[PDF]    http://dx.doi.org/10.3952/lithjphys.49116

Open access article / Atviros prieigos straipsnis

Lith. J. Phys. 49, 35–43 (2009)


SEMICONDUCTOR PLATE INTERACTING WITH TE01 MODE IN CIRCULAR WAVEGUIDE
Ž. Kancleris, G. Šlekas, V. Tamošiūnas, R. Simniškis, P. Ragulis, and M. Tamošiūnienė
Semiconductor Physics Institute, A. Goštauto 11, LT-01108 Vilnius, Lithuania
E-mail: kancleris@pfi.lt

Received 24 December 2008; revised 20 February 2009; accepted 19 March 2009

In this paper, the possibility to use the semiconductor obstacle placed on the wall of the circular waveguide as the resistive sensor is analysed. The simplied model of the semiconductor obstacle is considered and the method to solve Maxwell's equations in the cylindrical coordinate system is presented for TE01 mode, which is most suitable for the transmission of high power signals. The nite-difference time-domain method was employed for the calculation of the electromagnetic field components in cylindrical waveguide, reflection coefficient from the semiconductor obstacle, and the average electric field in it. Computation results were tested by comparing computed results with the analytical solution.
Keywords: electromagnetic wave, TE01 mode, circular waveguide, semiconductor obstacle, resistive sensor
PACS: 41.20.-q, 07.50.-e


PUSLAIDININKINĖS PLOKŠTELĖS SĄVEIKA SU TE01 MODA APVALIAJAME BANGOLAIDYJE
Ž. Kancleris, G. Šlekas, V. Tamošiūnas, R. Simniškis, P. Ragulis, M. Tamošiūnienė
Puslaidininkių fizikos institutas, Vilnius, Lietuva

Apžvelgti TE01 (H01) modos, sklindančios apvaliuoju bangolaidžiu, privalumai bei panaudojimas kuriant mikrobangų prietaisus. Išnagrinėta galimybė sukurti rezistorinį jutiklį, skirtą didelės galios mikrobangų impulsams matuoti, panaudojant puslaidininkinę kliūtį, esančią ant apvaliojo bangolaidžio sienelės. Pasiūlytos dvi jutiklio jautraus elemento realizacijos: vertikalioji, kai kontaktai yra sukurti ant viršutinio ir apatinio puslaidininkinės plokštelės paviršių, ir horizontalioji, kai metaliniai kontaktai suformuoti ant šoninių jutiklio plokštumų. Aptartos galimos praktinės jutiklių realizacijos, panaudojant plokščius jutiklius kaip jautriuosius elementus. Pasirinktas puslaidininkinės kliūties modelis ir pateiktas Maksvelo lygčių cilindrinėje koordinačių sistemoje sprendimo metodas. Elektromagnetinio lauko sandų skaičiavimui buvo naudojamas baigtinių skirtumų laiko skalėje metodas. Aprašyta C++ programa, sukurta vidutiniam elektriniam laukui puslaidininkinėje kliūtyje ir atspindžio koeficientui nuo jo skaičiuoti. Sukurtos programos patikrintos lyginant skaičiavimo rezultatus su analiziniu sprendiniu. Apskaičiuotas elektrinio lauko pasiskirstymas vertikalios ir horizontalios konfigūracijos puslaidininkinėje kliūtyje, esančioje ant apvaliojo bangolaidžio vidinės sienelės, ir visame modeliuotame darinyje. Pasirodė, kad vertikalios konfigūracijos jutiklio viduje dominuoja Er elektrinio lauko sandas, kai tuo tarpu horizontalios konfigūracijos jutiklyje didžiausias sandas yra Eφ\varphi.


