2014, т. 5(19), № 3
ДОСЛІДЖЕННЯ СПЕКТРАЛЬНИХ І ПОЛЯРИЗАЦІЙНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ШАРУВАТИХ КІРАЛЬНИХ СЕРЕДОВИЩ
М. М. Білецький, С. Ю. Полевой, С. І. Тарапов
Дослідження шаруватих кіральних середовищ цікаве для фундаментальної і прикладної фізики. Такі середовища можуть застосовуватися для створення НВЧ-пристроїв, таких як поляризатори і фільтри. Незважаючи на те що спектральні й поляризаційні характеристики шаруватих середовищ на сьогодні вивчені досить добре, шаруваті кіральні середовища вивчені ще недостатньо. Нами досліджено спектральні й поляризаційні характеристики шаруватих кіральних середовищ з використанням методу матриць поширення. Отримано коефіцієнти матриці поширення для шарувато-періодичного кірального середовища. Обчислено коефіцієнти проходження та відбиття лінійно поляризованих електромагнітних хвиль для структури, що складається з плоских кіральних шарів. Визначено межі заборонених зон для періодичного середовища, елементарна комірка якої складається з двох різних кіральних шарів. Показано, що межі заборонених зон не залежать від параметра кіральності шарів, що входять в структуру. Знайдено, що при певних значеннях товщин шарів ширина заборонених зон стає рівною 0. Відзначено, що запропоновану методику розрахунку коефіцієнтів відбиття і проходження можна використовувати для визначення ефективних матеріальних параметрів штучних кіральних мета матеріалів.
ПІДВИЩЕННЯ СПРЯМОВАНОСТІ ВИПРОМІНЮВАННЯ КІЛЬЦЕВОЇ АНТЕННОЇ РЕШІТКИ
М. В. Балабан, А. В. Сомов
Кругові антенні решітки, що складаються з одного й декількох кілець однотипних випромінювачів, викликають особливий інтерес останнім часом. Це пов’язано з можливістю застосування таких решіток при створенні потужних передавальних пристроїв. У роботі наведено результати дослідження властивостей кільцевої антенної решітки лінійної поляризації, що складається з одного та декількох кілець однотипних випромінювачів. Як випромінювачі було розглянуто елементарні й комплексні елементи Гюйгенса. Вивчено зміну діаграми спрямованості при варіації радіуса решітки, збільшенні кількості її випромінювачів і підвищенні спрямованості випромінювання кожного елемента. Показано можливість поліпшення характеристики спрямованості випромінювання антенної решітки при збільшенні кількості її кілець. Наведено приклад моделювання приймально-передавальної антенної системи з випромінювачем у вигляді чотирьохкільцевої антенної решітки з високим коефіцієнтом посилення та низьким рівнем бічних пелюсток.
АНАЛІЗ ВЛАСТИВОСТІ ШИРОКОСМУГОВОСТІ БІКОНУСА З ОДНИМ СКІНЧЕННИМ ПЛЕЧЕМ
О. М. Шарабура
Біконічні структури є базовими для дослідження електродинамічних характеристик вібраторів, монополів і біконічних антен. Такі структури досліджуються в основному наближеними методами. Тут використано математично строгий підхід для аналізу електродинамічних характеристик металевого біконуса, сформованого зі скінченного та напівнескінченного конусів за довільних значень кутових параметрів та довжини твірної. Досліджено розподіл поля в околі краю біконуса, частотні залежності модулів комплексних амплітуд основних мод та діаграми спрямованості. Отримані результати можливо використовувати для розрахунку параметрів біконічних антен.
