2016, т. 7(21), № 3
АЛГОРИТМЫ СО СТАБИЛИЗИРУЮЩИМИ КОЭФФИЦИЕНТАМИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПЛОХО ОБУСЛОВЛЕННЫХ ЗАДАЧ РАДИОФИЗИКИ
A. A. Кураев, В. В. Матвеенко, T. Л. Попкова
В статье приведены алгоритмы с уточняющими и стабилизирующими коэффициентами, позволяющие получать устойчивые решения систем уравнений, относящихся к плохо обусловленным задачам электродинамики и нелинейной динамики. Продемонстрировано применение модифицирован-ных алгоритмов в задаче распространения E0i-волн в нерегулярном волноводе и модели динамического хаоса Ресслера. В последнем случае показано, что «детерминированный» (т. е. воспроизводимый) хаос невозможен.
РАДИОМЕТР ДЛЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ С ТОЧНОЙ КАЛИБРОВКОЙ ПО ЯРКОСТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ НЕБА
В. А. Кабанов
Методы пассивного зондирования атмосферы в СВЧ-диапазоне являются одним из актуальных направлений дистанционного зондирования окружающей среды. Важной задачей остается разработка простых и экономичных технических решений и методик радиометрических измерений. Представлена простая мобильная радиометрическая система 3-см диапазона волн, предназначенная для метеорологических исследований. Радиометр выполнен по модуляционной схеме с некоторыми особенностями построения входных элементов и проведения калибровки. Предложен способ точного определения яркостной температуры неба, используемой для калибровки радиометрической системы. Реализован вариант построения радиометра с применением спутникового конвертера.
НАСТРОЙКА И КАЛИБРОВКА РАДИОРЕФРАКТОМЕТРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕЛОМЛЕНИЯ АТМОСФЕРЫ
В. А. Кабанов
Наиболее точные сведения о диэлектрическом строении атмосферы могут быть получены с помощью радиорефрактометров. Эти приборы незаменимы при измерении тонкой структуры коэффициента преломления исследуемой среды. Сведения, полученные с их помощью, особенно важны при исследовании условий тропосферного распространения радиоволн. Несмотря на преимущества рефрактометров по сравнению с метеорологическими измерениями, актуальной остается задача их калибровки. Приведено краткое описание разработанного автором СВЧ-рефрактометра, на примере которого показана возможность настройки и калибровки прибора с помощью стандартных метеорологических измерений без использования специальной эталонной камеры в условиях закрытого помещения.
ЗАГОРИЗОНТНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН И РАДИОЛОКАЦИОННОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ОБЪЕКТОВ В СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ТИХОГО ОКЕАНА
Ф. В. Кивва, И. М. Мыценко, А. Н. Роенко
Дальность действия судовых навигационных радиолокационных станций (РЛС) в различных районах Мирового океана во многом определяется условиями распространения радиоволн в этих районах. Поэтому особую ценность приобретают экспериментальные данные, способствующие уточнению методик диагноза и прогноза величины множителя ослабления радиоволн. В работе представлены результаты экспериментальных исследований дистанционных зависимостей множителя ослабления радиоволн и дальности действия судовых навигационных РЛС в северо-западной части Тихого океана. Определение ослабления поля прямого и отраженного сигналов проводилось одновременно с метеорологическими исследованиями и изучением условий образования приводных волноводов и инверсионных слоев. Получены дистанционные зависимости множителя ослабления радиоволн, статистические функции распределения высот волноводов испарения, дальности действия судовых навигационных РЛС. Результаты исследований способствуют более глубокому пониманию процессов, протекающих в нижних слоях атмосферы над океаном и определяющих условия распространения радиоволн и дальность действия судовых навигационных РЛС в различных районах Мирового океана.
ТРЕХЧАСТОТНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЖИДКИХ ОСАДКОВ
А. М. Линкова, Г. И. Хлопов
Исследование интегральных и микроструктурных параметров жидких осадков имеет важное практическое значение для решения многих проблем народного хозяйства. Мониторинг интенсивности дождя необходим для проектирования канализационных систем и многих инженерных сооружений, а также оказывает существенное влияние на производительность сельского хозяйства. Радиолокационные методы исследования жидких осадков позволяют измерять параметры дождей на больших площадях в реальном масштабе времени, что более предпочтительно по сравнению с контактными методами на основе дождемеров и плювиографов. В статье предложен и исследован трехчастотный метод радиолокационного зондирования жидких осадков, позволяющий восстанавливать пространственный профиль параметров дождей. Приведены результаты численного моделирования трехчастотного зондирования жидких осадков, полученные для разных наборов рабочих длин волн радара в диапазоне интенсивности 0…30 мм/ч. Показано, что использование миллиметрового диапазона длин волн нецелесообразно в связи с сильным ослаблением мощности сигнала на больших расстояниях и для больших значений интенсивности. Применение более длинноволнового диапазона позволяет снизить влияние ослабления и уменьшить ошибки восстановления параметров дождя (максимальная ошибка восстановления интенсивности не превышает 7 %).
