Відкриті електродинамічні системи з внутрішніми неоднорідностями

антена високодобротний електродинамічний коаксіальний

Висновки

У дисертації представлено вирішення актуальної проблеми радіофізики, пов'язаної з встановленням особливостей ефективного збудження і механізмів формування полів коливань в малорозмірних резонансних системах за рахунок оптимального вибору параметрів зосереджених і розподілених неоднорідностей на їх дзеркалах. Проблема вирішена на підставі теоретичних і експериментальних досліджень фізичних процесів у відкритих електродинамічних системах при зміні форми, розмірів і місця розташування внутрішніх неоднорідностей. Практичне значення отриманих результатів полягає у розробці малорозмірних відкритих електродинамічних систем, які знайдуть застосування при вирішенні широкого кола наукових і прикладних задач радіофізики міліметрового і субміліметрового діапазонів довжин хвиль.

Основні наукові та практичні результати дисертації полягають в наступному:

1. На підставі проведеного теоретичного аналізу і експериментальних досліджень вперше обгрунтувана можливість застосування функціонала, що використовується в антенній техніці при знаходженні коефіцієнту використання поверхні антен, для аналізу ефективності збудження коливань у відкритих електродинамічних системах. Показано, що при використанні відкритого резонатора у складі хвилеводної лінії передачі для здобуття максимальної ефективності збудження коливань доцільно застосовувати резонатор напівсферичної геометрії. Отримані результати можуть бути використані для оцінки ефективності збудження різних коливань у резонансній системі при відомому амплітудному і фазовому розподілі збуджующего поля.

2. Встановлено, що кутову селекцію спектру коливань у відкритій електродинамічної системі можливо реалізувати за рахунок вибору геометричних розмірів елементів зв'язку, які забезпечують збудження основного коливання в резонансному об'ємі з максимальною ефективністю. Отримані результати можуть бути використані при побудові вимірювальних пристроїв міліметрового і субміліметрового діапазонів довжин хвиль на базі відкритих резонаторів.

3. Вперше у малорозмірній відкритій електродинамічній системі ( = 10-15, = 3-5), що містить дисперсійний елемент у вигляді відбивної дифракційної грати, експериментально виявлено невироджену особливу точку спектру. Проаналізовано поведінку навантажених добротностей і дисперсійних залежностей взаємодіючих коливань при перебудові відкритого резонатора поблизу такої точки. Методом пробного тіла проведено вивчення амплітудного розподілу полів взаємодіючих коливань в поперечному перерізі резонатора. Знайдено, що при переході через таку точку взаємодіючі коливання обмінюються енергією і взаємно перетворюються, і у взаємодію вступають лише ті коливання, які відносяться до одного класу симетрії. Така поведінка взаємодіючих коливань якраз і характерна для невиродженої особливої точки спектру. Отримані результати знайшли застосування при побудові генераторів дифракційного випромінювання, що мають високу стабільність частоти.

4. Вперше в напівсферичному відкритому резонаторі експериментально виявлено наявність коливань типу "шепочучої галереї", які локалізовані на криволінійній поверхні сферичного дзеркала резонатора. Ці коливання взаємопов'язані з основним коливанням резонансної системи. Також показано, що коливання типу "шепочучої галереї" можуть збуджуваться не лише в традиційних довгофокусних, але і в малорозмірних резонансних системах, для яких порушується умова квазіоптики . При використанні відкритого резонатора як вимірювальному інструменту, необхідно враховувати можливість збудження таких коливань, які погіршують спектральні характеристики резонансної системи.

5. Встановлено, що за допомогою вищих типів коливань можна створювати відкрити резонатори прохідного типу з апертурним зв'язком. При цьому, вибираючи відповідним чином параметри (період і коефіцієнт заповнення) одновимірних дифракційних грат (-поляризація), що розташовуються в розкривах елементів зв'язку, можна створювати відкриті електродинамічні системи прохідного типу, що мають наперед задані параметри, такі як навантажена добротність, резонансні коефіцієнти відбиття і передачі. Отримані результати можуть знайти практичне застосування при створенні фільтрів на базі відкритих резонаторів.

