2014, т. 5(19), № 2
ОСЕСИМЕТРИЧНЕ ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ ЗБУДЖЕННЯ МЕТАЛЕВОГО ДИСКОКОНІЧНОГО РОЗСІЮВАЧА
Д. Б. Куриляк, О. М. Шарабура
Скінченний біконус є базовою структурою для аналізу дискоконічних антен наближеними методами. Тут отримано строгий розв’язок осесиметричної задачі дифракції TM-хвилі на відкритому кінці біконуса, одне плече якого є напівнескінченний, а друге – скінченний конуси. Така структура опромінюється полем кругового витка магнітного струму. Для отримання розв’язку використано метод спряження полів сумісно з методом аналітичної регуляризації. Розв’язок задачі для дискоконічного розсіювача отримано як граничний перехід від біконуса з довільними кутовими параметрами. Досліджено залежності діаграм спрямованості та опору випромінювання від параметрів розсіювача. Проведено порівняння числових результатів з відомими в окремих випадках. Показано, що широкосмугові властивості діаграм спрямованості покращуються зі зростанням радіусу диску та ширини біконічної області. Отримані результати дозволяють проводити строгий електродинамічний аналіз характеристик дискоконічних розсіювачів у широкому діапазоні зміни геометричних та частотних параметрів.
ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ КОМБІНОВАНИХ РЕШІТОК В АНТЕНАХ ДИФРАКЦІЙНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
А. В. Гнатовський, С. А. Провалов
Дослідження й розробка антен дифракційного випромінювання є одним з перспективних напрямів антенної техніки міліметрового та субміліметрового діапазонів. Впровадження антен цього класу в сферу створення пристроїв і комплексів різноманітного застосування потребує розробки нових методів формування діаграм спрямованості (ДС). Ці дослідження спрямовані на експериментальне обґрунтування запропонованої методики отримання ДС складної форми внаслідок комбінації властивостей прямої і похиленої гребінок. Проведено порівняння характеристик випромінювання цих гребінок, обґрунтовано вибір параметрів похиленої гребінки. Виміряні ДС антени з комбінованою гребінкою підтверджують правильність вибраного підходу. Одержані результати суттєво доповнюють відомі властивості антен і обґрунтовують можливості їх застосування в комплексах огляду поверхні різного базування.
ПРО МОЖЛИВІСТЬ ДІАГНОСТИКИ СТАНУ АТМОСФЕРИ ЗА ДОПОМОГОЮ БАГАТОПРОМЕНЕВОГО ІНТЕРФЕРОМЕТРА
Ю. В. Корнієнко, В. В. Пугач, С. І. Скуратовський
Вплив атмосфери на результати астрономічних спостережень з поверхні Землі суттєво знижує розрізнення отриманих зображень. Багато методів боротьби з ним потребують інформації про атмосферні спотворення. Отримання такої інформації на практиці виконується за допомогою спеціальних датчиків хвильового фронту, що працюють по опорній зірці, природній чи лазерній. Однак існує спосіб отримувати інформацію про фазові спотворення в атмосфері безносередньо під час спостереження довільного об’єкта багатопроменевим інтерферометром. Усереднені за субапертурами фази є побічним продуктом побудови зображення таким інструментом. За допомогою інтерполяції по них можливо відновити розподіл фазових спотворень за апертурою. Показано, що точність реконструкції є задовільною, коли атмосферні неоднорідності більші за відстань між субапертурами. Наведено залежності точності реконструкції від характерного розміру неоднорідностей та середньоквадратичного відхилення фазових спотворень. Результати досліджень можуть бути корисними як при дослідженнях атмосфери, так і в боротьбі з її впливом, наприклад при проведенні адаптивної корекції першого порядку.
