2014, т. 5(19), № 4
ВИНИКНЕННЯ КВАНТОВОГО (ХВИЛЬОВОГО) ХАОСУ В ЦИЛІНДРИЧНОМУ РЕЗОНАТОРІ З СИНГУЛЯРНИМИ ЗБУРЕННЯМИ
Є. М. Ганапольський
У діапазоні частот 26…38 ГГц експериментально вивчено частотні спектри квазіоптичного циліндричного НВЧ-резонатора зі вставленими в нього тонкими металевими стрижнями, що грають роль сингулярних збурень. Визначено залежність характеру спектра від числа стрижнів–збурень в резонаторі. Встановлено, що при малому числі збурень в спектрі спостерігається пуассонівський розподіл мiжчастотних (МЧ) інтервалів. Це свідчить про те, що в даному випадку система є квазірегулярною і в ній не спостерігаються ознаки квантового (хвильового) хаосу (КХ). Проте при зростанні числа сингулярностей спектр системи якісно змінюється: розподіл МЧ-інтервалів наближається до вігнерівського, яке свідчить про появу ефекта «відштовхування» рівнів у спектрі та присутність у системі КХ. Таким чином, експериментально встановлено, що КХ виникає в квазірегулярній системі лише при досить великому числі сингулярних збурень.
ЧИСЕЛЬНО-АНАЛІТИЧНИЙ МЕТОД РОЗВ’ЯЗАННЯ ЗАДАЧ ДИФРАКЦІЇ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ НА НЕОДНОРІДНИХ АНІЗОТРОПНИХ ШАРАХ
А. В. Бровенко, П. М. Мележик, А. Ю. Поєдинчук
Запропоновано чисельно-аналітичний метод для визначення амплітуд відбиття та проходження плоскої лінійно поляризованої електромагнітної хвилі, що падає під нахилом на неоднорідний анізотропний діелектричний шар, елементи тензора якого залежать тільки від однієї просторової координати. Основою методу є побудова спеціальних розв’язків задачі Коші для рівняння Рікатті, що дає можливість у рамках єдиного підходу якісно дослідити процес дифракції хвиль на електродинамічних структурах такого типу. Ефективність запропонованого методу показано на низці приладів чисельного розв’язання задач дифракції на неоднорідних гіротропних плазмоподібних шарах. Одержано довгохвильову асимптотику для коефіцієнта відбиття плоскої однорідної хвилі від неоднорідного гіротропного шару враховуючи те, що елементи тензора останнього не залежать від частотного параметра.
ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦІНКИ ПОВНОГО ВМІСТУ ВОЛОГИ ТРОПОСФЕРИ НАД ХАРКІВСЬКИМ РЕГІОНОМ ЗА ДОПОМОГОЮ GPS-ВИМІРЮВАНЬ
О. Л. Коворотний, Ю. В. Гончаренко, В. М. Горобець, Ф. В. Ківва, А. І. Горб, А. Ю. Балан
Одним із метеорологічних параметрів, що безпосередньо впливають на поширення мікрохвиль в атмосфері, є вологість та її просторово-часовий розподіл. У роботі розглянуто результати вимірювання загального вмісту вологи атмосфери над Харківським регіоном за допомогою навігаційної системи GPS, що чисельно наведені до кількості осадженої вологи у вертикальному стовпі над приймачем по різним моделям. Проведено порівняльний аналіз результатів розрахунків по 10 тропосферним моделям залежно від різних погодних умов. Показано, що певні переваги мають дві моделі: Saastamoinen – для літа та Hophield – для весняного та осіннього періодів, що відображає регіональні особливості тропосфери, пов’язані з особливостями циркуляції повітря і температурним режимом. Використання оптимальної моделі дозволяє зменшити помилку визначення вмісту вологи в атмосфері у 3…5 рази.
