2012, т. 3(17), № 3
ДВУМЕРНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ. ЧАСТЬ 3. ЭЛЕМЕНТЫ СПЕКТРАЛЬНОЙ ТЕОРИИ
Величко Л. Г., Кривчикова А. А., Сиренко Ю. К.
Представлены результаты, необходимые для построения спектральной теории трехмерных периодических структур. Получено аналитическое представление канонической функции Грина, определена естественная область вариации спектрального параметра (комплексной частоты) – бесконечнолистная риманова поверхность, сформулированы утверждения, позволяющие оценить области локализации элементов спектрального множества.
ОБОБЩЕННЫЙ МЕТОД СШИВАНИЯ В ТЕОРИИ ДИФРАКЦИИ ВОЛНОВОДНЫХ МОД. ЧАСТЬ 1. ФОРМУЛЫ ФРЕНЕЛЯ ДЛЯ ОПЕРАТОРОВ РАССЕЯНИЯ
Петрусенко И. В., Сиренко Ю. К.
Рассмотрено обобщение классического метода сшивания (the mode-matching technique), соответствующее новой постановке задачи дифракции волн на неоднородности в волноводе. Кратко изложен используемый матрично-операторный формализм модового анализа. Для канонической задачи о ступеньке в прямоугольном волноводе дан вывод формул Френеля для искомых операторов отражения и прохождения мод. Аналитически доказана корректность найденной матрично-операторной модели. Показано, что полученные результаты справедливы для класса задач дифракции волн на скачкообразных неоднородностях в волноводах. Развитый обобщенный метод сшивания предназначен для эффективного строгого решения задач анализа волноводных узлов и устройств микроволновой техники.
НЕТРИВИАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ КРОСС-ПОЛЯРИЗАЦИИ В КАСКАДАХ СКРЕЩЕННЫХ ЛЕНТОЧНЫХ РЕШЕТОК
Щербак В. В.
В строгой постановке исследованы кросс-поляризационные эффекты в каскадах скрещенных решеток. Найдены нетрадиционные резонансные режимы вращателей поляризации электромагнитных волн. Доказано, что эти устройства можно выполнить на основе решеток с периодом порядка длины волны l. За счет плосковершинной амплитудно-частотной характеристики поляризаторов и увеличения периода решеток повышена на два порядка рабочая полоса частот устройств. Найдены конструкции в виде двух решеток либо трех и более с двумя направлениями ориентации лент, а также другие нестандартные варианты вращателей поляризации. Выявлен нетривиальный вредный эффект и предложены пути его устранения.
НЕСТАЦИОНАРНЫЙ ОТКЛИК МОДЫ КРУГЛОГО ВОЛНОВОДА НА ИЗМЕНЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ В СЕРДЦЕВИНЕ
Сахненко Н. К.
С помощью строгого математического метода изучено преобразование направляемой моды круглого диэлектрического волновода в результате скачкообразного изменения во времени показателя преломления сердцевины. Предположение резкого изменения показателя преломления позволило построить аналитическое решение в виде преобразования Лапласа. Обратное преобразование во временную область получено с помощью теоремы о вычетах и оценки интегралов вдоль разрезов комплексной плоскости. Полученные решения позволили изучить переходные процессы и установившийся режим, продемонстрировать возможность сдвига частоты, а также установить возможность преобразования направляемой моды в моды излучения, быстро покидающие сердцевину волновода.
О ВОЗМОЖНОСТИ СТРОГОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КОМПРЕССИИ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ ИМПУЛЬСОВ В ПОЛЫХ РЕГУЛЯРНЫХ ВОЛНОВОДАХ
Пазынин В. Л.
С помощью строгих транспортных операторов во временной области исследована возможность точного определения законов амплитудной и частотной модуляции электромагнитных импульсов, предназначенных для компрессии в отрезках полых регулярных волноводов. В рамках проведенного численного эксперимента продемонстрировано сжатие входного импульса более чем в 100 раз на длине отрезка плоскопараллельного волновода, равной 2 500 его высот.
ДОПЛЕРОВСКИЕ СПЕКТРЫ УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ, ОТРАЖЕННЫХ КОРАБЛЯМИ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ
Горобец В. Н.
Приведены результаты экспериментальных исследований обратного рассеяния радиоволн от кораблей. Основное внимание уделено анализу доплеровских спектров сигналов, отраженных от кораблей. Показано, что форма огибающей спектра несет в себе информацию о пространственной структуре корабля.
ФОРМИРОВАНИЕ КОГЕРЕНТНЫХ РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ 8-ММ ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН С ПОМОЩЬЮ НАЗЕМНОГО ШУМОВОГО РАДАРА С СИНТЕЗИРОВАНИЕМ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ
Кудряшев В. В., Лукин К. А., Паламарчук В. П., Выплавин П. Л.
