2015, т. 6(20), № 1
ПРОХОДЖЕННЯ ХВИЛЬ ЧЕРЕЗ ВІДРІЗОК ХВИЛЕВОДУ З ВИПАДКОВО-ШОРСТКИМИ СТІНКАМИ: ДВОЇСТА ПРИРОДА ЛОКАЛІЗАЦІЇ
Ю. В. Тарасов, Л. Д. Шостенко
Побудовано теорію поширення хвиль у хвиле-водних системах, бічні межі яких на скінченній ділянці є випадково-шорсткими. Показано, що головну роль у формуванні хвилеводних станів відіграє градієнтний механізм поверхневого розсіяння хвиль, у якому визначальною є гострота нерівностей стінок, а не їх амплітуда. Шорстка ділянка хвилеводу відіграє роль ефективного модульованого потенційного бар’єру, ширина якого співпадає з довжиною ділянки, а висота залежить від середньої гостроти нерівностей бічних меж. У такій системі є два можливі типи локалізації хвиль. Один з них проявляється у послідовному «відсіченні» хвилеводних мод в міру загострення шорсткостей, що призводить до проріджування спектру хвилеводу та його переходу в «позамежний» режим при достатньо великій гостроті шорсткостей. Інший механізм – це традиційна андерсонівська локалізація, пов’язана з багатократним розсіянням хвилеводних мод на випадкових флуктуаціях ефективного потенціалу. Передбачено різке (до 100 %) зростання хвилевого кондактансу під час переходу хвилеводу в ефективно одномодовий режим внаслідок градієнтного перенормування мод, яке пов’язане зі зникненням у цьому випадку каналу міжмодового розсіяння.
ЧИСЕЛЬНО-АНАЛІТИЧНИЙ МЕТОД РОЗВ’ЯЗАННЯ ОБЕРНЕНОЇ ЗАДАЧІ ДИФРАКЦІЇ ХВИЛЬ НА НЕОДНОРІДНОМУ ШАРІ
А. В. Бровенко, O. O. Вертій, М. П. Мележик, П. М. Мележик, А. Ю. Поєдинчук
Запропоновано чисельно-аналітичний метод розв’язання обернених задач визначення профілю відносної діелектричної проникності шару за частотною залежністю коефіцієнта відбиття монохроматичної плоскої електромагнітної хвилі. В основі цього методу – ідея приведення первинної оберненої задачі до задачі оптимального керування для рівняння Ріккаті. Побудова розв’язку цієї задачі використовує чисельно-аналітичний метод розв’язку для прямих задач дифракції монохроматичних плоских хвиль на неоднорідному шарі та запропонований алгоритм розрахунку градієнта згладжуючого функціоналу нев’язки. На основі розроблених алгоритмів розв’язання прямих і обернених задач дифракції хвиль на шаруватих структурах було проведено ряд обчислювальних експериментів, які демонструють ефективність запропонованого підходу до непрямого визначення параметрів таких структур.
ІНДИКАТРИСИ РОЗСІЯННЯ МІЛІМЕТРОВИХ І ТЕРАГЕРЦОВИХ ХВИЛЬ У ДОЩАХ
В. Л. Костіна, Ю. I. Малишенко, О. М. Роєнко
При створенні радіотехнічних систем міліметрового (мм) і терагерцового (ТГц) діапазонів потрібні детальні відомості про кутові характеристики розсіяння випромінювання опадами. Вимірювати індикатриси розсіяння досить складно, простіше отримати їх через розрахунки. Для мікрохвильового діапазону вдається скористатися готовими таблицями індикатрис розсіяння, але для ТГц діапазону хвиль такі дані відсутні. У роботі подано результати розрахунку індикатрис розсіяння хвиль мм і ТГц діапазонів дощовими краплями. Розрахунки виконано по точних формулах для всього інтервалу розмірів крапель, що зустрічаються в опадах. На підставі отриманих результатів створено базу даних, яка надає великі можливості для обчислення індикатрис розсіяння при різноманітних поєднаннях початкових параметрів: довжини хвилі випромінювання, функції розподілу дощових крапель за розміром і значення інтенсивності дощу. Отримані результати можуть бути використані при оцінюванні просторового розподілу потужності випромінювання мм і ТГц діапазонів.
