2012, т. 3(17), № 4
ВЛАСНІ КОЛИВАННЯ ТА РЕЗОНАНСНІ ВЛАСТИВОСТІ ОДНОВИМІРНИХ ПЕРІОДИЧНИХ ҐРАТОК З МЕТАЛІЧНИХ БРУСІВ. ЧАСТИНА 1. КЛАСИЧНА ҐРАТКА
Перов А.О., Кириленко А.А., Сенкевич С.Л.
Перфоровані металеві ґратки переживають сьогодні нову хвилю інтересу до їх резонансних властивостей, зумовленого дослідженням, інтерпретацією і можливим практичним використанням явища, названого «enhanced transmission phenomena». Метою роботи є аналіз властивостей одновимірно-періодичних ґраток на основі робіт школи В. П. Шестопалова, тобто вивчення спектрів власних коливань, принципів формування цих спектрів, що визначаються, зокрема, структурою періоду ґратки, і потім аналіз впливу таких спектрів на резонансні властивості. Розглянуто закономірності, що виникають при розсіянні Н-поляризованої плоскої хвилі на одновимірній періодичній ґратці з металічних брусів. Особливості резонансної взаємодії трактуються з позицій спектральної теорії відкритих періодичних резонаторів. Введено класифікацію спектрів класичної та компаундної ґраток. Вивчено спектр нижчих власних коливань класичної ґратки як функції геометрії ґратки, досліджено рух власних частот по багатолистій рімановій поверхні при зменшенні товщини до нуля. Показано, що межові точки частот несиметричних коливань відповідають частотам відсічення вищих гармонік Флоке і чим більше варіацій поля власного коливання, тим більше номер тієї гармоніки. Досліджено траєкторії власних частот на високих листах і закономірності їх виходу на дійсну вісь, де відбувається перетворення пакетів хвиль. Резонансну поведінку ґратки описано з єдиних позицій спектральної теорії, що дозволяє не тільки встановити зв’язок між різними резонансними явищами, але й визначити причину такої поведінки, зумовленої збудженням певних власних коливань.
ХВИЛЕВОДНО-ДІЕЛЕКТРИЧНИЙ РЕЗОНАТОР З РЕЗОНАНСНИМ КОРОТКОЗАМИКАЮЧИМ ПОРШНЕМ
Моторненко О.П., Скуратовський І.Г., Хазов О.І.
Резонансні структури хвилеводно-діелектричного типу залишаються об’єктом наукових досліджень, які сприяють створенню нових різновидів резонаторів з підвищеними параметрами. Хвилеводно-діелектричні резонатори (ХДР) з короткозамикаючим (КЗ) поршнем знаходять широке практичне використання завдяки великому діапазону частотного перестроювання, проте власні добротності коливань в таких резонаторах нижчі розрахункових через недосконалість контакту поршня з хвилеводом. В роботі обґрунтовано використання резонансного КЗ поршня в ХДР для підвищення добротностей резонансних коливань. Проведено дослідження характеристик H111-коливань в ХДР 3-см діапазону з резонансним КЗ поршнем і звичайним поршнем простої конструкції. Порівняно резонансні характеристики власної частоти і добротності основного коливання H-типу в двох макетах ХДР від положення КЗ поршня. За допомогою резонансного КЗ поршня отримано добротності, близькі до розрахункових.
УЗАГАЛЬНЕНИЙ МЕТОД ЗШИВАННЯ В ТЕОРІЇ ДИФРАКЦІЇ МОД ХВИЛЕВОДІВ. ЧАСТИНА II. ЗБІЖНІСТЬ ПРОЕКЦІЙНИХ НАБЛИЖЕНЬ
Петрусенко І.В., Сіренко Ю.К.
