Исследование периодических структур и различных радиоэлектронных и оптических устройств, использующих периодические структуры в качестве каких-либо функциональных элементов



Дата13.08.2020
өлшемі51.5 Kb.
түріИсследование

ВВЕДЕНИЕ

Исследование периодических структур и различных радиоэлектронных и оптических устройств, использующих периодические структуры в качестве каких-либо функциональных элементов, всегда играло важную роль в развитии актуальных направлений науки и техники. И сегодня интерес к этой теме со стороны теоретиков и прикладников не спадает. Ежегодно публикуются сотни работ, в которых анализируются новые волновые эффекты и явления, связанные с решетками, предлагаются принципиально новые схемы использования этих структур в оптике и спектроскопии, в физике и технике миллиметровых и субмиллиметровых волн, в электронике больших мощностей, в квантовой радиофизике и физике твердого тела, в акустике и резонансной квазиоптике. Способность решеток в максимальных пределах изменять свою прозрачность, управляемым образом перераспределять энергию между волнами, распространяющимися в различных направлениях, открывает широкие возможности для их использования в качестве поляризационных и частотных фильтров, неотражающих и рассеивающих покрытий, экранов различного типа и назначения, селективных зеркал дисперсионных открытых резонаторов, плоских и цилиндрических диаграммообразующих устройств. Особо следует выделить одно из основных направлений практического использования решеток – антенную технику, в частности антенны, работающие на эффектах дифракционного излучения, или дифракционные антенны. Эффекты дифракционного излучения кратко можно описать так: экспоненциально спадающее поле собственной волны какой-либо открытой направляющей структуры (а в дифракционной электронике – собственное поле сгустка или пучка заряженных частиц) преобразуется близко расположенной периодической структурой в поле излучения, характеристики которого (направленность, энергетическая эффективность, диапазон частот, сектор сканирования и т.п.) оптимизируются в соответствии с решаемыми практическими задачами.



Актуальность и новизна темы. Антенны дифракционного излучения по принципу действия похожи на классические фазированные антенные решетки. Только в последних нужное фазовое распределение поля в апертуре осуществляется индивидуальной настройкой всех излучающих элементов, а в дифракционных антеннах – путем подбора открытой направляющей линии с определенной фазовой скоростью направляемой этой линией медленной поверхностной волны. Поскольку излучающих элементов для получения диаграммы с нужными характеристиками может потребоваться очень много, то стоимость больших фазированных решеток очень высока. Характеристики, аналогичные тем, которые реализуются в фазированных антенных решетках при гораздо меньших затратах можно получить и от антенны дифракционного излучения. Нужно только научиться грамотно проектировать соответствующие устройства. И это требование определяет актуальность темы диссертационной работы. Отсюда же вытекает и научная новизна темы – очень много трудноразрешимых научных проблем возникает при попытках реализации эффектов дифракционного излучения в недорогих и эффективно работающих устройствах. Для решения этих проблем нужно разрабатывать новые надежные теоретические и экспериментальные подходы, постоянно обновлять банк сведений, связанных с различного типа эффектами, проявляющимися в процессах преобразования поверхностных волн открытых направляющих структур в волны объемные, уносящие энергию далеко в свободное пространство.

Работа посвящена построению и реализации нового подхода к решению актуальных задач анализа и синтеза планарных антенн дифракционного излучения. Это новый класс антенн, использование которых может содействовать существенному повышению эффективности различных телекоммуникационных и радиолокационных систем.



Связь темы с другими научно-исследовательскими программами. Тема работы отвечает одному из направлений (теория излучения, распространения и рассеяния электромагнитных волн), в рамках которого ведутся исследования на кафедре радиотехники, электроники и телекоммуникаций физико-технического факультета ЕНУ. И это направление соответствует следующим темам в рамках приоритетов развития науки, утвержденных на заседании Высшей научно-технической комиссии при Правительстве Республики Казахстан 22 июля 2013 года: «Информационные и телекоммуникационные технологии» и «Интеллектуальный потенциал страны».

Цель и задачи исследования. Цель исследования – разработка и апробация нового строгого подхода к решению задач анализа и синтеза планарных антенн дифракционного излучения, проведение проблемно ориентированных вычислительных экспериментов, анализ полученных результатов и формулировка важных, как для теории, так и для практики выводов.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие ключевые задачи: построить и реализовать с помощью подходящего программного пакета алгоритмы решения прямых модельных задач; предложить и проверить в вычислительных экспериментах схемы модельного синтеза дифракционных антенн с заданными электродинамическими характеристиками; исследовать физические особенности в процессах излучения импульсных и монохроматических волн такими антеннами.



Объект исследования – пространственно-временные и пространственно-частотные трансформации электромагнитных волн в одномерно-периодических структурах.

Предмет исследования – эффекты, связанные с преобразованием поверхностных волн открытых волноводов близкорасположенными периодическими структурами в волны объемные, уносящие энергию в свободное пространство.

Методы исследования. В работе реализована современная методология получения новых знаний, базирующаяся на математическом моделировании и вычислительном эксперименте. Использовались методы математической физики (в частности, метод интегральных преобразований) и сеточные методы дискредитации начально-краевых задач электродинамики. Основные этапы построения модельных задач базировались на методе точных поглощающих условий, позволяющем корректно и эффективно ограничивать их пространство счета.

Научная и практическая значимость полученных результатов. В диссертационной работе получены новые знания о физике процессов дифракционного излучения – излучения, возникающего при рассеянии поверхностных волн планарных диэлектрических волноводов близко расположенными периодическими структурами.

Предложены эффективные и практически реализуемые схемы модельного синтеза планарных антенн дифракционного излучения, антенн, способных существенно изменить привычные представления о возможностях различных телекоммуникационных и радиолокационных систем.



Апробация результатов диссертации и публикации. Результаты диссертации докладывались научному руководителю и обсуждались на семинаре НИИ радиофизики и электроники ЕНУ. Они опубликованы в журналах «Telecommunications and Radio Engineering» (Balatay A., Begimova A., Duisengali G., Yeleusinova G., Kasabayeva D., Maimurynova A., Tlegen M., Sirenko Y. Polarization sensitivity of reflection and semi-transparent periodic structures // Telecommunications and Radio Engineering. – 2015. – Vol. 74, no. 14. – P. 1241–1256. Scopus IF 0.189) и «Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe (East European Scientific Journal)» (Оразбекова М.Б., Молжанов Ш.А., Наурызбаев Е.Н., Давлетбаева Д.М., Тлеген М.Н., Нуримбетов Н.А. Численная реализация двухмерных электродинамических моделей метода точных поглощающих условий // Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe. – 2016. – No. 6. – P. 86–96).




Достарыңызбен бөлісу:


©netrefs.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет