2015, т. 6(20), № 2
СИСТЕМА ДВОХ ЕКРАНІВ З КРУГЛИМИ ПОЗАМЕЖНИМИ ОТВОРАМИ ЯК КВАЗІОПТИЧНИЙ ПОЛЯРИЗАТОР
А. О. Перов, А. О. Кириленко, В. М. Деркач, О. Н. Салогуб
Обертання площини поляризації зазвичай виникає в структурах з оптичною активністю, ефектом Фарадея, а також у рідких кристалах. Проте останнім часом активно проводяться дослідження, спрямовані на створення штучних середовищ (метаматеріалів) з подібними властивостями. У роботі показано, що структура з двох екранів з круглими позамежними отворами, у разі певної просторової симетрії її періодичної комірки, може мати властивості обертання площини поляризації падаючої на неї хвилі. Проведено теоретичне та експериментальне дослідження властивостей «фішнет»-метаматеріалу на її основі. Пояснення явищ, що виникають, надано за допомогою методу узагальнених матриць розсіювання та з урахуванням особливостей просторових розподілів полів власних коливань, обумовлених симетрією даної системи екранів. Показано, що існує кілька просторових типів коливань, збудження яких призводить до обертання площини поляризації падаючого випромінювання при проходженні через розглянуту систему екранів. Проведено чисельні експерименти, які показують, що обертанням площини поляризації можна керувати, змінюючи структуру періодичної комірки. При цьому обертання площини поляризації на задані кути можна домогтися навіть на досить малих відстанях між екранами.
ВИМІРЮВАННЯ ДОБРОТНОСТІ В УМОВАХ ЗБЛИЖЕННЯ РЕЗОНАНСНИХ ЧАСТОТ ТИПІВ КОЛИВАНЬ У ВІДКРИТИХ РЕЗОНАТОРАХ
В. М. Скресанов, В. В. Гламаздін
Запропоновано метод вимірювання добротності резонаторів мікрохвильового діапазону, що дозволяє проводити дослідження мікрохвильових властивостей матеріалів та середовищ за допомогою відкритих резонаторів різноманітних типів за наявності близько розташованих по частоті мод біля вибраного типу коливань, радіаційних втрат елементів зв’язку та перехресних завад між ними. Вимірювання навантаженої добротності засновано на поданні частотної залежності коефіцієнту відбиття або передачі сумою дробово-лінійних комплексних функцій, що описують відгуки відокремлених мод, та апроксимації квадрата модуля амплітудно-частотної характеристики варіаційним градієнтним методом. Метод розрахунку власної добротності засновано на обчисленні імпедансу резонатора за даними вимірювання коефіцієнту відбиття. Алгоритми оброблення даних вимірювання, що були запропоновані, реалізовані у вигляді комп’ютерної програми та ілюструються на прикладі оброблення S-параметрів дзеркального діелектричного відкритого резонатора з модами шепочучої галереї, при цьому S-параметри було обчислено методом кінцевих елементів. Вимірювання добротності запропонованим методом усуває систематичні похибки вимірювань, які пов’язані із спотворенням резонансних ліній, приводить до можливості проведення вимірювань в умовах, коли класичні методи виявляються непридатними.
ШУМАНІВСЬКИЙ РЕЗОНАНС ДЛЯ ПРОФІЛЮ ПРОВІДНОСТІ АТМОСФЕРИ З ОДНИМ ВИГИНОМ
Ю. П. Галюк, О. П. Ніколаєнко, М. Хайакава
Дослідження зв’язку параметрів глобального електромагнітного (шуманівського) резонансу з характеристиками вертикального профілю провідності атмосфери залишається актуальною сучасною проблемою. У роботі використовується точний розв’язок електродинамічної задачі у сферичній порожнині Земля–іоносфера за допомогою методу повного поля, який зіставляється з моделлю коліна, що описано в літературі. За параметрами цієї моделі був побудований вертикальний профіль провідності атмосфери, це дозволило отримати точний розв’язок і розрахувати енергетичні спектри вертикального електричного та горизонтального магнітного поля при рівномірному розподілі світових гроз по планеті. Показано, що модель коліна, розглянута в літературі, не витримує перевірки за допомогою строго розв’язку задачі за методом повного поля і подальшого обчислення енергетичних спектрів шуманівського резонансу.
