2016, т. 7(21), № 3
АЛГОРИТМИ ЗІ СТАБІЛІЗУЮЧИМИ
КОЕФІЦІЄНТАМИ ДЛЯ РОЗВ’ЯЗАННЯ
ПОГАНО ЗУМОВЛЕНИХ ЗАДАЧ РАДІОФІЗИКИ
О. О. Кураєв, В. В. Матвєєнко, T. Л. Попкова
У статті наведено алгоритми з уточнюючими і стабілізуючими коефіцієнтами, що дозволяють отримувати стійкі розв’язки систем рівнянь, що відносяться до погано зумовлених задач електродинаміки та нелінійної динаміки. Продемонстровано застосування модифікованих алгоритмів у задачі поширення E0i-хвиль у нерегулярному хвилеводі та моделі динамічного хаосу Ресслера. В останньому випадку показано, що «детермінований» (тобто відтворений) хаос неможливий.
РАДІОМЕТР ДЛЯ МЕТЕОРОЛОГІЧНИХ ВИМІРЮВАНЬ З ТОЧНИМ КАЛІБРУВАННЯМ ЗА ЯСКРАВІСНОЮ ТЕМПЕРАТУРОЮ НЕБА
В. О. Кабанов
Методи пасивного зондування атмосфери у НВЧ-діапазоні є одним з актуальних напрямків дистанційного зондування навколишнього середовища. Важливим завданням залишається розробка простих і економічних технічних рішень і методик радіометричних вимірювань. Представлена проста мобільна радіометрична система 3-см діапазону хвиль, призначена для метеорологічних досліджень. Радіометр виконаний за модуляційною схемою з деякими особливостями побудови вхідних елементів і проведення калібрування. Запропоновано спосіб точного визначення яскравісної температури неба, використовуваної для калібрування радіометричної системи. Реалізовано варіант побудови радіометра із застосуванням супутникового конвертера.
НАСТРОЮВАННЯ ТА КАЛІБРУВАННЯ РАДІОРЕФРАКТОМЕТРА ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ КОЕФІЦІЄНТА ЗАЛОМЛЕННЯ АТМОСФЕРИ
В. О. Кабанов
Найбільш точні відомості про діелектричну будову атмосфери можуть бути отримані за допомогою радіорефрактометрів. Ці прилади незамінні при вимірюванні тонкої структури коефіцієнта заломлення досліджуваного середовища. Відомості, що отримані за їх допомогою особливо важливі для дослідження умов тропосферного поширення радіохвиль. Незважаючи на переваги рефрактометрів у порівнянні з метеорологічними вимірюваннями, актуальним залишається завдання їх калібрування. Наведено короткий опис розробленого автором НВЧ-рефрактометра, на прикладі якого показано можливість настроювання та калібрування приладу за допомогою стандартних метеорологічних вимірювань без використання спеціальної еталонної камери в умовах закритого приміщення.
ЗАГОРИЗОНТНЕ ПОШИРЕННЯ РАДІОХВИЛЬ І РАДІОЛОКАЦІЙНЕ СПОСТЕРЕЖЕННЯ ОБ’ЄКТІВ У ПІВНІЧНО-ЗАХІДНІЙ ЧАСТИНІ ТИХОГО ОКЕАНУ
Ф. В. Ківва, І. М. Миценко, О. М. Роєнко
Дальність дії суднових навігаційних радіолокаційних станцій (РЛС) у різних районах Світового океану здебільшого визначається умовами поширення радіохвиль у цих районах. Тому особливу цінність набувають експериментальні дані, які дозволяють уточнювати методики діагнозу і прогнозу величини множника послаблення радіохвиль. У роботі представлено результати експериментальних досліджень дистанційних залежностей множника послаблення радіохвиль і дальності дії суднових навігаційних РЛС у північно-західній частині Тихого океану. Визначення послаблення поля прямого і відбитого сигналів проводилися одночасно з метеорологічними дослідженнями і вивченням умов утворення приводних хвилеводів та інверсійних шарів. Отримано дистанційні залежності множника послаблення радіохвиль, статистичні функції розподілу висот хвилеводів випаровування, дальності дії суднових навігаційних РЛС. Результати досліджень сприяють глибшому розумінню процесів, що відбуваються у нижніх шарах атмосфери над океаном і визначають умови поширення радіохвиль і дальність дії суднових навігаційних РЛС у різних районах Світового океану.
