Дисертація присвячена вивченню коливальних процесів у відкритих резонаторах (ВР) з дисперсійними елементами. В роботі розвинуто новий напрямок в дослідженні ВР з додатковим обмеженням резонансного простору та трансформацією імпедансу. Запропоновано новий підхід до аналізу механізмів формування коливань, що має в собі хвилеводну модель та метод узагальненої матриці розсіювання як математичне обгрунтування. Проведена класифікація типів коливань. Виявлені та досліджені раніше не відомі типи коливань, серед яких слід виділити коливання, що одержали назву квазіосновних і мають аномально високу добротність. На основі досліджень розроблено ряд квазіоптичних твердотільних генераторів зі сферокутовоешелетним ВР в діапазоні 8-1 мм з високою стабільністю та пониженим рівнем частотного шуму. Дано обгрунтування використання розроблених резонаторів в електровакуумних резонансних генераторах, наприклад, оротронах та перспектив просування даних методів в субмм діапазон.

  Скачати повний текст

Розроблено нові типи відкритих резонансних систем (ВРС) з високою добротністю для вакуумних і напівпровідникових генераторів міліметрового діапазону. Удосконалено методи експериментального дослідження властивостей коливань у ВРС. Створено та досліджено у складі генератора дифракційного випромінювання (ГДВ) відкриті резонатори біжучої хвилі як перспективні ВРС для перехоплення дифракційного випромінювання з широким кутовим спектром. Запропоновано метод векторних вимірювань властивостей коливань у ВРС з урахуванням радіаційних (нерезонансних) втрат у вузлі зв'язку. Досліджено ефективність збудження коливань у ВРС та виводу випромінювання ГДВ у навантаження для різних вузлів зв'язку. Оцінено вплив дифракційних граток, що частково заповнюють канал у дзеркалі ВРС, на збудження коливань у ГДВ. Розглянуто особливості керування спектром та добротністю коливань у циліндричних ВР з провідними вставками. Експериментально підтверджено ефект резонансного підвищення добротності коливань у циліндричному ВР з однією та двома провідними вставками у вигляді кругового циліндра. Показано, що за допомогою вставок є можливість реалізувати на практиці ВРС для напівпровідникового генератора з перестроюванням частоти на одному (основному) типі коливань з добротністю, що наближається до омічної межі.

  Скачати повний текст

Вперше розроблено математичні моделі багаторефлекторних квазіоптичних антен і хвилеводів із довільно розташованими дзеркалами за допомогою методу дискретних особливостей (МДО), що дозволило провести їх числовий аналіз і дослідити електродинамічні характеристики. Вперше одержано системи зв'язаних сингулярних інтегральних рівнянь (СІР) моделей багаторефлекторних антен для випадку Е-поляризації падаючого поля та побудовано відповідну дискретну модель задачі дифракції. З'ясовано, що даний підхід дозволяє чисельно аналізувати математичні моделі антенних систем з кількістю рефлекторів до декількох десятків і розмірами до декількох сотень довжин хвиль. Вперше застосовано МДО для числового моделюванея квазіоптичних багаторефлекторних антен, еліптичних фокусуючих систем, рефлекторних променевих хвилеводів, а також антен у вигляді металево-пластинчатих лінз. На підставі побудованої ефективної дискретної математичної моделі задачі розсіювання одержано можливість обчислення таких важливих для практичного використання характеристик, як діаграми спрямованості поля у далекій зоні, коефіцієнти спрямованості, інтенсивності поля у вторинних фокусах, а також вивчення залежності характеристик від частоти та геометричих параметрів дзеркал і випромінювача. Вперше розв'язано зворотну задачу числового синтезу профілю математичної моделі рефлектора по полю, заданому в його близькій зоні на підставі розробки комбінації ітеративного методу градієнтного спуску з МДО. Проведено числовий експеримент щодо синтезу рефлекторного роздільника хвильового пучка на декілька променів. Вперше для побудови математичних моделей багаторефлекторних пристроїв систематично застосовано математичну модель комплексного джерела для опису спрямованого падаючого поля апертурного випромінювача.

