Статьи журнала - Физика волновых процессов и радиотехнические системы
Все статьи: 519
Фракталы в радиолокации и радиофизике: 40 лет научных исследований
Статья научная
В данной статье представлен обзор основных научных результатов по созданию новых информационных технологий на основе текстур, фракталов, дробных операторов и нелинейных динамических методов. Исследования проводятся в рамках научного направления «Фрактальная радиофизика и фрактальная радиоэлектроника: проектирование фрактальных радиосистем», которое разрабатывается автором с 1979 г. и по настоящее время. Показано, что впервые в мире были предложены, а затем и применены новые размерностные и топологические (а не энергетические!) признаки или инварианты, которые объединены под обобщенным понятием «топология выборки» ~ «фрактальная сигнатура». Предложены текстурные и фрактально-скейлинговые (топологические) методы обнаружения сверхслабых сигналов и полей в интенсивных шумах и помехах. Открыт, предложен и развит новый вид и новый метод современной радиолокации, а именно фрактально-скейлинговая или масштабно-инвариантная радиолокация, что влечет за собой коренные изменения в самой структуре теоретической радиолокации, а также в ее математическом аппарате. Разработаны постулаты фрактальной радиолокации: 1 - интеллектуальная обработка сигнала/изображения, основанная на теории дробной меры и скейлинговых эффектов, для расчета поля фрактальных размерностей D; 2 - выборка принимаемого сигнала в шумах относится к классу устойчивых негауссовых распределений вероятностей D сигнала; 3 - максимум топологии при минимуме энергии входного случайного сигнала (т. е. максимальный «уход» от энергии принимаемого сигнала). Данные постулаты открывают новые возможности для обеспечения устойчивой работы при малых отношениях сигнал / (шум + помеха) или увеличения дальности действия радиолокаторов. Выполненные исследования являются приоритетными в мире и служат базой для дальнейшего развития и обоснования практического применения фрактально-скейлинговых и текстурных методов в современной радиофизике, радиоэлектронных системах и нанотехнологиях, а также в создании принципиально новых и более точных фрактально-текстурных (топологических) методов обнаружения и измерения параметров радиосигналов в пространственно-временном радиолокационном канале распространения электромагнитных волн с рассеянием.
Бесплатно
Функциональный однокристальный преобразователь свет-частота на основе высокоомного n-GaAs
Статья научная
В работе описывается опытный вариант однокристального преобразователя свет-частота, представляющего собой мезапланарную фоторезисторную структуру на основе высокоомного арсенида галлия с N-образной вольт-амперной характеристикой. Показаны функциональность и перспективность применения предложенного фотоэлектрического преобразователя для оптоэлектроники. Приведены основные характеристики, проанализированы преимущества и недостатки предложенного преобразователя перед имеющимися аналогами.
Бесплатно
Статья научная
Получено выражение для функции размытия точки четырехволнового преобразователя излучения в многомодовом волноводе с керровской нелинейностью с учетом перекачки энергии из объектной волны в сигнальную и наоборот. Для одномодовых волн накачки с равными номерами мод показано наличие точек «генерации», и найдены условия на параметры волновода, характеристики взаимодействующих волн, при которых условия «генерации» реализуются. Вблизи первой точки «генерации» вид функции размытия точки определяет мода волновода, номер которой совпадает с номером моды волн накачки. Для четырехволнового преобразователя излучения в волноводе с бесконечно проводящими поверхностями качество обращения волнового фронта вблизи второй точки «генерации» совпадает с качеством обращения волнового фронта при малом коэффициенте отражения. Для четырехволнового преобразователя излучения в параболическом волноводе вблизи второй и следующих точек «генерации» вид функции размытия точки определяет одна из мод волновода.