6. Показано, що в відкритому резонаторі, розміри апертур дзеркал якого становлять кілька довжин хвиль, діаметр плями поля основного коливання на поверхнях відбивачів не може бути менше довжини хвилі . Це і визначає межу зменшення геометричних розмірів дзеркал відкритого резонатора. В той же час спроби сфокусувати пучок Гауса в резонаторі до розмірів менше призводять до збільшення розміру плями поля за рахунок акумуляції частини енергії хвилевого пучка поблизу його горловини у вигляді неоднорідних плоских хвиль. Отриманий результат має важливе практичне значення при мініатюризації електровакуумних приладів і пристроїв, основним елементом конструкції яких є відкрита електродинамічна система.

7. Знайдено, що якщо орієнтація щілин зв'язку на сферичному дзеркалі та діаметр відрізку круглого хвилеводу з поршнем в центрі плоского дзеркала вибираються за умови досягнення максимальної ефективності збудження хвилі TE₀₁ в цьому хвилеводі, то резонансна система має одночастотній відгук в широкій смузі частот (близько 10 ГГц), а збуджуване в ній коливання є аксиально-симетричним. Таке коливання називається "волове око" і вперше збудити його вдалося завдяки запропонованій резонансній системі і способу її збудження. Експериментальні дослідження також показали, що кільцева металева поверхня плоского відбивача фактично не бере участь у формуванні коливання в резонансній системі. Запропонована відкрита електродинамічна система знайшла застосування для вимірювання електрофізичних параметрів речовин з великими втратами в міліметровому діапазоне довжин хвиль. Подібна резонансна система відкриває принципово нові можливості при побудові обернених коаксіальних магнетронів в міліметровому діапазоні довжин хвиль. Ще одне з можливих застосувань відкритої електродинамічної системи полягає в створенні накопичувачів потужності з високими рівнями вихідної потужності.

8. Запропоновано напівсферичний відкритий резонатор з навантажувальним елементом в вигляді відрізку надрозмірного коаксіального хвилеводу в центрі плоского дзеркала. При визначеній оріентації щілин зв'язку у цьому хвілеводі ефективно збуджуеться ТЕМ хвиля, а сам відкритий резонатор має одночастотний відгук в широкій смузі частот (близько 10 ГГц). В цьому випадку в резонансній системі також збуджуеться коливання "волове око", яке на відміну від аналогічного коливання, описаного у попередньому пункті, має - компоненту поля. За рахунок винесення активного елементу з резонансного об'єму в такій системі досить просто узгоджувати імпеданс відкритого резонатора і напівпровідникового діода. Через високі селектуючі властивості резонатор з відрізком надрозмірного коаксіального хвилеводу є надзвичайно перспективним при створенні помножувачів частоти і генераторів гармонік, що дозволить отримати генерацію за допомогою твердотільних джерел в субміліметровому діапазоні.

9. Для збільшення резонансного коефіцієнта передачі через відкриту електродинамічну систему запропоновано використовувати активну мікросмужкову гратку, яка конструктивно об'єднана з транзисторним підсилювачем потужності в єдиний модуль і розташована на плоскому дзеркалі. Експериментально показано, що резонансний коефіцієнт передачі такої системи виріс на 7 дБ в порівнянні з резонатором, що збуджується пасивною мікросмужкової граткої. Напівсферичний відкритий резонатор, що збуджується активною мікросмужковою граткою, може бути з успіхом застосований для дослідження електрофізичних параметрів і контролю товщини листових матеріалів з великими втратами, а також речовин, до складу яких входить вода.

10. Експериментально показана принципова можливість узгодження імпедансу високоомного відкритого резонатора і низькоомної мікросмужкової граткі, що розташована на плоскому дзеркалі. З урахуванням отриманих результатів запропоновано та досліджено суматор потужності діодів Ганна восьмиміліметрового діапазону довжин хвиль. В результаті проведених експериментальних досліджень показано принципову можливість побудови генераторів і суматорів потужності в міліметровому діапазоні довжин хвиль на базі відкритих електродинамічних систем, що містять мікросмужкові антени. Практична значимість отриманих результатів полягає в тому, що комбінація відкритих електродинамічних систем і інтегральних технологій відкриває нові можливості для створення генераторів і суматорів потужності в міліметровому діапазоні довжин хвиль.

Список опублікованих робіт по темі дисертації

1. Кузьмичев И.К. Зеркально - линзовый открытый резонатор / И.К. Кузьмичев // Распространение радиоволн в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах: сб. науч. тр. / НАН Украины. Ин-т радиофизики и электроники. - Харьков, 1995. - С. 121-131.

2. Кузьмичев И.К. Экспериментальное обнаружение и исследование морсовской критической точки дисперсионного уравнения генератора дифракционного излучения / И.К. Кузьмичев, В.П. Шестопалов // Доповіді НАН України. - 1996. - № 12. - С. 90-95.

3. Кузьмичев И.К. Влияние отражательной дифракционной решетки на взаимодействие между типами колебаний в открытом резонаторе вблизи морсовской точки / И.К. Кузьмичев // Доповіді НАН України. - 1997. - № 12. - С. 93-96.

4. Кузьмичев И.К. Типы колебаний составного двухуровневого открытого резонатора / И.К. Кузьмичев, Б.К. Скрынник // Радиофизика и электроника: сб. науч. тр. / НАН Украины. Ин-т радиофизики и электроники. - Харьков, 1998. - Т. 3, № 2. - С. 43-46.

5. Воробьев С.Н. Экспериментальное исследование резонансного отражения плоской электромагнитной волны от редкой ленточной решетки / С.Н. Воробьев, И.К. Кузьмичев // Журнал технической физики. - 1998. - Т. 68, № 5. - С. 138-140.

6. Кузьмичев И.К. Экспериментальное обнаружение колебаний типа "шепчущая галерея" в открытом резонаторе / И.К. Кузьмичев // Доповіді НАН України. - 1999. - № 7. - С. 75-78.

7. Кузьмичев И.К. Выбор диаметра зонда для исследования распределений поля в малоапертурных открытых резонаторах / И.К. Кузьмичев // Радиофизика и электроника: сб. науч. тр. / НАН Украины. Ин-т радиофизики и электроники. - Харьков, 2000. - Т. 5, № 2. - С. 92-95.

8. Кузьмичев И.К. Согласование квазиоптических открытых резонаторов с

волноводной линией передачи / И.К. Кузьмичев // Изв. вузов. Радиофизика. - 2000. - Т. 43, № 4. - С. 325-334.

9. Кузьмичев И.К. Междутиповое взаимодействие колебаний в открытом резонаторе / И.К. Кузьмичев // Изв. вузов. Радиофизика. - 2001. - Т. 44, № 7. - С. 600-605.

10. Кузьмичев И.К. О предельных возможностях уменьшения размеров зеркал открытых резонаторов / И.К. Кузьмичев, А.С. Тищенко, К. Шёнеманн // Изв. вузов. Радиофизика. - 2002. - Т. 45, № 6. - С. 509-515.

11. Кузьмичев И.К. Эффективностьвозбуждения колебаний в открытом резонаторе, включенном в волноводную линию передачи / И.К. Кузьмичев // Изв. вузов. Радиофизика. - 2003. - Т. 46, № 1. - С. 41-51.

12. Архипов А.В. Микрополосковая решетка в открытом резонаторе / А.В. Архипов, И.К. Кузьмичев, И.И. Резник, Д.Г. Селезнев // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2004. - Т. 7, № 4. - С. 7-11.

13. Воробьев Г.С. Возбуждение колебаний в открытом резонаторе сосредоточенными элементами связи / Г.С. Воробьев, И.К. Кузьмичев // Вісник СумДУ. Серія "Фізика, математика, механіка". - 2004. - № 10. - С. 238-242.