УСУНЕННЯ НЕОДНОЗНАЧНОСТІ РОЗВ’ЯЗАННЯ ЗВОРОТНОЇ ЗАДАЧІ З ВІДНОВЛЕННЯ ІНТЕНСИВНОСТІ ДОЩУ ЗА ДОПОМОГОЮ ДВОЧАСТОТНОГО РАДІОЛОКАЦІЙНОГО ЗОНДУВАННЯ
Г. Б. Веселовська, О. А. Войтович, Г. І. Хлопов
З використанням числового моделювання проаналізовано залежність ефективної площі розсіювання дощових крапель від їх діаметра для різних значень використовуваних довжин хвиль. Показано, що в короткохвильовій частині діапазону НВЧ (λ< 3.2 см) вона має немонотонний характер, зумовлений резонансним розсіюванням електромагнітних хвиль на краплях дощу. Використання комбінацій робочих довжин хвиль λ1 = 3.2 см, λ2 = 10 см, а також λ1 = 5.5 см, λ2 = 10 см не дозволяє застосувати двочастотний метод дистанційного зондування для відновлення мікроструктурних параметрів опадів, тому що залежність диференційної ефективної площі розсіювання від розмірів частинок практично відсутня. Отримано систему нерівностей, яка дозволяє вирішити проблему неоднозначності при відновленні інтенсивності дощу за даними двочастотного зондування при використанні меншої довжини хвилі λ1 = 8 мм. Показано, що використання довгохвильової смуги НВЧ-діапазону призводить до зменшення значення радіолокаційної відбиваності дрібнокрапельної частини опадів, а також потребує суттєвого підвищення енергетичного потенціалу метеорологічної радіолокаційної станції та робить більш жорсткими вимоги до точності проведення вимірювань.
ВИМІР КУТІВ МІСЦЯ ЦІЛЕЙ НАД МОРЕМ З ВИКОРИСТАННЯМ МЕТОДУ ROOT-MUSIC. ВИБІР РІШЕННЯ
Ю. О. Педенко
Роботу присвячено проблемі підвищення точності радіолокаційного вимірювання кутів місця маловисотних цілей над морем при використанні методу root-MUSIC, який розглядається фахівцями як один із засобів вирішення даної проблеми. Одним із завдань, без вирішення якого неможливо ефективне використання розглянутого методу, є практично не досліджена задача вибору рішення, що відноситься до цілі, із сукупності декількох отриманих рішень, кількість яких визначається розмірністю підпростору сигналів. Використовуючи комп’ютерне моделювання, отримано й проаналізовано розподіл сукупності виміряних кутів місця для різних ступенів хвилювання моря, при різній кількості просторових вибірок сигналу на заданому розкриві антенної решітки, різної розмірності підпростору сигналів. Розраховано кутомісцеву залежність середньоквадратичних похибок вимірювання кута місця при використанні декількох запропонованих правил вибору рішення. Розроблено вимоги до антенних решіток, що використовуються в пристроях вимірювання кута місця, виконання яких дозволяє зменшити похибки вибору. Запропоновано правила, які ефективно вирішують задачу правильного вибору. Результати дослідження розширюють уявлення про шляхи вдосконалення методів і пристроїв вимірювання кутів місця маловисотних цілей над морем.
МОНІТОРИНГ ПІКОВИХ ЧАСТОТ ШУМАНІВСЬКОГО РЕЗОНАНСУ ТА АНАЛЕММА
О. П. Ніколаєнко
Зіставлено багаторічні спостереження сезонних варіацій першої пікової частоти шуманівського резонансу, що реєструється у вертикальній електричній компоненті поля, зі змінами середнього сонячного часу (аналемма). Використовуються записи угорської обсерваторії Надьченк (47,6° п.ш., 16,7° с.д.). Добові варіації частоти усереднювалися протягом кожного місяця і з них визначали діапазон (розмах) змін. Використовувалися як безпосередньо сезонні зміни розмаху частоти, так і сума річних і піврічних складових цієї величини, виділена за допомогою сингулярного спектрального аналізу. Показано, що добово-сезонні зміни відтворюється рік від року. Проведено порівняння даних глобального електромагнітного резонансу з періодичними змінами середнього сонячного часу. Останні пов’язані з еліптичністю земної орбіти, тому центр сонячного диску, що спостерігається протягом року описує на небі петлеподібну криву – аналемму. Вперше проводиться кореляційний аналіз десятирічних безперервних записів і демонструється видатна подібність електромагнітних то астрономічних даних. Обговорюється, як можна пояснити зв'язок між цими двома, на перший погляд незалежними процесами.
