2014, т. 5(19), № 2
ОСЕСИММЕТРИЧНОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ДИСКОКОНИЧЕСКОГО РАССЕИВАТЕЛЯ
Д. Б. Куриляк, О. М. Шарабура
Конечный биконус является базовой структурой для анализа дискоконических антенн приближенными методами. Здесь получено строгое решение осесимметричной задачи дифракции TM-волны на открытом конце биконуса, одно плечо которого полубесконечный, а второе – конечный конусы. Такая структура облучается полем кругового витка магнитного тока. Для получения решения использован метод сопряжения полей совместно с методом аналитической регуляризации. Решение задачи для дискоконического рассеивателя получено как предельный переход от биконуса с произвольными угловыми параметрами. Исследованы зависимости диаграмм направленности и сопротивления излучения от параметров рассеивателя. Проведено сравнение численных результатов с известными в частных случаях. Показано, что широкополосные свойства диаграмм направленности улучшаются с ростом радиуса диска и ширины биконической области. Полученные результаты позволяют проводить строгий электродинамический анализ характеристик дискоконических рассеивателей в широком диапазоне изменения геометрических и частотных параметров.
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ КОМБИНИРОВАННЫХ РЕШЕТОК В АНТЕННАХ ДИФРАКЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
А. В. Гнатовский, С. А. Провалов
Исследование и разработка антенн дифракционного излучения является одним из перспективных направлений антенной техники миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Для внедрения антенн этого класса в сферу создания устройств и комплексов различного применения необходимо разрабатывать новые методы формирования диаграмм направленности (ДН). Данные исследования направлены на экспериментальное обоснование предложенной методики получения ДН сложной формы за счет комбинации свойств прямой и наклонной гребенок. Проведено сравнение характеристик излучения этих гребенок, обоснован выбор параметров наклонной гребенки. Измеренные ДН антенны с комбинированной гребенкой подтверждают правильность выбранного подхода. Полученные результаты существенно дополняют известные свойства антенн и обосновывают возможность их применения в комплексах обзора поверхности различного базирования.
О ВОЗМОЖНОСТИ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ МНОГОЛУЧЕВОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА
Ю. В. Корниенко, В. В. Пугач, С. И. Скуратовский
Влияние атмосферы на результаты астрономических наблюдений с поверхности Земли существенно снижает разрешение получаемых изображений. Многие методы борьбы с ним требуют информации об атмосферных искажениях. Получение такой информации на практике производится с помощью специальных датчиков волнового фронта, работающих по опорной звезде, естественной или лазерной. Однако имеется способ получать информацию о фазовых искажениях в атмосфере непосредственно в процессе наблюдения произвольного объекта многолучевым интерферометром. Усредненные по субапертурам фазы являются побочным продуктом построения изображения таким инструментом. С помощью интерполяции по ним можно восстановить распределение фазовых искажений по апертуре. Показано, что точность реконструкции является приемлемой, когда атмосферные неоднородности больше расстояния между субапертурами. Приведены зависимости точности реконструкции от характерного размера неоднородностей и среднеквадратичного отклонения фазовых искажений. Результаты исследований могут оказаться полезными как при исследовании атмосферы, так и в борьбе с ее влиянием, например при проведении адаптивной коррекции первого порядка.
