающая ПМСВ не «чувствует» круглого углубления, и поэтому угловая диаграмма коэффициента отражения имеет большой по величине верхний лепесток, соответствующий прошедшей ПМСВ, и малый по величине нижний лепесток отраженной волны. Картина качественно сохраняется с увеличением частоты или радиуса углубления, верхний и нижний лепестки увеличиваются.

Уровень отражения мощности второстепенных лепестков можно уменьшить, если увеличить наклон стенок круглого углубления. В этом случае верхний и нижний лепестки станут шире, а полная мощность, отраженная от углубления, уменьшится.

При размерах квадратного углубления меньших по сравнению с длинной волны, или в низкочастотной области существования ПМСВ угловые диаграммы коэффициента отражения являются широконаправленными. Они имеют два лепестка. Верхний лепесток, имеющий большой уровень, соответствует прошедшей волне и ориентирован вдоль распространения волны. Отраженной волне соответствует нижний лепесток малой величины. Диаграмма симметрична относительно оси основного лепестка. Второстепенные лепестки образуются по бокам от двух основных лепестков и при увеличении размеров или частоты их ширина увеличивается, а ширина основных лепестков уменьшается.

С увеличением частоты уменьшается длина волны падающей ПМСВ, поэтому в области высоких частот возникает большое количество резонансов, а диаграммы коэффициента отражения становятся узконаправленными.

Отраженную мощность ПМСВ второстепенных лепестков можно изменять, если расположить стенки прямоугольного углубления под углом. В этом случае станут шире верхний и уже нижние лепестки, и полная мощность, отраженная от углубления, уменьшится. Если увеличивать наклон боковых стенок 1у, то все второстепенные пики уменьшатся. Наклон 12 почти не влияет на явно выраженные пики в нижней части диаграммы и подавляет резонансы на граничных направлениях существования ПМСВ.

10. Изучено влияние геометрических размеров углубления на коэффициент отражения ПОМСВ. Ниже представлены основные результаты анализа угловых диаграмм коэффициента отражения мощности ПОМСВ:

Вблизи нижней частоты существования ПОМСВ при малых волновых числах (к -> 0), когда длина волны много больше поперечных размеров неоднородности, падающая ПОМСВ не «чувствует» круглого и прямоугольного углубления. Второстепенные лепестки образуются в нижней половине диаграммы и при увеличении размеров или частоты переходят в область основного лепестка.

С увеличением частоты / длина волны уменьшается, в высокочастотной области полосы существования ПОМСВ возникает большое количество резонансов, и угловые диаграммы коэффициента отражения становятся узконаправленными. Один ярко выраженный максимум обычно называют основным лепестком, а второстепенные нежелательные максимумы, величину которых стремятся уменьшить, называют боковыми лепестками. Узконаправленный основной лепесток с малыми боковыми лепестками применяют для концентрации мощности рассеяния в одном направлении.

Можно уменьшить рассеиваемую мощность второстепенными лепестками, изменив наклон стенок круглого углубления. Острый основной пик можно получить в низкочастотной области полосы существования ПОМСВ, если увеличить геометрические размеры углубления. В последнем случае уровень боковых лепестков будет немного выше.

Для прямоугольного углубления максимальное и минимальное значение отраженной мощности в обратном направлении зависит только от полуширины ку и не зависит от к2, а уровень боковых лепестков зависит только от полуширины Исключение из этого правила наблюдается только при значениях ку, кратных пк. В этом случае при любых значениях к2 мощность, отраженная в боковых направлениях, минимальна.

Если волна падает на одну из сторон квадратного углубления, то возникают второстепенные лепестки в области +135°. Расположение лепестков соответствует ребрам квадратного углубления. Форма лепестков изменяется при повороте квадратного углубления на 45°. Она приближается к форме лепестков диаграммы круглого углубления. В этом случае, два симметричных широких максимума соответствуют отражению волны от стенок, расположенных под углом 45°. Двойные боковые пики могут быть вызваны отражением на ребрах. У круглого углубления они не наблюдаются.