14. Архипов А.В. Квазиоптическая резонансная система для твердотельного генератора / А.В. Архипов, О.И. Белоус, И.К. Кузьмичев, А.С. Тищенко // Радиофизика и радиоастрономия. - 2005. - Т. 10, № 2. - С. 166-171.

15. Кузьмичев И.К. Эквивалентные схемы представления открытого резонатора / И.К. Кузьмичев // Радиофизика и радиоастрономия. - 2005. - Т. 10, № 3. - С. 303-313.

16. Архипов А.В. Открытый резонатор с активной микрополосковой решеткой / А.В. Архипов, И.К. Кузьмичев, О.Г. Нечаев, Д.Г. Селезнев// Радиофизика и радиоастрономия. - 2006. - Т. 11, № 4. - С. 378-384.

17. Kuzmichev I.K. An open resonator for physical studies / I.K. Kuzmichev, P.N. Melezhik, A.Ye. Poyedinchuk // International Journal of Infrared and Millimeter Waves. - 2006. - Vol. 27, No. 6. - P. 857-869.

18. Архипов А.В. Сложение мощностей диодов Ганна в открытом резонаторе с микрополосковой решеткой / А.В. Архипов, О.И. Белоус, И.К. Кузьмичев, И.И. Резник, Д.Г. Селезнев // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2007. - Т. 10, № 4. - С. 20-24.

19. Архипов А.В. Открытый резонатор с отрезком коаксиальной линии передачи /

А.В. Архипов, И.К. Кузьмичев, А.Ю. Попков // Вісник СумДУ. Серія "Фізика, математика, механіка". - 2008. - № 2. - С. 157-166.

20. Попков А.Ю. Объемные резонаторы в виде тел вращения сложной формы: численный алгоритм расчета спектра / А.Ю. Попков, А.Е. Поединчук, И.К. Кузьмичев // Радиофизика и электроника: сб. науч. тр. / НАН Украины. Ин-т радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова. - Харьков, 2008. - Т. 13, № 3. - С. 473-480.

21. Kuzmichev I.K. Exitation efficiency of quasioptical resonance systems / I.K. Kuzmichev // Telecommunications and Radio Engineering. - 2009. - Vol. 68, No. 1. - P. 49-63.

22. Kuzmichev I.K. Quasi-optical resonance systems with internal inhomogeneities / I.K. Kuzmichev // Telecommunications and Radio Engineering. - 2009. - Vol. 68, No. 4. - P. 299-317.

23. Пат. на винахід 67978 А Україна, МПК⁷ G01 R27/26. Відкритий резонатор для вимірювання діелектричної проникності матеріалів / Кузьмичов І.К., Глибицький Г.М., Мележик П.М.; заявник та патентовласник Ін-т радіофізики та електроніки им. О.Я. Усикова НАН Україны. - № 2003077095; заявл. 28.07.2003; опубл. 15.07.2004, Бюл. № 7.

24. Пат. на винахід 76521 Україна, МПК⁷ Н03 В7/00. Генератор НВЧ/Архипов О.В., Білоус О.І., Кузьмичов І.К.; заявник та патентовласник Ін-т радіофізики та електроніки им. О.Я. Усикова НАН Україны. - № 20040403118; заявл. 27.04.2004; опубл. 15.08.2006, Бюл. № 8.

25. Пат. на корисну модель 5629 Україна, МПК⁷ G01 R27/26. Пристрій для визначення діелектричної проникності і тангенса кута втрат матеріалів / Глибицький Г.М., Кузьмичов І.К.; заявник та патентовласник Ін-т радіофізики та електроніки им. О.Я. Усикова НАН Україны. - № 20040706089; заявл. 22.07.2004; опубл. 15.03.2005, Бюл. № 3.

26. Воробьев С.Н. Экспериментальное исследование резонансного отражения плоской электромагнитной волны от редкой ленточной решетки / С.Н. Воробьев, И.К. Кузьмичев // Прямі та обернені задачі теорії електромагнітних та акустичних хвиль: міжнар. семінар, 15-17 вересня 1997р.: тези доп. - Львів, 1997. - С. 9-11.

