WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |
  • в работе корректно использованы физические представления, электродинамические и экспериментальные методы исследования;
  • основные положения работы согласованы с полувековым опытом кафедры Основ радиотехники Института Радиотехники и электроники Технического университета МЭИ (ОРТ ИРЭ МЭИ) в области физики и техники ДВ;
  • результаты работы обсуждались и проверялись на координационных совещаниях по радиоинтерферометрии представителей организаций, входящих в кооперацию «Научно-исследовательский институт измерительных систем - Институт Физики взрыва - Нижегородский государственный университет - Институт Радиотехники и электроники Технического университета МЭИ».

Достоверность результатов подтверждается также оценками акта внедрения.

Личный вклад. Все научные положения в области ВПП на МСДВ предложены, а выводы и рекомендации сформулированы соискателем (совместно с руководителем). В коллективных публикациях соискателю принадлежит основная роль в формулировке положений, связанных с изучением и применением МСДВ и построением ВПП на их основе. Конкретное личное участие автора в публикациях указано также в Заключении кафедры ОРТ ИРЭ МЭИ.

Апробация результатов работы проводилась на следующих научных форумах и дискуссионных площадках:

  • на 2-ой международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы радиофизики АПР-2008» (Томск, 2008 г.);
  • на 9 и 11-ых Харитоновских научных чтениях “Экстремальные состояния вещества” (Саров 2007, 2009 г.г.);
  • на международной НТК к столетию В.А. Котельникова (Москва, 2008 г.);
  • на 13, 14, 15-ой аспирантских НТК «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, МЭИ, 2007-09 гг.);
  • на семинарах кафедры ОРТ МЭИ (2007-9 гг.).

Публикации по теме диссертационной работы (общим числом 12) в достаточно полной мере отражают основные результаты работы. Публикации содержат 3 статьи (из них 2 работы - в журнале, входящем в перечень ВАК) и 9 тезисов докладов. Автор участвовал также в написании семи научных отчетов, включая отчет по гранту РФФИ за 2008 год.

Работа выполнялась при поддержке РФФИ (грант № 08-08-00992-а).

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 129 наименований, приложений и актов внедрения. Объем диссертации - 193 стр., включая 69 рисунков и 8 таблиц.

Содержание работы

Рис. 2. Волноводно-пучковый преобразователь, его элементы и схема функционирования

Во введении, кроме характеристики работы, описаны проблема, ключевые идеи и проектный замысел диссертации. Главная задача - повышение качества волновых подсистем и волноводно-пучковых преобразователей (рис. 2). Перспектива развития волновых подсистем диагностики - анализ пространственно-временной картины полей, созданной динамикой объекта диагностики.

Функции существующих волновых подсистем диагностики:

  • преобразование зондирующего сигнала во входном одномодовом плече ВПП в зондирующее волновое образование;
  • преобразование информационного волнового образования в информационный сигнал в волноводе подсистемы обработки (детальнее – рис.11).

В процессе уточнения задачи выяснено, что:

  • волновые подсистемы целесообразно выполнять из диэлектрика;
  • элементной базой существующих подсистем являются отрезки ДВ.
  • новые задачи (в частности, многоканальные) требуют поиска новой элементной базы.

Ключевая инновация работы - новый вид элементной базы волновых подсистем диагностики – отрезки МСДВ. Вот основания для построения ВПП и других волновых устройств именно на базе МСДВ.

  • Ю.И. Орехов показал, что идеальное зондирующее волновое образование - волновой пучок диаметром от 3 до 20. Возбуждение такого пучка можно эффективно осуществить именно торцом МСДВ.
  • ВПП - переход от одномодового ДВ к МСДВ целесообразно реализовать путем соединения ступеней МСДВ с различных числом элементов.
  • Все элементы волновой подсистемы в целом (включая многоканальные ВПП), можно рассматривать как отрезки сложного составного МСДВ.

