2014, т. 5(19), № 1
РЕЗОНАНСНЕ ПІДВИЩЕННЯ ДОБРОТНОСТІ ВЛАСНИХ КОЛИВАНЬ МАГНІТНОГО ТИПУ У ВІДКРИТОМУ РЕЗОНАТОРІ З ДІЕЛЕКТРИЧНИМ КУЛЬОВИМ ВКЛЮЧЕННЯМ
Ю. В. Свіщов
Відкритий резонатор (ВР) зі сферичними дзеркалами, що містить різного типу неоднорідності, є одним із пристроїв, які знаходять широке застосування у техніці НВЧ. Але у випадку кульової діелектричної неоднорідності результати досліджень спектральних характеристик ВР у резонансному діапазоні довжин хвиль (на основі точних у математичному відношенні моделей) у науковій літературі не відомі. У цій роботі, по-перше, побудовано точну математичну модель аксіально-симетричних власних коливань магнітного типу у ВР зі сферичними дзеркалами, що містять діелектричний кульовий об’єкт, і, по-друге, на її основі вивчено залежності власних частот та добротностей власних коливань досліджуваної електродинамічної структури від геометричних і матеріальних параметрів. Основний результат роботи: знайдено й досліджено ефект резонансного падіння та росту добротності власних коливань при зміні геометричних та матеріальних параметрів кульової неоднорідності. Встановлено також природу резонансної зміни добротності власних коливань. Результати досліджень слід враховувати як при розташуванні у ВР різного типу об’єктів, так і при відновленні амплітуди розподілення поля за методикою пробного тіла.
ГІГАНТСЬКА «ОПТИЧНА АКТИВНІСТЬ» КОМПОЗИТНОЇ ПЛОСКОКІРАЛЬНОЇ ДІАФРАГМИ В НВЧ-ДІАПАЗОНІ
В. М. Деркач, А. А. Кириленко, А. О. Перов, С. О. Приколотін, О. М. Салогуб
Останнім часом велику увагу приділяють дослідженню метаматеріалів – композитних штучних середовищ, що мають різні електрофізичні властивості й характеристики, які не завжди можливо одержати із застосуванням існуючих природних матеріалів. Зокрема, активно досліджується можливість застосування плоскокіральних структур у пристроях повороту площини поляризації випромінювання. У роботі наведено результати теоретичного аналізу й експериментального дослідження властивостей двошарової композитної плоскокіральної діафрагми (КПКД), що розташована у квадратному хвилеводі. Експерименти проведено в 3-см діапазоні електромагнітних хвиль. Показано, що КПКД проявляє властивість гігантської «оптичної активності» та, відповідно до розрахунку, призводить до повороту площини поляризації на 90°. Розрахований і експериментально досліджений максимуми коефіцієнта передачі крос-поляризованої складової співпадають за частотою з високою точністю, та втрати не перевищують 0,2 дБ. Показано можливість варіації смуги робочого діапазону через зміну відстані між шарами.
ФОРМУВАННЯ ВИПРОМІНЮВАННЯ МЕТАЛІЗОВАНИМ ДІЕЛЕКТРИЧНИМ ДИСКОМ З НЕОСЬОВИМ ЗБУДЖЕННЯМ
C. A. Радіонов, І. В. Іванченко, Н. О. Попенко, М. М. Хруслов
Формування вузької диаграми спрямованості (ДС) для малорозмірних випромінювачів, що використовуються в системах зв’язку, є актуальною проблемою, вирішенню якої на сьогодні присвячено низку робіт як у вітчизняних, так і в іноземних журналах. У поданій роботі реалізовано підхід, що пов’язаний з аналізом розподілу електромагнітного поля у ближній та проміжній зонах випромінювання, для пояснення особливостей формування ДС малорозмірного випромінювача з неосьовим збудженням. Чисельне моделювання розподілу ближніх електромагнітних полів, ДС та коефіцієнта зворотних втрат при зміні геометричних параметрів запропонованого діелектричного дискового випромінювача з металізованим діелектричним диском дозволило визначити його оптимальні розміри для формування ДС, що була задана. У результаті проведених тестових вимірів створеного макета діелектричного дискового випромінювача отримані наступні характеристики: смуга пропускання 20 %, ширина ДС у Е-площині 28°, у Н-площині – 40°, максимум випромінювання орієнтований у напрямку осі випромінювача. Даний підхід до аналізу характеристик випромінювачів може бути використаний для створення нових випромінювачів з наперед заданими характеристиками, а запропонований випромінювач придатний для систем зв’язку.
