LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Фізичне моделювання електромагнітного розсіювання в квазіоптичних спрямовуючих структурах

радіохвильовій еліпсометрії та ін.

Незважаючи на актуальну необхідність у розширенні експериментальних методів дослідження фізичних процесів розсіювання, формування полів і перетворення електромагнітних пучків у квазіоптичних спрямовуючих структурах з метою ЕДМ у БММ і СММ діапазонах хвиль, цей напрямок на момент розгортання даної роботи було розвинено недостатньо. Через низку особливостей, властивих структурам класу ПДХ, зв'язаних 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 об'єкті (розсіювачі), локалізованому усередині такої структури.

Вищевказані обставини, з огляду на специфіку модельних досліджень, обумовлену різноманітністю форм, складністю будови досліджуваних об'єктів, 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 об'єкт дослідження з прийнятого розсіяного випромінювання обумовлюють актуальність теми дисертації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась у рамках планів комплексної науково-дослідної програми НАН України "Фундаментальні дослідження в області міліметрових та субміліметрових хвиль і використання результатів у народному господарстві". Дисертаційна робота є узагальненням результатів досліджень, проведених автором у відділі Квазіоптики ІРЕ ім. О.Я. Усикова НАН України, які входять у науково-технічні звіти: № ДР 81014287 (1981р.), № ДР 81014289 (1982р.), № ДР 01.83.0062085 (1986р.), № ДР 01.90.0001958 (1989р.), № ДР 01.87.0067836 (1990р.), № ДР 01.93И027 986 (1992р.), № ДР 01.920.000604 (1995р.), № ДР 01.96 U 006114 (2000р.).

Мета і задачі дослідження Метою дослідження є вирішення проблеми фізичного електродинамічного моделювання процесів розсіювання у БММ та СММ діапазонах хвиль на основі квазіоптичних принципів та квазіоптичних спрямовуючих структур, розробка адекватних методів і радіовимірювальних засобів вивчення енергетичних, амплітудно-фазових і поляризаційних характеристик розсіювання об'єктів у зазначених діапазонах хвиль.

Досягнення зазначеної мети має на увазі розв'язання наступних основних наукових задач:

  • проведення теоретичного й експериментального досліджень умов збудження і закономірностей поширення та перетворювання широких хвильових пучків у КО спрямовуючих структурах класу ПДХ, що містять внутрішні локалізовані неоднорідності;

  • встановлення зв'язку між параметрами розсіювання хвилеводних мод у КО спрямовуючих структурах класу ПДХ та характеристиками розсіювання плоских хвиль у вільному просторі;

  • розробку принципу, фізичне обґрунтування і дослідження методу квазіоптичного хвилеводного моделювання (КХМ) для експериментального вивчення характеристик розсіювання об'єктів у КО спрямовуючих структурах;

  • розробку основ апаратурної реалізації методу КХМ, створення розрахункового інструменту для оцінки й оптимізації параметрів відповідних радіовимірювальних систем – мікро-компактних полігонів (МКП);

  • розробку методик вимірювання основних характеристик розсіювання за допомогою МКП, аналіз специфічних ситуацій, що виникають у ході використання розроблених методик, вироблення практичних рекомендацій;

  • оцінку перспектив розвитку розроблених методів і засобів електродинамічного моделювання в плані розширення їхніх функціональних можливостей та просування в короткохвильову частину СММ діапазону хвиль.

Об'єктом дослідження у роботі є фізичний процес взаємодії електромагнітних хвиль з матеріальними об'єктами, що локалізовані усередині квазіоптичних спрямовуючих структур.

Предметом дослідження у роботі є фізичне моделювання характеристик розсіювання об'єктів в квазіоптичних спрямовуючих структурах класу "порожнистий діелектричний хвилевод" у БММ та СММ діапазонах хвиль.

У роботі для розв'язання поставлених задач було використано наступні методи:

  • метод розподілу змінних для приведення початкової векторної задачі розсіювання хвилеводних мод на об'єкті простої геометричної форми (сфера), розташованої у ПДХ з імпедансними межами, до задачі про розв'язання системи скалярних диференційних рівнянь для складових електричного та магнітного полів у обраній системі ортогональних криволінійних координат;

  • метод поперечних перерізів у сполученні з характеризацією виду межової структури параметром ефективної діелектричної проникності для аналізу електродинамічних властивостей та розрахунку плавних нерегулярностей ПДХ з різними видами межових структур;

  • модифікований матричний метод, що використовує апарат хвилевої матриці розсіювання у сполученні з уявленням парціальних хвиль у формі векторів Джонса, для аналізу процесів поляризаційних перетворювань в квазіоптичних електродинамічних структурах, що супроводжуються багаторазовими перевідбиттями хвиль у таких структурах;

  • метод орієнтованих графів для аналізу і оцінки метрологічних характеристик квазіоптичних радіовимірювальних засобів;

  • стандартні хвилеводні та оригінальні квазіоптичні методи вимірювань параметрів електродинамічних структур, енергетичних, амплітудно-фазових та поляризаційних характеристик розсіювання об'єктів у БММ та СММ діапазонах хвиль.

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 об'єкти або їхні масштабні моделі та вивчати характеристики розсіювання хвилеводних мод, що виявилися однозначно пов'язаними з характеристиками розсіювання цих об'єктів у вільному просторі; у розробці нового методу квазіоптичного хвилеводного моделювання та створенні експериментальних зразків оригінальних квазіоптичних систем – мікро-компактних полігонів (МКП), що використані у рішенні проблеми фізичного моделювання в ближньому міліметровому (БММ) і в субміліметровому (СММ) діапазонах хвиль.

У дисертації, зокрема, містяться наступні результати, отримані уперше:

1. Створено, послідовно розвинено та апробовано наукову концепцію квазіоптичного хвилеводного моделювання (КХМ) процесів електромагнітного розсіювання, що базується на комплексному використанні електродинамічних властивостей квазіоптичних спрямовуючих структур класу ПДХ з імпедансними межами і локалізованими в них об'єктами моделювання, та на фундаментальному принципі електродинамічної подібності.

2. Встановлено загальні закономірності процесів