References / Nuorodos

[1] R. Chatterjee, Elements of Microwave Engineering (John Wiley & Sons, New York, Chichester, Brisbane, Toronto, 1986),
http://www.amazon.co.uk/Elements-of-Microwave-Engineering/dp/0470203110/
[2] T.A. Spencer, C.E. Davis, K.J. Hendricks, F.J. Agee, and R.M. Gilgenbach, Results from gyrotron backward wave oscillator experiments utilizing a high-current high-voltage annular electron beam, IEEE Trans. Plasma Sci. 24(3), 630–635 (1996),
http://dx.doi.org/10.1109/27.532946
[3] S.G. Tantawi, A novel circular TE01-mode bend for ultra-high-power applications, J. Electromag, Waves Appl. 18(12), 1679–1687 (2004),
http://dx.doi.org/10.1163/1569393042955144
[4] S.G. Tantawi, R.D. Ruth, A.E. Vlieks, and M. Zolotorev, Active high-power RF pulse compression using optically switched resonant delay lines, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 45(8), 1486–1492 (1997),
http://dx.doi.org/10.1109/22.618460
[5] J. Neilson, L. Ives, and S.G. Tantawi, Design and test of a 100 MW-band TE01 window, in: Proceedings of the 2003 Particle Accelerator Conference (2003) p. 1125–1126,
http://dx.doi.org/10.1109/PAC.2003.1289626
[6] J. Neilson and L. Ives, Development of a multi-megawatt circulator for X-band, in: Proceedings of the 2003 Particle Accelerator Conference (2003) p. 1127,
http://dx.doi.org/10.1109/PAC.2003.1289627
[7] M. Dagys, Ž. Kancleris, R. Simniškis, E. Schamiloglu, and F.J. Agee, Resistive sensor: Device for high-power microwave pulse measurement, IEEE Antenn. Propag. Mag. 43(5), 64–79 (2001),
http://dx.doi.org/10.1109/74.979368
[8] S.I. Baskakov, Basics of Electrodynamics (Soviet Radio, Moscow, 1973) [in Russian]
[9] Kane S. Yee, Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equation in isotropic media, IEEE Trans. Antenn. Propag. 14(3), 302–307 (1966),
http://dx.doi.org/10.1109/TAP.1966.1138693
[10] A. Taflove, Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method (Artech House, Norwood, MA, 1995),
http://www.amazon.co.uk/Computational-Electrodynamics-Finite-difference-Time-domain-Taflove/dp/B00JIAVZ0W/
[11] Q. Chen and V. Fusco, Three dimensional cylindrical coordinate finite difference time domain analysis of curved slotline, in: 2nd International Conference on Computations in Electromagnetism, Nottingham, U.K., May 13–15, 1994, pp. 323–326,
http://dx.doi.org/10.1049/cp:19940082
[12] Y. Chen, R. Mittra, and P. Harms, Finite-difference time-domain algorithm for solving Maxwell's equation in rotationally symmetric geometries, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 44(6), 832–839 (1996),
http://dx.doi.org/10.1109/22.506441
[13] N. Dib, T Weller, M Scardeletti, and M. Imparato, Analysis of cylindrical transmission lines with the finite-difference time-domain method, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47(4), 509–512 (1999),
http://dx.doi.org/10.1109/22.754886
[14] F. Liu and S. Crozier, An FDTD model for calculation of gradient-induced eddy currents in MRI system, IEEE Trans. Appl. Supercond. 14(9), 1983–1989 (2004),
http://dx.doi.org/10.1109/TASC.2004.830609
[15] A. Trakic, H.Wang, F. Liu, H.S. López, and S. Crozier, Analysis of transient eddy currents in MRI using a cylindrical FDTD method, IEEE Trans. Appl. Supercond. 16(3), 1924–1936 (2006),
http://dx.doi.org/10.1109/TASC.2006.874000
[16] Ž. Kancleris, Handling of singularity in finite-difference time-domain procedure for solving Maxwell's equations in cylindrical coordinate system, IEEE Trans. Antenn. Propag. 56(2), 610–613 (2008),
http://dx.doi.org/10.1109/TAP.2007.915478