СПЕКТРЫ И ВОЛНОВЫЕ ФОРМЫ СНЧ-ИМПУЛЬСОВ В РЕЗОНАТОРЕ ЗЕМЛЯ–ИОНОСФЕРА ПРИ МАЛЫХ ПОТЕРЯХ
А. П. Николаенко
В литературе по шумановскому резонансу имеется пробел. Само явление было предсказано для полости Земля–ионосфера с идеально проводящими стенками. Однако при моделировании экспериментально наблюдаемых радиосигналов Земля всегда рассматривается как идеально проводящий шар, тогда как ионосфера имеет конечную проводимость. Предлагаемое исследование заполняет этот пробел, так как впервые получены модельные спектры и формы импульсов в резонаторе с исчезающе малыми потерями. Задача решается с помощью одномасштабной экспоненциальной модели вертикального профиля проводимости атмосферы. Спектры и волновые формы сигналов рассчитаны для различных расстояний источник–наблюдатель. Показаны отличия спектров идеального резонатора от спектров реального резонатора Земля–ионосфера. Проведен расчет импульсов во временном представлении и найдены отличия в скорости распространения, обусловленные конечной проводимостью ионосферы. Получены амплитуды импульсов в антиподе источника и в точке источника (кругосветная волна). Расчеты показывают, что дисперсия в сферическом волноводе приводит к расширению распространяющихся импульсов и уменьшению их амплитуды. Амплитуда кругосветной волны падает настолько, что «самозапуск» молний невозможен даже в резонаторе, близком к идеальному.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИРОВЫХ ГРОЗ ПО ЗАПИСЯМ ШУМАНОВСКОГО РЕЗОНАНСА (ЕЩЕ РАЗ О ТОЧЕЧНОМ ИСТОЧНИКЕ В ИССЛЕДОВАНИЯХ ШУМАНОВСКОГО РЕЗОНАНСА)
А. П. Николаенко
Применение записей глобального электромагнитного (шумановского) резонанса в исследованиях полости Земля–ионосфера вызывает постоянный интерес, поскольку они позволяют оценивать глобальные характеристики нижней ионосферы и динамику мировых гроз по наблюдениям одного или нескольких пунктов. Решение обратной задачи строится на разнообразных подходах. Мы используем простейшую модель точечного источника. Для описания вертикального профиля проводимости атмосферы использована «модель колена». Дистанция источник–приемник и ее вариации оценивались по первой пиковой частоте шумановского резонанса, наблюдаемого в горизонтальных компонентах магнитного поля, поскольку эта частота пропорциональна расстоянию до источника. Оценив дальность, можно получить сезонные изменения интенсивности источников, если использовать энергию наблюдаемых колебаний. Нами использована запись украинской антарктической станции «Академик Вернадский». Показано, что сезонный дрейф мировых гроз по широте оценивается величиной около 20°, а годовые изменения уровня мировой грозовой активности достигают 1,5 раз. Подтверждена неодинаковая продолжительность «электромагнитных» сезонов: летнее (крайнее северное) положение гроз охватывает до 120 сут, а зимнее – около 60 сут. Продолжительность весны, когда мировые грозы дрейфуют с юга на север, короче, чем продолжительность осени. Полученные оценки хорошо согласуются с данными независимых регистраций шумановского резонанса, с климатологическими данными и оптическими наблюдениями вспышек молний на околоземной орбите. Имеется альтернативное объяснение экспериментальных результатов, основанное на изменениях эффективной высоты нижней ионосферы на величину в несколько километров. Наиболее реалистичный механизм наблюдавшихся изменений должен включать как широтный дрейф мировых грозовых очагов, так и вариации высоты нижней ионосферы. Оба процесса обусловлены переменной солнечной активностью. Отмечается также, что наблюдавшиеся в Антарктиде межгодовые изменения интенсивности резонанса связаны с трендом температуры суши в тропическом поясе планеты, и приводится соответствующая оценка.
МНОГОМЕРНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ДАННЫХ АКТИВНО-ПАССИВНОГО ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ОПАСНЫХ ЯВЛЕНИЙ НА ОСУШЕННЫХ ПОЧВАХ
Д. М. Бычков, В. К. Иванов, В. Н. Цымбал, С. Е. Яцевич
Мониторинг опасных подповерхностных процессов переувлажнения осушенных заболоченных почв и самовозгорания торфяников, которые происходят в Украине на значительных территориях, затруднен без применения средств дистанционного зондирования Земли. Для эффективного мониторинга обширных территорий необходимы методы современной компьютерной идентификации проявлений опасных явлений по данным аэрокосмической съемки активно-пассивными средствами дистанционного зондирования Земли. Предложены и испытаны методы трехмерной кластеризации данных последовательного ночного и дневного термально-радиолокационного авиационного зондирования переувлажненных осушенных почв и подповерхностного самонагревания органических веществ. Результаты трехмерной кластеризации данных свидетельствуют о надежном разделении кластеров и уверенном соотнесении для выбранного участка полученных кластеров с результатами экспертных оценок исходных данных. Для распространения методики на другие территории необходимо проведение отработки ее с использованием как дистанционных, так и синхронных наземных данных на больших территориях.
