2016, т. 7(21), № 1
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Т-ОБРАЗНОГО СОЧЛЕНЕНИЯ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ВОЛНОВОДОВ С МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ ВИБРАТОРНО-ЩЕЛЕВОЙ СТРУКТУРОЙ СВЯЗИ
С. Л. Бердник, В. А. Катрич, В. И. Кийко, М. В. Нестеренко, Ю. М. Пенкин
Изучение особенностей воздействия импедансных включений на электродинамические характеристики сочленений прямоугольных волноводов, широко используемых в антенно-волноводных устройствах, является важным для практических приложений. На основании приближенного аналитического решения системы уравнений для токов обобщенным методом наведенных электромагнитодвижущих сил построена математическая модель Е-плоскостного Т-образного сочленения прямоугольных волноводов, имеющих трехэлементную вибраторно-щелевую структуру связи. Характерной особенностью модели является одновременный учет переменного вдоль осей монополей поверхностного импеданса и постоянного импеданса, распределенного на торце бокового полубесконечного волновода. Проведены многопараметрические исследования энергетических характеристик сочленения в одномодовом режиме работы волноводов, включая случай покрытия торца бокового волновода слоем метаматериала. Проанализирована возможность эффективного использования импедансных покрытий в качестве управляющих элементов деления мощности между выходными плечами волноводного сочленения.
РЕЗОНАНСЫ ОТРАЖЕНИЯ В ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ВОЛНОВОДНОЙ СЕКЦИИ С ПАРОЙ ВСТРЕЧНЫХ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ШТЫРЕЙ
Л. П. Мосьпан, С .А. Приколотин, А. А. Кириленко
Преднамеренное и контролируемое внесение полюсов запирания в частотную характеристику частотно-селективного устройства является одним из наиболее востребованных приемов, используемых при проектировании современных фильтров со сложной рабочей характеристикой. Удачная реализация такого подхода возможна при использовании прямоугольных волноводных секций с металлическими вставками. В работе исследованы рассеивающие характеристики секций с парой встречных прямоугольных штырей как волноводных узлов с вращательной симметрией. Проведен их сравнительный анализ с характеристиками секции с парой сонаправленных штырей – узла с поворотной симметрией. Для интерпретации резонансных эффектов использована спектральная теория открытых волноводных резонаторов. В ее рамках резонансы отражения, формируемые такими секциями, являются откликами на возбуждение собственных колебаний комплексной частоты. Показано, что спектральная теория позволяет на порядок точнее (в сравнении с общепринятым модовым анализом) оценить основные параметры резонанса отражения – его частоту и добротность. Полученные результаты делают предварительный синтез частотно-селективных устройств на основе таких секций физически прозрачным и более точным.
РАДИОЛОКАЦИОННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВ МЕСТА МАЛОВЫСОТНЫХ ЦЕЛЕЙ НАД МОРЕМ МЕТОДОМ ROOT-MUSIC В УСЛОВИЯХ ПОМЕХ ОТ СИГНАЛОВ МНОГОЛУЧЕВОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ТЕПЛОВЫХ ШУМОВ ПЕЛЕНГАТОРА
Ю. А. Педенко
Работа посвящена проблеме повышения точности радиолокационного измерения углов места маловысотных целей над морем при использовании метода root-MUSIC, который рассматривается специалистами как одно из средств решения данной проблемы. В отличие от предшествующих работ, в которых учитывалось влияние помех, создаваемых многолучевым распространением радиоволн, в данном исследовании помехи усложняются за счет добавления тепловых шумов пеленгатора. Это позволяет оценить возможности метода и дать рекомендации по его применению в условиях, близких к реальным. Исследование проводилось путем компьютерного моделирования. Оно охватило различные степени волнения моря, при которых выполнялись условия от зеркального до сильного диффузного отражения. При моделировании использовался широкий диапазон отношений сигнал/шум. Основное внимание уделялось исследованию влияния на ошибки измерений априорных параметров метода: размерности подпространства сигналов и порядка автокорреляционной матрицы сигналов, принимаемых многоэлементной антенной решеткой. Разработаны рекомендации по выбору этих параметров, позволяющие минимизировать ошибки измерения углов места в различных условиях. Результаты исследования расширяют представления о путях совершенствования методов измерения углов места маловысотных целей над морем.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ПОМОЩИ ИЗЛУЧЕНИЯ
ГЛОБАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ
В. И. Луценко, Д. О. Попов, И. В. Луценко
Исследование особенностей рассеяния сигналов на поверхности суши может использоваться для изучения физики процессов рассеяния, а также при создании методов компенсации многолучевости для снижения ошибок позиционирования глобальных навигационных спутниковых систем. Показана возможность обнаружения областей отражения на подстилающей поверхности и оценки их параметров при помощи излучений глобальных навигационных спутниковых систем. Проанализировано поведение уровней сигналов для различных спутников в условиях городской застройки. Рассмотрено влияние характеристик областей отражения на спектры принимаемых излучений; предложена методика определения их местоположения.