СПЕКТРИ ТА ФОРМИ ННЧ-ІМПУЛЬСІВ В РЕЗОНАТОРІ ЗЕМЛЯ–ІОНОСФЕРА ПРИ МАЛИХ ВТРАТАХ
О. П. Ніколаєнко
У літературі з шуманівського резонансу є пробіл. Саме явище було передбачено для порожнини Земля–іоносфера з ідеально провідними стінками. Однак при моделюванні експериментальних радіосигналів Земля завжди розглядається як куля, що ідеально проводить, тоді як іоносфера має кінцеву провідність. Пропоноване дослідження заповнює цей пробіл, адже вперше отримано модельні спектри та форми імпульсів з майже відсутнім затуханням. Задачу розв’язано за допомогою одномасштабної експоненціальної моделі вертикального профілю провідності атмосфери. Спектри та хвильові форми сигналів розраховано для різних відстаней джерело–спостерігач. Показано відмінності спектрів ідеального резонатора від спектрів реального резонатора Земля–іоносфера. Проведено розрахунок імпульсів у часовому зображенні та знайдено відмінності в швидкості поширення, які зумовлені кінцевою провідністю іоносфери. Отримано амплітуди імпульсів у антиподі джерела і в точці джерела (навколосвітня хвиля). Результати показують, що дисперсія в сферичному хвилеводі призводить до розширення імпульсів, що поширюються, і зменшення їх амплітуди. Амплітуда навколосвітньої хвилі падає настільки, що «самозапуск» блискавок неможливий навіть в резонаторі,що близький до ідеального.
ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ СВІТОВИХ ГРОЗ ІЗ ЗАПИСІВ ШУМАНІВСЬКОГО РЕЗОНАНСУ (ЩЕ РАЗ ПРО ТОЧКОВЕ ДЖЕРЕЛО В ДОСЛІДЖЕННЯХ ШУМАНІВСЬКОГО РЕЗОНАНСУ)
О. П. Ніколаєнко
Застосування записів глобального електромагнітного (шуманівського) резонансу в дослідженнях порожнини Земля–іоносфера постійно викликає інтерес, оскільки вони дозволяють оцінювати глобальні характеристики нижньої іоносфери та динаміку світових гроз за спостереженнями одного або декількох пунктів. Розв’язання зворотної задачі базується на різноманітних підходах. Ми використаємо найпростішу модель точкового джерела. Для опису вертикального профілю провідності атмосфери використано «модель коліна». Дистанція джерело–приймач та її варіації оцінювалися за першою піковою частотою шуманівського резонансу, що спостерігався в горизонтальних компонентах магнітного поля, оскільки ця частота є пропорційною відстані до джерела. Оцінивши дистанцію, можна отримати сезонні зміни інтенсивності джерел, якщо використати енергію спостережуваних коливань. Нами використано запис української антарктичної станції «Академік Вернадський». Показано, що сезонний дрейф світових гроз вздовж широти оцінюється величиною близько 20°, а річні зміни рівня світової грозової активності досягають 1,5 рази. Підтверджено неоднакову тривалість «електромагнітних» сезонів: літнє розташування (крайнє північне) гроз сягає до 120 діб, а зимове – близько 60 діб. Тривалість весни, коли світові грози дрейфують з півдня на північ, коротші за тривалість осені. Отримані оцінки добре узгоджуються з даними незалежних реєстрацій шуманівського резонансу, з кліматологічними даними й оптичними спостереженнями спалахів блискавок на навколоземній орбіті. Існує альтернативне пояснення експериментальних результатів, що базується на змінах ефективної висоти нижньої іоносфери на величину в кілька кілометрів. Найбільш реалістичний механізм змін, що спостерігається, має містити як широтний дрейф світових гроз, так і варіації висоти нижньої іоносфери. Обидва процеси зумовлені змінною сонячною активністю. Відзначено також, що міжрічні зміни інтенсивності резонансу, які спостерігалися в Антарктиді, пов’язані з трендом температури суші в тропічному поясі планети, і наведено відповідну оцінка.