ВІДНОВЛЕННЯ ІНТЕНСИВНОСТІ РІДКИХ ОПАДІВ ЗА ДОПОМОГОЮ БАГАТОЧАСТОТНОГО АКТИВНО-ПАСИВНОГО ЗОНДУВАННЯ
А. М. Лінкова, Г. І. Хлопов
Розробка методів дистанційного зондування рідких опадів є актуальним завданням як для практичного застосування у різних областях сільського господарства, так і для розв’язання теоретичних задач фізики атмосфери. Розглядається метод відновлення інтенсивності рідких опадів за допомогою активно-пасивного зондування на основі двочастотного радара й радіометра. Отримано вирази для активно-пасивного зондування дощів у вигляді системи трьох інтегральних рівнянь. Запропоновано алгоритм розв’язання оберненої задачі числовими методами, заснований на використанні бази даних прийнятих потужностей двочастотного радара і радіояскравісної температури радіометра, розрахованих через розв’язання прямої задачі активно-пасивного зондування для різних значень параметрів розподілу крапель за розмірами. Проведено числове моделювання активно-пасивного зондування рідких опадів в діапазоні інтенсивності до 30 мм/год і для довжин хвиль радара 8,2 мм і 3,2 см та 3,4 см для радіометра. Показано, що запропонований алгоритм дозволяє відновлювати інтенсивність дощу з похибкою не більше 10 %.
ПЕРЕРІЗ ЗВОРОТНОГО РОЗСІЮВАННЯ НЕСФЕРИЧНИМИ ЧАСТИНКАМИ ДОЩУ
Г. Б. Веселовська, Г. І. Хлопов
Радіолокаційним методам вимірювання характеристик рідких опадів приділяється значна увага у зв’язку з дослідженнями фізичних процесів у атмосфері, а також при розв’язанні прикладних задач. Проте існуючі методи розрахунків характеристик відбиття засновані на припущенні про сферичну форму частинок опадів, а форма реальних крапель дощу у більшості випадків має несферичну форму. Тому нами розглянуто результати дослідження зворотного розсіювання від еліпсоїдальних крапель і крапель Пруппахера-Піттера, які найбільш широко використовуються при описі несферичних частинок. При цьому як метод розрахунку використовується наближення дипольного розсіювання та строгий метод моментів. Порівняльні розрахунки проведено для горизонтальної та вертикальної поляризацій падучого поля у діапазонах довжин хвиль l = 0,8; 3,2; 5,5 і 10 см, які дозволили отримати значення похибки обчислення ефективної площі розсіювання крапель при використанні наближених методів. Крім цього запропоновано поліноміальну апроксимацію результатів строгих обчислень і знайдено коефіцієнти розкладання, що дозволило використовувати отримані дані при обчисленні характеристик розсіювання у випадку полідисперсного середовища.
ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТРОПОСФЕРНОЇ РЕФРАКЦІЇ В ЗОНІ ТІНІ ПО ВИПРОМІНЮВАННЮ ВІДДАЛЕНОГО ДЖЕРЕЛА. ЧАСТИНА 1. МОДЕЛЬ
В. Б. Замараєв, В. Б. Синицький
Оцінка тропосферної рефракції по сигналам штучних супутників Землі (ШСЗ) є актуальною задачею, тому що відноситься до практично важливої проблеми короткострокової діагностики умов поширення радіохвиль. Стаття присвячена розробці моделі, імітуючої захід ШСЗ в області геометричної тіні, у якій ефекти тропосферної рефракції максимальні. Модель використовує числові розрахунки, які ґрунтуються на дифракційних та геометрооптичних побудовах. Так як у випадку з віддаленим джерелом концепція еквівалентного радіуса Землі незастосовна, розрахунки проведено для Землі натурального радіуса. Результати розрахунків множника послаблення в області геометричної тіні, виконаних по дифракційній теорії для віртуального джерела, трансформуються на горизонт реального віддаленого джерела за допомогою геометрооптичної моделі для шарово-стратифікованої атмосфери. Використовується принцип, який встановлює рівність множників послаблення на трасах із загальною загоризонтною ділянкою. Розрахунки множника послаблення виконано для набору лінійно-експоненціальних профілів коефіціента заломлення тропосфери при різних приземних значеннях і градієнтах (від стандартної до майже критичної рефракції). Одержані характеристики можуть бути використані для розв’язання зворотної задачі рефракції – відновлення градієнта коефіцієнта заломлення приводного шару тропосфери. Показано, що інформативними параметрами для оцінки рефракції є кут радіозаходу та крутизна дифракційної ділянки множника послаблення.