Бесплатно
Характеристики двухзаходных конических логоспиральных антенн с сеточным и киральным рефлекторами
Статья научная
В данной статье приведены результаты математического моделирования двухзаходной конической логоспиральной антенны с рефлектором, изготовленного из метаматериала на основе спиралей. Представлен сравнительный анализ результатов математического моделирования данной антенны с классической конструкцией конической логоспиральной антенны.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены возможности обнаружения воздушных движущихся целей космическими радиолокаторами с синтезированием апертуры, использующими режим интерферометрии вдоль пути. Описана методика расчета отношения сигнал - шум, характеристик обнаружения воздушных целей в режиме селекции движущихся целей. На основании расчетов показано, что динамика подстилающей поверхности, вызванная колебаниями травы, листвы или взволнованной морской поверхности, существенно снижает возможности по обнаружению воздушных объектов космическими радиолокаторами с синтезированием апертуры в режиме селекции движущихся целей. Показано на примерах существующих космических радиолокаторов с синтезированием апертуры, что при использовании метода интерферометрии вдоль пути, как минимум двух интерферометрических баз и дофокусировки по отметкам ярких движущихся целей в канале селекции движущихся целей эффективность процедуры обнаружения может быть достаточной для практических применений. Однако область малых значений радиальной скорости остается «слепой» зоной при любых конфигурациях мультибазовой схемы и может быть уменьшена только повышением энергетического потенциала радиолокаторов с синтезированием апертуры.
Бесплатно
Цилиндрический проводник в слое изотропной плазмы
Статья научная
Решается внешняя краевая задача для цилиндрического проводника в слое изотропной плазмы. Обосновывается разделение волн в направляющей структуре на HE nm и EH nm. Показывается существование быстрых и медленных собственных и несобственных волн. Рассмотрение приводится в рамках теории линейных несамосопряженных операторов.
Бесплатно
Цифровые модемы сигналов минимальной частотной манипуляции и их характеристики
Статья научная
Обоснование. Необходимость описания особенностей формирования сигналов минимальной частотной манипуляции, раскрыть преимущества этого вида модуляции, привести схемы цифровых демодуляторов сигналов минимальной частотной манипуляции, обеспечивающие наилучшую помехоустойчивость приема, указать пути повышения спектральной эффективности модемов сигналов минимальной частотной манипуляции. Цель. Рассмотрены различные варианты построения цифровых модемов сигналов минимальной частотной манипуляции, особенности схем модемов при четных и нечетных числах полупериодов на отрезках длительности передаваемых посылок, а также специфика формирования опорных колебаний в когерентных демодуляторах. Методы. Принцип работы модуляторов и демодуляторов сигналов минимальной частотной манипуляции поясняется временными диаграммами сигналов в различных точках трактов формирования и детектирования сигналов минимальной частотной манипуляции. Такое представление обеспечивает достоверность и наглядность работы модемов сигналов минимальной частотной манипуляции. Результаты. Показано, что когерентные демодуляторы сигналов минимальной частотной манипуляции обеспечивают такую же помехоустойчивость, как и противоположные сигналы относительной фазовой манипуляции, но при этом имеют постоянный уровень сигнала и меньшую ширину спектра. В двухканальном модеме сигналов минимальной частотной манипуляции вдвое повышается спектральная эффективность по сравнению с одноканальным модемом, но уровень сигнала становится непостоянным. Заключение. Приведены сведения, поясняющие причину широкого применения сигналов минимальной частотной манипуляции в системах сотовой связи, в системах космической связи и в бесшнуровых телефонах, а также пути дальнейшего совершенствования цифровых модемов сигналов минимальной частотной манипуляции.
Бесплатно
Статья научная
Обоснование. Использование методов исследования и проектирования устойчивых нелинейных динамических систем путем построения частотных характеристик петлевого усиления отрицательной обратной связи импульсного преобразователя напряжения через временные характеристики, полученные численными методами решения нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные процессы в преобразователе, занимает большое время и имеет низкую точность расчета оптимальных режимов, когда требуется рассчитывать сотни вариантов.
Бесплатно
Статья научная
С использованием метода функции размытия точки проанализировано качество преобразования изображения при четырехволновом взаимодействии на керровской нелинейности в многомодовом волноводе в схеме с попутными волнами накачки. Показано, что приосевые моды волновода полностью определяют вид функции размытия точки. Увеличение угла между волнами накачки приводит к возникновению «тонкой» структуры функции размытия точки. Период этой структуры с ростом угла между волнами накачки уменьшается.
Бесплатно
Статья научная
Авторы проанализировали пространственную селективность четырехволнового преобразователя излучения в многомодовом волноводе с тепловой нелинейностью в схеме с попутными волнами накачки. Показано, что полуширина модуля функции размытия точки, характеризующая качество преобразования изображения, определяется в основном поперечными размерами волновода. С увеличением угла падения волн накачки на переднюю грань волновода уменьшается как величина максимального значения, так и полуширина модуля функции размытия точки. Запись в волноводе двух температурных решеток приводит к модуляции функции размытия точки с периодом обратно пропорциональным углу падения волн накачки.