Точне обгрунтування застосування техніки редукції для наближеного розв’язання матричних рівнянь методу зшивання є невирішеною задачею на протязі всіх років використання цього методу. Узагальнений метод зшивання, який пропонується для розв’язання задач дифракції мод на стрибкоподібних неоднорідностях у хвилеводі, приводе до формул Френеля для матричних операторів відображення та проходження хвиль, а не до стандартних нескінченних систем лінійних алгебраічних рівнянь. Метою цієї статті є знаходження проекційних наближень для вказаних операторних формул Френеля і аналітичне дослідження якісних характеристик їх збіжності. Використана теорія операторів в гільбертовому просторі. Аналітично доказана безумовна сильна збіжність скінченновимірних наближень для операторних формул Френеля до істинних операторів розсіювання. Дана оцінка числа обумовленості матриці редукованого рівняння. Отримані результати дозволяють точно обґрунтувати узагальнений метод зшивання, який призначений для ефективного аналізу пристроїв НВЧ.
УЗАГАЛЬНЕНИЙ МЕТОД ЗШИВАННЯ В ТЕОРІЇ ДИФРАКЦІЇ МОД ХВИЛЕВОДІВ. ЧАСТИНА III. РОЗСІЮВАННЯ ХВИЛЬ НА РЕЗОНУЮЧИХ НЕОДНОРІДНОСТЯХ
Петрусенко І.В., Сіренко Ю.К.
Проблема обґрунтування матричних моделей методу зшивання для задач резонансного розсіювання хвиль на неоднорідностях у хвилеводах залишалась актуальною протягом усього часу використання цього методу. Другою невирішеною задачею являється обґрунтування методу редукції для розв’язання матричних рівнянь, які отримуються. Метою цієї роботи є суворий доказ коректності математичної моделі у вигляді операторних формул Френеля для вказаного класу задач дифракції мод, побудова проекційних наближень для шуканих операторів розсіювання та обґрунтування їх збіжності. Використано узагальнений метод зшивання. Для операторів розсіювання отримано «узагальнені операторні формули Френеля». Доведено універсальність побудованої операторної моделі у вигляді перетворення Келі. Показано, що область коректності цієї моделі повністю визначено знайденими операторними властивостями узагальненої матриці розсіювання. Аналітично доведено безумовну збіжність проекційних наближень до точного розв’язання. Метод зшивання, який використовується для розв’язання скалярних задач дифракції хвиле-водних мод, має матрично-операторну природу та адекватний цій природі математичний апарат, а саме теорію операторів в гільбертовому просторі. Запропоноване узагальнення методу зшивання треба використовувати для суворого аналізу мікрохвильових пристроїв.
АЗИМУТАЛЬНІ КОЛИВАННЯ У КВАЗІОПТИЧНОМУ ДІЕЛЕКТРИЧНОМУ РЕЗОНАТОРІ З ДИФРАКЦІЙНОЮ ҐРАТКОЮ
Білоус О.І., Пазинін В.Л., Сухоручко О.М., Фісун А.І.
Квазіоптичні діелектричні резонатори широко використовуються в сучасній мікрохвильовій техніці в якості елементів стабілізації джерел випромінювання, а також у пристроях для дослідження електрофізичних властивостей середовищ. Вони мають високу добротність, зручні в експлуатації, проте в режимі збудження коливань типу «шепочучої галереї» частотний інтервал між сусідніми азимутальними коливаннями невеликий, що не виключає довільного перескоку частоти робочого типу коливань на сусідні. Метою нашого дослідження є теоретичне і експериментальне дослідження можливості розрідження спектру вимушених азимутальних коливань «шепочучої галереї» дискового діелектричного резонатора. Досліджувалися три типи полудискових резонаторів – діелектричний резонатор без яких-небудь додаткових пристроїв, діелектричний резонатор з провідним екраном на циліндричній поверхні і діелектричний резонатор з дифракційною ґраткою з провідних стрічок на бічній циліндричній поверхні резонатора. Комп’ютерне моделювання проведено за допомогою методу кінцевих різниць у часовій області (FDTD). Експериментальне дослідження проведено з використанням стандартного вимірювача КСХН в діапазоні частот 8...12 ГГц. Шляхом комп’ютерного і натурного експериментів отримано спектри коливань типу «шепочучої галереї» полу-дискового резонатора, резонатора з екраном і резонатора з стрічковою дифракційною ґраткою на бічній поверхні. При коефіцієнті заповнення гратки q = 0,3 отримано збудження азимутального типу на одній частоті з подавленням сусідніх типів не менш ніж на 15...20 дБ. Метод FDTD є адекватним сітковим методом у моделюванні процесів збудження вимушених коливань в системах, де коливальні процеси обумовлені дифракцією і формуванням стоячих хвиль. Завдяки використанню дифракційної ґратки в дисковому діелектричному резонаторі досягнуто практично одночастотне збудження коливань типу «шепочучої галереї» у широкому інтервалі частот.