КЕРУВАННЯ ВІДБИВНОЮ ЗДАТНІСТЮ ШАРУВАТОГО НАДПРОВІДНИКА ЗА ДОПОМОГОЮ СТАТИЧНОГО МАГНІТНОГО ПОЛЯ
Т. Н. Рохманова, З. А. Майзеліс, С. С. Апостолов, В. А. Ямпольський
Високотемпературні шаруваті надпровідники є матеріалами, які підтримують поширення електромагнітних хвиль терагерцового діапазону, що є перспективним з точки зору різноманітних застосувань. Можливість керування коефіцієнтом відбиття хвилі за допомогою зовнішнього постійного магнітного поля становить особливий інтерес, оскільки магнітне поле є гнучким інструментом настройки прозорості зразків шаруватих надпровідників. У роботі показано, що завдяки нелінійному зв’язку електромагнітного поля зі струмом у шаруватому надпровіднику коефіцієнт відбиття електромагнітної хвилі залежить від величини зовнішнього магнітного поля. При цьому наявність магнітного поля може призводити як до збільшення, так і до зменшення коефіцієнта відбиття. Знайдено аналітичні вирази для коефіцієнта відбиття та проаналізовано його поведінку при зміні параметрів задачі. Особливу увагу приділено проблемі мінімізації коефіцієнта відбиття в функції кута падіння, величини статичного магнітного поля та частоти хвилі. Визначено умови практично повного зменшення коефіцієнта відбиття. Отримані результати можливо використовувати для конструювання фільтрів, детекторів і джерел терагерцового випромінювання.
ВПЛИВ АНІЗОТРОПІЇ ПОКАЗНИКА ЗАЛОМЛЕННЯ НА ОПТИЧНІ ТА ГЕНЕРАЦІЙНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРНИХ МАТРИЦЬ НА ОСНОВІ АКТИВОВАНИХ БАРВНИКАМИ ПОЛІУРЕТАНІВ
С. В. Ніколаєв, В. В. Пожар, М. І. Дзюбенко
Останнім часом зріс інтерес до досліджень, спрямованих на створення ефективних твердотільних лазерів на барвниках. Більшу частину цих досліджень присвячено синтезу твердих активних середовищ на основі прозорих полімерів різної хімічної природи. Одним із класів полімерів, які можуть бути використані в лазерних технологіях, є поліуретан і його похідні. У порівнянні з іншими типами полімерних середовищ поліуретанові середовища досліджені значно менше. Зокрема, це стосується їх оптичних властивостей. Роботу присвячено вивченню причин виникнення анізотропії показника заломлення поліуретанових активних середовищ і дослідженню її впливу на оптичні та генераційні характеристики лазерних матриць. Встановлено, що оптично анізотропний стан середовища зумовлений як внутрішніми напруженнями поліуретану внаслідок міжмолекулярної взаємодії, так і наведеними потуж-ним накачуванням термічними напруженнями. Показано, що оптична анізотропія середовищ приводить до наявності в них локального двопроменезаломлення. Досліджено вплив наведеного поперечним накачуванням двопроменезаломлення на поляризацію лазерного випромінювання. Встановлено, що за таких умов поліуретанові активні елементи генерують поляризоване випромінювання навіть при збудженні неполяризованим світлом.
АКТИВНИЙ ОПІР ФАКЕЛЬНОГО РОЗРЯДУ ТА ЧАСТОТНА ЗАЛЕЖНІСТЬ НАЙМЕНШОЇ ДЛЯ ЙОГО ПІДТРИМКИ НАПРУГИ ВЧ-ГЕНЕРАТОРА
О. О. Пузанов, Б. П. Єфімов, О. М. Кулешов
Актуальність розглянутої задачі зумовлено необхідністю знизити енергоспоживання установки, призначеної для збудження та довготривалої підтримки горіння факельного розряду (ФР), під час промислового її використання, а також складнощами досліджень ФР в широкому частотному діапазоні. Задачу зведено до розробки метода вимірювання такої важливої характеристики ФР, як його активний опір. У науковій літературі описано достатньо складні та коштовні методи отримання результату. У цій статті одержано формули, які дозволяють визначити активний опір ФР потужністю до 1 кВт за результатами вимірювань на двох частотах найменших напруг генератора, необхідних для підтримки горіння ФР. Також побудовано частотні залежності для цих напруг. Виведено прості оціночні вирази для параметрів ФР, порівнюється їх точність у різних випадках. Знайдено область смуги частот, у якій одержані вирази залишаються вірними. Запропонований метод дозволяє суттєво спростити одержання результату внаслідок зниження вартості та складності вимірювальної установки. Виконана робота сприяє більш ефективному використанню матеріально-технічних ресурсів.
