Физика волновых процессов и радиотехнические системы @journal-pwp
Статьи журнала - Физика волновых процессов и радиотехнические системы
Все статьи: 624
Линейно поляризованное поле плоской апертуры
Статья научная
В статье проводится анализ плоской круглой апертуры и предлагается к использованию новое аналитическое выражение, описывающее диаграмму направленности элементарного излучателя апертуры антенны в зависимости от времени и угла интегрирования. Представленная в работе формула может применяться к любому плоскому участку апертуры без учета его формы. Приведено новое уравнение для первообразной функции импульсной характеристики круглой апертуры в виде эллиптического интеграла второго рода. Показано, что теоретически рассчитанные по формулам результаты хорошо согласуются с численным моделированием. При анализе численной модели использовался метод конечного интегрирования во временной области (FIT). Вследствие требования большого вычислительного ресурса численная модель представлялась упрощенной.
Бесплатно
Статья научная
Обоснование. Основные свойства и характеристики сфокусированных антенных систем, использующих узкополосные сигналы известны и в целом совпадают со свойствами широкополосных дискретных антенн с симметричным спектром. Использование широкополосных сигналов позволяет расширить технические возможности устройств, использующих сфокусированные электромагнитные поля. Настоящая статья посвящена оценке свойств широкополосных сфокусированных полей, сформированных сигналами как со сплошным, так и с дискретным спектром, показана возможность создания специальных пространственных распределений сфокусированных полей. Предложен подход к синтезу широкополосных сфокусированных антенных решеток Выработан ряд технических приложений антенных решеток, сфокусированных в зоне ближнего излученного поля по широкополосному сигналу. Цель настоящей статьи заключается в описании основных свойств сфокусированных широкополосных электромагнитных полей, показании возможности формирования специальных сфокусированных пространственных распределений и выработке на их основе вариантов практического применения.
Бесплатно
Магнитное поле МПФС приборов о-типа: расчет на основе интегральных соотношений
Статья научная
Рассмотрена магнитная периодическая фокусирующая система в виде совокупности кольцевых постоянных магнитов и кольцевых наконечников для приборов О-типа. Получены интегродифференциальные уравнения магнитостатики относительно магнитного поля и электрического вектор-потенциала для постоянных магнитов и полюсных наконечников. Методом последовательных приближений найдены их приближенные решения, приведены соответствующие уравнения и результаты.
Бесплатно
Статья научная
Обоснование. Актуальность задачи разработки новых способов эффективного управления характеристиками терагерцового излучения диктуется потребностями развития терагерцовой техники. Для практических целей важна возможность управления поляризацией и интенсивностью терагерцового излучения в наноструктурированных средах и изменения их магнитооптических свойств под действием внешнего магнитного поля. Однако в терагерцовом диапазоне отсутствуют материалы, обладающие способностью влиять на состояние поляризации излучения невзаимным образом. Магнитооптическая активность наносистем с комбинированными магнитными и плазмонными функциями может быть значительно увеличена за счет усиления электромагнитного поля, связанного с плазмонным резонансом, а магнитная функциональность позволяет управлять плазмонными свойствами с помощью внешнего магнитного поля. Возбуждение поверхностных магнитоплазмонов-поляритонов в графене и графеновых структурах резко изменяет магнитооптический отклик, и это делает графен уникальной площадкой для управляемых с помощью поверхностных магнитоплазмонов-поляритонов магнитооптических явлений. Цель. Целью данной работы является разработка новых способов эффективного управления характеристиками терагерцового излучения и численное исследование влияния гиротропии и возбуждения поверхностных магнитоплазмонов-поляритонов на параметры (поляризацию) поля рассеяния на магнитоплазмонных графеновых решетках в терагерцовом диапазоне частот. Методы. Эту важную научную