БАГАТОВИМІРНА КЛАСИФІКАЦІЯ ДАНИХ АКТИВНО-ПАСИВНОГО ДИСТАНЦІЙНОГО ЗОНДУВАННЯ ДЛЯ МОНІТОРИНГУ НЕБЕЗПЕЧНИХ ЯВИЩ НА ОСУШЕНИХ ҐРУНТАХ
Д. М. Бичков, В. К. Іванов, В. М. Цимбал, С. Є. Яцевич
Моніторинг небезпечних підповерхневих процесів перезволоження осушених заболочених ґрунтів і самозаймання торфовищ, які відбуваються в Україні на значних територіях, утруднено без застосування засобів дистанційного зондування Землі. Для ефективного моніторингу великих територій необхідні методи сучасної комп’ютерної ідентифікації проявів небезпечних явищ за даними аерокосмічної зйомки активно-пасивними засобами дистанційного зондування Землі. Запропоновано й випробувано методи тривимірної кластеризації даних послідовного нічного та денного термально-радіолокаційного авіаційного зондування перезволожених осушених ґрунтів і підповерхневого самонагрівання органічних речовин. Результати тривимірної кластеризації даних свідчать про надійний поділ кластерів і впевнене співвіднесення для обраної ділянки отриманих кластерів з результатами експертних оцінок вихідних даних. Для поширення методики на інші території необхідно відпрацювання її з використанням як дистанційних, так і синхронних наземних даних на великих територіях.
ПРО ІНТЕРПРЕТАЦІЮ ПРОЦЕСУ ЗБУДЖЕННЯ ПОВЕРХНЕВИХ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ ПРИЗМОВИМ СПОСОБОМ В ШАРАХ ПЛАЗМОПОДІБНИХ СЕРЕДОВИЩ
О. В. Максименко, Г. І. Загинайлов
Ефект порушеного повного внутрішнього відбиття (ППВВ) широко використовується як для вивчення властивостей діелектричних і металевих плівок, так і для вивчення дисперсійних властивостей поверхневих хвиль (ПХ). Проте теорія ППВВ заснована на ідеалізованих моделях, що може призвести до не зовсім коректної інтерпретації резонансних ефектів, що виникають в експериментах. У роботі на основі концепції ПХ (невласних або неспектральних), що витікають, інтерпретуються відомі закономірності ППВВ в геометрії Кречмана. Показано, що мінімум коефіцієнта відбиття відповідає резонансу з ПХ, що витікає. Він зміщений щодо резонансу зі звичайною спектральною (власною) ПХ. Наведено наближену аналітичну оцінку цього зміщення. Відсутність ППВВ при нехтуванні дисипацією в опромінюваному матеріалі пов’язано з ідеалізацією геометрії задачі, яка може призводити до неможливості збудження власних ПХ. Також дана фізична інтерпретація умови, при якій коефіцієнт відбиття обертається на нуль. Отримані результати можуть бути корисні при вивченні дисперсійних властивостей ПХ, розробці методів точного вимірювання коефіцієнтів відбиття й визначення параметрів діелектричних і металевих плівок.
МОДУЛЯЦІЯ ОПТИЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ ПРИ МАГНІТОМЕХАНІЧНИХ КОЛИВАННЯХ У ТРИШАРОВИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ СТРУКТУРАХ
І. В. Лінчевський
Високу ефективність модуляторів світла на основі ефекту Фарадея можливо досягнути із застосуванням магнітооптичних кристалів. Принципово нові характеристики таких модуляторів можна отримати при використанні магнітомеханічного резонансу в магнітооптичних кристалах, проте використання лише одного магнітооптичного кристала недостатньо ефективно. Нами розглянуто особливості модуляції оптичного випромінювання внаслідок ефекту Фарадея при порушенні товщинних магнітомеханічних коливань у композиційній структурі підкладка–магнітооптичний кристал-ферит. Отримано частотні залежності для амплітуди й початкової фази змінної складової ефекту Фарадея. Показано, що при розміщенні магнітооптичного кристала між магнітопасивною підкладкою та магнітострикційним феритом відбувається додаткове посилення механічних напруг у кристалі в умовах магнітомеханічного резонансу. Додаткове збільшення змінної складової ефекту Фарадея може досягати 50 % в порівнянні з одношарової структурою. Показано, що для розглянутого типу модулятора властива початкова фазова затримка змінної складової ефекту Фарадея до значень 30–60° у момент резонансу. Резонансна залежність початкового фазового зсуву для змінної складової ефекту Фарадея характеризується абсолютною стабільністю по відношенню до амплітуди змінного магнітного поля та визначається характеристиками магнітомеханічних коливань у структурі.
