Створення методології моделювання фізичних процесів збудження коливань в відкритих резонаторів, що мають ступінчасто деформовані дзеркала. Створення та дослідження квазіоптичних твердотільних генераторів, ГДВ-оротрону та інших приладів, їх принцип дії.
При низкой оригинальности работы "Відкриті резонансні системи з дисперсійними дзеркалами в приладах мм та субмм діапазонів", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Якщо при започаткуванні цього напрямку поштовхом було використання цих хвиль переважно в розвязанні наукових задач, якими є спектроскопія, діагностика плазми, радіоастрономія, то в подальшому зявились і суто радіофізичні та прикладні проблеми - розробка засад та апаратури для дослідження розповсюдження цих хвиль в атмосфері, а також розвиток систем радіолокації, навігації і звязку. Перехід до відкритих хвилеводів (ВХ) та відкритих резонаторів (ВР) в цих діапазонах був альтернативним використанню одномодових екранованих структур, густота спектру та енергетичні втрати в яких збільшуються по мірі зростання частоти коливань. Зформулюємо основні вимоги, що висуваються щодо коливальної системи КТГ та резонансних квазіоптичних електровакуумних джерел: висока добротність робочого типу коливань та додаткові селективні якості, чим забеспечується завуження лініі генерації, низький рівень частотних шумів та сталість збудження генерації; Незважаючи на актуальну необхідність в розширенні експериментальних методів, в пошуці нових методів теоретичного дослідження фізичних процесів формування коливань в відкритих структурах, що поєднують в собі високі селективні якості, високу добротність та можливість трансформації імпедансу і компресії електромагнітного поля, цей напрямок на момент розгортання даної роботи був розвинутий недостатньо. Мета полягає в визначенні та узагальненні основних фізичних властивостей та явищ, що формують коливальні процеси у відкритих квазіоптичних коливальних структурах з дифракційними гратками та додатковим обмеженням резонансного простору, в синтезі нових ВР, структура яких обумовлена проведними дослідженнями, а також у вивченні закономірностей взаємодії поля цих коливальних систем з активними і пасивними нелінійними твердотільними середовищами та електронними пучками і розробці квазіоптичних резонансних джерел випромінювання з поліпшеними спектральними та енергетичними характеристиками; в оцінці перспектив розвитку та просування в короткохвильову область мм та субмм діапазони резонансних квазіоптичних генераторів, що в цілому характеризується як перехід на якісно новий рівень в створенні квазіоптичних резонансних джерел випромінування та їх коливальних систем."Моделювання та експериментальне дослідження коливальних процесів в коливальних системах з ешелетними відбивними решітками" присвячено розробці нового підходу до теоретичного аналізу ВР з дзеркалами, що мають ступінчасту деформацію. Згідно з цією моделлю, ВР з плоскими дзеркалами відтворюється відрізком регулярного стрічкового хвилеводу, а утримання електромагнітної енергії в ньому - це наслідок повного відбиття хвилеводної хвилі від його кінців і слабкої трансформації цієї хвилі в хвилі інших типів. В розділі 2 "Механізми формування коливань в квазіоптичних структурах з додатковим обмеженням резонансного простору" розглянуто питання подальшого розвитку та удосконалення підходу до аналізу складних резонансних систем, основаного на моделі Вайнштейна, та теоретичного вивчення складних ВР. Автором введено визначення поняття ВР з додатковими обмеженнями резонансного простору як такого резонатора, що має резонансний простір, обмежений провідними поверхнями дзеркал не тільки в напрямку осі симетрії ВР, але маються обмеження і в інших напрямках. Проведено розподіл коливань на низькочастотні хвилеводні, класичні основні та вищі типи, "квазікласичні" типи з концентрацією поля, коливання трьохдзеркального ВР, ешелет-ешелетні типи коливань.На прикладі модельної неоднорідної задачі збудження ВР типу Фабрі-Перо проведено обгрунтування застосування даного підходу в аналізі квазіоптичних резонансних систем. Поряд з цим, вперше виявлено звязок між амплітудно-фазовим розподілом поля в ВР та діаграмами випромінювання з бокових апертур при резонансі, а також близьких до нього режимах. На основі строгого розвязання неоднорідної задачі збудження ВР з кутовоешелетним дзеркалом (як типового представника резонаторів цього типу) проведено аналіз спектру і класифікацію типів вимушених коливань. З використанням проведених в роботі теоретичних та експериментальних досліджень збудження коливань в ВР зі ступенчасто деформованими дзеркалами розроблені багатодзеркальні відкриті коливальні структури, резонатори з двохмасштабними неоднорідностями, характерні розміри яких порівняні з довжиною хвилі або перевищують ії. Одержані в роботі результати мають самостійний характер, вони сприяють подальшому розумінню фізичних процесів збудження коливань в ВР, що мають дисперсійні дзеркала.