ТРИЧАСТОТНЕ ЗОНДУВАННЯ РІДКИХ ОПАДІВ
А. М. Лінкова, Г. І. Хлопов
Дослідження інтегральних та мікроструктурних параметрів рідких опадів має важливе практичне значення для вирішення багатьох проблем народного господарства. Моніторинг інтенсивності дощу необхідний для проектування каналізаційних систем і багатьох інженерних споруд, а також істотно впливає на продуктивність сільського господарства. Радіолокаційні методи дослідження рідких опадів дозволяють вимірювати параметри дощів на великих площах в реальному масштабі часу, що є переважним в порівнянні з контактними методами на основі дощомірів і плювіографів. У статті запропоновано і досліджено тричастотний метод радіолокаційного зондування рідких опадів, що дозволяє відновлювати просторовий профіль параметрів дощів. Наведено результати числового моделювання тричастотного зондування рідких опадів, отримані для різних наборів робочих довжин хвиль радара в діапазоні інтенсивності 0…30 мм/год. Показано, що використання міліметрового діапазону довжин хвиль недоцільно у зв’язку з сильним ослабленням потужності сигналу на великих відстанях і для великих значень інтенсивності. Застосування більш довгих довжин хвиль дозволяє знизити вплив ослаблення і зменшити помилки відновлення параметрів дощу (максимальна похибка відновлення інтенсивності не перевищує 7 %).
ПРО ВПЛИВ КАНАЛУ ЗВ’ЯЗКУ НА ПОШИРЕННЯ РАДІОСИГНАЛІВ ГЛОБАЛЬНИХ НАВІГАЦІЙНИХ СУПУТНИКОВИХ СИТЕМ У ХАРКІВСЬКОМУ РЕГІОНІ
С. Р. Щекін, Ф. В. Ківва, В. М. Горобець, О. Л. Коворотний
У статті представлено результати систематичних вимірювань точності позиціонування стаціонарних навігаційних пунктів, координати котрих відомі, оснащених одно- та двочастотними навігаційними приймачами систем GPS та ГЛОНАСС. Особливу увагу приділено параметрам навколишнього середовища, обумовленим дощами, у тому числі літніми грозовими, снігом, туманом та хмарністю. Проведено експериментальні дослідження флуктуацій зенітної тропосферної затримки та просторових координат приймальних пунктів, розміщених на відстані 5,8 км. Виконано оцінку факторів, що обмежують максимально досяжну точність позиціонування. Результати роботи актуальні для задач оперативного прогнозування метеорологічних явищ та дослідження їх фізичних властивостей.
АКУСТИЧНE ДВОПРОМЕНЕЗАЛОМЛЕННЯ ПРИ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОМУ ЗБУДЖЕННІ ЗВУКУ В КРИСТАЛІ БОРАТУ ЗАЛІЗА
В. І. Хижний, О. П. Королюк, Т. М. Хижна
Високотемпературні антиферомагнетики (борат заліза, гематит та ін.) мають велику величину магнітопружнього зв’язку. За умови двопроменезаломлення є можливість керування параметрами звукових хвиль малим зовнішнім магнітним полем. Велика величина магнітопружнього зв’язку підвищує чутливість магнітної системи зразка до зовнішніх механічних впливів, наприклад з боку акустичних контактів з п’єзоперетворювачем. Авторами експериментально вивчений ефект безконтактної (електромагнітної) генерації звуку в зовнішньому магнітному полі при мінімальному впливі зовнішніх механічних напружень на магнітні властивості зразка. У результаті виявлено ефект двопроменезаломлення при електромагнітній генерації високочастотної ультразвукової хвилі, який становить інтерес з точки зору його приладового застосування. Проведено порівняння теорії ефекту двопроменезаломлення з даними експерименту. Отримано величину магнітопружної щілини борату заліза.