ОБ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПРОЦЕССА ВОЗБУЖДЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ПРИЗМЕННЫМ СПОСОБОМ В СЛОЯХ ПЛАЗМОПОДОБНЫХ СРЕД
А. В. Максименко, Г. И. Загинайлов
Эффект нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) широко используется как для изучения свойств диэлектрических и металлических пленок, так и для изучения дисперсионных свойств поверхностных волн (ПВ). Однако теория НПВО основана на идеализированных моделях, что может привести к не совсем корректной интерпретации резонансных эффектов, возникающих в экспериментах. В работе на основе концепции вытекающих (несобственных или неспектральных) ПВ интерпретируются известные закономерности НПВО в геометрии Кречмана. Показано, что минимум коэффициента отражения соответствует резонансу с вытекающей ПВ. Он сдвинут относительно резонанса с обычной спектральной (собственной) ПВ. Приведена приближенная аналитическая оценка этого сдвига. Отсутствие НПВО в пренебрежении диссипации в облучаемом материале связано с идеализацией геометрии задачи, которая может приводить к невозможности возбуждения собственных ПВ. Также дана физическая интерпретация условия, при котором коэффициент отражения обращается в ноль. Полученные результаты могут быть полезны при изучении дисперсионных свойств ПВ, разработке методов точного измерения коэффициентов отражения и определения параметров диэлектрических и металлических пленок.
МОДУЛЯЦИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ МАГНИТОМЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЯХ В ТРЕХСЛОЙНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ СТРУКТУРАХ
И. В. Линчевский
Высокая эффективность модуляторов света на основе эффекта Фарадея может быть достигнута с применением магнитооптических кристаллов. Принципиально новые характеристики таких модуляторов могут быть получены при использовании магнитомеханического резонанса в магнитооптических кристаллах, однако использование лишь одного магнитооптического кристалла недостаточно эффективно. Нами рассмотрены особенности модуляции оптического излучения за счет эффекта Фарадея при возбуждении толщинных магнитомеханических колебаний в композиционной структуре подложка–магнитооптический кристалл-феррит. Получены частотные зависимости для амплитуды и начальной фазы переменной составляющей эффекта Фарадея. Показано, что при размещении магнитооптического кристалла между магнитопассивной подложкой и магнитострикционным ферритом происходит дополнительное усиление механических напряжений в кристалле в условиях магнитомеханического резонанса. Дополнительное увеличение переменной составляющей эффекта Фарадея может достигать 50 % по сравнению с однослойной структурой. Показано, что для рассмотренного типа модулятора свойственна начальная фазовая задержка переменной составляющей эффекта Фарадея до значений 30–60° в момент резонанса. Резонансная зависимость начального фазового сдвига для переменной составляющей эффекта Фарадея характеризуется абсолютной стабильностью по отношению к амплитуде переменного магнитного поля и определяется характеристиками магнитомеханических колебаний в структуре.
РЕЗОНАНСНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В ДЕФЕКТНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЛОИСТО-ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЕ, НАХОДЯЩЕЙСЯ В ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОМ ВОЛНОВОДЕ
Н. Н. Белецкий, С. А. Борисенко, Н. И. Гвоздев
В последнее время вызывают большой интерес исследования дефектных слоисто-периодических структур (СПС), граничащих с плазмоподобными средами. Это связано с наличием в таких структурах поверхностных и объемных электромагнитных волн, которые могут резонансным образом взаимодействовать между собой. Эффект резонансного взаимодействия в дефектных СПС исследован еще недостаточно хорошо. В данной работе резонансное взаимодействие поверхностных и объемных TM-электромагнитных волн в одномерной дефектной диэлектрической СПС, помещенной в плоскопараллельный волновод, исследуется на основе численного решения дисперсионного уравнения. Изучены дисперсионные и энергетические свойства плазменных и объемных мод в зависимости от положения дефектного слоя внутри периодической структуры. Показано, что особенности резонансного взаимодействия плазменных и объемных волн значительно зависит от геометрической конфигурации дефектной СПС. Результаты наших исследований существенно расширяют представления о характере резонансного взаимодействия электромагнитных волн в дефектных СПС. Они могут быть использованы при создании новых типов радиофизических устройств для обработки сигналов в микроэлектронике и фотонике.