ЗБУРЕННЯ НИЖНЬОЇ ІОНОСФЕРИ НАД ЦЕНТРОМ ЗЕМЛЕТРУСУ Й АНОМАЛЬНІ СИГНАЛИ ГЛОБАЛЬНОГО ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО РЕЗОНАНСУ
ЧАСТИНА 1. МОДЕЛІ ІОНОСФЕРИ
О. П. Ніколаєнко, М. Хайакава
Моделюється вплив неоднорідності іоносфери над центром землетрусу на Тайвані в записах шуманівського резонансу в Японії. Зміни в резонансному спектрі відбуваються внаслідок інтерференції звичайних радіосигналів з хвилями, відбитими від неоднорідності над центром землетрусу. У 1-й частині надано типові моделі наднизькочастотної (ННЧ) сталої поширення та описано її зв’язок з вертикальним профілем провідності атмосфери. Основну увагу приділено профілю з коліном, що широко використовується при моделюванні шуманівського резонансу. Наведено чотири моделі коліна, запропоновані в літературі, та формули, необхідні для розрахунку комплексної сталої поширення ННЧ-радіохвиль. Припускається, що пресейсмічна та сейсміч-на активність зменшує висоту нижньої межі іоносфери над центром землетрусу. Максимальне зниження сягає 20 км, а саме збурення є симетричним та описується гауссоїдою з горизонтальним масштабом 1 000 км.
ОЦІНКА ПАРАМЕТРІВ ПРОФІЛЮ ПРОВІДНОСТІ НИЖНЬОЇ ІОНОСФЕРИ НА ОСНОВІ АНАЛІЗУ ТВІК-АТМОСФЕРИКІВ
О. В. Швець, Т. М. Сердюк, О. П. Кривонос, Ю. В. Горишня
Досліджено методику визначення ефективних висот хвилеводу Земля–іоносфера для основного та вищих типів нормальних хвиль (мод) і дальності до джерела випромінювання – блискавки на основі аналізу імпульсних сигналів у діапазоні наднизьких (ННЧ) і дуже низьких частот (ДНЧ) – твік-атмосфериків (твіків). Отримана з аналізу багатомодових твіків залежність ефективної висоти хвилеводу від частоти використовується для визначення параметрів профілю провідності нижньої іоносфери. У числовому експерименті часові форми твіків синтезовані в моделі хвилеводу Земля–іоносфера з експоненціальним профілем провідності нижньої іоносфери. Для виділення й аналізу окремих мод в сигналі використовувалися динамічні спектри твіків. Похибка визначення ефективної висоти хвилеводу для різних хвилевідних мод склала 0,2…0,4 км, що дозволило оцінювати параметри експоненціального профілю провідності нижньої іоносфери в діапазоні значень, характерних для нічних умов. Систематичні та випадкові похибки визначення дальності до блискавки склали 10…40 км і 20…80 км відповідно в діапазоні дальностей 500…3 000 км.
РАДІОЛОКАЦІЙНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЯВІВ ЕОЛОВОГО ТРАНСПОРТУВАННЯ ПІСКУ ТА ПИЛУ В ПУСТЕЛЬНИХ РАЙОНАХ
В. К. Іванов, О. Я. Матвєєв, В. М. Цимбал, С. Є. Яцевич
Еолові процеси транспортування піску та пилу – потужна ерозійна сила, що формує структуру поверхні величезних територій та завантажує атмосферу завислими аерозолями пилу, які поширюються вітрами на величезні відстані. Присутність атмосферного пилу в навколишньому середовищі планети є однім з факторів, що суттєво впливають на температуру та кліматичні умови великих регіонів. У літературі відсутні дані про особливості розсіювання радіохвиль, що проявляються при радіолокаційних дослідженнях еолових процесів транспортування піску та пилу в пустельних районах, які можуть бути використані для визначення параметрів такого транспортування. У статті надано результати аналізу багаторічних зйомок пустельних районів радіолокаторів бічного огляду (РБО) ШСЗ «Космос-1500» та «Січ-1», радіолокаторів з синтезованою апертурою (РСА) ERS-1, ERS-2 та Envisat-1. Метою цього аналізу було виявлення особливостей розсіювання радіохвиль, що проявляються при радіолокаційних дослідженнях еолових процесів транспортування піску та пилу в пустельних районах, які можуть бути використані для визначення параметрів такого транспортування. Виявлено ефект аномально вузьконаправленого зворотного розсіювання радіохвиль, що проявляється на ділянках, вкритих глибоким шаром піску, при напрямку опромінення поверхні назустріч генеральному напрямку приповерхневого вітру в діапазонах локальних кутів опромінення поверхні Q » 31¸34°. Запропоновано пояснення механізму виникнення ефекту внаслідок взаємодії падаючих радіохвиль з узгоджено орієнтованими іонізованими шарами повітря, що облямовують структури піщаної брижі у процесі формування її при еоловому переносі піщано-пилової суміші. Іонізація викликана потужним неоднорідним електричним полем, що виникає при сальтації піщинок під впливом вітру. Результати дослідження дозволяють створювати нові методи дистанційного моніторингу процесів у пустельних районах, що впливають на клімат великих регіонів Землі.