ДВОЧАСТОТНЕ ЗОНДУВАННЯ ВОДЯНИХ КРАПЕЛЬ ЕЛІПСОЇДАЛЬНОЇ ФОРМИ
Веселовська Г.Б., Войтович О.А., Лінкова А.М., Хлопов Г.І.
Розробці радіолокаційних методів вимірювання рідких опадів приділяється значна увага у зв’язку з дослідженнями фізичних процесів у атмосфері, також при розв’язанні прикладних задач. При цьому особливу увагу приділено двочастотному зондуванню, однак більшість опублікованих робот пов’язано з аналізом крапель сферичної форми, у той час як форма реальних крапель суттєво відрізняється від сферичної, особливо для великих часток. Це значно впливає на характеристики відбиваних сигналів, у зв’язку з чим значний інтерес представляє розв’язання задачі розсіювання поля на діелектричних частках еліпсоїдальної форми. Робота присвячена аналізу можливостей двочастотного зондування для вимірювання розмірів крапель води шляхом числового моделювання. Розгляд проблеми проведено у рамках моделі Пруппахера з урахуванням методу дипольних моментів при розрахунку відбиваності крапель води. Показано, що диференційна відбиваність еліпсоїдальних крапель і крапель сферичної форми з однаковим середньокубічним діаметром практично не відрізняються. Проведено порівняння з опублікованими даними і показано, що результати співпадають з графічною точністю для часток води, середньокубічний діаметр яких не перевищує 3 мм. Зроблено висновок про слабкий вплив форми крапель на результати двочастотного зондування.
ПРО МОЖЛИВІСТЬ ЗАСТОСУВАННЯ РЛС «БУРЕВІСНИК» ДЛЯ НАВІГАЦІЇ В РАЙОНАХ СВІТОВОГО ОКЕАНУ З ІНТЕНСИВНИМ СУДНОПЛАВСТВОМ
Дзюба В.П., Ерьомка В.Д., Зиков А.Ф., Миценко І.М., Прокопенко О.І., Роєнко О.М., Роскошний Д.В.
Однією з проблем в області поширення радіохвиль і радiолокацiйної техніки є створення засобів радіолокації для вирішення навігаційних завдань у районах Світового океану з інтенсивним судноплавством. Українська радіоелектронна промисловість має великий досвід в розробці радіолокаційних систем різного призначення, однією з яких є РЛС «Буревісник». Ця РЛС застосовується для контролю надводної обстановки на постах спостереження військово-морських та прикордонних служб України. Іншим можливим застосуванням згаданої РЛС може бути її використання в районах Світового океану для навігації. Метою цієї роботи є оцінка та показ можливості ефективного застосування РЛС «Буревісник» для навігації в цих районах, визначення статистичних функцій розподілу дальності дії РЛС при різних ефективних площах розсіювання (ЭПР) надводних об’єктів і різних умовах поширення радіохвиль см діапазону. Для вирішення цієї проблеми застосовано базу даних множника послаблення радіохвиль см діапазону, створену ІРЕ НАН України за результатами експериментальних радіофізичних досліджень. Визначені статистичні функції розподілу дальності дії РЛС «Буревісник» при ЭПР надводних об’єктів s = 100, 1 000, 10 000 м2 в різних по метеорологічному стану районах Світового океану. Проведено порівняння з експериментальними дослідженнями, в яких використовувалися стаціонарні навігаційні РЛС «Дон», «Наяда», «МРЛ-5». Зроблено висновок, що створена в Україні сучасна РЛС може служити базовою моделлю при розробці нових модифікацій навігаційних РЛС.