ВЕРТИКАЛЬНИЙ ПРОФІЛЬ ПРОВІДНОСТІ АТМОСФЕРИ, ЩО ВІДПОВІДАЄ ПАРАМЕТРАМ ШУМАНІВСЬКОГО РЕЗОНАНСУ
О. П. Ніколаєнко, Ю. П. Галюк, М. Хайакава
Пошук реалістичного вертикального профілю провідності атмосфери залишається актуальною задачею при прямому електромагнітному моделюванні глобального електромагнітного (шуманівського) резонансу. Потреба в профілі обумовлена необхідністю враховувати вплив на йоносферу різних факторів космічної погоди або сейсмічної активності. При цьому особливого значення набуває знання регулярного профілю, що дозволяє отримувати в розрахунках реально спостережувані значення параметрів шуманівського резонансу в незбурених умовах. Спираючись на класичні дані, ми розробили новий висотний профіль провідності атмосфери в інтервалі від 2 до 98 км, який дозволяє отримувати параметри шуманівського резонансу, що узгоджуються зі спостереженнями. За допомогою методу повного поля була обчислена стала поширення наднизькочастотних (ННЧ) радіохвиль, що відповідає цьому профілю. Продемонстрована відповідність отриманої залежності до еталонної моделі, заснованої на реєстраціях глобального електромагнітного резонансу. Запропоновано також профілі провідності для нічних і денних умов поширення. Для цих профілів за методом повного поля були обчислені відповідні сталі поширення. Розраховано та зіставлено енергетичні спектри шуманівського резонансу у вертикальній електричній компоненті поля при рівномірному глобальному розподілі світових гроз як для стандартної моделі, так і для різних профілей провідності. Продемонстрована узгодженість отриманих модельних даних з результатами вимірювань радіовипромінювання ННЧ-передавачами.
ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ СНІГУ. ОГЛЯД
Г. Б. Веселовська
Сніг є найпоширенішим видом твердих опадів, тому значний інтерес представляє розробка методів дистанційного дослідження характеристик снігу шляхом розв’язання обернених задач на основі детального вивчення властивостей подібних явищ. Загалом проблема обчислення характеристик відбиття частинок опадів несферичної форми має давню історію, однак найбільшою завершеністю відрізняються дослідження зворотного радіолокаційного розсіяння часток тільки рідких опадів. У цій статті наведено огляд фізико-механічних і електрофізичних властивостей снігу, також аналізуються особливості фізичного і чисельного моделювання характеристик радіолокаційного розсіяння частинок опадів. У роботі показано доцільність вивчення характеристик радіолокаційного розсіяння частинок опадів і проаналізовано переваги та недоліки відомих сучасних методів розрахунку радіолокаційних характеристик розсіяння діелектричних об’єктів. Дистанційне вимірювання інтегральних характеристик снігопадів на великих площах дозволяє визначати запаси води для потреб сільського господарства, а також складати гідрологічні прогнози для забезпечення сніголавинної безпеки в гірських районах.
ЗБУДЖЕННЯ МОД ШЕПОЧУЧОЇ ГАЛЕРЕЇ В ЕКРАНОВАНИХ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ РЕЗОНАТОРАХ ЩІЛИННОЮ ЛІНІЄЮ
О. Є. Когут, Р. С. Доля, С. О. Носатюк, Хe Джаочан
Експериментально досліджено спектральні та енергетичні характеристики екранованого півсферичного резонатора в режимі вимушених коливань шепочучої галереї за їх збудженням щілинною лінією. Показано, що використання щілинної лінії дозволяє максимально розрідити спектр вимушених коливань екранованих резонаторів із виключним виділенням мод шепочучої галереї й досягти найбільшої добротності. Шляхом експериментальних досліджень і комп’ютерного моделювання показано, що щілинна лінія являє собою хвилевідний канал з резонансними властивостями.
РАДІАЦІЙНА ДОБРОТНІСТЬ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ РЕЗОНАТОРІВ РІЗНОЇ ФОРМИ З ДОСЛІДЖУВАНИМИ ПРОВІДНИКАМИ ТА РІДКИМИ ДІЕЛЕКТРИКАМИ
О. А. Баранник, С. О. Вітусевич, І. О. Проценко, М. С. Харченко, М. Т. Черпак
При використанні діелектричних резонаторів з хвилями шепочучої галереї як вимірювальних комірок для визначення електрофізичних параметрів речовин необхідно обирати резонаторну структуру, яка характеризується припустимими величинами радіаційної добротності. Обчислення радіаційних добротностей аналітично можливе тільки для простих симетричних структур. У роботі проведено чисельні дослідження резонаторів із лейкосапфіру різної форми, як обмежених торцевими провідними стінками, так і без них, у діапазоні частот 25…40 ГГц. Дискові резонатори з однією провідною стінкою досліджувалися також експериментально. Показано вплив внесеного в електромагнітне поле зразка досліджуваного матеріалу на розподіл поля резонатора, його частоту і радіаційну добротність. Розглянуто можливість використання вимірювальних комірок на основі таких резонаторів для визначення мікрохвильового імпедансу (над)провідників і діелектричної проникності рідких діелектриків. Отримані результати дозволяють обрати резонаторну вимірювальну комірку з радіаційними втратами, якими можна знехтувати.