  Скачати повний текст

Проведено теоретичне й експериментальне дослідження електродинамічних характеристик квазіоптичних резонансних систем з просторово-розвинутими металевими та металодіелектричними структурами. Вивчено особливості електродинамічних характеристик сфероїдального та напівсферичного відкритих резонаторів з однорідними дзеркалами за наявності в їх об'ємі діелектричного шару для конкретної геометрії дзеркал і заданого діапазону частот. У наближенні заданого струму для моделі планарної електродинамічної системи типу металодіелектричний канал одержано співвідношення та проведено числовий аналіз щільності енергії дифракційно-черенковських гармонік, випромінюваних у діелектричне середовище і вільний простір. Вивчено електронно-хвильові процеси в режимі резонансного збудження коливань для електродинамічної системи відкритого хвилеводу з металодіелектричним шаром. Методом експериментального моделювання досліджено відкриті резонатори з подвійною стрічковою та подвійною відбивною дифракційною гратками. Проведено моделювання хвильових процесів у відкритих резонаторах з металодіелектричними структурами. Показано можливість реалізації нерелятивістських генераторів міліметрового діапазону хвиль з застосуванням металодіелектричних структур.

  Скачати повний текст

Проведено теоретичні й експериментальні дослідження загальних фізичних закономірностей хвильових процесів у нерегулярних квазіоптичних хвилеводно-діелектричних структурах підсилювача на ефекті Сміта - Парселла. На підставі огляду певних літературних джерел проаналізовано сучасний рівень розвитку нерегулярних квазіоптичних систем, які застосовуються в електроніці та техніці міліметрових і субміліметрових діапазонів хвиль. Наведено структурну схему класифікації таких систем. Розглянуто числові й експериментальні методи моделювання електомагнітних полів у нерегулярних квазіооптичних системах пристроїв міліметрового та субміліметрового діапазонів. Описано методику вимірювань і схеми експериментальних установок. Для моделі підсилювача з використанням ефекту Сміта - Парселла одержано та проаналізовано загальне трансцендентне дисперсійне рівняння, що враховує вплив поздовжніх і поперечних електронних хвиль на його електродинамічні характеристики. Вивчено особливості відкритих хвилеводів з дзеркалами плоскої та циліндричної конфігурації за наявності в їх об'ємі ділектричного або періодичного металодіелектричного шару. Показано можливість значного зменшення дифракційних втрат у відкритому хвилеводі з квадратичною корекцією дзеркал. З використанням методів числового аналізу й експриментального моделювання встановлено, що планарні металодіелектричні структури можуть бути використані під час створення приладів дифракційної електроніки в інтегральному виконанні. Показано можливість селекції прямої та зворотної хвиль у відкритому хвилеводі з дифракційно-зв'язаними джерелами випромінювання.

  Скачати повний текст

Вирішено проблему підвищення інформативності хвильової діагностики матеріалів, середовищ і об'єктів, шляхами якого є застосування багатопараметрових вимірювань або молекулярних принципів. Наведені шляхи потребують адекватного розв'язку зворотних задач за аналітичного або коректного числово-аналітичного розв'язку прямих. За результатами дослідження виділено найбільш загальні проблеми, характерні для багатьох областей хвильової діагностики, а також з'ясовано ефективні шляхи їх вирішення. Створено теорію ближньопольових модульованих хвильових сенсорів. Розв'язано хвильові задачі, що є актуальні під час модуляції параметрів дослідженого зразка та параметрів хвильового сенсора, а також узагальнення результатів для хвиль різної фізичної природи. Надано оцінку нелінійних складових модуляційних відгуків з метою використання їх для розв'язання обернених задач визначення електрофізичних параметрів матеріалів. Розроблено теорію хвильових полів різної фізичної природи у вільному просторі. Запропоновано модель відбитого поля під час радіоакустичного зондування (РАЗ), яка базується на використанні просторових гармонік акустичного й електромагнітного полів. Проведено аналіз допустимих наближень цієї моделі. Визначено область її використання. Вирішено питання з'ясування просторового роздрібного розділення методу РАЗ. Запропоновано та теоретично обгрунтовано метод скануючого РАЗ, який дозволяє виділити інформацію про вплив турбулентності на поле акустичних хвиль. Для цього розв'язано задачі роботи прийомної антени у неоднорідному полі з урахуванням специфіки РАЗ та розроблено методи оптимізації антенного пристрою. Розвинуто теорію зондування неоднорідного середовища, що рухається, це дозволило одержати інтегральні формули для розсіяного поля. Задачу розв'язано для акустичних хвиль, за цього враховано більше фізичних факторів. Уточнено метод однократного відбиття, який використовується для опису розсіяного поля у слабконеоднорідному середовищі. Заропоновано й обгрунтовано методику одержання інтегральних формул, що дозволяють відобразити у формульному вигляді відбитого поля на базі просторового розподілення неоднорідностей.

