2015, т. 6(20), № 3
СИСТЕМА ДВУХ ЭКРАНОВ С КРУГЛЫМИ ЗАПРЕДЕЛЬНЫМИ ОТВЕРСТИЯМИ КАК КВАЗИОПТИЧЕСКИЙ ПОЛЯРИЗАТОР
А. О. Перов, А. А. Кириленко, В. Н. Деркач, А. Н. Салогуб
Вращение плоскости поляризации обычно возникает в структурах, обладающих оптической активностью, эффектом Фарадея, а также в жидких кристаллах. В последнее время активно проводятся исследования, направленные на создание искусственных сред (метаматериалов) с подобными свойствами. В данной работе показано, что структура, состоящая из двух экранов с круглыми запредельными отверстиями, в случае определенной пространственной симметрии ее периодической ячейки может обладать свойствами вращения плоскости поляризации падающей на нее волны. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование свойств «фишнет»-метаматериала на основе такой структуры. Объяснение возникающих явлений проведено с помощью метода обобщенных матриц рассеяния и учета особенностей пространственных распределений полей собственных колебаний, обусловленных симметрией рассматриваемой системы экранов. Показано, что существует несколько пространственных типов колебаний, возбуждение которых приводит к вращению плоскости поляризации падающего излучения при прохождении через рассматриваемую систему экранов. Проведены численные эксперименты, которые показывают, что вращением плоскости поляризации можно управлять, изменяя структуру периодической ячейки. При этом вращения плоскости поляризации на заданные углы можно добиться даже на достаточно малых расстояниях между экранами.
ИЗМЕРЕНИЕ ДОБРОТНОСТИ В УСЛОВИЯХ СБЛИЖЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ ЧАСТОТ ТИПОВ КОЛЕБАНИЙ В ОТКРЫТЫХ РЕЗОНАТОРАХ
В. Н. Скресанов, В. В. Гламаздин
Предложен метод измерения добротностей резонаторов микроволнового диапазона, который позволяет проводить исследование микроволновых свойств материалов и сред с помощью открытых резонаторов различных типов в условиях наличия близко расположенных по частоте мод в окружении избранного типа колебаний, радиационных потерь элементов связи и перекрестных помех между ними. Измерение нагруженной добротности основано на представлении частотной зависимости комплексного коэффициента отражения или передачи резонатора суммой дробно-линейных комплексных функций, описывающих отклики отдельных мод, и аппроксимации квадрата измеренной амплитудно-частотной характеристики вариационным градиентным методом. Метод расчета собственной добротности основан на вычислении импеданса резонатора по измеренному модулю коэффициента отражения. Разработанные алгоритмы обработки данных измерений реализованы в виде компьютерной программы и иллюстрируются на примере обработки частотных зависимостей S-параметров зеркального диэлектрического открытого резонатора с модами шепчущей галереи, при этом S-параметры рассчитаны методом конечных элементов. Измерение добротностей предложенным методом устраняет систематические погрешности измерений, связанные с искажениями резонансных кривых, и делает возможным проведение измерений в условиях, когда классические методы оказываются непригодными.
ШУМАНОВСКИЙ РЕЗОНАНС ДЛЯ ПРОФИЛЯ ПРОВОДИМОСТИ АТМОСФЕРЫ С ОДНИМ ИЗГИБОМ
Ю. П. Галюк, А. П. Николаенко, М. Хайакава
Исследование связи параметров глобального электромагнитного (шумановского) резонанса с характеристиками вертикального профиля проводимости атмосферы остается актуальной задачей. В работе используется строгое решение электродинамической задачи в сферической полости Земля–ионосфера по методу полного поля и сопоставляются его результаты с эвристической моделью колена с одним изгибом, описанной в литературе. По параметрам этой модели был построен вертикальный профиль проводимости атмосферы, что позволило получить строгое решение для постоянной распространения СНЧ-радиоволн и найти энергетические спектры вертикального электрического и горизонтального магнитного полей при равномерном распределении мировых гроз по планете. Показано, что профиль проводимости, отвечающий модели колена с одним изгибом, не выдерживает проверки с помощью строгого решения задачи по методу полного поля и последующего вычисления энергетических спектров шумановского резонанса.
ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ ПРОВОДИМОСТИ АТМОСФЕРЫ, ОТВЕЧАЮЩИЙ ПАРАМЕТРАМ ШУМАНОВСКОГО РЕЗОНАНСА
А. П. Николаенко, Ю. П. Галюк, М. Хайакава
Поиск реалистичного вертикального профиля проводимости атмосферы остается актуальной задачей при прямом электромагнитном моделировании глобального электромагнитного (шумановского) резонанса. Потребность в знании профиля обусловлена необходимостью учета влияния на ионосферу различных факторов космической погоды или сейсмической активности. При этом особое значение приобретает знание регулярного профиля, который позволяет получать в расчетах реально наблюдаемые значения параметров шумановского резонанса в невозмущенных условиях. Опираясь на классические данные, мы разработали новый высотный профиль проводимости атмосферы в интервале от 2 до 98 км, который позволяет получать параметры шумановского резонанса, согласующиеся с наблюдениями. С помощью метода полного поля была вычислена постоянная распространения сверхнизкочастотных (СНЧ) радиоволн, отвечающая этому профилю. Продемонстрировано высокое соответствие полученной зависимости общепризнанной эталонной модели, основанной на регистрациях глобального электромагнитного резонанса. Предложены также профили проводимости для ночных и дневных условий. Для этих профилей по методу полного поля вычислены соответствующие постоянные распространения. Рассчитаны и сопоставлены энергетические спектры шумановского резонанса в вертикальной электрической компоненте поля при равномерном распределении мировых гроз, отвечающие стандартной модели и различным профилям проводимости. Показана также согласованность полученных модельных данных с результатами измерений искусственных полей, излученных СНЧ-передатчиками.
ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ СНЕГОПАДОВ. ОБЗОР
А. Б. Веселовская
Снег является самым распространенным видом твердых осадков, поэтому значительный интерес представляет разработка методов дистанционного исследования характеристик снега путем решения обратных задач на основе детального изучения свойств подобных явлений. В общем случае проблема вычисления характеристик отражения частиц осадков несферической формы имеет давнюю историю, однако наибольшей завершенностью отличаются исследования обратного радиолокационного рассеяния частиц только жидких осадков. В данной статье приведен обзор физико-механических и электрофизических свойств снега, а также анализируются особенности физического и численного моделирования характеристик радиолокационного рассеяния частиц осадков. В работе показана целесообразность изучения характеристик радиолокационного рассеяния частиц осадков и проанализированы достоинства и недостатки известных современных методов расчета радиолокационных характеристик рассеяния диэлектрических объектов. Дистанционное измерение интегральных характеристик снегопадов на больших площадях позволяет определять запасы воды для нужд сельского хозяйства, а также составлять гидрологические прогнозы для обеспечения снеголавинной безопасности в горных районах.
ВОЗБУЖДЕНИЕ МОД ШЕПЧУЩЕЙ ГАЛЕРЕИ В ЭКРАНИРОВАННЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРАХ ЩЕЛЕВОЙ ЛИНИЕЙ
А. Е. Когут, Р. С. Доля, С. О. Носатюк, Хe Джаочан
Экспериментально исследованы спектральные и энергетические характеристики экранированного полусферического резонатора в режиме вынужденных колебаний типа шепчущей галереи при их возбуждении щелевой линией. Показано, что использование щелевой линии позволяет максимально разредить спектр вынужденных колебаний экранированных резонаторов с исключительным выделением мод шепчущей галереи и достичь наибольшей добротности. Путем экспериментальных исследований и компьютерного моделирования показано, что щелевая линия является волноведущим каналом, обладающим резонансными свойствами.
РАДИАЦИОННАЯ ДОБРОТНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРОВ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ С ИССЛЕДУЕМЫМИ ПРОВОДНИКАМИ И ЖИДКИМИ ДИЭЛЕКТРИКАМИ
А. А. Баранник, С. А. Витусевич*, И. А. Проценко, М. С. Харченко, Н. Т. Черпак
При использовании диэлектрических резонаторов c волнами шепчущей галереи в качестве измерительных ячеек для определения электрофизических параметров веществ необходимо выбирать резонаторную структуру, характеризующуюся приемлемыми величинами радиационной добротности. Расчет радиационных добротностей аналитически возможен только для простых симметричных структур. В работе проведены численные исследования резонаторов различной конфигурации, изготовленных из лейкосапфира, как ограниченных проводящими торцевыми стенками, так и без них, в диапазоне частот 25…40 ГГц. Дисковые резонаторы с одной проводящей стенкой были исследованы также экспериментально. Показано, как влияет вносимый в электромагнитное поле образец исследуемого материала на распределение поля резонатора, резонансную частоту и радиационную добротность. В работе обсуждается возможность применения измерительных ячеек на основе таких резонаторов для определения микроволнового импеданса (сверх)проводников и диэлектрической проницаемости жидких диэлектриков. Полученные результаты позволяют выбрать в качестве измерительной ячейки резонаторную структуру с пренебрежимо малыми радиационными потерями.
ТЕМПЕРАТУРНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ В СВЧ-ДИАПАЗОНЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ НАНОПОРОШКОВ Fe3O4, СИНТЕЗИРОВАННЫХ РАЗНЫМИ МЕТОДАМИ
А. С. Вакула
Магнитные нанопорошки активно применяются в различных областях науки и техники ввиду возможности варьирования их магнитных свойств в широких пределах. Магнитные свойства нанопорошков зависят от метода их синтеза. На сегодняшний день влияние различных методов синтеза на магнитные свойства нанопорошка изучено недостаточно хорошо. В данной работе исследованы магнитные свойства нанопорошков из Fe3O4, синтезированны разными химическими методами. Для изучения маг-нитных свойств использовался метод ферромагнитного резонанса в диапазоне температур T = 77…300 K. Обнаружено увеличение резонансной частоты с увеличением диаметра гранул, который, в свою очередь, зависит от метода синтеза. Также обнаружено уменьшение резонансной частоты и ширины линии ферромагнитного резонанса с увеличением температуры в исследуемом диапазоне температур. Результаты работы могут использоваться для выбора оптимального метода синтеза в изготовлении нанопорошков Fe3O4 с заданными магнитными свойствами.
ДИОД С КАТОДНЫМ СТАТИЧЕСКИМ ДОМЕНОМ НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ
О. В. Боцула, К. Г. Приходько
Источники СВЧ-шума в сантиметровом и миллиметровом диапазонах с высоким уровнем спектральной плотности мощности шума имеют целый ряд важных применений, среди которых системы связи, автомобильной локации и радиометрии. Однако на сегодняшний день выбор эффективных твердотельных генераторов шума на частотах более 40 ГГц ограничен. Одним из вариантов активного элемента для шумовой генерации являются предлагаемые приборы – диоды с катодным статическим доменом на основе гетероструктуры. В данной работе исследуются статические, импедансные и шумовые характеристики структур GaAs–AlGaAs и AlGaAs–GaAs, в которых за счет профиля легирования на гетеропереходе формируется статический домен сильного поля. Характеристики рассматриваемых диодов сравниваются с характеристиками аналогичных приборов на основе GaAs. Исследование показало существование в диодах участков с отрицательным сопротивлением на частотах, близких к 50 ГГц, а наилучшими характеристиками, с точки зрения генерации шума в диапазоне частот 25…75 ГГц, обладает гетероструктура GaAs–AlGaAs. Результаты исследования позволили определить основные свойства предложенных диодных элементов и являются ориентиром для дальнейшего детального анализа физических процессов в них и практической реализации.
ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ МАНИПУЛЯЦИИ СПЕКТРОМ ШИРОКОПОЛОСНОГО ХАОТИЧЕСКОГО СИГНАЛА
О. В. Земляный
Применение хаотических сигналов в современных радиолокационных и телекоммуникационных системах является актуальной задачей, решение которой позволяет значительно расширить функциональные возможности таких систем и улучшить их характеристики. В данной работе предложен способ передачи информации с использованием хаотического сигнала, формируемого нелинейной динамической системой с запаздывающей обратной связью кольцевого типа. Модулирующая информационная последовательность управляет параметром нелинейного элемента, вследствие чего происходит переключение хаотических режимов с изменением структуры спектра сигнала, передаваемого в канал связи. Для демодуляции принятого сообщения используется некогерентный прием. Показана эффективность рассматриваемого способа передачи информации для обеспечения скрытой работы системы связи в условиях сложной помеховой обстановки.