Радиометрический мониторинг позволяет получать уникальную информацию об излучении объектов. При этом для исследования не требуется формировать и излучать зондирующий сигнал. Известные конструкции радиометров не позволяют получать разрешение по двум координатам при использовании широко направленных антенн. Рассматривается принцип формирования радиометрических изображений на малых расстояниях с разрешением по направлениям дальность–азимут. Для этого используется схема интерференционного радиометра и принцип синтезирования апертуры. Описывается предлагаемый способ формирования радиометрических изображений, приводятся результаты его экспериментального исследования с помощью аппаратуры 8-мм шумового наземного радара с синтезированием апертуры. Получены радиометрические изображения тестового объекта, подтверждена возможность регистрации радиотеплового излучения с помощью изучаемой аппаратуры. Результаты могут быть использованы для обнаружения скрытых объектов для обеспечения безопасности.
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СОСТОЯНИЯ НА ГРАНИЦЕ ФОТОННЫЙ КРИСТАЛЛ–ПЛАЗМОПОДОБНАЯ СРЕДА ВО ВНЕШНЕМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ
Аверков Ю. О., Белецкий Н. Н., Тарапов С. И., Харченко А. А., Яковенко В. М.
Теоретически исследовано влияние внешнего постоянного магнитного поля на свойства поверхностных электромагнитных состояний (ПЭС), существующих на границе раздела плазмоподобной среды (ПС) и фотонного кристалла. При этом каждая из граничащих сред предполагается полубесконечной. Элементарная ячейка фотонного кристалла состоит из двух различных немагнитных диэлектриков. Показано, что ПЭС во внешнем магнитном поле могут существовать при частотах, превышающих плазменную. Обнаружено, что внешнее магнитное поле приводит к появлению потока энергии электромагнитного поля ПЭС, параллельного границе раздела двух сред. Рассчитан коэффициент отражения структуры ПС–фотонный кристалл с конечным числом слоев. В качестве ПС рассматривался проволочный метаматериал с эффективной плазменной частотой, лежащей в СВЧ-диапазоне. Установлено, что минимум коэффициента отражения, связанный с возбуждением ПЭС, смещается в область более низких частот с ростом магнитного поля. Показано, что такое смещение обусловлено влиянием магнитного поля на фойгтовскую диэлектрическую проницаемость ПС. Экспериментально исследовано возбуждение ПЭС в структуре фотонный кристалл–проволочный метаматериал. Измерена эффективная плазменная частота проволочного метаматериала и изучено влияние температуры на положение и амплитуду пика коэффициента пропускания электродинамической структуры, соответствующего возникновению ПЭС.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЛОЖЕННЫХ ПОЛУМАРКОВСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ОПИСАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ СИГНАЛОВ И ПОЛЕЙ
Луценко В. И., Луценко И. В., Масалов С. А., Хоменко С. И.
Рассмотрена возможность использования вложенных полумарковских процессов для создания статистических моделей сигналов, отраженных от поверхностей раздела (суши и моря), а также участков «ясного» неба. На основе экспериментальных данных определены входящие в их состав параметры. Показано, что нестационарность сезонного изменения коэффициента преломления тропосферы может быть учтена путем описания его статистик полигауссовыми моделями. Экспериментально получены параметры модели для каждого из сезонов года. Предложенный подход может использоваться для создания имитационной модели поведения коэффициента преломления с использованием вложенных полумарковских процессов.
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ В PN–I–PN-СТРУКТУРАХ
Лукин К. А., Максимов П. П., Шиян Ю. А.
В рамках диффузионно-дрейфовой модели полупроводников моделируется процесс преобразования частоты сигналов в Ge, Si и GaAs pn–i–pn-структурах с резкими лавинными p–n-переходами и постоянным обратным смещением. Исследованы нелинейные, частотные и фазовые искажения сигналов. Рассмотрен механизм преобразования частоты. Определены факторы, влияющие на преобразовательные свойства pn–i–pn-структур. Показано, что коэффициент преобразования частоты постоянен.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГЕНЕРАЦИИ ДИОДОВ С РЕЗОНАНСНО-ТУННЕЛЬНЫМИ ГРАНИЦАМИ В «СЭНДВИЧ»-ВАРИАНТЕ
Прохоров Э. Д., Боцула О. В., Клименко О. А., Стороженко И. П.