АНАЛіЗ трьох ДИФЕРЕНЦійНиХ КОНФіГУРАЦіЙ ГЕОРАДАРіВ
ВІДНОСНО якості відОБРАЖЕНнЯ ПІДПОВЕРХНевиХ ОБ’єКТіВ
Л. А. Варяниця-Рощупкіна, Дж. Дженнареллі, Ф. Сольдов’єрі, Г. П. Почанін
Якість радіолокаційних зображень об’єктів, що треба виявити, безпосередньо залежить від якості одержуваних георадіолокаційних даних. Одним із шляхів підвищення інформативності таких даних є використання не традиційних (моностатичної, бістатичної), а альтернативних (наприклад, диференційних) антенних систем. Мета роботи полягає у тому, щоб проаналізувати й порівняти візуалізаційні можливості диференційних конфігурацій антенних систем, що складаються з приймальної антени – передавальної антени – приймальної антени, у яких приймальні антени симетрично зміщені відносно передавальної антени вздовж трьох ортогональних напрямків. Для цього виконано FDTD-моделювання радарограмм для кожної вимірювальної конфігурації. Для обробки диференційних даних полів розсіювання та порівняння між системами використано метод мікрохвильової томографії. Встановлено, що тільки система з вертикально рознесеними антенами здатна забезпечити найбільш реалістичне зображення незалежно від форми досліджуваного об’єкта. Проведені дослідження показали перспективність застосування такої системи в практичних задачах георадіолокаційного зондування.
ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТРОПОСФЕРНОЇ РЕФРАКЦІЇ В ЗОНІ ТІНІ ПО ВИПРОМІНЮВАННЮ ВІДДАЛЕНОГО ДЖЕРЕЛА
ЧАСТИНА 2. ЕКСПЕРИМЕНТ
В. О. Кабанов, Г. М. Моргун, В. Б. Синицький, І. С. Тургенєв
Оперативна оцінка тропосферної рефракції є актуальною задачею, необхідною для підвищення ефективності роботи радіотехнічних систем. У статті подано результати експериментальних досліджень тропосферної рефракції над морем по сигналам супутників навігаційної системи GPS. Особливістю роботи є використання зони тіні, у якій характеристики сигналів найбільш мінливі та чутливі до варіацій рефракції. Для підсилення сигналів GPS в області тіні застосовано параболічну антену. В експериментах, що використовують радіозаходи супутників GPS над морем, спостерігаються реалізації сигналів, які відповідають стандартній, підвищенній рефракції та хвилеводному поширенню. За експериментальними даними відновлюються градієнти висотного профілю коефіцієнта заломлення n(h) приводного шару тропосфери, обчислені в відповідності з розробленою моделлю по куту радіозаходу та крутизні дифракційної ділянки множника послаблення. Вони зрівнюються з ефективними градієнтами, відновленими по рівням сигналів на приводній загоризонтній трасі. Коефіцієнти кореляції масивів градієнтів, визначених по даним на приводній та супутникових трасах, по відлікам у близьких сеансах складають ~0,53…0,78, при усередненні даних зростають до 0,85…0,9. Результати проведених експериментів можуть бути використані при розробці систем супутникової діагностики тропосферної рефракції.
ВТРАТИ ЕНЕРГІЇ ЗАРЯДЖЕНОЇ ЧАСТИНКИ НА ЗБУДЖЕННЯ ВЛАСНИХ ХВИЛЬ У ЦИЛІНДРИЧНИХ СТРУКТУРАХ З ДВОВИМІРНИМ ЕЛЕКТРОННИМ ГАЗОМ
А. В. Дормидонтов, Ю. В. Прокопенко, С. І. Ханкіна, В. М. Яковенко
Однією з актуальних проблем сучасної радіофізики є дослідження фундаментальних властивостей твердотільних структур, які містять нанорозмірні фрагменти. Дослідження механізмів збудження електромагнітних хвиль при русі заряджених частинок в різноманітних електродинамічних системах складають основу електроніки. При цьому до числа принципово важливих характеристик структур відносяться їх дисперсійні рівняння. Вони дозволяють визначити місце електродинамічних структур в радіофізичних системах різноманітного призначення. Інформаційною характеристикою є втрати енергії зарядженої частинки в одиницю часу на збудження в системі власних хвиль і/або коливань. В електростатичному наближенні отримано дисперсійні рівняння, що характеризують власні моди напівпровідникового (або діелектричного) циліндра з шаром двовимірного електронного газу на його бічній поверхні, а також визначено втрати енергії зарядженої частинки, яка рухається по спіральній траєкторії навколо такої структури. Отримано дисперсійні залежності власних повільних хвиль системи та знайдено втрати енергії частинки, що рухається в зовнішньому магнітному полі, вектор напруженості якого спрямований паралельно поздовжній осі симетрії циліндричної структури. Визначено особливості магнітотормозного резонансу системи (ефекту Доплера). Досліджено структури як з плазмовим шаром, так і без нього, власні частоти яких знаходяться в терагерцовому діапазоні. Проведено порівняння спектрів власних частот досліджуваних систем. Вивчено вплив поверхневого нанорозмірного плазмового шару на власні частоти напівпровідникового і діелектричного циліндрів. Результати досліджень розширюють наші уявлення про електродинамічні властивості систем з плазмоподібними середовищами та систематизують знання про механізми збудження електромагнітних хвиль в електродинамічних системах, які складають основу мікрохвильових пристроїв.