Глава 1. Анализ состояния вопроса и постановка исследовательской задачи

В первой главе работы проведен анализ состояния проблемы, поставлена задача исследования и выбрана стратегия поиска решений.

Важнейшей волновой функцией в радиоинтерферометрах является преобразование волноводной моды в волновое образование. В существующих интерферометрах эту функцию выполняют устройства, называемые зондирующими. Однако в перспективных приборах (включая многоканальные) предполагается применять ВО в виде волновых пучков. Для их формирования нужны особые устройства – ВПП. Их исследование избрано в качестве главной задачи работы.

Для обоснованного сопоставления и выбора конструкций и параметров ВПП построена обобщенная модель эффективности и качества. Первый шаг в построении модели – представление полного поля на апертуре ВПП ПВПП
в виде суммы:

ПВПП (x, y, z0) = ПВП (x, y, z0) + ПД (x, y, z0),

(1)

где ПВП - поле «желаемого» волнового пучка на апертуре ВПП,
ПД - некое «дополнительное» поле («know how» метода);

x, y - поперечные координаты в плоскости апертуры,

z0 - значение в плоскости апертуры координаты z.

Второй шаг - расчет коэффициента возбуждения (по мощности) «желаемого» волнового пучка. Это вычисление проводится с помощью «интеграла перекрытия» функции поперечного распределения поля в ДВ Hy и функции поперечного распределения поля пучка HГП

.

(2)

Полученная обобщенная модель позволила обосновать выбор класса объектов и направлений их исследования. Показано, в частности, что ДВ как элементная база ВПП лучше, чем металлический волновод (МВ) по совокупности минимум четырех показателей качества: эффективность, качество поля ВПП, уровень отражений в волноводе и обратного рассеяния в область диагностики.

С помощью модели (2) рассчитана (рис. 3) эффективность возбуждения гауссового пучка торцами ДВ при различных их размерах в интересном для диагностики диапазоне эффективных размеров пучка dэфф от 3 до 20 длин волн.

Рис. 3. Коэффициент преобразования по мощности SПВ Н1 волны планарного ДВ
в гауссов пучок как функция относительного размера ДВ d` ( = 2,25)

Из анализа этих результатов (в частности, зависимостей эффективности ВПП от размера ДВ – рис. 3) выявлена система противоречий задачи создания ВПП. Вот основные из них.

  • Возбуждение пучков эффективно только при малых размерах ДВ (значительно меньше ) и при больших размерах ДВ (значительно больше ).
  • В первом случае имеем режим малых замедлений. В нем возникает проблема возбуждения ДВ без применения металлических элементов.
  • Во втором случае имеем многомодовый режим работы. При этом возникают проблемы с контролем типов волн.
  • При средних же размерах ДВ (в его одномодовом режиме) эффективность возбуждения ВП недопустимо мала.

Сделано предположение, что применение МСДВ позволит разрешить эти противоречия. Выделены четыре направления исследования этой гипотезы.

  • Физическое исследование свойств мод МСДВ.
  • Исследование дифракции в переходах от ДВ к МСДВ.
  • Создание методики экспериментального изучения ВПП.
  • Синтез принципов действия и построения ВПП.

Им посвящены соответственно 2, 3, 4 и 5-ая главы работы.

С целью расширения множества обликов исследуемых ВПП проведен также патентный поиск прототипов по классам ДВ, диэлектрических антенн, решеток и облучателей.

Глава 2. Многосвязные диэлектрические волноводы: методы анализа и свойства

Во второй главе работы анализируются свойства регулярных МСДВ и их отличия от свойств привычных односвязных волноводов.

МСДВ являются слабо изученным классом линий передачи. N-связный ДВ – это, по определению, система N раздельных (в регулярном случае - параллельных) элементов, помещенных в среду, проницаемость которой меньше, чем у любого из материалов элементов МСДВ.