ИЗЛУЧАЮЩАЯ СИСТЕМА НА ОСНОВЕ ХОЛОДНОЙ ПЛАЗМЫ
В. В. Овсяников
Рассмотрена актуальная проблема исследования основных свойств и поиска методов совершенствования плазменной решетки излучателей, которая является аналогом антенной решетки из металлических или диэлектрических антенн. Интерес специалистов к излучателям на основе холодной плазмы обусловлен перспективой создания эффективных многолучевых сканирующих селективных плазменных реконфигурируемых систем, или плазменных решеток излучателей (ПРИ). Статья посвящена исследованию основных электродинамических параметров ПРИ в СВЧ-диапазоне, характеризующих ее как нагрузку для генератора (приемника) электромагнитного (ЭМ) сигнала и как излучатель ЭМ энергии с точки зрения ее диаграммы направленности (ДН) и основных параметров излучения. При сканировании луча ДН исследуются искажения импедансов излучателей ПРИ и деформация ДН. Аналогичные исследования для сравнения выполнены для такой же конструкции и конфигурации антенной решетки из металлических антенн. Исследования были выполнены путем моделирования ПРИ и расчетов их параметров в программной среде FEKO методом интегрального уравнения и методом моментов для линейной ПРИ из четырех излучателей в виде петлевых диэлектрических трубок, наполненных холодной плазмой при пониженном давлении. Полученные результаты могут быть использованы при расчетах и проектировании ПРИ.
ПЛАЗМЕННО-ПУЧКОВЫЙ СУПЕРГЕТЕРОДИННЫЙ ЛАЗЕР НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ С Н-УБИТРОННОЙ НАКАЧКОЙ С НЕОСЕВОЙ ИНЖЕКЦИЕЙ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА
а. в. Лысенко, Г. А. Алексеенко
Построена кубически-нелинейная теория плазменно-пучкового супергетеродинного лазера на свободных электронах (ППСЛСЭ) с Н-убитронной накачкой при неосевом влете электронного пучка, в котором происходит параметрически-резонансное взаимодействие волны пространственного заряда с циклотронной волной. Определены уровни насыщения волны сигнала. Выяснено, что наибольший уровень насыщения сигнала среди всех возможных режимов работы ППСЛСЭ с Н-убитронной накачкой реализуется для устройства, которое использует медленную циклотронную волну. Определен угол влета пучка, при котором коэффициент усиления электромагнитного сигнала является максимальным. Продемонстрировано, что ППСЛСЭ, использующие медленные циклотронные волны, способны создавать мощное когерентное электромагнитное излучение в миллиметровом диапазоне длин волн.
РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЛАВИННО-ГЕНЕРАТОРНЫХ ДИОДОВ МИКРОВОЛНОВОГО ДИАПАЗОНА
П. П. Максимов
Построение мощных источников электромагнитных колебаний микроволнового диапазона является актуальной задачей для создания современных полупроводниковых устройств. В данной работе теоретически обосновано создание мощных источников электромагнитных колебаний на основе обратносмещенных резких p–n-переходов лавинно-генераторных диодов (ЛГД) с внешним сигналом. Выполнена классификация режимов ЛГД. Выбор режима генерации колебаний определяется параметрами ЛГД и входного сигнала. Показано, что в ЛГД генерируются когерентные, многочастотные и широкополосные колебания. Приведены энергетические и спектральные характеристики колебаний ЛГД. Результаты исследования представляют интерес для разработчиков мощных диодных генераторов с требуемыми диапазонными, энергетическими и спектральными характеристиками.
ТРЕХКАНАЛЬНЫЕ ФАЗОМЕТРЫ НА ОСНОВЕ АМПЛИФАЗОМЕТРОВ AD8302 И ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ МАТРИЦ ДЛЯ ГЕТЕРОДИННОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА
А. В. Варавин, Г. П. Ермак, А. С. Васильев, А. В. Фатеев, Н. В. Варавин, Ф. Жачек, Я. Заяц
В работе приведены результаты разработки и исследования двух типов фазометров для двухволнового гетеродинного «однозначного» интерферометра, предназначенного для измерения плотности плазмы в токамаке COMPASS. Актуальность разработки таких устройств вызвана необходимостью создания фазометров с возможностью измерения быстрых изменений фазы каждой зондирующей волны и разности их фаз. Плазма зондируется двумя микроволновыми сигналами с различной длиной волны, распространяющимися вдоль идентичных путей навстречу друг другу. Каждый исследуемый сигнал приобретает некоторый сдвиг фазы φ1 и φ2, а «однозначный» интерферометр определяет разницу (φ1 - φ1). Измерение фазы осуществляется с помощью трехканальных фазометров: фазометра, основанного на парах амплифазометров AD8302, и фазометра, выполненного на программируемых логических матрицах. Предложены схемные решения и алгоритмы обработки сигналов, позволяющие проводить измерения фазы в пределах 0…360° в реальном масштабе времени.