О ВЛИЯНИИ КАНАЛА СВЯЗИ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОСИГНАЛОВ ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ В ХАРЬКОВСКОМ РЕГИОНЕ
С. Р. Щекин, Ф. В. Кивва, В. Н. Горобец, А. Л. Коворотный
В статье представлены результаты систематических измерений точности позиционирования стационарных навигационных пунктов, координаты которых известны, оборудованных одно- и двухчастотным навигационными приемниками систем GPS и ГЛОНАСС. Особое внимание уделено параметрам окружающей среды, обусловленным дождями, в том числе летними грозовыми, снегом, туманом и облачностью. Проведены экспериментальные исследования флуктуаций зенитной тропосферной задержки и пространственных координат приемных пунктов, расположенных на расстоянии 5,8 км. Выполнена оценка факторов, ограничивающих предельно достижимую точность позиционирования. Результаты работы актуальны для задач оперативного прогнозирования метеорологических явлений и исследования их физических свойств.
АКУСТИЧЕСКОЕ ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ ПРИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ВОЗБУЖДЕНИИ ЗВУКА В КРИСТАЛЛЕ БОРАТА ЖЕЛЕЗА
В. И. Хижный, А. П. Королюк, Т. М. Хижная
Высокотемпературные антиферромагнетики (борат железа, гематит и др.) обладают большой величиной магнитоупругой связи. В условиях эффекта двулучепреломления имеется возможность управления параметрами звуковых волн малым внешним магнитным полем. Большая величина магнитоупругой связи повышает чувствительность магнитной системы образца к внешним механическим воздействиям, например со стороны акустических контактов с пьезопреобразователями. Авторами экспериментально изучен эффект бесконтактной (электромагнитной) генерации звука во внешнем магнитном поле при минимальном влиянии внешних механических напряжений на магнитные свойства образца. Обнаружен эффект двулучепреломления при электромагнитной генерации высокочастотной ультразвуковой волны, представляющий интерес с точки зрения его приборного приложения. Проведено сравнение теории эффекта двулучепреломления с данными эксперимента. Получена величина магнитоупругой щели для бората железа.
ВАРИЗОННЫЙ AlGaInAs-ДИОД ГАННА
И. П. Стороженко, М. В. Кайдаш
Диоды Ганна – активные элементы для генерации электромагнитных волн в миллиметровом диапазоне. Повышение их выходной мощности и предельной частоты генерации является актуальной задачей. Один из способов увеличения указанных характеристик диодов Ганна – использование варизонных полупроводников. В статье представлены результаты числовых экспериментов по генерации электромагнитных колебаний с помощью диодов Ганна на основе варизонного соединения AlGaAs-GaAs-InGaAs. Исследования проведены с помощью температурной модели междолинного переноса электронов в варизонных полупроводниках. Длина активной области диода составляла 2,5 мкм с концентрацией ионизированных примесей в ней 1016 см–3. Показано, что AlGaAs-GaAs-InGaAs-диоды могут быть использованы в качестве активных элементов для генерации электромагнитных колебаний миллиметрового диапазона. В GaAs-InxGa1–xAs- и Al0,2Ga0,8As-GaAs-InxGa1–xAs-диодах выходная мощность почти линейно растет с процентной долей InAs в интервале от 0 до 50 %. Максимальное значение выходной мощности Р = 12,2 кВт×см–2 на частоте f = 45 ГГц и с эффективностью h = 10,5 % имеет GaAs-Ga0,5In0,5As-диод. Наибольшую эффективность генерации h = 11,3 % при Р = 10,6 кВт×см–2 и f = 41 ГГц – Al0,2Ga0,8As-GaAs-In0,5Ga0,5As-диод. Al0,2Ga0,8As-GaAs-диод по выходной мощности и эффективности генерации в 2–3 раза уступает названным выше. 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 полупроводников А3В5.
СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК ВИБРАТОРНЫХ, ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ПЛАЗМЕННЫХ АНТЕНН В КОНТЕКСТЕ ИСТОРИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ АНТЕННОЙ ТЕХНИКИ
В. В. Овсяников
Приведен анализ периода зарождения и развития науки и техники вибраторных антенн с реактивными и комплексными нагрузками, диэлектрических и плазменных антенн диапазона СВЧ, а также вибраторных и спиральных электрически малых, многочастотных, широкополосных и с улучшенной диаграммой направленности штыревых, петлевых антенн и антенных решеток. Рассмотрены методы оценки и расчета основных параметров антенн, таких как распределение тока, входное сопротивление, коэффициент стоячей волны по напряжению, коэффициент полезного действия, диаграммы направленности и поляризационные характеристики. Рассмотрены результаты расчетов и конструктивные особенности этих антенн.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛН В ДВУХСЛОЙНОМ ЗАПРЕДЕЛЬНОМ ВОЛНОВОДЕ С СИЛЬНО ПОГЛОЩАЮЩЕЙ СРЕДОЙ В ДИАПАЗОНЕ 5…30 ГГц
З. Е. Еременко, Е. С. Кузнецова
Методы определения комплексной диэлектрической проницаемости сильно поглощающих жидкостей востребованы в различных областях науки и техники. Рассмотрено распространение электромагнитных волн в круглом двухслойном металлическом волноводе с центральным диэлектрическим стержнем с малыми диэлектрическими потерями, окруженным сильно поглощающей жидкостью, в СВЧ-диапазоне. Исследована зависимость комплексной постоянной распространения волны от частоты и толщины слоя жидкости. Наличие сильно поглощающей жидкости, окружающей диэлектрический стержень, позволяет расширить диапазон рабочих длин волн от миллиметрового до сантиметрового диапазона. При этом значение постоянной затухания остается сравнительно малым. Благодаря сильно поглощающей среде данная волноводная структура не имеет фиксированной величины частоты отсечки. Обнаружено аномально малое значение постоянной затухания электромагнитной волны в сантиметровом диапазоне длин волн для определенных частот и толщин слоя жидкости. Предложенная структура может быть применима в качестве измерительной ячейки для определения комплексной диэлектрической проницаемости сильно поглощающих жидкостей в малом объеме.
АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ОСЛАБЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦАМИ
Н. Г. Кокодий, В. А. Тиманюк, Е. Я. Левитин, М. В. Кайдаш
В настоящее время методы определения оптических свойств активно развиваются и совершенствуются. Наиболее широко используются оптические методы, в которых исследуется спектральная зависимость интенсивности излучения, прошедшего через среду с частицами, поскольку они менее чувствительны к форме частиц. В научной литературе существует множество работ, изучающих отдельно рассеяние и поглощение света. Научных работ прикладного характера, изучающих именно ослабление света, очень мало. Предложен алгоритм обработки результатов измерений ослабления оптического излучения суспензией из наночастиц. Алгоритм состоит из трех этапов и позволяет получить информацию о размерах и комплексном показателе преломления частиц. В данном исследовании, определен средний размер частиц методом степенной функции, измерены оптические свойства частиц методом спектральной прозрачности, получена функция распределения частиц по размерам. Алгоритм успешно опробован при измерении размеров и оптических свойств наночастиц Ag–Fe3O4 в воде.
ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ДИПОЛЬ НАД ПОЛУПРОСТРАНСТВОМ ИЗ МЕТАМАТЕРИАЛА: РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И ВЕКТОРА ПОЙНТИНГА
А. М. Стадник, А. О. Силин
Задача обобщения классических результатов об излучении электрического диполя над поверхностью Земли на случай полупространства из левостороннего метаматериала с одновременно отрицательными диэлектрической и магнитной проницаемостями важна для многих практических приложений, связанных с фокусировкой волновых полей. При этом желательно обойтись без излишних упрощений: приближения геометрической оптики, пренебрежения потерями, ограничений на волновой пакет, связанных с введением групповой скорости, неучета типа (только монополь) источника излучения. В работе строго решена модельная задача об излучении элементарного электрического диполя, расположенного нормально к плоской границе раздела диссипативных обычной и левосторонней сред. Численное моделирование выявило ожидаемую лепестковую структуру отраженного поля в первой среде и сложную (в среднем конусообразную) интерференционную структуру поля с выраженной областью максимума в полупространстве из левостороннего метаматериала. Исследовано пространственное распределение электромагнитного поля в обоих средах в зависимости от положения диполя и от величины потерь в левостороннем метаматериале. Анализ поведения вектора Пойнтинга подтвердил гипотезу, что изменение знака его тангенциальной компоненты при переходе границы раздела, характерное для электромагнитных поверхностных волн, является причиной фокусирующей способности именно границы раздела обычной и левосторонней сред, а не каждой из них по отдельности.