2016, т. 7(21), № 4
ПРО «ДЕРЕВ’ЯНУ» ВЕРТИКАЛЬНУ ЕЛЕКТРИЧНУ ННЧ-АНТЕНУ
О. А. Величко, О. П. Ніколаєнко
3-10
Розробка нових антенн для прийому радіосигналів було і залишається актуальним завданням. Моделюється та оцінюється працездатність вертикальної електричної антени оригінальної конструкції, що призначена для прийому сигналів наднизькочастотного (ННЧ) діапазону. Антена повинна реєструвати вертикальне електричне поле радіохвилі, що поширюється у сферичній порожнині «Земля–іоносфера» на частотах глобального електромагнітного (шуманівського) резонансу в інтервалі 4…40 Гц. Антена складається з пари електродів, які закріплені на стовбурі дерева на різній висоті на відстані декількох метрів один від одного. У статті наведено результати числового моделювання, які показують, що «дерев’яна» антена буде ефективним датчиком ННЧ-поля, особливо за умов ясної погоди. Обговорюються вимоги до антенного підсилювача, що працює з дерев’яною антеною.
КЛЮЧОВИЙ АЛГОРИТМ МЕТОДУ ЧАСТКОВИХ ОБЛАСТЕЙ В АНАЛІЗІ РЕЗОНАНСНИХ ШТИРІВ, ТРІЙНИКОВИХ, ТУРНІКЕТНИХ ТА ДЕЯКИХ ІНШИХ БАГАТОПЛЕЧИХ З’ЄДНАНЬ
А. О. Кириленко, Д. Ю. Кулик, С. О. Стешенко
11-19
При проектуванні хвилеводних вузлів актуальним завданням є розвиток методу часткових областей для розрахунку неоднорідностей, що задані у різних системах координат. У цій роботі представлено метод розрахунку ряду багатоплечих з’єднань за допомогою методу зшивання полів у радіальному і прямокутному хвилеводах. Запропоновано модифікацію методу для з’єднань з декількома закороченими плечами. Також були досліджені точність і збіжність методу.
ЧИСЕЛЬНО-АНАЛІТИЧНИЙ МЕТОД РОЗВ’ЯЗАННЯ ЗАДАЧ ДИФРАКЦІЇ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ НА КРУГОВИХ РАДІАЛЬНО НЕОДНОРІДНИХ МАГНІТОДІЕЛЕКТРИЧНИХ ЦИЛІНДРАХ
А. В. Бровенко, П. М. Мележик, С. Б. Панін, А. Ю. Поєдинчук
20-29
Запропоновано чисельно-аналітичний метод для визначення дифракційних характеристик плоскої лінійно-поляризованої електромагнітної хвилі, що падає на круговий неоднорідний ізотропний магнітодіелектричний циліндр, матеріальні параметри якого залежать від радіальної координати. Метод ґрунтується на побудові спеціальних розв’язків задачі Коші для рівняння Ріккаті та дає можливість у рамках єдиного підходу проводити дослідження процесів дифракції хвиль як у радіально-шаруватих, так і у неперервних магнітодіелектричних циліндричних неоднорідностях. Ефективність запропонованого методу продемонстровано на низці прикладів числового розв’язання задачі дифракції на кругових неоднорідних ізотропних діелектричних циліндрах. Досліджено для деяких фокальних параметрів повний переріз розсіяння лінзи Люнеберга та поведінку її поздовжньої компоненти поля на одній із резонансних частот зі зміною геометричних параметрів.
ПОРІВНЯННЯ ДОВГОТРИВАЛИХ АНТАРКТИЧНИХ СПОСТЕРЕЖЕНЬ ШУМАНІВСЬКОГО РЕЗОНАНСУ З РЕЗУЛЬТАТАМИ РОЗРАХУНКІВ НА ОСНОВІ ДВОКОМПОНЕНТНОЇ ОТD-МОДЕЛІ
О. І. Яцевич, О. П. Ніколаєнко, О. В. Швець, О. В. Колосков, О. В. Буданов
30-39
Організація безперервних спостережень шуманівського резонансу (ШР) відкриває широкі можливості постійного моніторингу нижньої іоносфери і світових гроз. Методи моніторингу грозової активності з використанням ШР розроблено детально тільки для точкових джерел. Однак існуючі моделі занадто спрощено описують джерела випромінювання. У зв’язку з цим великого значення набуває розробка напівемпіричних моделей джерел, в яких розподіл інтенсивності задається на основі даних супутникових спостережень світових гроз. У роботі проводиться порівняння довгострокових експериментальних даних ШР, накопичених на українській антарктичній станції «Академік Вернадський», з результатами розрахунків ШР у двокомпонентній ОТD-моделі, яке показало, що модель, незважаючи на докладне задання розподілу грозових джерел за даними оптичних спостережень з космосу, узгоджується з експериментом лише частково. На добовому часовому масштабі двокомпонентна OTD-модель досить добре відображає положення основного максимуму світових гроз і їх інтенсивність, проте положення індивідуальних джерел описується недостатньо точно для адекватного подання добових варіацій пікових частот. Модель досить добре описує річні і міжрічні варіації пікової частоти магнітної компоненти. Показано, що міжрічні варіації пікових частот можна пояснити зміною висоти іоносфери і дрейфом джерел від року до року, а довготривалий дрейф пікової частоти пов’язаний з модифікацією іоносфери протягом сонячного циклу.