ВІДКРИТА РЕЗОНАНСНА СИСТЕМА З ФОКУСУЮЧИМ ДЗЕРКАЛОМ, ЩО СКЛАДАЄТЬСЯ З ДЕКІЛЬКОХ РЕФЛЕКТОРІВ З ЦИЛІНДРИЧНОЮ ПОВЕРХНЕЮ
В. С. Мірошниченко, Є. О. Ковальов
Забезпечення достатньої довжини простору взаємодії в генераторах дифракційного випромінювання, що працюють в терагерцoвому діапазоні, є актуальною задачею дифракційної електроніки. Одним із способів розв’язання цієї задачі є використання у відкритій резонансній системі генератора зіставного фокусуючого дзеркала. Мета даної роботи – це експериментальне дослідження властивостей резонансних мод у відкритій резонансній системі із фокусуючим дзеркалом, складеного із декількох рефлекторів з циліндричною поверхнею однакового радіуса кривизни. Для випадку H-поляризації встановлено структуру поля та добротність резонансних мод у смузі перестроювання частоти f = 25÷38 ГГц при використанні фокусуючого дзеркала, що складається з двох, трьох і чотирьох циліндричних рефлекторів. Для роботи генератора дифракційного випромінювання на основній TEM00q-моді найбільш прийнятна відкрита резонансна система з фокусуючим дзеркалом із двох циліндричних рефлекторів. При використанні фокусуючого дзеркала, що складається із n ≥ 2 циліндричних рефлекторів, добрі властивості мають TEM(n–1)0q-моди при співпаданні нулів резонансного поля зі стиками циліндричних поверхонь, зокрема, при n = 2 структура поля TEM10q-моди має супергаусовий характер.
СТРОБОСКОПІЧНЕ ПЕРЕТВОРЕННЯ СИГНАЛІВ ПРИ АНАЛОГОВОМУ НАКОПИЧЕННІ
В. П. Рубан, О. О. Шуба, О. Г. Почанін, Г. П. Почанін
Застосування аналогового накопичення в стробоскопічному перетворювачі веде до збільшення динамічного діапазону стробоскопічного приймального пристрою. Однак у науковій літературі немає відомостей про те, як впливає аналогове накопичення на характеристики стробоскопічного перетворювача. Для з’ясування цього авторами розв’язано модельну задачу стробоскопічного перетворення та проведено відповідні експерименти для перевірки теоретичних висновків. Досліджено вплив аналогового накопичення сигналів на такі характеристики стробоскопічного перетворювача: коефіцієнт передачі, перехідна характеристика, робоча смуга частот. Дослідження показало, що аналогове накопичення призводить до зменшення часу зростання перехідної характеристики та, відповідно, до розширення робочої смуги частот перетворювача. При цьому коефіцієнт передачі залишається незмінним. Результати дослідження корисні в практичному плані для створення високочутливої надширокосмугової вимірювальної апаратури.
РЕЗОНАТОРНІ МЕТОДИ ВИМІРЮВАННЯ ПОКАЗНИКА ЗАЛОМЛЕННЯ ПРОЗОРИХ РЕЧОВИН У ТЕРАГЕРЦОВОМУ ДІАПАЗОНІ
М. І. Дзюбенко, В. К. Кісельов, В. П. Радіонов
Вимірювання показника заломлення прозорих речовин в терагерцовому (ТГц) діапазоні буває необхідним при розробці різноманітних приладів і систем, що працюють у цьому діапазоні. Субміліметрові лазери є одними з найдоступнійших джерел когерентного ТГц випромінювання і мають особливості, що дозволяють здійснювати вимірювання показника заломлення. Подано методику оперативного вимірювання показника заломлення прозорих речовин, розташованих у квазіоптичному резонаторі, за допомогою когерентного електромагнітного випромінювання ТГц діапазону. Здійснено тестові вимірювання показника заломлення. Проведено обґрунтування зменшення похибки вимірювання показника заломлення з урахуванням фізики процесів в міждзеркальному просторі резонансної системи субміліметрового лазера. Показано, що при розміщенні досліджуваної речовини всередині резонатора ТГц лазера може бути значно підвищено точність вимірювання показника заломлення. Подані методики вимірювання показника заломлення прозорих речовин у ТГц діапазоні можуть знайти застосування в різноманітних галузях науки, техніки і медицини.