проблему, связанную с моделированием рассеяния терагерцовых волн на магнитоплазмонных графеновых решетках и исследованием характеристик рассеянного терагерцового излучения, позволяют решить средства автоматизированного моделирования с помощью программного комплекса CST MWS на основе решения (методом конечных элементов в частотной области) электродинамической задачи дифракции. Результаты. В качестве объекта анализа выбраны магнитоплазмонные решетки графеновых нанолент в перпендикулярном внешнем магнитном поле, разработаны их модели в программном комплексе CST MWS, и показана возможность перестройки резонансных частот. Получены результаты моделирования 3D e-Field диаграмм рассеяния нормально и под углом 30° падающей плоской волны p- и s-поляризации на ячейке магнитоплазмонной решетки графеновых нанолент, а также расчета отношения амплитуд горизонтальной и вертикальной компонент Ех/Еу рассеянного поля и осевого соотношения AR в точках сечения (φ = 0°) главного лепестка 3D e-Field диаграмм рассеяния на резонансных частотах. Выявлены способы магнитного управления поляризацией рассеянного терагерцового излучения, основанные на выборе рабочих частот, соответствующих резонансам поверхностных магнитоплазмонов-поляритонов, и показана возможность преобразования линейной поляризации падающей волны в зависимости от величины внешнего магнитного поля, при этом прошедшая волна может имеет эллиптическую поляризацию (поляризационный эллипс вытянут), отраженная волна – эллиптическую поляризацию, близкую к круговой. Заключение. Возможность магнитного управления поляризацией рассеянного терагерцового излучения на магнитоплазмонных графеновых решетках позволяет создавать интегральные фотонные устройства для телекоммуникаций, терагерцовой связи и визуализации, биомедицинских технологий, сенсорики, включая биосенсоры и оптоэлектронику.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено распространение щелевых магнитостатических волн в зазоре двух полубесконечных ферромагнитных кристаллов с продольной намагниченностью в условиях относительного продольного перемещения. Показано, что вид дисперсионных зависимостей высокочастотной и низкочастотной моды щелевой магнитостатической значительно модифицируется из-за движения одного из кристаллов. При этом «чувствительность» к относительному продольному перемещению кристаллов проявляет распределение магнитного поля в зазоре только высокочастотной моды.
Бесплатно
Статья научная
Обоснование. В настоящее время наблюдается интенсивное развитие систем дистанционного зондирования Земли, в связи с чем возрастает интерес к малым космическим аппаратам для решения различного класса задач, что приводит к ужесточению требований масса-габаритных показателей систем и устройств, входящих в состав малых космических аппаратов мини и микроспутникового класса, что, в свою очередь, накладывает ограничения к номенклатуре применяемых компонентов и универсальности разрабатываемых решений на их основе. В ходе текущего этапа работ проведен аналитический обзор тенденций состояния решаемой научно-технической проблемы и перспективных направлений развития бортовой целевой аппаратуры L- и S-диапазонов частот. Цель состоит в создании облика малогабаритной бортовой аппаратуры с применением технологий программно определяемого радио и нового класса трансиверов на базе систем на кристалле. Методы. В рамках исследования были использованы методы анализа и моделирования структур перспективной аппаратуры. Также была проведена оценка возможности адаптации существующих программно определяемых устройств для применения в составе радиолокатора. Результаты исследования показали, что рассматриваемые в работе программно определяемые радиосистемы и их составные части подлежат адаптации к задачам радиолокации, выбраны наиболее современные ключевые элементы, на основе которых составлена структурная схема. Заключение. В результате проведенных исследований выбраны ключевые элементы и построена структурная схема малогабаритного устройства формирования и обработки радиолокационных сигналов L- и S-диапазонов частот на основе адаптирования программно определяемой радиосистемы NAT-AMC для решения задач радиолокации в малогабаритном форм-факторе.