ФОКУСУВАННЯ ВИПРОМІНЮВАННЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО ДИПОЛЯ ЛІНЗОЮ ПЕНДРІ
О. М. Стадник, О. О. Сілін
40-48
Концепцію плоскої лінзи вперше було розглянуто в роботі В. Г. Веселаго, яка присвячена поширенню електромагнітних хвиль в середовищах з одночасно негативними діелектричною та магнітною проникностями (за сучасною термінологією – в лівосторонніх метаматеріалах). Пізніше Дж. Б. Пендрі висунув ідею так званої «суперлінзи», розрізнювальна здатність якої могла б перевищувати дифракційну границю. З огляду на перспективність для практичних застосувань, це викликало дискусію, присвячену можливості як антипаралельності фазової і групової швидкостей, так і самої реалізації надрозрізнення для джерела випромінювання у вигляді монополя. Однак використані при цьому наближення променевої теорії зменшили загальність отриманих результатів, нехтування втратами радикально спотворило їх, а помилки теоретичного аналізу призвели до неправильного фізичного трактування. У цій роботі отримано точний розв’язок задачі про фокусування випромінювання елементарного електричного диполя, розташованого вертикально до плоского шару кінцевої товщини з лівостороннього мета-матеріалу з поглинанням. Чисельно промодельовано просторовий розподіл електромагнітного поля в шарі, а також падаюче і відбите від нього поля при різних висотах диполя, товщині шару і поглинаннях в кожному середовищі. Аналіз розрахованої просторової структури електромагнітного поля підтвердив фокусуючу здатність межі розподілу звичайного і лівостороннього середовищ, а також плоскої лінзи.
КОМПЛЕКС ДЛЯ БАГАТОКОМПОНЕНТНИХ ВИМІРЮВАНЬ ННЧ–ДНЧ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПОЛІВ
О. В. Швець, О. П. Кривонос, В. К. Іванов
49-55
У дослідженнях нижньої іоносфери методом радіопросвічування хвилеводу «Земля–іоносфера» низькочастотними радіохвилями виникає задача вимірювань як вузькосмугових сигналів, випромінюваних навігаційними та зв’язковими радіостанціями, так і широкосмугових випромінювань розрядів блискавок. У роботі розглянуті питання оптимізації конструктивних параметрів датчиків магнітного та електричного полів для забезпечення широкої смуги пропускання, необхідного динамічного діапазону та узгодження з вхідними колами антенних підсилювачів за шумовими параметрами. Наведені алгоритми розрахунку конструктивних параметрів датчиків поля та опис програмно-апаратного комплексу для вимірювань імпульсних і вузькосмугових електромагнітних полів у діапазонах ННЧ і ДНЧ. Програмна частина комплексу, реалізована на персональному комп’ютері, дозволяє оцінювати абсолютний рівень, спектральний склад, а також поляризаційні характеристики реєстрованих імпульсних, вузькосмугових полів у реальному часі і накопичувати отримані дані в цілодобовому режимі.
РОЗРОБКА ДОЩОМІРУ ПІДВИЩЕНОЇ ТОЧНОСТІ ТА ШВИДКОДІЇ З ЦИФРОВОЮ ІНЖИКАЦІЄЮ ЧАСОВОГО ХОДУ ІНТЕНСИВНОСТІ ДОЩУ
Ю. В. Левадний, Ю. І. Малишенко, Т. Є. Чистова
56-59
Сильні дощі значно послаблюють радіосигнали, що передаються сучасними швидкісними міліметровими лініями зв’язку. Тому ці перешкоди з характерними для них швидкими та глибокими змінами їх інтенсивності потребують додаткового вивчення. Для цього не підходять дощоміри промислового виробництва через їх інерційність та недостатню точність. У зв’язку з цим в роботі запропонована та виготовлена модифікація дощоміру човникового типу з двохкамерною кюветою. У результаті декілька підвищилась точність та значно (більш ніж у десять разів) збільшилась швидкодія (аж до одиниць секунд у сильних дощах) завдяки значному зниженню розмірів та ваги кювети та наданню їй форми, яка перешкоджає налипанню крапель води на її поверхню. Підвищенню точності також сприяло включення до складу дощоміру недорогого мікроконтролера, який дозволив більш якісно виводити дані про часовий хід інтенсивності дощу на вбудований дисплей та інтерфейс до комп’ютера для реєстрації.