ТЕМПЕРАТУРНА ЗМІНА У МІКРОХВИЛЬОВОМУ ДІАПАЗОНІ МАГНІТНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ НАНОПОРОШКІВ Fe3O4, ЩО СИНТЕЗОВАНІ РІЗНИМИ МЕТОДАМИ
А. С. Вакула
Магнітні нанопорошки активно застосовуються в різних галузях науки, техніки і медицини, зважаючи на можливість варіювання їх магнітних властивостей в широких межах. Магнітні властивості нанопорошків залежать від методу їхнього синтезу. На сьогоднішній день вплив різних методів синтезу на магнітні властивості нанопорошку вивчено недостатньо добре. У цій роботі досліджено магнітні властивості нанопорошків з Fe3O4, які синтезовані різними хімічними методами. Для вивчення магнітних властивостей використовувався метод феромагнітного резонансу в діапазоні температур T = 77…300 K. Виявлено збільшення резонансної частоти зі збільшенням діаметра гранул, який, у свою чергу, залежить від методу синтезу. Також виявлено зменшення резонансної частоти і ширини лінії феромагнітного резонансу зі збільшенням температури. Результати роботи можуть використовуватися для вибору оптимального методу синтезу у виготовленні нанопорошків Fe3O4 із заданими магнітними властивостями.
ДІОД З КАТОДНИМ СТАТИЧНИМ ДОМЕНОМ НА ОСНОВІ ГЕТЕРОСТРУКТУРИ
О. В. Боцула, К. Г. Приходько
Джерела НВЧ-шуму в сантиметровому та міліметровому діапазонах з високим рівнем спектральної густини потужності шуму мають низку важливих застосувань, серед яких системи зв’язку, автомобільної локації та радіометрії. Однак на цей час вибір ефективних твердотільних генераторів шуму на частотах понад 40 ГГц обмежений. Одним із варіантів активного елемента для генерації шуму є запропоновані прилади – діоди з катодним статичним доменом на основі гетероструктури. У роботі досліджуються статичні, імпедансні та шумові характеристики структур GaAs–AlGaAs і AlGaAs–GaAs, в яких за рахунок профілю легування на гетеропереході формується статичний домен сильного поля. Характеристики розглядуваних діодів порівнюються з характеристиками аналогічних приладів на основі GaAs. Дослідження показало існування в діодах ділянок з від’ємним опором на частотах, близьких до 50 ГГц, а найкращі характеристики, з точки зору генерації шуму в діапазоні частот 25…75 ГГц, має гетероструктура GaAs–AlGaAs. Результати дослідження дозволили визначити основні властивості запропонованих діодних елементів і є орієнтиром для подальшого детального аналізу фізичних процесів у них та практичної реалізації.
ПЕРЕДАЧА ІНФОРМАЦІЇ НА ОСНОВІ МАНІПУЛЯЦІЇ СПЕКТРОМ ШИРОКОСМУГОВОГО ХАОТИЧНОГО СИГНАЛУ
О. В. Земляний
Застосування хаотичних сигналів у сучасних радіолокаційних і телекомунікаційних системах є актуальним завданням, вирішення якого дозволяє значно розширити функціональні можливості таких систем і поліпшити їх характеристики. У цій роботі запропоновано спосіб передачі інформації з використанням хаотичного сигналу, формованого нелінійною динамічною системою з затриманим зворотним зв’язком кільцевого типу. Модулююча інформаційна послідовність керує параметром нелінійного елемента, внаслідок чого відбувається перемикання хаотичних режимів зі зміною структури спектра сигналу, що передається в канал зв’язку. Для демодуляції прийнятого повідомлення застосовується некогерентне приймання. Показано ефективність розглянутого способу передачі інформації для забезпечення прихованої роботи системи зв’язку за складних завадових умов.