МУЛЬТИПАКТОРНЫЕ РАЗРЯДЫ В ЗАЗОРАХ УСКОРЯЮЩЕГО КАНАЛА И ДРУГИХ ОБЛАСТЯХ РЕЗОНАТОРНОЙ СТРУКТУРЫ ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ИОНОВ
Л. Д. Лобзов, Н. Г. Шулика, В. Ф. Коваленко, В. Н. Белан, О. Н. Шулика, А. П. Подоляк, Л. Н. Макарова
Мультипакторные разряды, сопровождаемые размножением электронов вторично-электронной эмиссии (ВЭЭ), достигающих электронного замыкания электродов линейного ускорителя ионов (ЛУИ), – нежелательные явления, что требует их обязательного устранения. Замыкания возможны и между электродами других его промежутков. Однако в научной литературе отсутствуют сведения, указывающие на нарушения характеристик ускорителя, искажаемых разрядами в разных его областях. В таких случаях визуально выявляют области разрядов за пределами ускоряющего канала и устраняют их. Если и после этого в ускоряющих зазорах происходят электронные замыкания электродов, то их устраняют известными доступными методами. В данном исследовании использована современная схема возбуждения ускорителя двумя идентичными ВЧ-источниками с независимыми положительными обратными связями. Их совместная работа на одну и ту же резонансную нагрузку (основной или возмущенной частоты) позволяет обеспечивать в ней как устойчивое возбуждение ВЧ-напряжений, так и подавление мультипакторных процессов и разрядов. На практике это подтверждается тем, что при малых величинах напряжений и, соответственно, на переднем и заднем фронтах импульса электронного тока ВЭЭ присутствует лишь инициация размножения электронов (мультипакторные всплески). Однако и такая устойчивая работа ускорителя была неожиданно нарушена грубыми искажениями импульсов напряжений и токов ВЭЭ. Осмотр внутренностей структуры показал, что там происходят интенсивные светящиеся разряды в разных областях – на входе ускорителя и на его периферии. На входе – это расчетный зазор длины 1,353 см с участками параллельных торцевых поверхностей первых трубок дрейфа. На периферии – это паразитная щель ~ 0,1…0,2 мм (измеренная при вскрытом вакуумном кожухе), образованная поверхностью структуры и концом медной пластины (заплаты, закрывающей ненужное сквозное отверстие), оловянный припой между которыми частично сублимировался. Из искажений импульсов контрольных напряжений и общих токов ВЭЭ стало понятно, что при этом соблюдаются основные закономерности, соответствующие теме данных исследований. Визуальное обозрение светимости областей разрядов и анализ характера искажений во времени форм импульсов указанных напряжений и электронных токов позволили однозначно характеризовать оба указанных разряда как мультипакторные, что существенно облегчает их исследование и выбор методов подавления. Результаты исследования расширяют знания об условиях развития и управления мультипакторными процессами и разрядами в высокодобротных (Q0 >> 1) резонаторных структурах, что является необходимым для обеспечения постоянства во времени характеристик ЛУИ.
ДИОДЫ ГАННА НА ОСНОВЕ ВАРИЗОННЫХ InBN И GaBN
И. П. Стороженко, А. Н. Ярошенко, Ю. В. Аркуша
Использование варизонных полупроводников позволяет увеличить эффективность и выходную мощность диодов Ганна. В соединениях InBN и GaBN, в отличии от других тройных полупроводниковых нитридов, энергетический зазор между долинами можно уменьшить до нуля, что дает возможность найти оптимальное распределение BN-компоненты в варизонных соединениях для диодов Ганна. В статье представлены результаты численных экспериментов по генерации электромагнитных колебаний в диапазоне 0,03…0,7 ТГц с помощью n+–n–n+-диодов Ганна на основе варизонных полупроводниковых соединений InBN и GaBN при различном распределении BN. Показано, что максимальная эффективность и выходная мощность генерации происходит при пиковом содержании BN у катодного контакта 30 % для InBN- и 33 % для GaBN-диодов Ганна при длине варизонного слоя, равной 0,6…0,8 мкм. При оптимальном распределении BN варизонные InBN- и GaBN-диоды Ганна по эффективности генерации и выходной мощности превосходят GaN-, InN-диоды в 1,07¸3,44 раза и варизонные AlGaN- и AlInN-диоды в 0,93¸1,69 раза. Потребляемая мощность варизонных InBN и GaBN диодов на 11–19 % меньше потребляемой мощности InN-, GaN- и AlInN-диодов. Результаты исследования расширяют знания о физических процессах переноса носителей заряда в сложных полупроводниковых структурах и могут быть использованы для технологических разработок новых быстродействующих приборов на основе полупроводниковых нитридов.