27. Kuzmichev I.K. "Bush" oscillations in a diffraction radiation oscillator / I.K. Kuzmichev, B.K. Skrynnik // Third International Kharkov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves": inter. conf., 15-17 September 1998: conf. proc. - Kharkov, 1998. - Vol. 1. - P. 224-226.

28. Kuzmichev I.K. Experimental detection and analysis of the morse critical point of open electrodynamical structure involved in diffraction radiation oscillator / I.K. Kuzmichev // Third International Kharkov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves": inter. conf., 15-17 September 1998: conf. proc. - Kharkov, 1998. - Vol. 1. - P. 227-229.

29. Vorobiov S.N. Resonant reflection of electromagnetic wave thin strip grating /

S.N. Vorobiov, I.K. Kuzmichev // Third International Kharkov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves": inter. conf., 15-17 September 1998: conf. proc. - Kharkov, 1998. - Vol. 2. - P. 607-609.

30. Kuzmichev I.K. Small-aperture open resonators: the maximum possible miniaturization / I.K. Kuzmichev, K. Schuenemann, A.S. Tishchenko // Fourth International Kharkov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves": inter. conf., 4-9 June 200: conf. proc. - Kharkov, 2001. - Vol. 2. - P. 621-623.

31. Kuzmichev I.K. Analysis of open resonator oscillation efficiency by equivalent scheme method / I.K. Kuzmichev // Fifth International Kharkov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves": inter. conf., 21-26 June 2004: conf. proc. - Kharkov, 2004. - Vol. 2. - P. 612-614.

32. Archipov A.V. Microstrip array in open resonator / A.V. Archipov, I.K. Kuzmichev, I.I. Reznik, D.G. Seleznyov // Tenth international seminar / workshop on "Direct and inverse problems of electromagnetic and acoustic wave theory": inter. seminar, 12-15 September 2005: seminar proc. - Lviv, 2005. - P. 67-70.

33. Архипов А.В. Квазиоптическая резонансная система для твердотельного генератора / А.В. Архипов, О.И. Белоус, И.К. Кузьмичев, А.С. Тищенко // 16-я Международная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии": междунар. конф., 11-15 сентября 2006 г.: тез. докл. - Севастополь, 2006. - Т. 2. - С. 571-572.

34. Архипов А.В. Открытый резонатор с активной микрополосковой решеткой / А.В. Архипов, И.К. Кузьмичев, О.Г. Нечаев, Д.Г. Селезнев // V Международная научно-техническая конференция "Физика и технические приложения волновых процессов": междунар. науч.-техн. конф., 11-17 сентября 2006 г.: тез. докл. - Самара, 2006. - С. 170.

35. Архипов А.В. Активная микрополосковая решетка в квазиоптической резонансной системе / А.В. Архипов, И.К. Кузьмичев, О.Г. Нечаев, Д.Г. Селезнев// Излучение и рассеивание электромагнитных волн: междунар. науч. конф., 25-30 июня 2007 г.: тез. докл. - Таганрог, 2007. - Т. 1. - С. 205-208.

36. Кузьмичев И.К. Квазиоптическая резонансная система для диэлектрометрии / И.К. Кузьмичев, А.Е. Поединчук // Излучение и рассеивание электромагнитных волн: междунар. науч. конф., 25-30 июня 2007 г.: тез. докл. - Таганрог, 2007. - Т. 1. - С. 169-173.

37. Archipov A.V. Quasi-optical power combiner of gunn diodes / A.V. Archipov, O.I. Belous, I.K. Kuzmichev, I.I. Reznik, D.G. Seleznyov // Sixth International Kharkov Symposium on "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves and Workshop on Teraherts Technologies": inter. conf., 25-30 June 2007: conf. proc. - Kharkov, 2007. - Vol. 2. - P. 732 - 734.