ПРОГНОЗУВАННЯ КОЕФІЦІЄНТА ЗАЛОМЛЕННЯ ТРОПОСФЕРИ У ДОВІЛЬНІЙ ТОЧЦІ ПРОСТОРУ ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ ВИМІРУ МЕТЕОПАРАМЕТРІВ У ОПОРНИХ ПУНКТАХ
Луценко В.І., Луценко І.В., Ситнік О.В., Ань Н.С., Гудков В.М.
Для визначення місця розташування об’єктів широке поширення отримали системи глобальної навігації. Проте збурення і неоднорідності іоносфери і тропосфери призводять до появи похибок виміру координат об’єктів. Можливими шляхами зниження, яких є урахування впливу тропосфери при обробці інформації в системі космічного навігаційного забезпечення (СКНЗ). Можливі два основні режими введення поправок: в реальному часі і післясеансного введення. Обидва ці підходи спираються на обчислення тропосферних затримок з використанням даних метеостанцій на рівень моря. Проведений для України аналіз показав, що порядок апроксимуючої моделі практично не позначається на похибці виміру тропосферної затримки. На підставі цього був зроблений висновок про можливість використання нульового порядку моделі, тобто середніх по Україні даних. Але для більших країн використання усереднених по усій території значень коефіцієнта заломлення, призводитиме до невиправдано великих похибок. Тому було розглянуто використання стандартних даних метео-центрів для прогнозування коефіцієнта заломлення тропосфери в заданій точці простору. Визначені критерії вибору подібних (за поведінкою коефіцієнтів заломлення атмосфери і значенням функції втрат) опорних точок прогнозу. На прикладах України, Росії, Великобританії і Китаю показана можливість використання запропонованого підходу до формування баз опорних точок для прогнозування. Отримано співвідношення для прогнозу значень коефіцієнтів заломлення в заданій точці простору. Запропонований метод може використовуватися в СКНЗ країни при введенні тропосферних поправок в приймачі систем глобальної навігації.
ІОНОСФЕРНИЙ ПРОВІСНИК ЗЕМЛЕТРУСУ 11 БЕРЕЗНЯ 2011 Р. ЗА СПОСТЕРЕЖЕННЯМ ТРАНСТИХООКЕАНСЬКОГО ПОШИРЕННЯ СДВ/ДВ-РАДІОХВИЛЬ НА МЕРЕЖІ СТАНЦІЙ
Хаякава М., Хобара Я., Рожной О., Соловйова М., Ота К., Изуцу Дж., Накамура Т., Ясуда Я., Ямагучі Х., Касахара Я.
Використовуючи спостереження поширення СДВ/ДВ-радіохвиль над Тихим океаном на японській і російській мережі станцій, вдалося виявити значне збурення іоносфери, що сталося перед останнім потужним землетрусом у Японії 11.03.2011 р. Епіцентр землетрусу знаходився в морі, в області Тохоку, а сама подія відноситься до виключно потужних землетрусів, пов’язаних з переміщенням тектонічних плит. Явно виражена аномалія (зменшення нічної амплітуди сигналу при збільшенні її дисперсії) було виявлено 5 та 6 березня на трасі від передавача NLK (Сіетл, США) до спостерігача в Чофу, Японія (аналогічні явища – на трасах поширення до Кочі й Кацугаї). Аналогічну тривалу аномалію в СДВ-поширенні реєстрували з 1 по 6 березня з мінімальною нічною амплітудою 3 і 4 березня на трасі від передавача JJI (Міязакі, Кюсю) до Камчатки, Росія.
КОГЕРЕНТНЕ СКЛАДАННЯ ПОТУЖНОСТІ В ЛАВИННО-ГЕНЕРАТОРНИХ ДІОДАХ
Лукін К.О., Максимов П.П.