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛЯТОР ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ТЕЛЕГРАФНОГО НЕСБАЛАНСИРОВАННОГО ЧАСТОТНОГО ШУМА
З. А. Майзелис
Для детектирования и установления природы шумов в осциллирующей системе очень важным является отделение различных типов шумов. Для определения параметров частотного шума необходимо исследовать статистические характеристики не действительной координаты и ее производной, а комплексной координаты осциллятора. Именно ее моменты не зависят от амплитудных шумов, которые часто могут преобладать в системе. Возросший в последнее время интерес к шумам частоты связан с тем, что они определяют потерю когерентности колебаний во многих системах – от устройств, основанных на джозефсоновских контактах, до наномеханических осцилляторов. Знание статистических характеристик частотных шумов, неизбежно присутствующих в устройствах считывания информации в квантовых компьютерах, позволит корректно обрабатывать получаемую в них информацию. В работе исследовано влияние телеграфного несбалансированного частотного шума на свойства электромеханического осциллятора. Показано, что частотные зависимости старших кумулянтов координаты при одних и тех же значениях коэффициента затухания содержат особенности, которые позволяют отделить эффекты, связанные с наличием частотного шума. Результаты исследования могут быть использованы в теории наномеханических осцилляторов, при обработке данных, получаемых радиотехническими устройствами и устройствами, основанными на джозефсоновских контактах, в квантовых компьютерах, при оценке точ-ности работы атомных часов.
РЕКОНСТРУКЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ С КРУПНОЙ НЕОДНОРОДНОЙ ДИСКРЕТНОСТЬЮ
С. И. Мельник, С. С. Мельник
В последнее время становится все шире спектр задач, связанных с исследованием структур, элементы изображения которых оказываются за границей приборной разрешающей способности датчиков матричного типа. В связи с этим актуальной является задача их реконструкции за счет применения алгоритмических и информационных методов обработки изображений. Рассмотрены проблемы, возникающие при наблюдении объектов, размеры которых не превышают нескольких пикселей матрицы регистрирующих датчиков. Показано, что перемещение объекта относительно матрицы и использование нескольких последовательных кадров позволяет существенно улучшить точность воспроизведения формы и истинных размеров объекта. При этом измерительная информация может быть представлена как интегралы по траекториям на трехмерной решетке пространственно-временных пикселей. Предложен алгоритм реконструкции функции неоднородности таких пикселей за счет использования управляемого движения тестового объекта и методов компьютерной томографии. Показана возможность определения относительной скорости движения объекта в каждом из кадров «слепым» методом. Разработан алгоритм реконструкции изображений с крупной неоднородной дискретностью, как при произвольном, так и при их управляемом относительном движении.
ДЖИТТЕР СИНХРОНИЗАЦИИ СТРОБОСКОПИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
В. П. Рубан
В подповерхностной радиолокации актуальной становится оценка временной нестабильности синхронизации – джиттера приемника в связи с тем, что это явление влияет на точность регистрации и воспроизведения формы принимаемого сигнала и, соответственно, на эффективность применения алгоритмов цифровой обработки сигналов. Существующий метод оценки джиттера приемника георадара по амплитудным ошибкам преобразованного сигнала не универсален и требует уточнений для преобразователей с неполным зарядом накопительной емкости. В данной работе выполнено моделирование стробоскопического преобразования с временной нестабильностью выборки для случаев полного заряда, когда метод оценки дает корректные результаты, и неполного заряда накопительной емкости; проанализированы соотношения формы вероятностного распределения джиттера и амплитудных ошибок стробпреобразования, а также уровней джиттера, изначально заданных при моделировании и рассчитанных (восстановленных) по известному методу. По результатам моделирования определены границы применимости данного метода. Показано, что прямое применение метода оценки джиттера, верное для преобразователя с полным зарядом, дает неправильные оценки для стробпреобразователя с неполным зарядом накопительной емкости. В связи с этим предложена процедура восстановления амплитуды сигнала, которая позволяет получать корректную оценку джиттера синхронизации приемников георадаров, работающих в режиме неполного заряда накопительной емкости.