ОЦІНКА КОНЦЕНТРАЦІЇ ЕЛЕКТРОНІВ І ВИСОТИ НИЖНЬОЇ МЕЖІ ІОНОСФЕРИ ЗА ДАНИМИ АНАЛІЗУ БАГАТОМОДОВИХ ТВІК-АТМОСФЕРИКІВ
Ю. В. Горішня
Твік-атмосферики (твіки), разом з радіопросвічуванням хвилями ДНЧ-радіостанцій, використовуються для вивчення нижньої іоносфери. У рамках існуючих моделей їх поширення поблизу частот відсічення хвилеводу Земля–іоносфера прогнозується як спадання, так и зростання ефективної висоті відображення з ростом порядку хвилеводної моди. Тому становить інтерес аналіз експериментальних даних на основі удосконаленої методики, що дозволяє отримати більш точні оцінки висоти відбиття від іоносфери. За експериментальними записами твік-атмосфериків (твіків) визначено дальності до їх джерел та ефективні висоти відбиття від іоносфери, відповідні модам першого й вищого порядків хвилеводу Земля–іоносфера. Досліджено кількість спостережуваних гармонік в твіках залежно від дальності до джерела, локального часу та ефективної висоті відбиття від іоносфери. Показано, що ефективна висота віддзеркалення твіків ростє протягом ночі. У діапазоні висот відображення 87...89 км спостерігається зростання відносної кількості твіків з вищими гармоніками. Найбільше число гармонік в твіках спостерігається в період 20…24 години локального часу. Показано, що ефективна висота віддзеркалення для першої моди більше на 1,4 км висоти для другої моди, що в рамках анізотропної моделі іоно-сфери дозволило оцінити щільність електронів в області висоти відображення. Результати дослідження дозволяють вибрати адекватну модель поширення твіків і оцінки параметрів нижньої іоносфери.
ВТРАТИ ЕНЕРГІЇ ЗАРЯДЖЕНОЇ ЧАСТИНКИ, ЩО РУХАЄТЬСЯ ПО СПІРАЛЬНІЙ ТРАЄКТОРІЇ
А. В. Дормидонтов, Ю. В. Прокопенко, С. І. Ханкіна, В. М. Яковенко
Однією з актуальних проблем сучасної радіофізики та електроніки є дослідження механізмів генерації електромагнітних хвиль при русі заряджених частинок в різних електродинамічних системах. При цьому до числа принципово важливих характеристик можливого процесу генерування відносяться втрати енергії однієї частинки в одиницю часу на збудження в системі власних коливань. Знання втрат енергії дозволяє знайти інкременти та визначити порогові умови нестійкості коливань при русі потоків заряджених частинок в системі. З використанням рівнянь Максвелла на основі комплексного підходу (аналітичного і чисельного) нами знайдено втрати енергії зарядженої частинки, що рухається по спіральній траєкторії над поверхнею циліндра, який є діелектриком або металом. Сформульовано умови, за яких виникає магнітно-гальмівне випромінювання електромагнітних хвиль у системі. Результати досліджень розширюють і систематизують знання (наші уявлення) про механізми генерування електромагнітних хвиль в електродинамічних системах, які складають основу мікрохвильових генераторів.
БАЧЕННЯ КРІЗЬ ТУРБУЛЕТНУ АТМОСФЕРУ
Ю. В. Корнієнко
Стаття присвячена 110-річчю зі дня народження О. Я. Усикова. Стисло викладенно історію досліджень в Інституті радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова Національної академії наук України (ІРЕ НАНУ) з цифрової обробки зображень, які започаткував О. Я. Усиков. Головну увагу приділено проблемі досягнення дифракційного розділення при спостереженні крізь турбулентну атмосферу та новим результатам, які отриманно в цьому напрямі в ІРЕ НАНУ за останній час.