ПРО ВПЛИВ СОНЯЧНИХ ЗАТЕМНЕНЬ НА ПОШИРЕННЯ РАДІОХВИЛЬ У ТРОПОСФЕРІ
I. М. Миценко, Д. Д. Халамейда
Енергетика сонячних затемнень суттєво впливає на варіації всіх геофізичних полів і призводить до зміни параметрів процесів в підсистемах системи Земля та порушенню взаємодій, що склалися, між ними. Спостереження при кожному сонячному затемненні дозволяють уточнити супутні фізичні процеси та їх вплив на поширення радіохвиль у тропосфері. Ефекти сонячного затемнення широко обговорюються в науковому світі, проте опису досліджень поширення радіохвиль у тропосфері під час сонячного затемнення практично відсутні. У даній роботі наведено результати спостережень зв’язку між сонячними затемненнями й рівнями радіосигналів ВЧ-НВЧ-діапазонів за різних умов, у тому числі наземні й морські загоризонтні траси далекого тропосферного поширення, а також траси геостаціонарний штучний супутник Землі–Земля й ін. Для аналізу ситуацій, які супроводжують ці явища, застосовувався метод накладених епох, що включає кореляційний, спектральний і дисперсійний аналіз виміряних величин. Показано, що сигнали у метровому й дециметровому діапазонах радіохвиль в основному збільшуються. Розглянуті в роботі дослідження розширюють знання про вплив Сонця на поширення радіохвиль в атмосфері.
ВПЛИВ ДІЕЛЕКТРИЧНОЇ СТАЛОЇ КРИСТАЛІЧНИХ ҐРАТ СЕРЕДОВИЩА, ЩО ПРОВОДИТЬ, НА РЕЗОНАНСНУ ВЗАЄМОДІЮ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ У СТРУКТУРІ ДЕФЕКТНИЙ ФОТОННИЙ КРИСТАЛ–ПРОВІДНИК
М. М. Білецький, С. А. Борисенко, Н. І. Гвоздєв
Дефектні фотонні кристали, що межують з твердотільними плазмоподібними середовищами, привертають до себе велику увагу. Це пов’язано з наявністю у таких структурах плазмових і дефектних хвиль, які можуть резонансним чином взаємодіяти між собою. Ефект резонансної взаємодії різних типів електромагнітних хвиль у дефектних фотонних кристалах у науковій літературі досліджений ще недостатньо добре. У даній роботі на основі числового розв’язку дисперсійного рівняння досліджено резонансну взаємодію плазмових і дефектних TM-електромагнітних хвиль в одновимірному дефектному діелектричному фотонному кристалі, що межує з твердотільним плазмоподібним середовищем. Вивчено дисперсійні й енергетичні властивості плазмових й дефектних хвиль у залежності від величини діелектричної сталої кристалічних ґрат твердотільного плазмоподібного середовища. Знайдено, що ефект резонансної взаємодії плазмових і дефектних хвиль значно залежить від типу твердотільного плазмоподібного середовища. Встановлено, що найкращим чином ефект резонансної взаємодії плазмових і дефектних хвиль проявляється в тому випадку, коли дефектний фотонний кристал межує з напівпровідниковим середовищем. Показано, що ефект резонансної взаємодії плазмових і дефектних хвиль зникає, якщо дефектний фотонний кристал межує з металом. Результати дослідження суттєво розширюють наші знання про характер резонансної взаємодії плазмових і дефектних хвиль у дефектних фотонних кристалах. Отримані результати можуть бути використані при створенні нових пристроїв мікроелектроніки та фотоніки.
НИЗЬКОЧАСТОТНИЙ ЦИФРОВИЙ РАДІОПРИЙМАЧ
Ю. П. Галюк
Використання цифрових пристроїв позбавляє експериментатора від багатьох труднощів, оскільки фізичні блоки замінюються їх віртуальними комп’ютерними аналогами. Радіоприймальний пристрій у такому випадку перетворюється у звичайний комп’ютер, що оснащений платою аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) і відповідним програмним забезпеченням. Такий приймач виявляється дешевший за аналоговий, бо комп’ютери та плати АЦП завдяки їх універсальності випускають великими партіями, а на ринку – величезна конкуренція. Налагодження і настройка цифрового приймача, у порівнянні з традиційним, значно спрощується і відбувається швидше; вони зводяться до простого редагування тексту програми та її перекомпіляції. Однак при цьому потрібно вміти програмувати на мовах високого рівня й використовувати сучасні методи цифрової обробки сигналів. У даній роботі описано оптимальні рішення для цифрових радіоприймальних пристроїв і, як приклад, розглядається організація реального СДВ/ДВ радіоприймача. У додатку наведено тексти типових програмних блоків на мові С/С++ та Ассемблер.