  Скачати повний текст

Розглядається задача розсіяння поверхневої хвилі діелектричного хвилевода на діелектричних резонаторах та металевих порожнистих резонаторах, введення полів хвилевих пучків у такий хвилевод за допомогою діелектричних елементів зв'язку, а також задача випромінювання кругової циліндричної рефлекторної антени біля неідеальної плоскої землі. Для отримання матричних рівнянь другого роду типу Фредгольма використовується метод поверхневих потенціалів і метод аналітичної регуляризації. Напрямлений характер поля опромінювача включено до аналізу за допомогою методу комплексного джерела. Розроблено ефективні числові алгоритми, які можна застосувати для розробки смугозагороджувальних фільтрів, напрямлених елементів зв'язку та рефлекторних антен. Для двох поляризацій розраховано потужності переданої та відбитої поверхневих хвиль, а також втрати потужності на випромінювання та поглинання у резонаторі. Вивчено ефект збудження поверхневих хвиль вищих порядків у хвилеводі. Розраховано коефіцієнт напрямленої дії антени, її ефективність, коефіцієнт підсилення, випромінену та поглинену частини потужності, та порівняно їх з аналогічними характеристиками антени, розташованої у вільному просторі. Виявлено деякі ефекти, що не можуть бути описані за допомогою приблизних методів. Запропонований метод узагальнено на розв'язання задач розсіяння хвиль на діелектричних циліндрах довільних поперечних перерізів.

  Скачати повний текст

Вивчено спектральні характеристики (власні частоти та резонансні електромагнітні коливання) у відкритих резонаторах, у тому числі з неоднорідностями. Розвинуто новий математично обгрунтований метод дослідження спектра власних коливань одного класу відкритих резонаторів з діелектричними, неоднорідними діелектричними, шарувато діелектричними та плазмовими включеннями, який базується на методі регуляризації Рімана - Гільберта та спектральній теорії скінченномероморфних ядерних оператор-функцій. Запропоновано математичну модель явища міжтипового зв'язку власних коливань у відкритих структурах. На базі розроблених і обгрунтованих обчислювальних алгоритмів проведено детальні дослідження властивостей спектрів власних частот відкритих структур у випадку зміни неспектральних параметрів у резонансній області частот. Встановлено межі областей застосування асимптотичних і наближених теорій відкритих структур. Виявлено ряд нових фізичних особливостей формування резонансних коливань у відкритих резонаторах, у тому числі з включеннями, і характерні закономірності поведінки їх власних частот. На підставі проведених досліджень запропоновано ряд пристроїв міліметрового та субміліметрового діапазонів електромагнітних хвиль.

  Скачати повний текст

Розроблено методи формування та селекції поперечних мод у лазерних резонаторах для створення одномодових лазерів з керованими характеристиками вихідного випромінювання. Запропоновано новий метод просторової фур'є-фільтрації мод у відкритих квазіоптичних резонаторах для забезпечення одномодового режиму збудження типу коливань з заданим розподілом поля на одному з відбивачів або у заданій площині поза резонатором. Установлено нові особливості поширення та відновлення пучків лазерного випромінювання у надрозмірних порожнистих хвилеводах. Запропоновано нові методи формування хвильового пучка заданого профілю випромінювання у хвилеводному діелектричному резонаторі, які передбачають використання фур'є-перетворювача та просторового фільтра на одному з дзеркал, а також за рахунок корекції фази основної моди резонатора зміною форми одного з відбивачів. Запропоновано нові методи селекції поперечних мод у хвилеводних резонаторах з використанням діафрагми, ділянки вільного простору та неоднорідного дзеркала.

  Скачати повний текст