СУБМІЛІМЕТРОВИЙ ДІОД НА АРСЕНІД–ГАЛІЄВІЙ НАНОСТРУКТУРІ
Н. М. Гончарук, Н. Ф. Карушкін, В. А. Ореховський, В. В. Малишко
Робоча частота діода субміліметрового діапазону на AlGaN/GaN однобар’єрній наноструктурі з нерезонансним тунелюванням електронів визначається інерційністю їх тунелювання через потенційний бар’єр цієї структури. З метою підвищення цієї частоти вивчається імпеданс аналогічного діода на AlGaAs/GaAs наноструктурі, де ефективна маса електрона, а отже й інерційність його тунелювання менші. Отримано залежності від’ємної провідності та реактанса діода від його діаметра, пролітного кута, частоти та часу тунелювання. Визначено оптимальні значення діаметра та пролітного кута, які відповідають максимуму від’ємної провідності діода при різній величині часу тунелювання. Показано, що робоча частота арсенід–галієвого діода вища, ніж така нітрид–галієвого діода при однакових параметрах бар’єрного шару. Максимальна від’ємна провідність арсенід–галієвого діода менша її величини для нітрид–галієвого з таким же часом тунелювання. Отримані результати підтверджують доцільність проведених досліджень.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЛЯТИВІСТСЬКОГО МАГНЕТРОНА МІЛІМЕТРОВОГО ДІАПАЗОНУ
С. А. Бердін, М. П. Гадецький, В. Г. Коренев, О. М. Лебеденко, М. І. Марченко, І. І. Магда, О. Г. Мележик, В. А. Сошенко, К. В. Чижов, С. М. Терьохін, А. С. Тіщенко
Ця робота є продовженням досліджень слаборелятивістського імпульсного магнетрона міліметрових хвиль [1, 2], які мали на меті оптимізацію електричних параметрів пристрою та визначення факторів, які перешкоджають його ефективному функціонуванню. Наведено результати експериментального дослідження умов збудження 48-резонаторного релятивістського магнетрона 8-мм діапазону (РМ8), в ході якого було визначено частоту та типи коливань, виміряно залежності інтенсивності генерації від величини зовнішніх статичних Е- і Н-полів. Виявлено, що у широкому діапазоні значень зовнішніх полів основним типом коливань для досліджуваного діапазону частот 37...41 ГГц є p-вид. Також наведено результати оптимізації робочих режимів генерації (імпульсної високовольтної напруги U0 та індукції зовнішнього магнітного поля B0) у залежності від геометричних параметрів простору взаємодії магнетрона, а саме – від розмірів катода і величини проміжку між катодом і анодом dca.
КВАЗІОПТИЧНЕ МАСШТАБНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ ЛОКАЛІЗОВАНИХ ДЕФЕКТІВ ПОВЕРХНІ МЕТАЛІВ НА ДАНІ ОПТИЧНОЇ ЕЛІПСОМЕТРІЇ
А. І. Бєляєва, А. А. Галуза, В. К. Кисельов, І. В. Коленов, А. А. Савченко, Е. М. Кулешов, С. Ю. Серебрянський
Еліпсометрія – високочутливий, безконтактний, неруйнівний метод дослідження поверхонь і міжфазних меж, що ґрунтується на вивченні зміни стану поляризації зондуючої електромагнітної хвилі в результаті її взаємодії з межею розділу. Особлива проблема при аналізі еліпсометричних даних полягає в дефектах поверхні, до яких можна віднести шорсткість, острівкові плівки, регулярний рельєф, окремі локалізовані дефекти. На сьогодні не існує адекватних моделей, що описують вплив локалізованих дефектів поверхні на результати еліпсометричних експериментів. Раніше було висунуто припущення, що локалізовані дефекти за певних умов можуть не впливати на еліпсометричні дані. Метою роботи є перевірка цієї гіпотези систематичними дослідженнями впливу дефектів у формі паралелепіпедів різних розмірів на еліпсометричні дані. За допомогою побудованого терагерцового еліпсометра, що працює на довжині хвилі l = 2,2 мм (0,14 ТГц), проведено масштабне моделювання впливу дефектів, характерних для поверхні, що зазнала впливу радіаційного розпорошення, на результати еліпсометричного експерименту в оптичному діапазоні. Настільки велика робоча довжина хвилі дозволяє формувати на поверхні дефекти заданої форми й розмірів і дослідити їх вплив на еліпсометричні параметри. Наведено опис еліпсометра, а також результати систематичних досліджень впливу різних дефектів на поверхні матеріалу з сильним поглинанням на дані еліпсометрії. Уперше експериментально доведено, що локалізовані дефекти, порівняні за розміром з довжиною хвилі, можуть бути «невидимими» для еліпсометричної методики.