Вывод
В дисертаційній роботі узагальнені теоретичні та експериментальні дослідження фізичних процесів в відкритих резонансних системах з дисперсійними елементами, дослідження механізмів формування коливань в квазіоптичних системах, що означені автором як ВР з додатковим обмеженням резонансного простору. Одержані результати використовуються в розвязанні ряду прикладних задач. На початковій стадії створення та дослідження КТГ, удосконалення їх характеристик, аналіз та синтез коливальних систем КТГ проводилися в світовій та вітчизняній практиці емпіричними та наближеними методами. На подальших етапах розвитку спрощені підходи до досліджень такої складної проблеми стали на перешкоді в розвитку досліджень, пошуку нових коливальних систем та покращенню спектральних і енергетичних характеристик. Аналіз цього питання, проведений в роботі, показує, що найбільш перспективними відкритими коливальними системами для КТГ є ВР з дисперсійними дзеркалами, що мають можливість багатоступеневої трансформації імпедансу. Ці складні електродинамічні структури потребують пошуку адекватного підходу до їх теоретичного аналізу та експериментального дослідження.
Проведено систематизацію ВР, що використовується в квазіоптичних резонансних електронних приладах мм та субмм. Показано, що цілий ряд дисперсійних ВР відносяться до класу резонаторів, дзеркала яких мають ступінчасту деформацію. Розроблено новий підхід до аналізу моделей ВР з цим видом дзеркал. Фізична суть його полягає в хвилеводній концепції утримання поля в ВР на частотах, близьких до критичних. Методичним забезпеченням цього підходу до аналізу є принцип декомпозиції, вперше в даній роботі розповсюджений на область резонансних систем квазіоптики та метод узагальненої матриці розсіювання. Реалізація підходу відтворена в системі електромагнітного моделювання СЕМ-04.
На прикладі модельної неоднорідної задачі збудження ВР типу Фабрі-Перо проведено обгрунтування застосування даного підходу в аналізі квазіоптичних резонансних систем. Одержали підтвердження загальновідомі знання про збудження ВР з плоскими дзеркалами. Поряд з цим, вперше виявлено звязок між амплітудно-фазовим розподілом поля в ВР та діаграмами випромінювання з бокових апертур при резонансі, а також близьких до нього режимах.
Детально вивчена та одержала нову інтерпретацію аномалія в розподілі поля та збільшенні добротності сфероешелетного ВР при відхиленні від режиму автоколімації. Встановлено, що в квазіоптиці при великих числах Френеля аномальний розподіл поля та відхилення від режиму автоколімації - наслідок асиметрії подібних коливальних систем. Виявлено, що аномалія прагне до мінімуму по мірі просування в область співвідношень оптики і зменшення асиметрії ВР.
Впроваджено визначення ВР з додатковим обмеженням резонансного простору. Вперше досліджено дисперсійні якості ВР указаного типу. На основі строгого розвязання неоднорідної задачі збудження ВР з кутовоешелетним дзеркалом (як типового представника резонаторів цього типу) проведено аналіз спектру і класифікацію типів вимушених коливань. Серед них слід визначити, як властиві тільки ВР з обмеженнями, що отримали назву "квазіосновних" типів з концентрацією поля поблизу осі ВР. Отримав пояснення механізм їх формування, що полягає в трансформації хвилеводних хвиль на ступенях деформованого дзеркала та мінімізації дифракційних втрат, зростанню добротності. Другими, типовими для цього ВР коливаннями є ешелет-ешелетні коливання, що виникають в результаті перевідбиття енергії між ешелетами, з яких утворено кутовоешелетне дзеркало.