Основним завданням сучасної напівпровідникової мікроелектроніки є підвищення енергетичних характеристик генераторів і збільшення частотного діапазону їх роботи. Традиційно підвищення потужності генераторів на основі лавинно-пролітних діодів досягається шляхом складання потужності декількох діодів, включених в один резонансний контур. У даному дослідженні підвищення енергетичних характеристик досягається в лавинно-генераторних діодах в режимі когерентних автоколивань. У цьому режимі автоколивання електронної і діркової складових щільності корисної потужності відбуваються на одній частоті, що забезпечує їх когерентне складання в збідненому шарі Si p–n-переходу. Розрахунок параметрів і моделювання роботи лавинно-генераторних діодів в режимі двочастотних когерентних автоколивань виконано за допомогою апробованих числових методів розв’язання рівнянь дифузійно-дрейфової моделі напівпровідників. Розраховано енергетичні і спектральні характеристики лавинно-генераторних діодів. Вивчено залежність частоти, корисної потужності і електронного ККД від концентрації домішок і напруги зворотного зсуву. Результати дослідження представляють інтерес для розробників потужних генераторів міліметрового і субміліметрового діапазонів довжин хвиль.
ПРО ПЕРСПЕКТИВИ СТВОРЕННЯ КОАКСІАЛЬНОГО МАГНЕТРОНА КОРОТКОХВИЛЬОВОЇ ЧАСТИНИ МІЛІМЕТРОВОГО ДІАПАЗОНУ ДОВЖИН ХВИЛЬ
Оміров А.А.
У порівнянні з іншими типами магнетронів коаксіальний магнетрон (КМ) має найкращі експлуатаційні параметри, однак на цей час найменша довжина його робочої хвилі становить 8 мм. З літературних джерел відомо про ряд спроб створити КМ, що мають довжину робочої хвиль меншу, ніж 8 мм. Проте, параметри макетів КМ, отримані в процесі цих розробок, виявилися незадовільними. У науковій літературі відсутня єдина ідеологія проектування КМ. Наявні рекомендації стосуються КМ сантиметрового діапазону довжин хвиль і містять у собі помилки. Описано також складності, що виникають при просуванні КМ у короткохвильову частину міліметрового (мм) діапазону довжин хвиль, при цьому відсутні рекомендації з їхнього подолання. Запропоновано методику проектування КМ мм діапазону довжин хвиль, в якій прийнято до уваги результати сучасних наукових досліджень (наприклад, в розробці короткохвильового КМ застосовано режим взаємодії електронного потоку із полем вищої просторової гармоніки p-виду коливань). Розглянуто шляхи подолання труднощів, що виникають при просуванні КМ у короткохвильову частину мм діапазону, таких як збільшення щільності перебудови частоти, зростання температурного навантаження на ламелі, зниження жорсткості циліндричної частини анодної сповільнюючої системи. Запропоновано методику проектування КМ, яка відкриває шлях для створення таких генераторів у короткохвильовій частині мм діапазону довжин хвиль. У роботі показано, що за допомогою запропонованої методики проектування вже сьогодні можливо створити КМ 4-мм діапазону довжин хвиль.
АНАЛІЗ І РОЗРАХУНОК РОЗПОДІЛУ ВИСОКОЧАСТОТНОГО ПОЛЯ НЕОДНОРІДНОЇ РЕЗОНАТОРНОЇ СИСТЕМИ МАГНЕТРОНА
Чистяков К.І.
