Диссертация (Преобразователи амплитудно-фазового распределения полей на многомодовом диэлектрическом волноводе для радиоинтерферометрической диагностики объектов), страница 17

Планарный диэлектрический излучатель по п. 1, отличающийся тем, чтощели имеют форму шестиугольника, вытянутого вдоль оси, проходящей черездиаметрально противоположные вершины, с углом при этих вершинах не болеепятнадцати градусов, а расстояния d от оси каждой щели до оси пластины и Ldw отконцовщелейдоапертурыизлучателявыбраныизусловий0,6 /   d  0,8 /  и 19,7 /   Ldw  22,2 /  , где  – длина волныизлучения,  – диэлектрическая проницаемость излучателя, которая должна бытьв пределах от 2,1 до 2,3, размеры щелей – ширина  и площадь S удовлетворяютсоотношениям 0,18 /     0,27 /  и 0,3( /  )2  S  0,5( /  )2 .Выводы по четвертой главеЭкспериментальные исследования и численное моделирование АФРзондирующего поля вариантов преобразователей на широкоформатном ПДВпозволили сделать следующие выводы.1. Подтверждена корректность предложенной процедуры синтеза АФР поля,описываемого пучком Гаусса-Эрмита нулевого порядка для преобразователя наШПДВ с локальными неоднородностями.2.

С учетом погрешности развитых приближенным методов, погрешностиизмерений и технологии изготовления можно говорить о приемлемом качествесинтеза АФР поля ПГЭ0 для прикладных задач, в частности, многоканальнойдиагностики.3. Подтвержденыпреимуществапредложенногопреобразователядлямногоканальных систем диагностики, по сравнению с преобразователем на основеклиновидного перехода без участка ШПДВ с локальными неоднородностями. Темнеменее,разработанныеклиновидныепреобразователитребованиям одноканальной радиоинтерферометрии.удовлетворяют1194. Разработанные преобразователи вошли в состав радиоинтерферометровПРИ-03,МРИ-03иприменяютсяпридиагностикебыстропротекающихгазодинамических процессов.ЗАКЛЮЧЕНИЕОсновные результаты работы:1. Обоснована возможность формирования зондирующего волновогообразования с различной протяженностью по поперечным координатам инезависимым управлением АФР в ортогональных направлениях волноводнымпреобразователемнабазеширокоформатногопрямоугольногоДВвмногомодовом режиме.

Благодаря этому, удовлетворяется требование облученияотносительнобольшогоучасткаповерхностиобъектаприповышенномтребовании к разрешающей способности системы по одной из поперечныхкоординат, что принципиально необходимо для многоканальных системдиагностики.Приэтомблизкорасположеннымобеспечиваетсяобъектомэффективноедиагностикиивзаимодействиенадежноесизвлечениеинформации о характеристиках движения и динамике изменения формыдиагностируемых объектов/процессов.2. Предложена процедура синтеза АФР поля на апертуре ВП, с достаточнойдля прикладных задач точностью аппроксимируемого двумерным пучком ГауссаЭрмита нулевого порядка, на основе волн НЕ11, НЕ13, НЕ15 широкоформатногоПДВ. Определены требования к размерам сечения ШПДВ и к соотношениюкомплексных амплитуд указанных мод, обеспечивающих синтез АФР ПГЭ0 сСКО не более 10-3.

В математической модели возбуждение участка ШПДВпроизводится модой НЕ11 прямоугольного ДВ.3.Предложениреализованспособвозбуждениятребуемыхдляформирования волнового пучка высших мод ШПДВ с помощью вводимыхлокальных неоднородностей в виде двух щелей в теле ШПДВ, расположенных120симметрично относительно плоскости симметрии ШПДВ по его ширине. Развитапроцедура синтеза АФР ПГЭ0, в зависимости от параметров щелей. Определеноусловие выбора длины фазового корректора ШПДВ для обеспечения синфазностимод на апертуре ВП.4.УточненыматематическиемоделиипроцедурасинтезаАФРзондирующего поля с учетом возбуждения участка ШПДВ с локальныминеоднородностями клиновидным переходом от одномодового ДВ. Развитаяпроцедура синтеза АФР подтверждена экспериментальными исследованиями.