СИМВОЛЬНІ ЛАНЦЮГИ МАРКОВА З МУЛЬТИЛІНІЙНОЮ ФУНКЦІЄЮ ПАМ’ЯТІ
С. С. Мельник, О. В. Усатенко
Задача конструювання різних радіотехнічних пристроїв, таких як фільтри, лінії затримки, випадкові антени із заданою діаграмою спрямованості, потребує розробки методів генерації випадкових послідовностей (значень параметрів систем), які мають задані кореляційні властивості. Адекватним математичним апаратом для розв’язання задач такого типу є ланцюги Маркова вищих порядків. Статистичні характеристики цих об’єктів повністю визначаються їх функцією умовної імовірності, яка у загальному випадку може мати достатньо складний вигляд. Метою роботи є подання функції умовної імовірності випадкових символьних послідовностей з далекими кореляціями у вигляді, зручному для чисельної генерації послідовностей. Ми припускаємо, що простір станів системи є кінцевою абстрактною множиною. Виконується розклад функції умовної імовірності на незалежні складові, подані через так звану матрицю-функцію пам’яті. Розвинена теорія відкриває можливості для побудови більш послідовного і тонкого підходу до опису систем з далекими кореляціями. У випадку слабких (за величиною, але не за відстанню) кореляцій функції пам’яті однозначно виражаються через кореляційні функції вищих порядків, що дозволяє генерувати випадкові послідовності, які мають задані складні далекі кореляції. В якості прикладу використання отриманих аналітичних результатів наводиться чисельна реалізація методу побудови випадкової послідовності із заданими конкуруючими матричними кореляторами другого і третього порядків.
СТАТИЧНИЙ ДОМЕН У ПРИЛАДІ З МІЖДОЛИННИМ ПЕРЕНЕСЕННЯМ ЕЛЕКТРОНІВ НА ОСНОВІ ВАРІЗОННОГО AlGaAs
І. П. Стороженко
Використання варізонних напівпровідників в однорідно-легованих приладах з ефектом міждолинного перенесення електронів може привести до виникнення статичного електричного домена. Інтерес до статичного домена продиктовано можливістю створення локальної напруженості електричного поля, достатньої для ударної іонізації зона–зона. Діоди з лавинною іонізацією в статичному домені можна використовувати як активні елементи генераторів шуму. У статті проводиться аналіз процесу формування статичного домена та лавинного множення струму в ньому на основі двотемпературної моделі варізонного AlGaAs. Показано, що для виникнення статичного домена за кімнатної температури необхідно, щоб мінімальне значення енергетичного зазору між Г-долиною і найближчою за енергією бічною долиною було менше теплової енергії електронів при швидкості зміни енергетичного зазору з координатою більше 150 еВ×см–1. Відповідно в приладах на основі Al0,36Ga0,64As–GaAs формується катодний, а на основі GaAs–Al0,36Ga0,64As анодний статичний домен. Визначені варізонні напівпровідникові сполуки, в яких може формуватися статичний домен. Використання варізонної сполуки Al0,36Ga0,64As–GaAs з пониженим рівнем легування біля катода дозволяє збільшити ефективний та інтегральний коефіцієнти множення струму в порівнянні з аналогічним GaAs-діодом. Результати дослідження поширюють знання про фізичні процеси переносу носіїв заряду в складних напівпровідникових структурах. Вони можуть бути використані для технологічних розробок нових швидкодіючих приладів, таких як транзистори, діоди Ганна, діоди зі статичним доменом, лавинно-пролітні діоди, помножувачі частоти.
КОМПАКТНІ ОБЕРТАЧІ ПЛОЩИНИ ПОЛЯРИЗАЦІЇ НА БАЗІ ДІАФРАГМ ІЗ ПРЯМОКУТНИМИ ЩІЛИНАМИ
Д. Ю. Кулик, Л. П. Мосьпан, A. O. Перов, Н. Г. Колмакова
Компактність конструктивних елементів антенно-фідерних трактів є обов’язковою вимогою для розробки сучасних радіолокаційних комплексів цивільного або військового призначення. У роботі досліджено граничні характеристики перспективних компактних обертачів площини поляризації електромагнітних хвиль, що є виконаними на базі структур із діедральною симетрією. Діедрально симетричні структури сформовані резонансними діафрагмами із прямокутними щілинами. Багатопараметричну оптимізацію застосовано, щоб отримати граничні характеристики пристроїв у різноманітних частотних діапазонах. Визначено галузь їх застосування. Запропоновано конструкції, які забезпечують обертання площини поляризації на 45 та 90° за прийнятних значень коефіцієнтів відбиття в заданій смузі частот. Ці конструкції поширюють елементну базу приймально-передавальної апаратури, яку призначено для забезпечення заданого фазового розподілу радіосигналів, їх фазової корекції або поляризаційної компенсації.