Фізичне моделювання електромагнітного розсіювання в квазіоптичних спрямовуючих структурах

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі узагальнені результати теоретичних і експериментальних досліджень, спрямованих на рішення актуальної проблеми фізичного моделювання процесів електромагнітного розсіювання в ближньому міліметровому (БММ) і субмиллиметровому (СММ) діапазонах хвиль. Отримані результати використовуються при роз'язанні низки наукових і прикладних задач.

Основні наукові результати і висновки полягають у наступному:

1. Розвинено наукову концепцію квазіоптичного хвилеводного моделювання (КХМ) на основі комплексного використання електродинамічних властивостей квазіоптичних спрямовуючих структур класу «порожнистий діелектричний хвилевід» (ПДХ) з імпедансними межами і фундаментальним принципом подібності.

2. Науково обґрунтовано, розроблено і реалізовано новий метод фізичного моделювання характеристик розсіювання об'єктів у квазіоптичних спрямовуючих структурах класу ПДХ - метод квазіоптичного хвилеводного моделювання, при цьому:

установлено взаємно-однозначну відповідність між величинами, що спостерігаються - коефіцієнтами відбиття і проходження хвилеводної моди на об'єкті, розміщеному у ПДХ, і характеристиками розсіювання цього ж об'єкту у вільному просторі в полі плоскої хвилі;

розроблено математичну модель і проведено теоретичні оцінки методичних похибок визначення характеристик зворотного і прямого розсіювання методом КХМ;

обґрунтовано використання ПДХ як засобу формування поля при дослідженні характеристик розсіювання об'єктів методом КХМ, визначено критерії якості поля в робочому об'ємі й отримано розрахункові співвідношення для основних параметрів ПДХ, необхідних для реалізації даного методу;

показано, що в методі КХМ аксіальний розмір робочого об'єму за критерієм мінімізації подовжньої варіації поля значно перевершує аналогічний розмір для вільного простору, що відкриває можливість моделювання в лабораторних умовах значно протяжних розсіювачів;

3. Запропоновано принцип побудови нового класу радіовимірювальних систем для наукових і прикладних досліджень - квазіоптичних хвилеводних мікрокомпактних полігонів (МКП), при цьому:

розроблено і проаналізовано математичну модель, що описує процес вимірювального перетворювання в МКП;

отримано аналітичні співвідношення, що дозволяють розрахувати основні параметри квазіоптичного радіовимірювального тракту МКП і зробити оцінку його метрологічних характеристик.

4. Для експериментального вивчення енергетичних, амплітудно-фазових і поляризаційних характеристик розсіювання фізичних об'єктів або їхніх масштабних моделей методом КХМ розроблено і здійснено експериментальні макети мікрокомпактних полігонів на базі ПДХ виду «порожнистий діелектричний хвилевід» і комплексів квазіоптичних приладів і компонентів БММ і СММ діапазонів хвиль, за допомогою яких проведено широкий комплекс досліджень, що підтвердили основні теоретичні передумови, закладені в основу методу КХМ.

5. Запропоновано оригінальний поляризаційно-частотний гомодинний метод, що забезпечує можливість одночасного і безперервного вимірювання усіх комплексних коефіцієнтів поляризаційної матриці розсіювання (ПМР) об'єкта, що відбиває. Розроблено принцип побудови квазіоптичного вимірника ПМР, що реалізує даний метод у БММ і СММ діапазонах хвиль.

6. Розроблено і досліджено модифікований поляризаційно-частотний гомодинний метод КХМ для вивчення динамічних поляризаційних характеристик зворотного розсіювання об'єктів у ПДХ, створено експериментальний макет мікрокомпактного полігону, що реалізує даний метод.

7. Запропоновано спосіб побудови і приведено результати теоретичних і експериментальних досліджень надширокосмугових оптимальних секційних переходів (ОСП) для квазіоптичних хвилепровідних структур класу ПДХ. Показано, що використання такого ОСП у складі МКП дозволяє істотно збільшити робочий об'єм останнього і тим самим забезпечує можливість розширення класу фізичних об'єктів, що досліджуються методом КХМ.

Результати досліджень і вироблені рекомендації можуть знайти важливе практичне застосування при експериментальному вивченні властивостей різних розсіюючих об'єктів методом КХМ у БММ і СММ діапазонах хвиль за допомогою мікрокомпактних полігонів, які у ряді випадків є альтернативою великим, складним і дуже коштовним системам, що використовуються для цих цілей у даний час.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кісельов В.К. Квазіоптичний хвилеводний метод дослідження характеристик розсіяння фізичних об'єктів у субміліметровому діапазоні електромагнітних хвиль // Доповіді НАН України.- 1995.- №11.- С. 60-62.