ПОБУДОВА РАДІОМЕТРІВ МІЛІМЕТРОВОГО І САНТИМЕТРОВОГО ДІАПАЗОНІВ НА ОСНОВІ КОНВЕРТОРІВ СУПУТНИКОВОГО ТЕЛЕБАЧЕННЯ
I. М. Миценко, Д. Д. Халамейда
60-67
Розглянуто особливості побудови радіометрів міліметрового і сантиметрового діапазонів на основі конверторів супутникового телебачення. Представлено робочі характеристики макета радіометра сантиметрового діапазону на основі конвертора супутникового телебачення. Запропоновано метод його калібрування. Показано результати експериментальних досліджень, які зіставлені з відомими даними. Розглянуто можливість застосування конвертора супутникового телебачення в якості високочастотного тракту проміжної частоти радіометрів міліметрового діапазону, а також дводіапазонного – міліметрового і сантиметрового діапазонів. Зроблено висновки про доцільність застосування конверторів супутникового телебачення для побудови радіометрів і інших приймальних пристроїв.
ВЗАЄМОДІЯ ПОТОКУ ЗАРЯДЖЕНИХ ЧАСТИНОК ТРУБЧАСТОГО ПУЧКА ІЗ ВЛАСНИМИ КОЛИВАННЯМИ ДІЕЛЕКТРИЧНОГО ЦИЛІНДРА
Ю. О. Аверков, Ю. В. Прокопенко, В. М. Яковенко
68-76
Останнім часом велика увага приділяється питанням генерування електромагнітних коливань на основі взаємодії потоків заряджених частинок зі структурами, що містять діелектричні та плазмоподібні середовища. Це пов’язано з досить високою ефективністю перетворення кінетичної енергії пучка в електромагнітне випромінювання. Наявні на цей час теоретичні результати дозволяють лише якісно описувати експерименти, тому є важливим дати детальний опис подібних ефектів, який максимально наближено до умов реального експерименту. У цій роботі виконано докладне теоретичне дослідження ефекту нестійкості нерелятивістського нескінченно тонкого трубчастого електронного пучка, що рухається у вакуумі над діелектричним циліндром. Показано, що залежно від величини зазору (прицільної відстані) між пучком і діелектриком у системі реалізується або черенковський механізм нестійкості, або механізм, обумовлений аномальним ефектом Доплера.
ТЕРАГЕРЦОВІ TM-ХВИЛІ, ЛОКАЛІЗОВАНІ НА ДЕФЕКТІ З ШАРУВАТОГО НАДПРОВІДНИКА У ФОТОННОМУ КРИСТАЛІ
С. С. Апостолов, Д. О. Якушев, Н. М. Макаров, А. А. Шматько, В. О. Ямпольський
77-82
Теоретично вивчені власні стани електромагнітного поля в одновимірному фотонному кристалі, що містить дефектну пластину з шаруватого надпровідника. Ґрунтуючись на методі трансфер-матриці, з використанням електродинаміки джозефсонівської плазми, отримані дисперсійні співвідношення, які описують терагерцові електромагнітні моди, що локалізовані на дефекті. Розглядаються симетрична і антисиметричну конфігурації дефекту в фотонному кристалі. Порівняння дисперсійних спектрів локалізованих станів для надпровідного і діелектричного дефектів дозволило виявити особливості системи, що досліджується.
УДАРНА ІОНІЗАЦІЯ В КОРОТКИХ ДІОДАХ НА ОСНОВІ AlzGa1–zN
О. В. Боцула, К. Г. Приходько, В. О. Зозуля
83-88
Освоєння міліметрового і терагерцового діапазонів є однією із актуальних задач радіофізики. Проте на сьогодні набір активних елементів, що здатні працювати у вказаних діапазонах, є обмеженим. Ударна іонізація в широкозонних нітридних сполуках представляє собою швидкоплинний процес і може бути використана в активних елементах зазначених діапазонів. У цій роботі досліджується перенессення заряду в коротких (з довжиною активної області менше 0,3 мкм) діодних структурах на основі AlzGa1–zN з метою визначення умов виникнення та особливостей ударної іонізації, а також її вплив на характеристики приладів. Показано можливість отримання локалізованої області з високою напруженістю електричного поля, достатньою для виникнення ударної іонізації та керування нею шляхом зміни розподілу складу AlzGa1–zN по довжині діода. Результатами досліджень є визначення основних закономірностей розвитку ударної іонізації в запропонованих діодних структурах. Вони є орієнтиром для подальшого детального аналізу фізичних процесів та практичної реалізації таких структур.