Бесплатно
Малосенсорная радиофотонная адресная измерительная система для манометрии пищевода
Статья научная
В условиях современного развития манометрии высокого разрешения, катетер и его элементы используются на различных уровнях обследования и лечения пациента, как в системах оперативного, так и длительного наблюдения. Поэтому на первый план выходит подход к катетеру как к информационно-измерительной системе, решающей задачу воспроизводимых измерений спектральных характеристик каждого сенсора в малосенсорных или многосенсорных топологиях. При этом в силу известных преимуществ на первый план выходит применение в катетерах волоконно-оптических брэгговских решеток. В работе представлены результаты исследования оптомеханики узкополосных классических волоконно-оптических брэгговских решеток с большим коэффициентом связи мод и записанной в них различными методами спектрально-адресной информации путем введения в их структуру двух симметричных фазовых p-сдвигов. Проведен анализ прохождения широкополосного лазерного излучения через спектрально-адресные волоконно-оптические брэгговские решетки в малосенсорных приложениях. Дано теоретическое обоснование способов измерения давления и температуры, в том числе для компенсации влияния температуры в манометрии. Дана методика радиофотонного измерительного преобразования давления в пищеводе в зоне верхнего и нижнего сфинктеров и определение его основных методических погрешностей.
Бесплатно
Математическая модель антенно-волноводного тракта с разделением сигналов по поляризации - частоте
Статья научная
Обоснование. Необходимость создания антенно-волноводных трактов многодиапазонных зеркальных антенн систем спутниковой связи требует использования различных методик выбора структуры, определения и оптимизации параметров антенно-волноводных трактов.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена построению математической модели двузаходной конической спиральной антенны, расположенной над плоским прямоугольным тонкопроволочным рефлектором. Построение модели осуществляется на основе интегральных представлений электромагнитного поля, связывающих токи на излучающей поверхности с электромагнитным полем в любой точке пространства. Рассмотрен вопрос о влиянии размеров рефлектора и густоты его сетки на диаграмму направленности антенны. Приведены результаты численного моделирования.
Бесплатно
Математическая модель задержки на базе системы с распределениями Эрланга
Статья научная
Настоящая статья посвящена анализу системы массового обслуживания, образованной двумя потоками с функциями плотности закона распределения Эрланга второго порядка с целью вывода решения для средней задержки требований в очереди, являющейся главной характеристикой для любых систем массового обслуживания. По этой характеристике, например, оценивают задержки пакетов в сетях пакетной коммутации при их моделировании с помощью системы массового обслуживания. В теории массового обслуживания исследования систем G/G/1 особо актуальны в связи с тем, что не существует решения в конечном виде для общего случая. Поэтому в качестве произвольного закона распределения G при исследовании таких систем используют различные частные законы распределений. В исследовании систем G/G/1 важную роль играет метод спектрального разложения решения интегрального уравнения Линдли, и большинство результатов в теории массового обслуживания получены именно с помощью данного метода. В статье представлен вывод расчетной формулы для средней задержки требований в очереди в рассматриваемой системе также на основе метода спектрального разложения.
Бесплатно
Математическая модель задержки на основе СМО с гиперэкспоненциальным и эрланговским распределениями
Статья научная
Настоящая статья посвящена исследованию и получению решения в замкнутой форме для средней задержки требований в очереди для системы массового обслуживания, образованной двумя потоками с гиперэкспоненциальным и эрланговским законами распределения интервалов. Сочетание этих законов распределений обеспечивает коэффициент вариации интервалов входного потока больше единицы, а для времени обслуживания - меньше единицы. Учет коэффициентов вариации как числовых характеристик в теории массового обслуживания важен, т. к. главная характеристика системы массового обслуживания - средняя задержка связана с этими коэффициентами вариации квадратичной зависимостью. В теории массового обслуживания исследования систем G/G/1 актуальны в связи с тем, что они могут быть использованы при моделировании систем передачи данных различного назначения. Для решения поставленной задачи использован метод спектрального разложения решения интегрального уравнения Линдли. Данный метод позволил получить спектральное разложение, а через него решение для средней задержки требований в очереди для рассматриваемой системы в замкнутой форме. Для практического применения полученных результатов использован метод моментов теории вероятностей.