38. Архипов А.В. Сумматор мощности на основе открытого резонатора с микрополосковой решеткой / А.В. Архипов, О.И. Белоус, И.К. Кузьмичев, И.И. Резник, Д.Г. Селезнев // VII Международная научно-техническая конференция "Физика и технические приложения волновых процессов": междунар. науч.-техн. конф., 17-21 сентября 2007 г.: тез. докл. - Казань, 2007. - С. 89-90.

39. Попков А.Ю. Открытый резонатор для измерения диэлектрической проницаемости сильнопоглощающих веществ / А.Ю. Попков, И.К. Кузьмичев, А.Е. Поединчук // 18-я Международная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекоммуникацмонные технологии": междунар. конф., 8-12 сентября 2008 г.: тез. докл. - Севастополь, 2008. - Т. 2. - С. 485-486.

Анотація

Кузьмичов І.К. Відкриті електродинамічні системи з внутрішніми неоднорідностями. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 - радіофізика. - Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України, Харків, 2009.

У дисертації наведено вирішення актуальної проблеми радіофізики, пов'язаної з встановленням особливостей ефективного збудження і механізмів формування полів коливань у малорозмірних резонансних системах за рахунок оптимального вибору параметрів внутрішніх неоднорідностей. Обґрунтовано застосування коефіцієнту використання поверхні антен для аналізу ефективності збудження коливань у резонансних системах. Виявлено невироджену особливу точку спектру у відкритій електродинамічній системі, що містить дисперсні елементи. Встановлено існування коливання типу "шепочучої галереї" у відкритій електродинамічній системі. На підставі проведеного аналізу встановлено межу зменшення розмірів дзеркал, при якому у відкритій електродинамічній системі ще існують високодобротні коливання. Показано можливість збудження коливань "волове око" в резонансних системах, що містять внутрішні неоднорідності у вигляді відрізків круглих надрозмірних хвилеводів. Показано принципову можливість побудови генераторів і суматорів потужності в міліметровому діапазоні довжин хвиль на базі відкритих електродинамічних систем, що містять мікросмугові антени.

Ключові слова: відкрита електродинамічна система, відкритий резонатор, внутрішня неоднорідність, коливання "волове око", коливання типу "шепочучи галерея", надрозмірний хвилевід, мікросмужкова антена, особлива точка спектру.

Аннотация

Кузьмичев И.К. Открытые электродинамические системы с внутренними неоднородностями. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.03 - радиофизика. - Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины, Харьков, 2009.

В диссертации приведено решение актуальной проблемы радиофизики, связанной с установлением особенностей эффективного возбуждения и механизмов формирования полей колебаний в малоразмерных резонансных системах за счет оптимального выбора параметров внутренних неоднородностей. При выполнении работы проведено обоснование применимости выражения, используемого в антенной технике при нахождении коэффициента использования поверхности антенн, для оценки эффективности возбуждения колебаний в резонансном объеме. Теоретически показано, что за счет правильного выбора геометрических размеров сосредоточенных элементов связи можно обеспечить угловую селекцию спектра колебаний в открытых электродинамических системах.

Впервые обнаружена невырожденная особая точка спектра в электродинамической системе генератора дифракционного излучения. В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что вблизи вырожденной и невырожденной особых точек спектра взаимодействующие высокодобротные колебания ведут себя по-разному. Впервые обнаружено колебание типа шепчущая галерея, которое локализовано вблизи криволинейной поверхности зеркала открытой электродинамической системы и взаимодействует с низшим колебанием резонатора, ухудшая его добротность.

В результате теоретического анализа особенностей возбуждения первого высшего неаксиально-симметричного колебания в открытой электродинамической системе показана принципиальная возможность построения резонансных систем проходного типа с апертурной связью и любыми наперед заданными коэффициентами отражения, передачи и нагруженной добротности. С использованием прямого преобразования Фурье, определяющего угловой спектр поля, получено трансцендентное уравнение, с помощью которого установлен предел уменьшения размеров зеркал открытого резонатора, в котором возбуждается основной тип колебаний. Проведенные исследования показали, что в открытой электродинамической системе, в которой существует высокодобротный тип колебаний, получить размер пятна поля меньше рабочей длины волны нельзя.