РЕЗОНАНСНА ВЗАЄМОДІЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ У ДЕФЕКТНІЙ ДІЕЛЕКТРИЧНІЙ ШАРУВАТО-ПЕРІОДИЧНІЙ СТРУКТУРІ, ЩО ЗНАХОДИТЬСЯ В ПЛОСКОПАРАЛЕЛЬНОМУ ХВИЛЕВОДІ
М. М. Білецький, С. А. Борисенко, Н. І. Гвоздєв
Останнім часом велику увагу привертають дослідження дефектних шарувато-періодичних структур, що межують з плазмоподібними середовищами. Це пов’язано з наявністю в таких структурах поверхневих та об’ємних електромагнітних хвиль, які можуть резонансно взаємодіяти між собою. Ефект резонансної взаємодії в дефектних шарувато-періодичних структурах ще не достатньо досліджено. У даній роботі резонансна взаємодія поверхневих та об’ємних TM-електромагнітних хвиль в одномірній дефектній діелектричній шарувато-періодичній структурі, розміщеній у плоскопаралельному хвилеводі, досліджується на основі чисельного рішення дисперсійного рівняння. Вивчаються дисперсійні та енергетичні властивості плазмових та об’ємних мод в залежності від положення дефектного шару в періодичній структурі. Показано, що особливості резонансної взаємодії плазмових та об’ємних хвиль значно залежать від геометричної конфігурації дефектної шарувато-періодичної структури. Результати наших досліджень розширюють уявлення про характер резонансної взаємодії електромагнітних хвиль у дефектних шарувато-періодичних структурах. Вони можуть бути використані при розробці нових типів радіофізичних приладів, що обробляють сигнали, в мікроелектроніці та фотоніці.
МУЛЬТИПАКТОРНІ РОЗРЯДИ В ЗАЗОРАХ ПРИСКОРЮЮЧОГО КАНАЛУ ТА ІНШИХ ОБЛАСТЯХ РЕЗОНАТОРНОЇ СТРУКТУРИ ЛІНІЙНОГО ПРИСКОРЮВАЧА ІОНІВ
Л. Д. Лобзов, Н. Г. Шуліка, В. Ф. Коваленко, В. Н. Белан, О. Н. Шуліка, А. П. Подоляк, Л. Н. Макарова
Мультипакторні розряди, що супроводжуються розмноженням електронів вторинно-електронної емісії (ВЕЕ), досягаючи електронного замикання електродів лінійного прискорювача іонів (ЛПІ), – небажані явища, що вимагають їх обов’язкового усунення. Замикання можливі й між електродами інших його проміжків. Однак у науковій літературі відсутні відомості, що вказують на порушення характеристик прискорювача, спотвореного розрядами в різних його областях. У таких випадках візуально виявляють області розрядів за межами прискорюючого каналу й усувають їх. Якщо й після цього в його зазорах відбуваються електронні замикання електродів, то їх усувають відомими доступними методами. У даному дослідженні використано сучасну схему збудження прискорювача двома ідентичними ВЧ-джерелами з незалежними позитивними зворотними зв’язками. Їх спільна робота на одне й те ж резонансне навантаження (основної або збуреної частоти) дозволяє забезпечувати в ній як стійке збудження ВЧ-напруг, так і заглушення мультипакторних процесів і розрядів. На практиці це підтверджується тим, що при малих величинах напруг і, відповідно, на передньому і задньому фронтах імпульсу струму ВЕЕ, присутня лише ініціація розмноження електронів (мультипакторні сплески). Однак і така стійка робота прискорювача була несподівано порушена грубими спотвореннями імпульсів напруг і струмів ВЕЕ. Огляд середини структури показав, що там відбуваються інтенсивні світлові розряди в різних областях прискорювача – на вході та на його периферії. На вході – це розрахунковий зазор довжини 1,353 см з ділянками паралельних торцевих поверхонь перших трубок дрейфу. На периферії – це паразитна щілина ~ 0,1...0,2 мм (виміряна при розкритому вакуумному кожусі), що утворена поверхнею структури і кінцем мідної пластини (латки, що закриває непотрібний наскрізний отвір), олов’яний припій між якими частково сублімувався. З аналізу спотворень імпульсів контрольних напруг і загальних струмів ВЕЕ стало зрозуміло, що при цьому дотримуються основні закономірності, відповідні темі даних досліджень. Візуальний огляд світності областей розрядів і аналіз характеру спотворень форм імпульсів зазначених напруг і електронних струмів дозволили однозначно характеризувати обидва зазначених розряда як мультипакторні, що суттєво полегшує їх дослідження та вибір методів заглушення. Результати дослідження розширюють знання про умови розвитку й управління мультипакторними процесами в високодобротних (Q0 >> 1) резонаторних структурах, що є необхідним для забезпечення сталості в часі характеристик ЛПІ.