Бесплатно
Математическая модель канала связи с беспилотным летательным аппаратом
Статья научная
В работе предложена математическая модель канала связи с беспилотным летательным аппаратом и учетом специфики мест размещения наземного пункта связи при определении эффектов рефракции, дифракции и интерференции электромагнитных волн. Сформирована содержательная постановка задачи на основе математической взаимосвязи между энергетическими параметрами первого уравнения передачи и показателями качества (BER) второго уравнения передачи. Основные особенности вычисления параметров первого уравнения состоят в определении правил расчета уровня затуханий, обусловленных влиянием земной поверхности. Расчет затуханий уточнен для случаев удаления беспилотного летательного аппарата от наземного пункта связи в пределах областей прямой видимости, полутени и тени. Второе уравнение передачи базируется на математической модели Райсовского канала связи. В отношении энергетических параметров и выбранного показателя качества связи для сформированной математической модели приведены примеры графических зависимостей при исследовании типовых расчетных задач.
Бесплатно
Статья научная
В работе предложена математическая модель сканирования произвольной оптоволоконной резонансной структуры со сверх узкой спектральной формой непрерывным трехчастотным асимметричным сигналом. Показывается, что метод трехчастотного асимметричного сканирования имеет существенные преимущества перед методами симметричного полигармонического сканирования. Кроме того, предложенная методика позволяет исследовать спектральные характеристики сверхузких резонансных контуров, поскольку методика предполагает измерения биений на разностных частотах исходного трехчастотного излучения, которые могут быть порядка единиц-десятков мегагерц.
Бесплатно
Статья научная
Для эффективного решения задачи оценки канонических параметров спутника-ретранслятора при орбитальном движении сформулирована содержательная постановка, в рамках которой задана обобщенная схема модели фильтрации координат и вектора скорости движения спутника-ретранслятора. Введена система ограничений и допущений. При представлении вектора состояния непрерывным векторным марковским процессом определены обобщенные уравнения состояния и наблюдения в кинематических переменных. С применением методов численного дифференцирования, схем решения обыкновенных дифференциальных уравнений, оптимизации выполнена линеаризация исходной задачи фильтрации при определении правил вычисления матриц эволюции и измерений. Работоспособность сформированных алгоритмических решений проверена на конкретных примерах.
Бесплатно
Математическая модель широкополосного тонкопроволочного электрического вибратора
Статья научная
Рассмотрен один из вариантов построения математической модели тонкопроволочного широкополосного электрического вибратора на основе интегральных представлений электромагнитного поля. Решены внешняя и внутренняя электродинамические задачи. Определена зависимость входного сопротивления от электрической длины вибратора. Представлены результаты численного моделирования.