ВЛАСТИВОСТІ ПЕРЕСТРОЮВАНОГО ХВИЛЕВІДНО-ДІЕЛЕКТРИЧНОГО РЕЗОНАТОРА МІЛІМЕТРОВОГО ДІАПАЗОНУ З ПІДВИЩЕНОЮ ДОБРОТНІСТЮ
Р. І. Білоус, С. П. Мартинюк, О. П. Моторненко, І. Г. Скуратовський
Резонансні структури є основою багатьох приладів і радіотехнічних пристроїв, тому проблема створення ефективного перестроюваного резонатора вважається актуальною та важливою. Використання хвилевідно-діелектричного резонатора забезпечує можливість механічної перестройки частоти в широкому діапазоні, однак при цьому змінюється його добротність. Останні дослідження довели, що зменшення власної добротності хвилевідно-діелектричного резонатора на відрізку круглого позамежного хвилеводу може бути послаблено використанням резонансного короткозамикаючого поршня, розрахованого на визначену частоту. Дослідження були проведені в сантиметровому діапазоні. Дана робота присвячена дослідженню можливості підвищення добротності резонатора хвилевідно-діелектричного типу в міліметровому діапазоні, де вплив недосконалого контакту поршня зі стінками хвилеводу особливо суттєвий. У результаті проведених досліджень одержано добротність резонатора на відрізку круглого позамежного хвилеводу з діелектриком із тефлону в 8-мм діапазоні, що перевищила 2 000 в усьому інтервалі частотної перестройки.
Е-ПЛОЩИННЕ ЗЧЛЕНУВАННЯ ПРЯМОКУТНИХ ХВИЛЕВОДІВ З ВІБРАТОРНО-ЩІЛИННИМ ЗВ’ЯЗКОМ МІЖ ПЛЕЧИМА
С. Л. Бердник, В. О. Катрич, М. В. Нестеренко, Ю. М. Пєнкін
Дослідження й оптимізація електродинамічних характеристик зчленувань прямокутних хвилеводів, які широко використовуються в антенно-хвилевідних пристроях, є важливими для практичних застосувань. На основі наближеного аналітичного розв’язку системи рівнянь для струмів узагальненим методом наведених електромагніторушійних сил, побудовано математичну модель для дифракційних полів Е-площинного Т-подібного зчленування прямокутних хвилеводів, які мають вібраторно-щілинну структуру зв’язку. Особливістю моделі є одночасне врахування змінного уздовж осі монополя поверхневого імпедансу й постійного імпедансу, розподіленого на торці зовнішнього напівнескінченного хвилеводу. Проведено багатопараметричні дослідження енергетичних характеристик Т-зчленування в діапазоні одномодового режиму роботи хвилеводів. Показано можливість ефективного використання імпедансного монополя як керуючого елемента розподілу потужності в заданих пропорціях між вихідними плечима зчленування.
ЧОТИРИГРАННА СПЕКТРАЛЬНА ПРИЗМА-ПОЛЯРИЗАТОР ПРЯМОГО ЗОРУ НА ОСНОВІ ПОВНОГО ВНУТРІШНЬОГО ВІДБИТТЯ
Ю. А. Нестриженко
Поляризація лазерного випромінювання та керування його спектром призмами з малими втратами є нагальною проблемою, якій присвячена велика кількість наукових праць. Відомі поляризатори, зокрема, призми прямого зору, мають певні недоліки, пов’язані з суттєвими втратами енергії, або потребують нанесення додаткового відбиваючого покриття, що для використання в лазерах не завжди є прийнятним, а задача керування спектром лазера взагалі вимагає наявності додаткових елементів в лазерному резонаторі. У статті описано чотиригранну спектральну призму-поляризатор прямого зору, у якій завдяки наявності додаткових граней повного внутрішнього відбиття здійснюється ефективна поляризація світла та можливість керування спектром випромінювання лазера, причому ця призма є одноелементною, без складових або склеєних частин. Розрахунки підтвердили можливість виготовлення такої призми досить простої, зокрема, ромбовидної конфігурації, що дуже спрощує її виготовлення, а зроблений за цими розрахунками зразок призми підтвердив ефективну поляризацію лазерного світла та можливість керування його спектром. Описана призма надзвичайно спрощує юстирування лазера й надає нові можливості керування поляризацією та спектром лазерного випромінювання, дозволяє здійснювати генерацію двох спектральних компонент взаємно сторчової поляризації, що дуже важливо для ефективного перетворення частот нелінійними кристалами.