ДІОДИ ГАННА НА ОСНОВІ ВАРИЗОННИХ InBN I GaBN
І. П. Стороженко, О. М. Ярошенко, Ю. В. Аркуша
Використання варизонних напівпровідників дозволяє збільшити ефективність і вихідну потужність діодів Ганна. У сполуках InBN і GaBN, на відміну від інших потрійних напівпровідникових нітридів, енергетичний зазор між долинами можна зменшити до нуля, що дає можливість знайти оптимальний розподіл BN-компоненти у варизонних сполуках для діодів Ганна. У статті наведено результати числових експериментів з генерації електромагнітних коливань у діапазоні 0,03...0,7 ТГц за допомогою n+–n–n+-діодів Ганна на основі варизонних напівпровідникових сполук InBN і GaBN при різному розподілі BN. Показано, що максимальна ефективність і вихідна потужність генерації відбувається при піковому вмісті BN у катодного контакту 30 % для InBN- і 33 % для GaBN-діодів Ганна при довжині варизонного шару, який дорівнює 0,6...0,8 мкм. При оптимальному розподілі BN варизонні InBN- і GaBN-діоди Ганна по ефективності генерації і вихідній потужності перевищують GaN-, InN-діоди в 1,07¸3,44 рази і варізонних AlGaN- і AlInN- діоди в 0,93¸1,69 рази. Споживна потужність варізонних InBN- і GaBN-діодів на 11–19 % менше споживної потужності InN-, GaN- і AlInN-діодів. Результати дослідження розширюють знання про фізичні процеси переносу носіїв заряду в складних напівпровідникових структурах і можуть бути використані для технологічних розробок нових швидкодіючих приладів на основі напівпровідникових нітридів.
КОНІЧНІ 90° ДЗЕРКАЛА ДЛЯ РЕЗОНАТОРА ЛАЗЕРА ТЕРАГЕРЦОВОГО ДІАПАЗОНУ
В. П. Радіонов, В. К. Кісельов
У середній частині терагерцового діапазону радіохвиль (~ 1 ТГц) одними з доступних джерел випромінювання є газорозрядні лазери. Юстировка дзеркал резонатора – це найбільш відповідальна та складна операція, яку доводиться виконувати в процесі експлуатації таких лазерів. Актуальним завданням є розробка лазерних резонаторів, дзеркала яких не вимагають юстирування. У роботі проведено дослідження конічних дзеркал з кутом при вершині 90°. Випробування проведено в резонаторі газорозрядного HCN-лазера на довжині хвилі 337 мкм (f = 0,89 ТГц). Результати експериментів показали, що такі дзеркала не вимагають точного юстирування. Це дає можливість підвищити стабільність випромінювання, значно спростити конструкцію лазера та знизити трудомісткість його обслуговування.