2. Kiselyev V.K., Kushta T.M. Method for Radar Cross Section Measurements in Millimeter and Submillimeter Wave Regions. // International Journal of Infrared and Millimeter Waves.- 1995.- Vol.16, №.6.- P. 1159-1165.

3. Kiseliov V.K. Method of Polarization Reflection Matrix Measurement in Submm Range // International Journal of Infrared and Millimeter Waves.- 1996.- Vol.17, №3.- P. 617-624.

4. Kiseliov V.K., Kushta T.M. Ray representation of the Electromagnetic Field in a Circular Hollow Dielectric Waveguide Used as a Facility for Scattering Measurements // IEEE Transactions on Antennas & Propagations.- 1998. -Vol. 46, №7. - Р. 1116-1117.

5. V.K. Kiseliov, T.M. Kushta, and P.K. Nesterov. Quasi-Optical Waveguide Modeling Method and Micro-Compact Scattering Range for the Millimeter and Submillimeter Wave Bands // IEEE Transactions on Antennas & Propagations.- 2001. -Vol. AP-49, № 5. - Р. 784-792.

6. Киселев В.К., Кушта Т.М. Сферический рассеиватель внутри круглого полого диэлектрического волновода // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины. - 1996.- Т.1.- C. 54-61.

7. Кiсельов В.К. Метод визначення поляризацiйної матрицi зворотного вiдбиття фiзичного об'єкту у субмiлiметровому дiапазонi електромагнiтних хвиль // Доповiдi НАН України.- 1997.- №2,.- С. 94-98.

8. Kiselyev V.K., Kushta T.M. Modeling of Radar Scattering Conditions Inside a Circular Hollow Dielectric Waveguide // International Journal of Infrared and Millimeter Waves.- 1997.- Vol.18, № 8.- P. 1517-1524.

9. Киселев В.К. Полый диэлектрический волновод- средство формирования поля в методе квазиоптического волноводного моделирования электромагнитного рассеяния // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины. - 1997.- Т.2, №1. - С. 134-140.

(англ. перевод: Kiseliov V.K. A Hollow Dielectric Waveguide as a Field Former in Quasioptical Waveguide Modeling of Electromagnetic Scattering // Telecommunications and Radio Engineering.- 1997.- Vol.51, № 2-3.- Р. 183-190.)

10. Киселев В.К. Расчет оптимальных секционных переходов для квазиоптических волноводных трактов // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины. - 1998.- Т.3, №1. - С. 105-111.

11. T.M. Kushta, K. Yasumoto, and V.K. Kiseliov. Extinction and Scattering of a Guided Beam in a Hollow Dielectric Waveguide // Journal Optical Society of America.- 2001. -Vol.A18.- No.7.-P. 1690-1695.

12. Киселев В.К., Кушта Т.М., Нестеров П.К. Исследование метода квазиоптического волноводного моделирования для изучения обратного и прямого рассеяния в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины. - 1998.- Т.3, №2. - С. 96-102.

13. Киселев В.К. Oптимизация параметров и расчет квазиоптического волноводного микрокомпактного полигона субмиллиметрового диапазона // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины.- 1998.- Т.3, №3. - С. 33-41.

14. Киселев В.К. Исследование оптимальных секционных переходов для квазиоптических волноводных трактов // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины.- 1999.- Т.4, № 1. - С. 15-19.

15. Киселев В.К., Киселев А.В., Климко В.А., Кушта Т.М., Нестеров П..К. Исследование метода квазиоптического волноводного моделирования для измерения элементов матрицы рассеяния в ближнем миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн. // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины.- 2001.- Т.6, № 1. - С. 12-21.

16. Бочаров Г.В., Киселев В.К., Славов О.В. Система автоматизации измерений диаграмм обратного рассеяния объектов в субмиллиметровом диапазоне волн // Элементная база, приборы и техника мм и субмм диапазонов: Сб научн. тр.- Харьков: ИРЭ АН УССР. - 1990. - С. 14-19.

17. Киселев В.К., Литвинов Д.Д., Кулешов Е.М. Автоматический квазиоптический измеритель модулей коэффициентов матрицы отражения // Физика и техника мм и субмм волн: Сб. научн. тр. - Киев: Наукова думка, 1983. - С. 243-251.

18. Киселев В.К., Литвинов Д.Д. Исследование оконечной конусной нагрузки для лучеводного тракта квчмм и субмм диапазонов радиоволн // Физика и техника мм и субмм волн: Сб. научн. тр. - Киев: Наукова думка, 1986. - С. 112-118.

19. Киселев В.К., Кушта Т.М., Литвинов Д.Д. Методика расчета решеточных поляризационных разделителей для квазиоптических поляриметров // Изв. вузов. - Радиоэлектроника. - 1987. - Т.30, №5. - С. 28-32.