Число параметров и признаков у МСДВ – больше, чем у уединенного ДВ. Отсюда следует трудность исследования и более емкая база данных об их результатах, Но это окупается широким диапазоном свойств МСДВ и их возможных приложений.

Электродинамический анализ МСДВ (рис. 1) даже в простейшей постановке собственных волн регулярного ДВ – сложен. Его реально выполнить только для планарной геометрии (рис. 1,а). Для случая круглых ДВ (рис. 1,б) известна работа Г.И. Веселова и В.М. Крехтунова, в которой для N=2 рассчитаны постоянные распространения двух мод. Задачу о МСДВ из прямоугольных элементов (рис. 1,в), насколько нам известно, никто не ставил.

В работе поставлена и решена задача построения физической теории однородных и регулярных МСДВ для произвольного порядка связности и для любой формы сечения элементов, для которых известны параметры волн и распределенной связи между двумя элементами, работающими как ДВ.

Теория носит синтетический характер и по необходимости является приближенной. Пример ее применения иллюстрируется графиками рис. 4, где представлены рассчитанные по ней замедления всех пяти мод пятисвязного МСДВ в зависимости от расстояния между элементами h для двух значений размеров элементов a.

Рис. 4. Замедления мод пятисвязного планарного МСДВ с разными значениями приведенного размера ап в зависимости от расстояния между элементами h

Значения коэффициентов замедления U=/k при h=0 U5a(Wp) соответствуют модам Wp уединенного ДВ с размером 5а. Уровни Ua(W1) (пунктирные линии на рисунках 4,а и б) соответствуют основной (и единственной) моде W1 ДВ с приведенным размером аП= 0,25 на рис.а и 0,45 на рис.б.

При больших h/a замедления всех волн системы близки к асимптоте Ua(W1). С уменьшением h/a кривые замедлений расходятся от асимптотической прямой вверх и вниз в соответствии с соотношениями

Up(Wр) = Ua(W1) + pcп ; cп = c0п exp(-Кспh),

(3)

где p – номер волны МСДВ; p – безразмерный коэффициент;

cп - линейный коэффициент связи, известный из теории связанных ДВ, хорошо изученный для всех форм сечения, показанных на рис. 1, и представимый экспоненциальной аппроксимацией через известные параметры c0п. и Ксп.

Входящие в уравнение (3) коэффициенты p являются корнями характеристических многочленов (4), известных из теории пучков ДВ.

(4)

Для частного случая рис. 4 (N=5) значения этих коэффициентов равны
1 = 1.73, 2 = 1, 3 = 0; 4 = -1; 5 = - 1.73.

Амплитудно-фазовое распределение поля p-ой моды МСДВ представляется в виде суммы

,

(5)

где Еn(x,y) - распределение поля моды W1 n-го ДВ (в его координатах); р - безразмерный коэффициент по (3); Ap(т) – амплитудные коэффициенты; N - число элементов в МСДВ. Поперечные волновые числа, описывающие Еn(x,y), разумеется, испытывают влияние взаимодействия элементов и должны рассчитываться через замедление соответствующей моды МСДВ по (3).

Коэффициенты Ap(т) описываются соотношениями

,

(6)

где р=1, 2,..., N.

О точности теории. Результаты, полученные по созданной физической теории, при больших h имеют точность не хуже, чем заложенные в теорию данные о волнах уединенного ДВ и о коэффициенте связи. С уменьшением h их точность ухудшается, но наличие достоверных данных при h = 0 позволяет оценить и частично скорректировать эту погрешность.

Рис. 5. Модовая карта 4-связного планарного МСДВ; aп - приведенный размер элементарного ДВ

Важным признаком МСДВ является его модовый режим (МР) – число собственных типов волн, которые могут распространяться в системе.

Для описания МР введены: «модовые карты» (рис. 5), частотно-модовые и дистантно-модовые характеристики. Линии на модовых картах – это границы разных МР: при их пересечении слева направо или снизу вверх мода с указанным на линии номером становится распространяющейся.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»