ЕФЕКТИВНІСТЬ ГЕНЕРАЦІЇ ПЛАНАРНОГО ДІОДА З ТУНЕЛЬНИМ АНОДОМ І ТУНЕЛЬНОЮ БІЧНОЮ МЕЖЕЮ
Е. Д. Прохоров, О. В. Боцула, О. А. Реутіна
Освоєння міліметрового й субміліметрового діапазонів є однією з актуальних задач радіофізики. Проте на сьогодні набір активних елементів, що здатні працювати у вказаних діапазонах, є обмеженим. Одним із варіантів такого актив-ного елемента є запропонований прилад – діод з тунельною бічною межею (ТБМ) і тунельним анодом (ТА). У роботі до-сліджуються вольтамперні характеристики й ефективність генерації планарних діодів з ТА і ТБМ на основі GaAs з метою визначення впливу параметрів ТА і ТБМ на вольтамперні характеристики й ефективність генерації на низьких і високих частотах, а також оцінки частотної межі роботи діодів. Дослід-ження показало можливість генерації діодами з ТА і ТБМ в діапазоні десятки-сотні гігагерців та можливість існування двох ділянок негативної диференціальної провідності та двох зон генерації по напрузі. Результати досліджень дозволили визначити основні властивості діодних структур, що були запропоновані, і є орієнтиром для подальшого детального аналізу фізичних процесів в них та практичній реалізації.
АНАЛІТИЧНА ТЕОРІЯ ФОРМУВАННЯ СТАТИЧНОГО ЕЛЕКТРОННОГО ПОТОКУ У ПРОСТОРІ ВЗАЄМОДІЇ ГЕНЕРАТОРА ДИФРАКЦІЙНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
В. М. Желтов, О. І. Цвик
Основним завданням сучасної вакуумної електроніки є підвищення енергетичних характеристик генераторів і збільшення частотного діапазону їх роботи. Вперше за допомогою аналітичної теорії наведено дослідження фізичних процесів формування статичного стрічкового електронного потоку (ЕП) у просторі взаємодії генератора дифракційного випромінювання (ГДВ). Вивчаються процеси формування ЕП біля поверхні дифракційної ґратки при зміні різних фізичних й технічних параметрів електронно-оптичної системи ГДВ з діодною електронною гарматою, зокрема від відстані між дзеркалами та параметрів електронної гармати. Виявлено, що в ГДВ та класичних приладах О-типу ЕП відрізняються.
ПОШИРЕННЯ І ФОКУСУВАННЯ МОД ДІЕЛЕКТРИЧНОГО РЕЗОНАТОРА ТЕРАГЕРЦОВОГО ЛАЗЕРА
O. В. Гурін, А. В. Дегтярьов, В. О. Маслов, В. А. Свіч, В. С. Сенюта, О. М. Топков
Циліндричні векторні пучки мають безліч застосувань, у тому числі прискорення електронів, обробку матеріалів, метрологію високого розділення, мікроеліпсометрію і спектроскопію. Результати досліджень особливостей їх поширення і фокусування в терагерцовому діапазоні практично відсутні. Теоретично на основі векторної теорії Релея-Зоммерфельда й експериментально з використанням випромінювання хвилевідного терагерцового лазера (l = 0,4326 мм) проведено дослідження фізичних особливостей поширення у вільному просторі та помірного й гострого фокусування лазерних пучків випромінювання, які збуджуються модами діелектричного резонатора з круглим хвилевідом із різною просторовою поляризацією поля. Отримані результати розширюють знання про особливості поширення в різних зонах дифракції та фокусування лазерних пучків терагерцового діапазону.