Вчастности, установлено, что на выходе клиновидного участка ДВ не может бытьобеспечено соотношение комплексных амплитуд мод НЕ11, НЕ13, НЕ15 для синтезаАФР ЗВО в виде ПГЭ0.5. На техническое решение, заложенное в конструкцию волноводногопреобразователя на основе клиновидного ДВ и участка ШПДВ с локальныминеоднородностями, подана заявка на изобретение. Технология их изготовления,основанная на вырубке преобразователей с помощью штампов, обеспечиваетсохранение требуемых размеров преобразователя при их массовом производстве.Проведенотестированиетрехканальныхметрологическиаттестованномприменениясистемахвстенде,сборокпреобразователейподтвердившеемногоканальнойвозможностьдиагностики.наихРазработанныепреобразователи вошли в состав серийно выпускаемых РИ и применяются на рядепредприятий.Положения, выносимые на защиту:1.МатематическаямодельсинтезаАФРзондирующегополя,аппроксимируемого в виде двумерного пучка Гаусса-Эрмита нулевого порядка наоснове волн НЕ11, НЕ13, НЕ15 широкоформатного ПДВ, обеспечивающаядостаточную точность для прикладных целей.2.

Способ возбуждения на локальных неоднородностях ШПДВ требуемогонабора высших мод с заданными амплитудно соотношениями.1213.УточненыматематическиемоделиипроцедурасинтезаАФРзондирующего поля с учетом влияния на физические процессы параметровпредложенных конструкций волноводных преобразователей.4.ФизическиепреобразователейнапринципыосновеработыпредложенныхмногомодовыхШПДВволноводныхслокальныминеоднородностями при возбуждении клиновидным участком ДВ.5.Реализацияпатентнозащищенныхконструкцийволноводныхпреобразователей для прикладных задач диагностики одноканальными имногоканальными радиоинтерферометрами.Обоснованность и достоверность полученных в работе результатовподтверждается использованием известных в математике методов, приближенныхметодов решения электродинамических задач.

Результаты расчетов согласуются срезультатами экспериментальных исследований и численным моделированием попрограмме CST MWS, результатами тестирования разработанных волноводныхпреобразователей, в том числе в составе многоканального РИ на метрологическиаттестованных стендах.Практическая ценность работы состоит в возможности аналитическогоописания и синтеза АФР зондирующего поля волноводных преобразователей, чтопозволяет обоснованно выбирать их параметры для решения конкретныхприкладных задач. Особую значимость имеет аналитическое описание синтезаАФР ПГЭ0, даже приближенного, для проектирования и практическогоиспользования многоканальных систем диагностики.

Разработаны процедурысинтеза АФР и программы, которые позволяют производить расчет параметровволноводных преобразователей, обеспечивающих требуемые АФР зондирующегополя для конкретных условий диагностики.Реализация и внедрение.

Полученные в диссертационной работерезультаты и рекомендации используются в ФГУП «ФНПЦ НИИИС им.Ю.Е. Седакова» при проведении ОКР по разработке радиоинтерферометров дляразличных задач диагностики быстропротекающих процессов. Разработанные122конструкции волноводных преобразователей в составе одноканальных имногоканальных РИ внедрены и широко используются в ФГУП «РФЯЦВНИИЭФ» и ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ» (приложение П4).Апробацияработы.Основныеположенияирезультатыработыдокладывались и обсуждались на Международных конференциях «Актуальныепроблемы радиофизики» (г. Томск, 2010 г., 2012 г.); Международныхконференциях «Харитоновские чтения» (г.