СИМВОЛЬНЫЕ ЦЕПИ МАРКОВА С МУЛЬТИЛИНЕЙНОЙ ФУНКЦИЕЙ ПАМЯТИ
С. С. Мельник, О. В. Усатенко
Задача конструирования различных радиотехнических устройств, таких как фильтры, линии задержки, случайные антенны с заданной диаграммой направленности, требует разработки методов генерации случайных последовательностей (значений параметров этих систем), обладающих заданными корреляционными свойствами, поскольку спектральные характеристики перечисленных и аналогичных им систем выражаются через фурье-компоненты корреляторов. Адекватным математическим аппаратом для решения таких задач являются цепи Маркова высших порядков. Статистические характеристики этих объектов полностью определяются их функцией условной вероятности, которая в общем случае может иметь весьма сложный вид. Целью данной работы является представление функции условной вероятности случайных символьных последовательностей с дальними корреляциями в виде, удобном для численной генерации последовательностей. Мы предполагаем, что пространство состояний системы является конечным абстрактным множеством. Производится разложение функции условной вероятности на независимые слагаемые, выраженные через так называемую матрицу-функцию памяти. Развитая теория открывает путь для построения более последовательного и тонкого подхода к описанию систем с дальними корреляциями. В предельном случае слабых (по значению, но не по расстоянию) корреляций функции памяти однозначно выражаются через корреляционные функции высших порядков, что позволяет генерировать случайные последовательности, обладающие сложными заданными дальними корреляциями. В качестве примера использования полученных аналитических результатов приводится численная реализация метода построения случайной последовательности с заданными конкурирующими матричными корреляторами второго и третьего порядков.
СТАТИЧЕСКИЙ ДОМЕН В ПРИБОРЕ С МЕЖДОЛИННЫМ ПЕРЕНОСОМ ЭЛЕКТРОНОВ НА ОСНОВЕ ВАРИЗОННОГО AlGaAs
И. П. Стороженко
Использование варизонных полупроводников в однородно-легированных приборах с эффектом междолинного переноса электронов может приводить к возникновению статического электрического домена. Интерес к статическому домену продиктован возможностью создания локальной напряженности электрического поля, достаточной для ударной ионизации зона–зона. Диоды с лавинной ионизацией в статическом домене можно использовать как активные элементы генераторов шума. В статье проводится анализ процесса формирования статического домена и лавинного умножения тока в нем на основе двухтемпературной модели варизонного AlGaAs. Показано, что для возникновения статического домена при комнатной температуре необходимо, чтобы минимальное значение энергетического зазора между Г-долиной и ближайшей по энергии боковой долиной было меньше тепловой энергии электронов при скорости изменения энергетического зазора с координатой более 150 эВ×см–1. Соответственно в приборах на основе Al0,36Ga0,64As–GaAs формируется катодный, а на основе GaAs–Al0,36Ga0,64As анодный статический домен. Определены варизонные полупроводниковые соединения, в которых возможно формирование статического домена. Использование варизонного соединения Al0,36Ga0,64As–GaAs с пониженным уровнем легирования в окрестности катода позволяет увеличить эффективный и интегральный коэффициенты умножения тока по сравнению с аналогичным GaAs-диодом. Результаты исследования расширяют знания о физических процессах переноса носителей заряда в сложных полупроводниковых структурах. Они могут быть использованы для технологических разработок новых быстродействующих приборов, таких как транзисторы, диоды Ганна, диоды со статическим доменом, лавинно-пролетные диоды, умножители частоты.
КОМПАКТНЫЕ ВРАЩАТЕЛИ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ НА ОСНОВЕ ДИАФРАГМ С ПРЯМОУГОЛЬНЫМИ ЩЕЛЯМИ
Д. Ю. Кулик, Л. П. Мосьпан, A. O. Перов, Н. Г. Колмакова
Компактность конструктивных элементов антенно-фидерных трактов является обязательным требованием, предъявляемым при разработке современных радиолокационных комплексов гражданского или военного назначения. В работе исследованы предельные характеристики перспективных компактных вращателей плоскости поляризации электромагнитных волн, выполненных на основе структур, обладающих диэдральной симметрией. Диэдрально симметричные структуры образованы резонансными диафрагмами с прямоугольными щелями. Многопараметрическая оптимизация использована для достижения предельных характеристик устройств в различных частотных диапазонах. Определена область их применимости. Предложены конструкции, позволяющие вращать плоскость поляризации на углы 90 и 45°, при приемлемых значениях коэффициентов отражения в заданной полосе частот. Эти конструкции расширяют элементную базу приемо-передающей аппаратуры, предназначенную для обеспечения заданного фазового разделения радиосигналов, их фазовой коррекции или поляризационной компенсации.