КОНИЧЕСКИЕ 90° ЗЕРКАЛА ДЛЯ РЕЗОНАТОРА ЛАЗЕРА ТЕРАГЕРЦЕВОГО ДИАПАЗОНА
В. П. Радионов, В. К. Киселев
В средней части терагерцевого диапазона радиочастот (~ 1 ТГц) одними из доступных источников излучения являются газоразрядные лазеры. Юстировка зеркал резонатора – это наиболее ответственная и сложная операция, которую приходится выполнять в процессе эксплуатации таких лазеров. Актуальной задачей является разработка лазерных резонаторов, зеркала которых не требуют юстировки. В работе проведено исследование конических зеркал с углом при вершине 90°. Испытания проводились в резонаторе газоразрядного HCN-лазера на длине волны 337 мкм (f = 0,89 ТГц). Результаты экспериментов показали, что такие зеркала не требуют точной юстировки. Это дает возможность повысить стабильность излучения, значительно упростить конструкцию лазера и снизить трудоемкость его обслуживания.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЯЕМОГО ПОЛОСОВОГО ФИЛЬТРА ТЕРАГЕРЦЕВОГО ДИАПАЗОНА С ВЕНТИЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ
К. А. Вытовтов, А. Д. Архипов
Предложен управляемый полосно-пропускающий фильтр терагерцевого (ТГц) диапазона с вентильными свойствами на основе неоднородной анизотропной структуры. С этой целью исследована зависимость отражающих свойств анизотропных слоистых сред в ТГц диапазоне от частоты, величины и направления магнитного поля. На основании полученных результатов предложена слоистая структура с произвольными углом падения и ориентацией оси анизотропии. Для получения наиболее приемлемых параметров устройства здесь также решалась задача оптимизации. Актуальность темы обусловлена прежде всего быстрым развитием систем связи ТГц диапазона., В этой связи немаловажна разработка управляемых устройств и уменьшение их габаритных размеров. Таким образом, полученные результаты представляются интересными для использования в современных системах связи. Методы расчета, используемые в данной работе, являются полностью аналитическими и могут без каких-либо ограничений использоваться в изучаемом диапазоне частот. В задаче оптимизации выбор методов Монте-Карло и Ньютона обусловлен многоэкстремумным характером частотно-угловой зависимости коэффициента отражения анизотропных слоистых структур.
ОСОБЕННОСТИ ВОЛНОВОДНО-ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА С РЕЗОНАНСНЫМ КОРОТКОЗАМЫКАЮЩИМ ПОРШНЕМ
Р. И. Белоус, А. П. Моторненко, И. Г. Скуратовский, О. И. Хазов
К основным параметрам резонатора относятся его частота и добротность. Недостатком волноводно-диэлектрического резонатора (ВДР) является уменьшение его добротности при приближении к диэлектрику короткозамыкающего поршня в процессе перестройки частоты. В работе исследована возможность увеличения собственной добротности ВДР, перестраиваемого с помощью резонансного короткозамыкающего поршня. Обнаружено и изучено негативное влияние на характеристики H111-колебания в исследуемом резонаторе 3-см диапазона. Показано, как исключить такое влияние, чтобы получить собственные частоты и добротности основного колебания в ВДР, соответствующие расчетным данным во всем диапазоне частотной перестройки. Результаты исследования расширяют возможности практического использования такого резонатора.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДВУХ ЭКСПРЕСС-МЕТОДОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ ВОДЫ ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ВОЛН
Г. В. Голубничая, А. Я. Кириченко, Е. В. Кривенко, В. И. Луценко
Каждый из многочисленных диэлектрометрических методов имеет свои ограничения по использованию, а именно: агрегатное состояние вещества, диапазон электромагнитного спектра используемых частот, величины диэлектрической проницаемости и электромагнитных потерь в веществе и т. д. В частности, в настоящее время ограничены возможности экспресс-методов диэлектрометрии жидких веществ с большими потерями в миллиметровой (мм) области электромагнитного спектра. Новые возможности в этой области открываются при продвижении капиллярно-волноводного метода в коротковолновую область мм диапазона и при использовании предлагаемого метода колеблющейся струны. Показано, что эти методы позволяют проводить определение действительной составляющей диэлектрической проницаемости в сильно поглощающих жидкостях, которыми являются слабые водные растворы. Идентификационными параметрами в капиллярно-волноводном методе выбрана амплитуда измеряемого резонансного сигнала, а в методе колеблющейся струны – длина волны в исследуемой жидкости, в данном случае образцов воды, взятых из некоторых источников Харьковского региона. Установлено высокое значение корреляции индентификационных параметров этих двух методов, что подтверждает эффективность и достоверность использования этих экспресс-методов для индентификации жидкостей с высокими электромагнитными потерями в мм диапазоне длин волн. Показана возможность использования предлагаемых методов для экспресс-идентификации слабых водных растворов, например фармакологических препаратов, виноматериалов и т. д.