Як показала практика розробки магнетронів короткохвильової частини міліметрового (мм) діапазону довжин хвиль, найбільш успішним виявився режим взаємодії електронного потоку з нижчою просторовою гармонікою виродженого виду коливань. Для усунення ряду недоліків цього режиму в виробництві застосовують керуючі неоднорідності в резонаторній системі магнетрона. Ці неоднорідності усувають внутрішньодублетну конкуренцію на робочому виді коливань і конкуренцію з дублетних складових високовольтного виду – конкурента. Наведені в літературі методи розрахунку неоднорідних резонаторних систем мають обмеженням, що не дозволяють проводити необхідний для розробки магнетронів аналіз впливу керуючих неоднорідностей на структуру високочастотного (ВЧ) поля уповільнюючої системи. Запропоновано новий метод розрахунку, викладений на основі теорії поля, який дозволяє проводити пошук всіх власних частот і відповідних розподілів ВЧ-поля в уповільнюючій системі магнетрона з керуючими неоднорідностями. У роботі наведено приклад розрахунку розподілу ВЧ-поля і спектр просторових гармонік уповільнюючої системи магнетрона 2-мм діапазону довжин хвиль з керуючими неоднорідностями. Проведено порівняння різних комбінацій розташування керуючих неоднорідностей. Отримано нову методику, необхідну для розрахунку неоднорідних резонаторних систем магнетронів в короткохвильовій частині мм діапазону довжин хвиль.
ПІДВИЩЕННЯ ІНФОРМАТИВНОСТІ КОНТРОЛЮ ПАРАМЕТРІВ КОЛИВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ МАГНЕТРОНА НА НИЗЬКОМУ РІВНІ ПОТУЖНОСТІ
Гурко А.А., Чистяков К.І.
Магнетрон – широко застосовуваний в радіолокації задавальний генератор НВЧ-випромінювання. Зниження робочої довжини хвилі локатора необхідно для збільшення його роздільної здатності та (або) зменшення габаритів антени. При просуванні в короткохвильову частину мм діапазону довжин хвиль зростає відносна похибка виготовлення резонатора системи магнетрона. Технологічні похибки виготовлення спотворюють структуру ВЧ-поля робочої дублетної складової. Це призводить до зростання браку магнетронів по ККД. Пропонується спосіб непрямої оцінки «руйнування» спектру просторових гармонік ВЧ-поля уповільнювальної системи магнетрона, що дозволяє в процесі виробництва своєчасно виявляти ознаки виникнення дефектів коливальної системи магнетрона, що приводять до утворення прихованого браку по ККД. Запропонована методика контролю реалізується за допомогою стандартної, використовуваної при виготовленні будь-якого магнетрона, апаратури контролю параметрів коливальної системи на низькому рівні потужності, легко вписується в типовий технологічний процес. Проведення ряду початкових експериментів дозволить отримати необхідні для використання описаної методики дані. В результаті буде зменшений брак готових магнетронів.
ДИФРАКЦІЯ КОГЕРЕНТНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ НА ПОВЕРХНІ С НЕГАУСОВОЮ СТАТИСТИКОЮ ШОРСТКОСТІ
Дзюбенко М.І., Колпаков С.Н., Попов І.В., Приемко А.А.
Розподіл дифракційних максимумів отриманих в результаті взаємодії дифракційного поля або спекл-поля с площиною приймача визначає характер поверхні, що відбиває. Проте питання формування спекл-полів, які спостерігаються в результаті взаємодії когерентного випромінювання з дифузно розсіювальними поверхнями, що описуються негаусовим розподілом шорсткості, є недостатньо вивченим. У роботі теоретично і експериментально досліджено розподіл амплітуди спекл-полів, що виникають в результаті дифракції лазерного випромінювання на поверхнях, які піддалися механічній обробці. Проведено математичне моделювання спекл-полів, розподіл амплітуди яких не підкоряється статистиці Гауса. Доведено, що спекл-поля, що утворені в результаті взаємодії когерентного випромінювання з шорсткими поверхнями не є абсолютно випадковими, а містять в собі інформацію про ту міру впорядкування, яка характеризує об’єкт.
50 РОКІВ ЛАЗЕРАМ В ІНСТИТУТІ РАДІОФІЗИКИ ТА ЕЛЕКТРОНІКИ ІМ. О. Я. УСИКОВА НАН УКРАЇНИ
Дзюбенко М.І., Корнієнко Ю.В.
Описано історію запуску першого лазера в ІРЕ АН УССР, підготовка експерименту з локації Місяця, створення та розвиток лазерів на барвниках.