Бесплатно
Статья научная
Обоснование. Необходимость создания высокоэффективных четырехволновых преобразователей излучения c целью использования их в системах адаптивной оптики для обработки в реальном времени сложных пространственно-временных полей, в интерферометрии, квантовой криптографии и т. д. требует наряду с применением традиционных методов повышения эффективности таких преобразователей за счет увеличения длины взаимодействия, плотности мощности излучения, эффективного значения нелинейной восприимчивости разработки новых методов. В качестве одного из таких методов выступает метод, основанный на наложении обратной связи на одну или несколько взаимодействующих волн. Цель. Рассмотрено влияние обратной связи на амплитудный коэффициент отражения вырожденного четырехволнового преобразователя излучения на тепловой и резонансной нелинейностях. Методы. Амплитудный коэффициент отражения вырожденного четырехволнового преобразователя излучения на тепловой и резонансной нелинейностях при наличии обратной связи на объектную и сигнальную волны анализировался численным методом на основе многократного прохождения сигнальной и объектной волн нелинейного слоя в кольцевом резонаторе. Результаты. Показано, что в приближении малого коэффициента отражения отличие в коэффициентах отражения при наличии и отсутствии обратной связи на объектную и сигнальную волны монотонно увеличивается с ростом интенсивности волн накачки и не зависит от параметра, характеризующего соотношение между тепловой и резонансной нелинейностями. Заключение. Установлена область значений коэффициента поглощения, в пределах которой наложение обратной связи на объектную и сигнальную волны приводит к повышению эффективности четырехволного преобразователя излучения.
Бесплатно
Статья научная
При равных интенсивностях волн накачки показано совпадение амплитудных коэффициентов отражения, полуширин полос пространственных частот четырехволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности при наличии обратной связи либо на объектную, либо на сигнальную волны. Проанализирована зависимость амплитудного коэффициента отражения, пространственной селективности четырехволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности от интенсивности волн накачки. При компенсации фазового набега, возникающего из-за распространения в среде волн накачки, наблюдается с ростом интенсивности волн накачки увеличение полуширины полосы пространственных частот. Существует пороговое значение интенсивности волн накачки, при превышении которого значение амплитудного коэффициента отражения четырехволнового преобразователя с учетом обратной связи на объектную или сигнальную волны оказывается меньше, чем в отсутствие обратной связи.
Бесплатно
Статья научная
Проанализирована точность обращения волнового фронта четырехволновым преобразователем излучения на тепловой нелинейности в схеме квазиперпендикулярного взаимодействия. Проведено сравнение зависимостей полуширины модуля функции размытия точки такого преобразователя от расходимости волны накачки и положения плоскости фокусировки сигнальной волны при квазиперпендикулярной и квазиколлинеарной геометриях взаимодействия. Показано, что точность преобразования излучения выше в схеме квазиперпендикулярного взаимодействия, чем в схеме квазиколлинеарного взаимодействия.
Бесплатно
Статья научная
Обоснование. Для обеспечения целостности, устойчивости функционирования и безопасности единой сети электросвязи Российской Федерации, а также для решения вопросов электромагнитной совместимости средств радиорелейной связи требуется применение антенн, удовлетворяющих как обязательным требованиям, закрепленным на законодательном уровне, так и требованиям рекомендательного характера международного и регионального уровней. Цель. Установление соответствия наиболее часто применяемых в средствах радиорелейной связи зигзагообразных антенн требованиям действующего законодательства и международных норм на основе численно-экспериментальной оценки их характеристик. Методы. На основе численных методов проведены расчеты характеристик рассматриваемых антенн, а также проведены измерения данных характеристик в безэховой экранированной камере. Результаты. Представлены результаты численной и экспериментальной оценки коэффициента усиления, коэффициента стоячей волны по напряжению, диаграмм направленности, кроссполяризационной развязки и комплексного сопротивления двойной зигзагообразной антенны с рефлектором УВЧ-диапазона средств радиорелейной связи. Показано, что данная антенна обеспечивает работу в широкой полосе частот и на рассматриваемом участке диапазона не в полной мере удовлетворяет требованиям, предъявляемым к антеннам средств радиорелейной связи. Заключение. На основе анализа требований действующего законодательства и международных требований, предъявляемых к антеннам средств радиорелейной связи, и результатов численно-экспериментальной оценки характеристик рассматриваемых антенн установлено их соответствие по уровню огибающей ДН, бокового и заднего излучения требованиям Рекомендаций МСЭ ITU-R F.699, за исключением начала участка диапазона, где имеется некоторое превышение уровня огибающей. Требования ГОСТ Р 50867-96 по уровню максимумов кроссполяризации (или уровню кроссполяризационного излучения в заданном пространственном секторе углов вблизи направления главного излучения) не выполняются.