ВАРИЗОННИЙ AlGaInAs-ДІОД ГАННА
І. П. Стороженко, М. В. Кайдаш
Діоди Ганна – це активні елементи для генерації електромагнітних хвиль у міліметровому діапазоні. Підвищення їх вихідної потужністі та граничної частоти є актуальним завданням. Одним із способів збільшити вказані характеристики діодів Ганна є використання варізонних напівпровідників. У статті подано результати числових експериментів з генерації електромагнітних коливань за допомогою діодів Ганна на основі варізонної сполуки AlGaAs-GaAs-InGaAs. Дослідження проведено за допомогою температурної моделі міждолинного перенесення електронів у варізонних напівпровідниках. Довжина активної області діода становила 2,5 мкм з концентрацією іонізованих домішок у ній 1016 см–3. Показано, що AlGaAs-GaAs-InGaAs-діоди можуть бути використані в якості активних елементів для генерації електромагнітних коливань міліметрового діапазону. У GaAs-InxGa1–xAs- і Al0,2Ga0,8As-GaAs-InxGa1–xAs-діодах вихідна потужність майже лінійно зростає з відсотковою часткою InAs в інтервалі від 0 до 50 %. Найбільше значення вихідної потужності Р = 12,2 кВт×см–2 на частоті f = 45 ГГц і ефективністю h = 10,5 % має GaAs-Ga0,5In0,5As-діод. Найбільшу ефективність генерації h = 11,3 % при Р = 10,6 кВт×см–2 и f = 41 ГГц має Al0,2Ga0,8As-GaAs-In0,5Ga0,5As-діод; Al0,2Ga0,8As-GaAs-діод за вихідною потужністю і ефективністю генерації у 2–3 рази поступається названим вище. Результати дослідження розширюють знання про фізичні процеси перенесення носіїв заряду в складних напівпровідникових структурах і можуть бути використані для технологічних розробок нових швидкодіючих приладів на основі напівпровідників А3В5.
СТАН РОЗРОБОК ВІБРАТОРНИХ, ДІЕЛЕКТРИЧНИХ І ПЛАЗМОВИХ АНТЕН У КОНТЕКСТІ ІСТОРИЧНОГО РОЗВИТКУ АНТЕННОЇ ТЕХНІКИ
В. В. Овсяніков
Наведено аналіз періоду зародження і розвитку науки і техніки вібраторних антен з реактивними і комплексними навантаженнями, діелектричних і плазмових антен діапазону НВЧ, а також вібраторних і спіральних електрично малих, багаточастотних, широкосмугових і з поліпшеною діаграмою спрямованості штирових, петльових антенних решіток. Розглянуто методи оцінки і розрахунку основних параметрів антен, таких як розподіл струму, вхідний опір, коефіцієнт стоячої хвилі за напругою, коефіцієнт корисної дії, діаграми спрямованості і поляризаційні характеристики. Розглянуто результати розрахунків і конструктивні особливості цих антен.