Бесплатно
Статья научная
Обоснование. При испытании систем новых алгоритмов систем синхронизации, в том числе систем синхронизации в составе систем передачи сигналов, необходимо в любой момент времени знать совокупность текущих значений измеряемых параметров, получаемых синхроприемником для определения его состояния. В любой момент времени необходимо производить измерение, преобразование, передачу, прием, обработку и представление в требуемом виде параметров системы синхронизации. Обоснование структурно-параметрического синтеза алгоритмов системы синхронизации, представленное в статье, характеризуется повышением требований к синхронизации радиосигналов, передающих потоки информации от беспилотных систем. Цель. Рассмотрено совершенствование перспективных алгоритмов синхронизации с учетом сокращения времени вхождения системы в синхронизм. Методы. Реализация методов решения поставленной задачи приведет к увеличению количества измеряемых параметров. Прежде всего это вызвано потребностью получения объективных данных при проведении испытаний по передаче информации с учетом требований к синхронизации. Данные обстоятельства оказывают влияние на характеристики как отдельной системы синхронизации, в частности, так и на объект, в составе которого эта система функционирует. В статье представлено обоснование перспективных задач системы синхронизации для беспилотных систем с учетом повышения требуемой дальности управления в условиях различных непреднамеренных мешающих воздействий, таких как интерференция и замирания радиосигналов. Результаты. Показано, что реализация модели позволяет учитывать возможности обеспечения требуемых ограничений к вероятности ошибки принимаемой синхропоследовательности за счет пространственно-временной синхронизации в процессе функционирования системы передачи данных от беспилотных систем. Заключение. В перспективных радиоканалах передачи информации необходимо создавать новые алгоритмы адаптивной пространственно-временной синхронизации сигналов, которые в итоге позволят адаптивно управлять параметром помехоустойчивости системы синхронизации.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена построению математических моделей двузаходной конической логоспиральной антенны, входящей в состав малого космического аппарата «АИСТ-2». Построение моделей осуществляется на основе интегральных представлений электромагнитного поля, связывающих токи на излучающей поверхности с электромагнитным полем в любой точке пространства. Рассмотрен вопрос о влиянии размеров тонкопроволочного рефлектора и густоты его сетки на диаграмму направленности антенны. Приведены экспериментальные и численные результаты.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена построению математических моделей и экспериментальной отработки электрических характеристик антенн бортовой аппаратуры видеоконтроля космических аппаратов и разгонных блоков. Построение математических моделей осуществляется в HFSS на основе интегральных представлений электромагнитного поля. Рассмотрен вопрос оптимизации между размерами антенны и необходимой диаграммой направленности в дециметровом L-диапазоне волн. Приведены результаты численного моделирования и экспериментальные данные для двух образцов антенн.
Бесплатно
Математические модели киральных метаматериалов на основе многозаходных проводящих элементов
Статья научная
В работе рассмотрены математические модели метаматериалов на основе совокупности многозаходных проводящих элементов, таких как микроспирали и гаммадионы. Получены аналитические выражения для резонансных частот элементов, а также с использованием модели Максвелла Гарнетта определены соотношения для материальных параметров с учетом дисперсии метаматериалов. Выявлены постоянные распространения волн с круговыми поляризациями в указанных метаматериалах. В качестве примера использования построенных математических моделей рассмотрено решение задачи об отражении плоской линейно поляризованной электромагнитной волны от планарного слоя из метаматериала, который представляет собой матрицу из тонкопроволочных идеально проводящих элементов в виде N взаимно ортогональных спиралей. Задача решалась методом частичных областей, и ее решение было сведено к системе линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных коэффициентов отражения и прохождения основной и кросс-поляризованной компонент поля. В результате проведения математического моделирования были выявлены частотно и поляризационно селективные свойства исследуемого метаматериала.
Бесплатно
Математические модели сфероидальных спирально-рамочных излучателей
Статья научная
В статье рассмотрены математические модели двух сфероидальных спирально-рамочных излучателей, построенные на основе общего подхода, предполагающего использование интегрального представления электромагнитного поля. Построение моделей осуществлялось в тонкопроволочном приближении. Внутренняя задача электродинамики сведена к системе интегральных уравнений Фредгольма 1-го рода. Решение полученной системы осуществлялось методом моментов с кусочно-постоянными базисными функциями и дельта-функциями в качестве тестовых функций. При этом осуществлялась локальная линеаризация образующих проводников рассматриваемых структур. Проведены исследования зависимостей распределений токов, входного сопротивления и характеристик излучения структур от частоты. Показано, что в рассматриваемых структурах возможно существование стоячих, бегущих и смешанных волн тока. Режим тока определяется волновыми размерами и геометрией структур и определяет характер поведения волнового сопротивления в диапазоне частот. Несмотря на схожую геометрию, характеристики рассмотренных структур имеют определенные отличия.
Бесплатно