Исследуются вольтамперные характеристики и эффективность генерации диодов с резонансно-туннельными границами (РТГ) в структурах типа «сэндвич» на основе GaAs. Рассмотрены одно- и двухуровневые модели РТГ. Оценен частотный предел работы диодов с РТГ. Показана возможность генерации гармоник и умножения частоты на диодах с РТГ в диапазоне несколько десятков гигагерц.
РЕЗОНАНСНЫЕ ЧАСТОТЫ ДИОДОВ ГАННА НА ОСНОВЕ ВАРИЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НИТРИДОВ
Стороженко И. П.
Изучен дрейф доменов и колебания тока в приборах на основе варизонных полупроводниковых нитридов InGaN, AlGaN, AlInN, InBN, GaBN и AlBN. Показано, что применение варизонных полупроводников позволяет увеличить ширину рабочего диапазона частот диодов Ганна. Проведен обзор варизонных полупроводников А3В5 с подобным эффектом.
АСИМПТОТИЧЕСКИЕ РАЗЛОЖЕНИЯ В НЕЛИНЕЙНОЙ ТЕОРИИ ЛУЧЕВЫХ ПРИБОРОВ М-ТИПА
Алексеев Г. А.
Предлагается методика построения приближенных аналитических решений нелинейной задачи в теории приборов лампы бегущей и обратной волны типа М (ЛБВМ) с использованием асимптотических оценок интегральных членов уравнений для амплитуды ВЧ-поля и метода «встречных» разложений. Метод развит применительно к приборам типа ЛБВМ с учетом омических потерь ВЧ-мощности и изменения кинетической энергии электронов в процессе взаимодействия. Точность методики составляет 5–10 % на различных участках дистанционной кривой распределения амплитуды ВЧ-сигнала. Существенный интерес представляет аналитическое исследование с помощью предложенной методики умножительных свойств лучевых приборов М-типа. Подтверждена возможность создания односекционного умножителя на ЛБВМ с высокой эффективностью преобразования ВЧ-энергии.
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ДЕФЕКТОВ НА КАЧЕСТВО КОМПОЗИТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КВАЗИОПТИЧЕСКОЙ ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ЧАСТОТНОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ В СУБТЕРАГЕРЦЕВОЙ ОБЛАСТИ
Безбородов В. И., Киселев В. К., Кулешов Е. М., Нестеров П. К., Мизрахи С. В., Яновский М. С.
Квазиоптическая поляризационно-частотная рефлектометрия в субтерагерцевой (суб-ТГц) области частот рассмотрена с точки зрения ее применимости в качестве неразрушающего метода обнаружения подповерхностных повреждений композиционных материалов, используемых в современной аэрокосмической промышленности при создании прочных легковесовых конструкций с применением клеевых технологий. Настоящая работа касается исследования возможности обнаружения объемных увлажнений и термических повреждений структур из полимера, армированного волокнами углерода (CFRP), с целью оценки качества подготовки поверхности образцов CFRP перед склеиванием, используя квазиоптические лучеводные системы для поляризационных рефлектометрических измерений в суб-ТГц области частот (0,1…0,2 ТГц). Измерение амплитудно-частотных и поляризационных отражающих характеристик материалов на образцах CFRP показало, что термическое воздействие и объемное увлажнение приводят к изменению отражающих характеристик углепластика в этом диапазоне частот, что позволяет надеяться на использование этого метода при создании перспективных средств неразрушающего контроля и оценки качества подготовки поверхности CFRP композитов перед склеиванием.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К МИКРОВОЛНОВОМУ МЕТОДУ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОВОДНИКОВ ПРИ СКОЛЬЗЯЩИХ УГЛАХ ПАДЕНИЯ ВОЛНЫ
Губин А. И., Лавринович А. А., Миронов И. И., Черпак Н. Т.
Приводятся результаты анализа двух вариантов нерезонансного метода исследования проводников, включая высокотемпературные сверхпроводники, при скользящих углах падения электромагнитной волны на исследуемый объект. На основе данных численного моделирования и экспериментальных измерений проведен сравнительный анализ для волноводных секций прямоугольного сечения двух типов, а именно в виде уголкового изгиба и с наклонной закорачивающей плоскостью. Исследование проведено в 6-мм диапазоне длин волн при разных углах падения волны и разном поперечном сечении волноводной измерительной секции с плавными переходами на волновод стандартного сечения.
ИЗМЕРЕНИЕ РАЗМЕРОВ МИКРОЧАСТИЦ ОПТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ С ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКОЙ КАРТИНЫ РАССЕЯНИЯ СВЕТА
Кокодий Н. Г., Лизогубенко С. В., Кайдаш М. В.
Предложен метод обработки картины рассеяния оптического излучения микрочастицами, полученной с помощью цифрового фотоаппарата с целью измерения размеров частиц.