ДИФЕРЕНЦІАЛЬНІ ФАЗОВІ СЕКЦІЇ НА ОСНОВІ ПОДВІЙНОГО ПРОМЕНЕЗАЛОМЛЕННЯ ФОРМИ В ТЕРАГЕРЦОВОМУ ДІАПАЗОНІ ЧАСТОТ
В. І. Безбородов, О. С. Косяк, Є. М. Кулешов, В. В. Ячін
При побудові поляризаційних радіовимірювальних трактів терагерцового діапазону широке застосування знаходять перетворювачі поляризації, основними елементами яких є диференціальні фазові секції (ДФС). Застосування субміліметрових хвиль дозволяє здійснити дослідження в області радіоастрономії, радіоспектроскопії, біології, медицині, фізики атмосфери і т. д. У зв’язку з тим, що в терагерцовому діапазоні використовуються квазіоптичні лінії передач, виправданий перехід до оптичних принципів побудови ДФС із застосуванням діелектриків з подвійним променезаломленням. Таку властивість мають деякі кристали (сапфір, ісландський шпат, кварц і т. д.). У роботі розглянуто штучні діелектричні структури з подвійним променезаломленням форми з періодом структури, порівнянним з довжиною хвилі (відомо про класичні методи розрахунку таких структур з періодом, значно меншим довжини хвилі). Розглянуто штучні діелектричні структури з подвійним променезаломленням форми з періодом структури, порівнянним з довжиною хвилі. Було застосовано чисельний метод інтегральних функціоналів в частотній області для багатомодової задачі розсіювання. Цей метод базується на тривимірних інтегральних рівняннях для еквівалентного електричного і магнітного струму поляризації періодичного середовища. Також розглянуто умови узгодження таких структур із вільним простором. Узгодження здійснюєть-ся за допомогою діелектричних шарів. Було проведено експериментальне дослідження макетів таких ДФС, результат яких підтвердив правильність вибору таких структур та умов їх узгодження.
КАЛІБРУВАННЯ ТОНКОДРОТЯНОГО БОЛОМЕТРА ЕНЕРГІЇ ІМПУЛЬСУ ЛАЗЕРА НА ДОВЖИНІ ХВИЛІ 1,06 МКМ
С. В. Погорєлов
Одним із пріоритетних напрямів удосконалення квантово-оптичних засобів є підвищення потужності лазерного випромінювання та поліпшення його просторово-часових параметрів. При цьому важливими залишаються питання високоточного вимірювання цих параметрів у реальних умовах функціонування лазерних пристроїв. При вимірюванні характеристик високоенергетичних лазерних пучків виникають специфічні особливості процесу реєстрації, які викликані нелінійним характером взаємодії потужного лазерного випромінювання з матеріалом приймача. Метою роботи є визначення функції перетворення тонкодротяним болометром енергії імпульсу лазерного випромінювання на довжині хвилі 1,06 мкм з урахуванням нелінійності, що виникає, та нерівномірності розподілу інтенсивності по поверхні прийомного елемента. З урахуванням отриманих температурних залежностей основних фізичних параметрів болометра розв’язане рівняння теплового балансу. Отримано залежності ефективної температури нагріву болометра від ефективної питомої енергії лазерного випромінювання, що падає на болометр. Обернена функція апроксимована поліномом другого ступеня, яка є функцією перетворення. Отримано числові значення коефіцієнтів кубічного рівняння вимірювання та їх відносні середньоквадратичні відхилення, що дозволяє проводити абсолютні вимірювання енергетичних параметрів лазерного випромінювання на довжині хвилі 1,06 мкм тонкодротяними болометрами. Таким чином, обґрунтовано методику абсолютного калібрування тонкодротяного болометру енергії імпульсу лазерного випромінювання на довжині хвилі 1,06 мкм.