Доказана можливість збудження Е-поляризованих коливань в кутовоешелетному ВР. Проведена класифікація типів коливань, серед яких слід виділити квазіосновні та звязані, як найбільш добротні. Формування квазіосновних забеспечується трансформацією хвилеводних хвиль на ступенях, а звязані формуються під впливом неповного автоколімаційного видбиття в -1-шу гармоніку та видбиття в нульову гармоніку, за яким здійснюється звязок між сусідніми максимумами поля. Збудження Е-поляризованих коливань має експериментальне підтверження.
Проведено аналіз можливості одночастотного збудження ВР. В ВР з гребінчастою хвилеводною решіткою, встановленою під нахилом до осі, що являється неочевидним технічним рішенням в порівнянні з раніше відомими, експериментально одержані Н- та Е-поляризовані коливання, спектр яких близький до одночастотного в широкому діапазоні частот, що перевершує октаву.
Указані конкретні напрямки синтезу ВР з раніше невідомими електродинамічними властивостями. З використанням проведених в роботі теоретичних та експериментальних досліджень збудження коливань в ВР зі ступенчасто деформованими дзеркалами розроблені багатодзеркальні відкриті коливальні структури, резонатори з двохмасштабними неоднорідностями, характерні розміри яких порівняні з довжиною хвилі або перевищують ії. Визначена можливість синтезу малоапертурних ВР з високо добротними типами коливань та трансформацією імпедансу. Визначена можливість використання цих ВР для дослідження електрофізичних нелінійних та поглинаючих середовищ в мм і субмм діапазонах, що базується на властивості трансформації поля коливань та імпедансів в ВР з додатковим обмеженням резонансного простору.
Розроблено та досліджено ряд КТГ, що працюють в діапазоні ?l = 8?е1мм, які мають унікальні характеристики, зокрема низький рівень частотних шумів, високу довгочасову та короткочасову стабільність. Досліджені стійкі багаточастотні асинхронні режими генерації та перетворення частот в багатодзеркальних ВР. Обгрунтована перспективність просування розроблених принципів побудови твердотільних джерел в більш короткохвильові діапазони при умові забеспечення нелінійними активними середовищами. Запропоновані та експериментально досліджені прилади з складанням потужності невеликої кількості активних елементів, складання потужностей КТГ з квазіоптичним виводом в зовнішньому просторі, суматори потужності з великою апертурою. Останні дві пропозиції націлені на використання в антенній техніці.
Розглянуто перспективи використання дисперсійних ВР з додатковим обмеженням резонансного простору в вакуумній електроніці мм та субмм діапазону. Вперше проведено експериментальне дослідження ГДВ-оротрона зі сферокутовоешелетним ВР. В порівнянні з традиційним коливальним контуром, запровадження сферокутовоешелетного ВР в потужних резонансних джерелах дає змогу забезпечити високу когерентність та спектральні якості випромінювання.
Одержані в роботі результати мають самостійний характер, вони сприяють подальшому розумінню фізичних процесів збудження коливань в ВР, що мають дисперсійні дзеркала. Виявлено раніше не відомі механізми формування коливань. Оперуючи цими механізмами, можливо синтезувати якісно нові відкриті коливальні системи. Важливо також звернути увагу на перспективність вказаного підходу в строгому аналізі структур з малими апертурами, де строга теорія дифракції хвиль на решітках неприйнятна. В прикладному аспекті результати роботи можливо використовувати в розробці твердотільних та електровакуумних джерел випромінювання, хвилемірів, фільтрів та інших пристроїв мм та субмм діапазонів.
Основні результати дисертації опубліковані в роботах
1. Измерения на миллиметровых и субмиллиметровых волнах. Методы и техника / Валитов Р.А., Дюбко С.Ф., Фисун А.И. и др./ Под ред. Р.А. Валитова и Б.И. Макаренко. -М.: Радиосвязь, 1984. -295 с.
2. Булгаков Б.М., Скресанов В.Н., Фисун А.И., Фурсов А.М. Исследование квазиоптического открытого резонатора с одной или несколькими проводящими пластинами между зеркалами // Радиотехника. Респ. межв. сб. Харьков, 1981, вып.56. -С.21-29.
3. Булгаков Б.М., Фисун А.И., Фурсов А.М. Двухчастотная асинхронная генерация диода Ганна в мм диапазоне волн // Физика и техника мм и субмм волн. Сб. научн. тр. -К.: Наукова думка, 1983. -С.221-226.