С помощью метода эквивалентных схем получены выражения для эффективности возбуждения колебаний в открытых электродинамических системах в режимах слабой и сильной связи с нагрузкой. Показано, что в режиме слабой связи открытый резонатор представляется в виде последовательного колебательного контура, а в режиме сильной связи - в виде параллельного колебательного контура. Экспериментально изучено возбуждение волны ТЕ₀₁ в отрезке круглого волновода, выполненного в центре одного из зеркал открытой электродинамической системы. Проведено исследование спектра и амплитудного распределения полей колебаний, возбуждаемых в резонансной системе. Показано, что в такой системе имеет место угловая и частотная селекция спектра колебаний, а в резонансном объеме возбуждается аксиально-симметричное колебание "воловий глаз", которое возбудить удалось впервые. Проведен теоретический анализ резонатора, который образован цилиндрической, конической и сферической поверхностями. Выполненные исследования подтвердили правильность выбранной модели резонатора для анализа аксиально-симметричных колебаний. Спектральным методом рассчитана микрополосковая антенная решетка, состоящая из четырех одинаковых прямоугольных излучателей. Изучено согласование такой решетки с подводящим коаксиальным кабелем. Рассмотрено поведение резонансного коэффициента передачи и нагруженной добротности резонатора, возбуждаемого микрополосковой решеткой, при изменении расстояния между зеркалами. Для измерения электрофизических параметров листовых материалов с большими потерями предложено использовать полусферический открытый резонатор, на плоском зеркале которого расположена микрополосковая решетка, объединенная с транзисторным усилителем мощности в единый модуль. Исследованы характеристики генератора с резонансной системой в виде полусферического открытого резонатора, на плоском зеркале которого расположена четырехэлементная микрополосковая решетка. Под каждым излучающим элементом решетки установлен полупроводниковый генератор. Проанализировано возбуждение волны ТЕМ в отрезке коаксиальной линии передачи, выполненной в центре одного из зеркал открытого резонатора. Показано, что в такой резонансной системе происходит угловая и частотная селекция спектра колебаний.

Ключевые слова: внутренняя неоднородность, колебание "воловий глаз", колебание типа "шепчущая галерея", микрополосковая антенна, особая точка спектра, открытая электродинамическая система, открытый резонатор, сверхразмерный волновод.

Abstract

Kuzmichev I.K. Open electrodynamic systems with internal discontinuities. - Manuscript.

Thesis for Doctor's of Science degree in Physics and Mathematics by specialty 01.04.03 - radiophysics. - Usikov Institute of radiophysics and electronics of the NAS of Ukraine, Kharkov, 2009.

The solution of the actual problem of radiophysics, related to the establishment of features of excitation efficiency and formation mechanisms of field oscillations in small resonant systems due to the optimal choice of internal discontinuities parameters, is given in the thesis. Application of the coefficient of antenna surface utilization for the analysis of excitation efficiency of oscillations in resonant systems is proved. The nondegenerate singular point of a spectrum in the electrodynamic system containing dispersive elements is found out. Existence of oscillation of "whispering gallery" type in the open electrodynamic system is established. On the basis of the analysis carried out, the limit of reduction of sizes of mirrors, at which high-Q oscillations still exist in the open electrodynamic system, is established. The possibility of excitation of "oxlike eye" oscillations in the resonant systems containing internal discontinuities in the form of sections of oversized circular waveguides is shown. A possibility in principle of creating generators and power combiners in the millimeter range of wavelengths on the basis of open electrodynamic systems containing microstrip antenna arrays is shown.

Keywords: internal discontinuity, microstrip antenna, open electrodynamic system, open resonator, "whispering gallery" oscillations, oversized waveguide, "oxlike eye" oscillation, spectrum special point.

Размещено на Allbest.ru