Бесплатно
Численный анализ автоколебаний активного фрактального осциллятора
Статья научная
Разработана численная модель автоколебательной системы с дифференциальным уравнением движения дробного порядка. Приведены результаты моделирования процесса установления автоколебаний. Они сопоставлены с приближенными аналитическими результатами, полученными в квазигармоническом приближении.
Бесплатно
Численный анализ отражений электромагнитной волны е-поляризации от неоднородного слоя диэлектрика
Статья научная
Работа посвящена электромагнитному анализу метаматериала на основе диэлектрического слоя, обладающего неоднородным распределением атомов вдоль поперечной координаты. В работе рассмотрено решение двухточечной граничной задачи об отражении плоской линейно поляризованной электромагнитной волны от неоднородного слоя диэлектрика. Предложен быстродействующий алгоритм расчета характеристик отражения и прохождения электромагнитной волны от неоднородного диэлектрического слоя, основанный на решении двухточечной граничной задачи. Рассчитаны частотные зависимости модуля коэффициентов отражения для различных неоднородных профилей вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости при различных углах падения. Показано, что в области нижнего диапазона нормированных частот слой диэлектрика с параболическим профилем имеет меньшее отражение по сравнению с диэлектрическим слоем с линейным профилем показателя преломления.
Бесплатно
Шестиволновой преобразователь излучения на тепловой нелинейности в схеме с попутными волнами накачки
Статья научная
Исследована пространственная селективность шестиволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности в схеме с попутными волнами накачки при нестационарном и стационарном режимах. Проанализировано влияние на ширину полосы пространственных частот шестиволнового преобразователя толщины нелинейной среды, угла падения волн накачки, их волновых чисел. Проведено сравнение пространственной селективности четырех- и шестиволновых преобразователей излучения.
Бесплатно
Широкополосные шлейфные структуры и их применение при проектировании устройств СВЧ
Статья научная
В статье рассматривается структурный синтез СВЧ-устройств с использованием шлейфных четырехполюсников. Приводится теорема о каскадном включении одинаковых реактивных симметричных четырехполюсников. Приводятся примеры проектирования различных устройств СВЧ, путем совмещения их с широкополосными шлейфными структурами.
Бесплатно
Статья научная
Обсуждаются спектральные свойства мод щелевых электрозвуковых воле на границах плоской трещины, равномерно движущейся в пьезоэлектрике класса 6mm(4mm, inf mm) Показано, что поперечное движение трещины обуславливает неколлинеарность удерживаемых ею электрозвуковых волн, приводит к параметрической связи симметричной и антисимметричной мод и оказывается источником частотной дисперсии.
Бесплатно
Эквивалентная схема замещения диэлектрика в широком диапазоне частот (0 Гц - 500 МГц)
Статья научная
По измеренным частотным характеристикам сопротивлений реальных диэлектриков была построена эквивалентная схема замещения диэлектрика, работающая в широком диапазоне частот (0 Гц - 500 МГц). Данная схема замещения была построена с учетом физических процессов, протекающих в диэлектрике. В статье была сделана попытка объяснить почему частотные характеристики (модуль и фаза) комплексного сопротивления диэлектрика имеют такой характер в широкой полосе частот (до 500 МГц). Показано, что для построения схемы замещения диэлектрика (структуры и параметров) измерения только модуля сопротивления диэлектрика недостаточно, необходимо измерять также фазу комплексного сопротивления диэлектрика, что во многих работах по синтезу схемы замещения диэлектрика игнорируется.
Бесплатно