Саров, 2009 г., 2011 г.); XXМеждународной научно-технической конференции студентов и аспирантов«Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г.Москва, 2014 г.); 24ойМеждународной конференции «КрыМиКо 2014» (г.Севастополь, 2014 г.); IIIВсероссийской научно-технической конференции «Радиолокация и связь», ИРЭРАН РФ (г.Москва, 2009 г.); 65ой Научной сессии НТОРЭС им. А.С.

Попова( г.Москва, 2010 г.); VIII научно-технической конференции ГК Росатом«Молодежь в науке» ( г. Саров, РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2009 г.); V научно-техническойконференции ГК Росатом «Молодежь в инновационном процессе» (г.Н.Новгород,НИИИС, 2010 г.). Результаты диссертационной работы отмечены в 2012 гПремией Госкорпорации «Росатом» молодым ученым, ряд докладов удостоеныдипломов I степени (приложение П4).Публикации.Основныерезультатыдиссертационнойработыопубликованы в 20 работах, из них 7 статей в научно – технических журналах,входящих в перечень ВАК, раздел в монографии, 2 патента РФ и одна заявка наизобретение.123СПИСОК СОКРАЩЕНИЙАР – амплитудное распределениеАФР – амплитудно – фазовое распределениеВП – волноводный преобразовательДВ – диэлектрический волноводЗВО – зондирующее волновое образованиеЗУ – зондирующее устройствоИК – измерительный комплексКВЧ – крайне высокие частотыКДВ – клиновидный диэлектрический волноводЛН – локальные неоднородностиМРИ – многоканальный радиоинтерферометрОД – объект диагностикиПДВ – прямоугольный диэлектрический волноводПлДВ – планарный диэлектрический волноводПГЭ0 – пучок Гаусса – Эрмита нулевого порядкаПО – программное обеспечениеППП – приемо-передающая подсистема радиоинтерферометраПЗ – приемный зондРИ – радиоинтерферометрСКО – среднеквадратичное отклонениеУСМ – уравнение связанных модФК – фазовый корректорФР – фазовое распределениеШПДВ – широкоформатный прямоугольный диэлектрический волновод124ЛИТЕРАТУРА1.

Коган И.М. Ближняя радиолокация /И.М. Коган. – М.:Сов.радио,1973. –272с.2. Езерский В.В. Метод повышения точности измерения расстояния врадиодальномере с частотной модуляцией для промышленных системближнейрадиолокации:автореф.Дис…докт.техн.наук:05.12.14/Езерский Виктор Витольдович. – М.:, 2006 – 35с.3. Голант В.Е. Сверхвысокочастотные методы исследования плазмы / В.Е.Голант. – М.: Наука, 1968. – 327с.4. Душин Л.А. СВЧ – интерферометры для измерения плотности плазмы вимпульсном газовом разряде / Л.А.

Душин. – М.: Атомиздат, 1973. – 127с.5. Москалев И.Н. Диагностика плазмы с помощью открытых цилиндрическихрезонаторов / И.Н. Москалев, А.М. Стефановский. – М.: Энергоиздат,1985. – 145с.6. Кох Б. Радиоэлектронные методы исследования быстропротекающихпроцессов // Физика быстропротекающих процессов / пер.под.ред. Н.А.Златина. – М.:МИР, 1971. – Т.1.

– С.382-462.7. НекоторыерезультатыприменениявИФВРФЯЦ-ВНИИЭФрадиоинтерферометров мм диапазона для изучения газодинамическихпроцессов / А.Л. Михайлов, В.Е. Костюков, Ю.И. Орехов [и др.] //Экстремальное состояние вещества. Детонация. Ударные волны: трудымеждунар. конфер. “VII Харитоновские научные чтения” (Саров, 2005) –Саров, 2005. – С. 649-654.8. ОреховЮ.И.Развитиефизическогопринципадействиярадиоинтерферометрии. Реализация в газодинамике взрывных процессов. /Ю.И. Орехов // Изв. Вузов. Физика. – 2006.