ТЕОРЕТИЧНА МОДЕЛЬ КЕРОВАНОГО СМУГОВОГО ФІЛЬТРА ТЕРАГЕРЦОВОГО ДІАПАЗОНУ З ВЕНТИЛЬНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ
К. А. Витовтов, А. Д. Архіпов
Запропоновано керований смугопропускний фільтр терагерцового (ТГц) діапазону з вентильними властивостями на основі неоднорідної анізотропної структури. З цією метою досліджено залежність відбивних властивостей анізотропних шаруватих середовищ у ТГц діапазоні від частоти, величини та напрямку магнітного поля. Базуючись на отриманих результатах, запропоновано структуру з довільними кутом падіння й орієнтацією вісі анізотропії. Для отримання найбільш прийнятних параметрів пристрою також розв’язувалась задача оптимізації. Актуальність теми зумовлена перш за все швидким розвитком ТГц систем зв’язку, саме тому особливу важливість отримує розробка керованих пристроїв та зменшення їх габаритних розмірів. Таким чином, отримані результати можуть бути цікавими для використання в сучасних системах зв’язку. Методи розрахунку, використані в роботі, повністю аналітичні та можуть бути використані у даному діапазоні частот без будь-яких обмежень. У задачі оптимізації вибір методів Монте-Карло та Ньютона зумовлено багатоекстремумним характером частотно-кутової залежності коефіцієнта відбиття анізотропних шаруватих структур.
ОСОБЛИВОСТІ ХВИЛЕВОДНО-ДІЕЛЕКТРИЧНОГО РЕЗОНАТОРА З РЕЗОНАНСНИМ КОРОТКОЗАМИКАЮЧИМ ПОРШНЕМ
Р. І. Білоус, О. П. Моторненко, І. Г. Скуратовський, О. І. Хазов
До основних параметрів резонатора відносять його частоту та добротність. Недоліком хвилеводно-діелектричного резонатора (ХДР) є зменшення його добротності при наближенні до діелектрика короткозамикаючого поршня в процесі перебудови частоти. У роботі досліджено можливість збільшення власної добротності ХДР, що перебудовується за допомогою резонансного короткозамикаючого поршня. Виявлено та вивчено негативний вплив резонансного короткозамикаючого поршня на характеристики H111-коливання в досліджуваному резонаторі 3-см діапазону. Показано, як вилучити такий вплив, щоб отримати власні частоти й добротності основного коливання в ХДР, які відповідають розрахунковим даним у всьому діапазоні частотної перебудови. Результати дослідження розширюють можливості практичного використання такого резонатора.
ВИКОРИСТАННЯ ДВОХ ЕКСПРЕС-МЕТОДІВ ІДЕНТИФІКАЦІЇ ВОДИ ПРИРОДНИХ ДЖЕРЕЛ У міліметровоМу діапазонІ хвиль
Г. В. Голубнича, О. Я. Кириченко, О. В. Кривенко, В. І. Луценко
Кожен з численних діелектрометричних методів має свої обмеження з використання, а саме: агрегатний стан речовини, діапазон електромагнітного спектра частот, що використовуються, величини діелектричної проникності й електромагнітних втрат в речовині і т. д. Зокрема, на сьогодні обмежено можливості експрес-методів діелектрометрії рідких речовин з великими втратами в міліметровій (мм) області електромагнітного спектра. Нові можливості в цій області відкриваються при просуванні капілярно-хвилеводного методу в короткохвильову область мм діапазону та при використанні запропонованого методу струни, що коливається. Показано, що ці методи дозволяють проводити визначення дійсної складової діелектричної проникності в сильно поглинаючих рідинах, якими є слабкі водні розчини. Ідентифікаційними параметрами в капілярно-хвилеводному методі обрано амплітуду вимірюваного резонансного сигналу, а в методі струни, що коливається, – довжину хвилі в досліджуваній рідині, в даному випадку зразків води, взятих з деяких джерел Харківського регіону. Встановлено високе значення кореляції ідентифікаційних параметрів цих двох методів, що підтверджує ефективність і вірогідність використання цих експрес-методів для ідентифікації рідин з високими електромагнітними втратами в мм діапазоні довжин хвиль. Показано можливість використання пропонованих методів для експрес-ідентифікації слабких водних розчинів, наприклад фармакологічних препаратів, виноматеріалів і т. д.