ОТРИМАННЯ ПОПЕРЕЧНИХ МОД З АЗИМУТАЛЬНОЮ ПОЛЯРИЗАЦІЄЮ У ХВИЛЕВІДНИХ КВАЗІОПТИЧНИХ РЕЗОНАТОРАХ ТЕРАГЕРЦОВОГО ДІАПАЗОНУ
O. В. Гурін, А. В.Дегтярьов, В. О. Маслов, В. А. Свіч, В. С. Сенюта, О. М. Топков, В. В. Хардіков
Циліндричні векторні пучки мають багато застосувань, у тому числі прискорення електронів, обробку матеріалів, високороздільну метрологію, мікроеліпсометрію і спектроскопію. У терагерцовому діапазоні методи і підходи формування пучків зі складною поляризаційною структурою практично відсутні. Запропоновано методику розрахунку й чисельно отримано коефіцієнти відбиття та передачі азимутально-симетричних мод для дифракційного дзеркала у вигляді багато-кільцевої діафрагми, розташованої всередині металевого круглого хвилеводу. За допомогою програмного пакета HFSS знайдено оптимальну структуру дифракційного дзеркала, що дозволяє значно знизити коефіцієнти відбиття мод з неазимутальними типами поляризації. Отримані результати можуть бути застосовані при розробці нових внутрішньорезонаторних методів формування випромінювання з просторово-неоднорідною поляризацією в лазерах терагерцового діапазону.
БЕЗНАДЛИШКОВI КОНФIГУРАЦIЇ ЕЛЕМЕНТIВ НА КВАДРАТНИХ I ГЕКСАГОНАЛЬНИХ РЕШIТКАХ ВЕЛИКИХ РОЗМIРIВ
Л. Ю. Копилович
У оптичної та радіоастрономії для отримання високого розрізнення використовуються інтерферометри, елементи яких утворюють безнадлишкову конфігурацію (БК). При заданій кількості елементів інтерферометр такого типу дозволяє вимірювати максимальне число просторових частот, а також використовувати методи, що виключають фазові флуктуації, викликані неоднорідністю середовища. При розробці математичної моделі інтерферометра такого типу з двовимірною апертурою, із зростанням числа елементів (супроводжується необхідністю збільшення розміру апертури) різко зростає обсяг обчислень. Статистичні методи, які зазвичай застосовуються, в цьому випадку є недостатньо ефективними. У даній роботі для побудови математичних моделей двовимірної апертури – цілочисельних решіток з БК елементів – застосовується регулярний метод, що ґрунтується на використанні спеціальних комбінаторних конструкцій – планарних різницевих множин. Наведено короткий опис властивостей цих множин і спосіб їх застосування для вирішення поставлених задач. У роботі побудовано БК з максимізованим числом елементів на квадратних й гексагональних решітках, а також БК, що забезпечують повне покриття центральної області просторових частот. Отримано оцінки максимального числа елементів БК на решітках цих типів. Запропонований метод дозволяє будувати БК з максимізованим числом елементів на двовимірних решітках великого розміру. За його допомогою можливо вирішувати оптимізаційні задачі побудови інтерферометричних систем, призначених для астрономічних досліджень. Він ефективніше статистичних методів за обсягом обчислень і витраченого на них часу.
ЧАСТОТНИЙ ДЕТЕКТОР ОПТИЧНОГО ДІАПАЗОНУ НА ІЗОТРОПНІЙ СТРУКТУРІ
К. А. Витовтов
Добре відомо, що системи з частотною модуляцією мають кращу завадозахищеність у порівнянні з поширеними системами з амплітудною модуляцією. Але, не дивлячись на їх широке використання в радіочастотному діапазоні, в оптичному діапазоні таких систем взагалі немає. Однією з причин є відсутність частотних детекторів указаного діапазону. У цій роботі вперше представлено частотні детектори ближнього інфрачервоного діапазону (850 нм) на основі шаруватої ізотропної структури. Описано принцип дії та розраховано основні технічні параметри пристроїв. У цих пристроях детектування проводиться в два етапи: на першому етапі зміна частоти перетворюється у зміну амплітуди, на другому проводиться детектування амплітудно-модульованого коливання звичайними амплітудними детекторами. Тут розглянуто три можливі види детекторів: синфазний, інверсний, балансний. Вказано переваги та недоліки пристроїв, а також перспективи їх використання в системах зв’язку. Отримані результати можуть бути використані при розробці оптичних систем з частотною модуляцією.