Фізичне моделювання електромагнітного розсіювання в квазіоптичних спрямовуючих структурах - Автореферат

Національна академія наук України Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наукДисертація присвячена розробці теоретичних і експериментальних основ, методів і рекомендацій, спрямованих на розвиток нового наукового напрямку в експериментальній радіофізиці - квазіоптичного хвилеводного моделювання (КХМ) процесів електромагнітного розсіювання. У дисертаційній роботі розвинено й узагальнено методи експериментального дослідження процесів електромагнітного розсіювання в квазіоптичних (КО) спрямовуючих структурах класу «порожнистий діелектричний хвилевід» (ПДХ) і розроблено основи створення відповідних радіовимірювальних засобів для вирішення проблеми фізичного електродинамічного моделювання (ЕДМ) характеристик розсіювання обєктів в ближньому міліметровому (БММ) і субміліметровому (СММ) діапазонах хвиль. Розроблено фізичні принципи вимірювання характеристик розсіювання обєктів у ПДХ. Розвинено теорію і розроблено принципи побудови нового класу радіовимірювальних систем для наукових і прикладних досліджень - квазіоптичних хвилеводних мікрокомпактних полігонів (МКП), призначених для експериментального вивчення характеристик розсіювання фізичних обєктів або їхніх масштабних моделей методом КХМ. Розроблено, здійснено і досліджено експериментальні макети МКП, виконані на базі ПДХ виду «порожнистий діелектричний променевід» і комплексів КО приладів і компонентів, що перекривають широкий діапазон БММ і СММ довжин хвиль від 0.3 мм до 4 мм.Надзвичайно важлива особливість діапазонів БММ і СММ хвиль, що робить їх особливо привабливими для розвязання задач фізичного моделювання електромагнітного розсіювання, полягає в можливості і доцільності використання принципів квазіоптики, що дозволяють сполучити хвильовий і оптичний підходи при розробці методів і засобів виміру параметрів радіохвиль і радіокіл у цих діапазонах. Через низку особливостей, властивих структурам класу ПДХ, звязаних з наявністю складних імпедансних меж хвилеведучого каналу, а також з принциповою багатомодовістю, що обумовлена великими відносно довжини хвилі поперечними розмірами каналу, потрібні були нові підходи як у теоретичному, так і в експериментальному плані при рішенні питань використання таких структур для моделювання електромагнітного розсіювання на обєкті (розсіювачі), локалізованому усередині такої структури. Вищевказані обставини, з огляду на специфіку модельних досліджень, обумовлену різноманітністю форм, складністю будови досліджуваних обєктів, істотними поляризаційними і модовими перетвореннями хвиль при розсіюванні, а також складністю теоретичного аналізу й оцінки метрологічних характеристик відповідних радіовимірювальних засобів, складністю задачі виділення корисної інформації про обєкт дослідження з прийнятого розсіяного випромінювання обумовлюють актуальність теми дисертації. Наукова новизна одержаних результатів складається у виявленні нових електродинамічних властивостей квазіоптичних спрямовуючих структур класу «порожнистий діелектричний хвилевод» (ПДХ) з імпедансними межами, у встановленні механізмів формування квазіплоских полів у досить великих областях простору усередині ПДХ, що дозволило розміщувати там фізичні обєкти або їхні масштабні моделі та вивчати характеристики розсіювання хвилеводних мод, що виявилися однозначно повязаними з характеристиками розсіювання цих обєктів у вільному просторі; у розробці нового методу квазіоптичного хвилеводного моделювання та створенні експериментальних зразків оригінальних квазіоптичних систем - мікрокомпактних полігонів (МКП), що використані у рішенні проблеми фізичного моделювання в ближньому міліметровому (БММ) і в субміліметровому (СММ) діапазонах хвиль. Встановлено загальні закономірності процесів розсіювання хвилеводних мод на обєктах, локалізованих усередині квазіоптичних структур класу ПДХ, і процесів розсіювання плоских хвиль у вільному просторі, виявлено звязки й отримано аналітичні співвідношення між комплексними коефіцієнтами розсіювання (перетворення) мод на обєкті у ПДХ і характеристиками прямого і зворотного розсіювання обєкта у полі плоскої хвилі.У ньому проведено аналіз фундаментальних співвідношень принципу електродинамічної подібності, що лежить в основі ЕДМ, подано відомості про найбільш важливі характеристики електромагнітного розсіювання; зроблено огляд основних експериментальних методів і засобів ЕДМ, які використовуються для одержання вимірювальної інформації про характеристики розсіювання обєктів у лабораторних умовах і визначено місце дисертаційної роботи у вирішенні проблеми фізичного ЕДМ у БММ і СММ діапазонах хвиль.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