20. Киселев В.К., Бочаров Г.В., Славов О.В. Автоматизированная система электродинамического моделирования процессов рассеяния в субмиллиметровом диапазоне волн // Применение радиоволн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов: Сб. научн. тр. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники АН УССР. - 1990. - С. 107-111.

21. Киселев В.К., Кулешов Е.М., Полупанов В.Н. Ферритовый квазиоптический вентиль на металло-диэлектрическом волноводе // Физические исследования с использованием радиоволн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов: Сб.науч.тр. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники АН УССР. - 1991.- С. 79-82.

22. Киселев В.К., Кушта Т.М., Марюхин Г.А., Яновский М.С. Исследование переходов между квазиоптическими волноводами // Научное приборостроение в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах радиоволн: Сб. научн. тр. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники АН Украины. - 1992.- С. 44-50.

23. Киселев В.К., Кушта Т.М. Квазиоптический метод исследования характеристик рассеяния объектов в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах радиоволн // Использование радиоволн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов: Сб. научн. тр. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники АН Украины. - 1993.- С. 144-148.

24. Polupanov V.N., Kuleshov E.M., Kiselyev V.K. Quasi-Optical Unidirectional Ferrite Devices // International Journal of Infrared and Millimeter Waves.- 1995.- Vol.16, № 3.- P. 539-546.

25. Kamenev Y.E., Kiselyev V.K., Kuleshov E.M., Nesterov P.K. Submillimeter Laser Interferometer for High Density Plasma Diagnostic // International Journal of Infrared and Millimeter Waves.- 1995.- Vol.16, №.6.- P. 999-1007.

26. Киселев В.К. Гомодинный метод измерения поляризационной матрицы рассеяния в субмиллиметровом диапазоне волн // Элементная база, приборы и техника мм и субмм диапазонов: Сб. научн. тр. - Харьков: ИРЭ АН УССР. - 1990. - С. 19-26.

27. Киселев В.К., Кушта Т.М. К проблеме физического моделирования процессов рассеяния в квазиоптическом волноводе // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины. - 1996. - Т.1. - С. 61-66.

28. Kiselyev V.K., Kushta T.M. A Spherical Scatterer Inside a Circular Hollow Dielectric Waveguide // International Journal of Infrared and Millimeter Waves.- 1997.- Vol.18, №.1.- P. 151-163.

29. Киселев В.К., Кушта Т.М. Переходы для квазиоптических трактов субмиллиметрового диапазона волн // Применение радиоволн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов: Сб. научн. тр. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники АН УССР. - 1990. - С. 128-131.

30. Kiseliov V.K. An Optimum Sectional Waveguide Taper for Quasi-Optical Transmission Lines // International Journal of Infrared and Millimeter Waves.- 2000.- Vol.21, № 2.- P. 163-179.

31. Kiseliov V.K., Kushta T.M. Forward and Backward Electromagnetic Scattering from a Perfectly Conduction Sphere inside a Circular Hollow Dielectric Waveguide // Telecommunications and Radio Engineering.- 1997.- Vol.51, № 8.- Р. 16-20.

32. Kamenev Yu.E., Kiseliov V.K., Kuleshov E.M., Knyaz'kov B.N., Kononenko V.K., Nesterov P.K., Yanovsky M.S. Submillimeter Laser Interferometer-Polarimeter for Plasma Diagnostics // International Journal of Infrared and Millimeter Waves.- 1998.- Vol.19, № 6.- P. 17-21.

33. Безбородов В.И., Киселев В.К., Князьков Б.Н., Кулешов Е.М., Яновский М.С. Сверхширокополосный квазиоптический поляризационный аттенюатор для металлодиэлектрического волновода // Радиофизика и электроника.- Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины.- 1998.- Т.3, №1. - С. 102-104.

34. Дахов Н.Ф., Каменев Ю.Е., Киселев В.К., Кулешов Е.М. Радионов В.П. Субмиллиметровый газоразрядный HCN лазер с внутренними пленочными электродами // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины. - 1998.- Т.3, №2. - С. 64-65.

35. Киселев В.К., Кушта Т.М. Преобразование мод в круглых конусных переходах для квазиоптических трактов субмиллиметрового диапазона волн // Физические исследования с использованием радиоволн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов: Сб. научн. тр. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники АН Украины. - 1991.- С. 94-97.

36. Каменев Ю.Е., Киселев В.К., Кулешов Е.М., Князьков Б.Н. Субмиллиметровый лазерный интерферометр-поляриметр для диагностики плазмы // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины. - 1997.- Т.2, №1. - С. 128-134.

Размещено на Allbest.ru