ПОШИРЕННЯ ХВИЛЬ У ДВОШАРОВОМУ ПОЗАМЕЖНОМУ ХВИЛЕВОДІ З СИЛЬНО ПОГЛИНАЮЧОЮ РІДИНОЮ В ДІАПАЗОНІ 5…30 ГГц
З. Є. Єременко, К. С. Кузнецова
Методи визначення комплексної діелектричної проникності сильно поглинаючих рідин затребувані в різних галузях науки і техніки. Розглянуто поширення електромагнітних хвиль в круглому двошаровому металевому хвилеводі з центральним діелектричним стрижнем з малими діелектричними втратами, який оточений сильно поглинаючою рідиною у НВЧ-діапазоні. Досліджено залежність комплексного коефіцієнта розповсюдження хвилі в двошаровому хвилеводі від частоти і товщини шару рідини. Наявність сильно поглинаючої рідини, що оточує діелектричний стрижень, дозволяє розширити діапазон робочих довжин хвиль від міліметрового до сантиметрового діапазону. При цьому значення сталої загасання залишається порівняно малим. Завдяки сильно поглинаючому середовищу така хвилевідна структура не має фіксованої величини частоти відсічки. Виявлено аномально мале значення коефіцієнта загасання електромагнітної хвилі в сантиметровому діапазоні довжин хвиль для певних частот і товщини шару рідини. Запропонована структура може бути застосовна в якості вимірювальної комірки для визначення комплексної діелектричної проникності сильно поглинаючих рідин у малому об’ємі.
АЛГОРИТМ ОБРОБКИ РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ ОСЛАБЛЕННЯ ОПТИЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ НАНОЧАСТИНКАМИ
М. Г. Кокодій, В. О. Тиманюк, Є. Я. Левитін, М. В. Кайдаш
На цей час методи визначення оптичних властивостей наночастинок активно розвиваються й удосконалюються. Найчастіше застосовуються оптичні методи, в яких досліджується спектральна залежність інтенсивності випромінювання, яке пройшло через середовище з частинками, оскільки вони є менш чутливими до форми частинок. У науковій літературі існує безліч робіт, які вивчають окремо розсіювання і поглинання світла. Наукових робіт прикладного характеру, які вивчають саме ослаблення світла, дуже мало. Описано алгоритм обробки результатів вимірювань ослаблення світла суспензією з наночастинок. Алгоритм складається з трьох етапів і дозволяє отримати інформацію про розміри і комплексний показник заломлення частинок. У цьому дослідженні були виміряні середній розмір частинок методом ступеневої функції, оптичні властивості частинок методом спектральної прозорості, визначена функція розподілу частинок за розміром. Алгоритм успішно випробуваний при вимірюванні розмірів і оптичних властивостей наночастинок Ag–Fe3O4 у воді.
ВЕРТИКАЛЬНИЙ ДИПОЛЬ НАД НАПІВПРОСТОРОМ З МЕТАМАТЕРІАЛУ: РОЗПОДІЛ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ПОЛЯ І ВЕКТОР ПОЙНТІНГА
О. М. Стадник, О. О. Сілін
Задача узагальнення класичних результатів про випромінювання електричного диполя над поверхнею Землі на випадок напівпростору з метаматеріалу (лівостороннього середовища) з негативними діелектричною і магнітною проникностями важлива для практичних застосувань фокусування хвильових полів. При цьому бажано обійтися без зайвих спрощень: наближення геометричної оптики, зневаги втратами, обмежень на хвильовий пакет, пов’язаних з уведенням групової швидкості, неврахування типу джерела випромінювання. У роботі строго розв’язано модельну задачу про випромінювання електричного диполя, розташованого нормально до площі розділу дисипативних звичайного і лівостороннього середовищ. Числове моделювання виявило очікувану пелюсткову структуру відбитого поля і складну (в середньому конусоподібну) інтерференційну структуру поля з вираженою областю максимуму в напівпросторі з метаматеріалу. Досліджено просторовий розподіл електромагнітного поля в обох середовищах залежно від положення диполя і величини втрат у метаматеріалі. Аналіз поведінки вектора Пойнтінга підтвердив гіпотезу, що зміна знака його тангенціальної компоненти на площині розділу, яка характерна для електромагнітних поверхневих хвиль, є причиною фокусуючої здатності межі розділу звичайного і лівостороннього середовищ.