4. Булгаков Б.М., Кочин В.Н., Скресанов В.Н., Фисун А.И. Возбуждение длинной прямоугольной канавкой в плоском зеркале полусферического открытого резонатора// Физика и техника мм и субмм волн: Сб. трудов. -К.: Наукова думка, 1983. -С . 44-49.
5. Булгаков Б.М., Скресанов В.Н., Фисун А.И. Исследование открытых резонаторов с прямоугольными неоднородностями на зеркале // Изв. вузов. Радиофизика. -1983. Т. 26, № 4. -С.447-454.
9. Булгаков Б.М., Скресанов В.Н., Фисун А.И., Шубный А.И. Исследование квазиоптического смесителя мм диапазона со сложением полей в канавке на зеркале// Распространение и дифракция радиоволн в мм и субмм диапазонах. -К.: Наукова думка, 1984. С. 255-259.
10. Безручко С.М., Подшивалов В.Н., Фисун А.И. Прибор для бесконтактного определения подвижности носителей заряда в полупроводниковых структурах // Электронная промышленность. -1986. -Вып. 3(151). -С.66-67.
12. Белоус О.И., Булгаков Б.М., Фисун А.И. и др. Квазиоптический генератор Ганна с увеличенным диапазоном перестройки частоты // ПТЭ. -1988. -№1. -С. 125-127.
13. Архипов А.В., Белоус О.И., Булгаков Б.М., Фисун А.И. Возбуждение открытого резонатора с уголковым эшелеттным зеркалом твердотельным источником СВЧ колебаний // Научное приборостроение в мм и субмм диапазонах. Сб. научн. трудов ИРЭ АН УССР. Харьков, 1988. -С. 37-43.
14. Архипов А.В., Белоус О.И., Булгаков Б.М., Фисун А.И. Квазиоптические генераторы на диодах Ганна и ЛПД с открытым резонатором // ПТЭ. -1991. -№ 3. -С. 106-109.
15. Белоус О.И., Булгаков Б.М., Фисун А.И., Фурсов А.М. Механизм потерь в открытом резонаторе, содержащем фазокорректирующие и дисперсионные элементы // Письма в ЖТФ. -1992. -Т. 18, вып. 4. -С. 46-52.
17. Белоус О.И., Кириленко А.А., Фисун А.И. и др. Генератор дифракционного излучения со сфероуголковоэшелеттным открытым резонатором // Изв. вузов. Радиоэлектроника. -1995. -№11. -С. 3-13.
18. Белоус О.И., Фисун А.И. Е-поляризованные колебания в открытом резонаторе с эшелеттным зеркалом // Письма в ЖТФ. -1996. -Т. 2, вып. 2. -С. 81-86.
19. Ткаченко В.И., Фисун А.И. Моделирование собственных колебаний уголковоэшелеттного ОР // Радиофизика и электроника : Сб. научн. тр. ИРЭ НАН Украины. -Харьков. -1996. -№ 1. -С. 17-23.
20. Белоус О.И., Кириленко А.А.. Ткаченко В.И., Фисун А.И. Механизм формирования высокодобротных колебаний в дисперсионных открытых резонаторах // Изв. вузов. Радиоэлектроника. -1997. -№2. -С. 75-80.
21. Belous O.I., Fisun A.I., Kirilenko A.A. etc. Reserch on Orotron Oscillator with Dispersive Open Resonant System // IJIR&MMW. -1997. -V. 18, No 2. -P.78-95.
22. Fisun A.I. Millimeter wave band open resonators with additional restriction of resonant space // IJIR&MMW. -1997. -V. 8, No 12. -P. 2198-2212.
23. Фисун А.И. Высокодобротные резонансы в открытых резонаторах с частично ограниченной областью // ДАН Украины. Серия Физика. -1997. -№ 12. -С. 97-102.
24. Fisun A.I. Monofrequency Excitation of Open Resonator with Inclined Comb Grating // IJIR&MMW. -1997. -No 6. -P. 1152-1164.
25. Fisun A.I. Method for analysis of Open Resonators with Step-Like Deformation of Mirrors // Electron. Lett. -1998. -V. 34, -No 2. -P. 192-193.
