Диссертация (1103230), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Созданы многослойные зеркала, способные не только эффективно отражать короткие6электромагнитные импульсы, но даже уменьшать длительность отраженного сигнала, посравнению с падающим сигналом [4–7].Вопросы взаимодействия сверхкоротких импульсов со структурами неотражающего ти­па на основе МИС, в частности – с многослойными интерференционными фильтрами, осве­щены менее обширно, хотя и в этой области за последние десять лет появилось большоечисло публикаций [8–14].Несмотря на высокую интенсивность исследований, взаимодействия сверхкороткихэлектромагнитных импульсов с МИС, существует ряд явлений, которые недостаточно хо­рошо изучены и освещены как в отечественной, так и в зарубежной литературе.

К одномуиз таких явлений можно отнести явление нестационарного отражения электромагнитных им­пульсов малой длительности от МИС. Недостаточный объем исследований по этому вопросу,в первую очередь, вызван особенностью наблюдения данного явления. Например, при изуче­нии процессов, происходящих при взаимодействии коротких электромагнитных импульсовс многослойными зеркалами, анализировать процесс нестационарного отражения достаточ­но сложно, так как интенсивность основного отражённого сигнала от зеркала во много развыше интенсивности сигнала, сформировавшегося в результате нестационарного отражения.В подавляющем большинстве публикаций, посвященных вопросу взаимодействия элек­тромагнитных импульсов малой длительности с многослойными структурами неотражаю­щего типа, отраженный сигнал рассматривается как нежелательный. Поэтому при синтезеМИС, отраженный сигнал (в том числе содержащий в себе импульсы, сформированные впроцессе нестационарного отражения) стараются подавить, как правило, численными алго­ритмами оптимизации, не анализируя механизм его появления.Одними из первых работ, посвященных изучению явления нестационарного отражениясверхкоротких импульсов от МИС, были [17,18,21–23].

В них авторы впервые ввели понятие«нестационарное отражение» и проанализировали процессы, происходящие при отраженииэлектромагнитного импульса малой длительности от просветляющей многослойной струк­туры. Как известно [24], при падении на структуру электромагнитной волны в результатеинтерференции через некоторое время в структуре установится стационарное распределе­ние электромагнитного поля. При этом амплитуда волны, отраженной от структуры, будетстремиться к нулю, как результат негативной интерференции волн в просветляющей много­слойной структуре. Авторы обратили внимание на то, что при изменении параметров пада­ющего на неотражающую многослойную структуру сигнала происходит нарушение ампли­тудно-фазового баланса интерферирующих в многослойной структуре волн, что приводитк появлению отраженного сигнала.

Таким образом, изменение амплитуды или фазы волны,падающей на многослойную структуру, приведёт к появлению сигнала, отражённого от мно­гослойной структуры. Наличие данного эффекта особенно сильно сказывается на системах,работающих со сверхкороткими электромагнитными импульсами.Из вышесказанного следует, что изучение явления нестационарного отражения пред­ставляет как фундаментальный, так и практический интерес. В частности, данное явлениеможет быть эффективно использовано для решения целого ряда прикладных задач: диагно­7стики и управления импульсными процессами, как в оптике, так и в радиофизике (получе­ние сверхкоротких импульсов; спектральное сжатие импульсов, падающих на многослойнуюструктуру; восстановление амплитудно-частотных и временны́х характеристик импульсныхсигналов). Во многих случаях использование явления нестационарного отражения позволилобы упростить существующие устройства компрессии и управления сверхкороткими электро­магнитными импульсами.Следует отметить, что в рассмотренных работах не было уделено внимание рядуважных деталей, например — влиянию потерь в слоях структуры и дисперсии на процесснестационарного отражения.

Более того, проведенные исследования носили аналитическийили численный характер — без экспериментальных исследований. Все это обуславливаетинтерес и необходимость дальнейшего изучения явления нестационарного отражения, атакже возможностей и условий его практической реализации.Целью данной работы является проведение детальных теоретических и эксперимен­тальных исследований явления нестационарного отражения коротких и сверхкоротких элек­тромагнитных импульсов от многослойных интерференционных структур, включая анализвлияния сильной волноводной дисперсии, неоднородностей и потерь в многослойной струк­туре, на процесс формирования отраженного сигнала.

Для достижения поставленной целинеобходимо решить следующие задачи:1. Разработка экспериментальных методов и средств исследования процесса нестацио­нарного отражения коротких и сверхкоротких электромагнитных импульсов от мно­гослойных интерференционных структур в диапазоне СВЧ.2. Проведение экспериментальных исследований явления нестационарного отраженияэлектромагнитных импульсов малой длительности от многослойных интерференци­онных структур.3. Теоретическое и экспериментальное исследование влияния потерь в слоях многослой­ной структуры на процесс нестационарного отражения.4.

Поиск и анализ методов усиления интенсивности импульсного сигнала, сформиро­ванного в результате нестационарного отражения коротких электромагнитных им­пульсов от многослойных интерференционных структур.5. Теоретическое и экспериментальное исследование явления нестационарного отраже­ния в согласующих структурах с сильной волноводной дисперсией.6. Развитие в отношении учета потерь и дисперсии в слоях МИС аналитических мето­дов решения уравнений Максвелла в применении к задачам расчета взаимодействияимпульсных сигналов с многослойными структурами.7. Теоретическое и экспериментальное исследование явления нестационарного отраже­ния в многослойных интерференционных структурах с максимально плоской ампли­тудно-частотной характеристикой.8Основные положения, выносимые на защиту:1. Впервые получены результаты экспериментального наблюдения явления нестацио­нарного отражения амплитудно-модулированного сигнала от многослойной интер­ференционной структуры в СВЧ-диапазоне.2.

Наличие даже малых потерь в слоях многослойной интерференционной структурысущественно влияет на процесс нестационарного отражения.3. Показана возможность усиления интенсивности импульсов, сформированных в про­цессе нестационарного отражения за счет эффекта волноводной дисперсии.4. Решена задача согласования высокоотражающей нагрузки с волноводом за счет силь­ной волноводной дисперсии. Показа возможность обеспечения полной локализацииэнергии падающей волны в нагрузке с практически любым коэффициентом отраже­ния с помощью согласующей структуры, состоящей всего из одного слоя, толщинакоторого близка к четвертьволновой.5. При отражении амплитудно-модулированного сигнала от полуволнового слоя с поте­рями всегда существует момент времени, когда, при ненулевой амплитуде падающегосигнала, амплитуда отраженного сигнала стремится к нулю, а его фаза изменяетсяна .6.

При наличии малых потерь в слоях многослойной структуры амплитудный коэффи­циент отражения линейно зависит от величины потерь, в то время как формированиефазовой картины интерферирующих волн происходит в этом случае так же, как и вотсутствие потерь.7. Определяющим фактором, влияющим на характер процесса нестационарного отра­жения короткого электромагнитного импульса от многослойной структуры, являетсяфункциональная зависимость коэффициента отражения многослойной структуры отчастоты в окрестности несущей частоты падающего импульса.

Так как разные много­слойные структуры могут иметь одинаковые коэффициенты отражения в некотороминтервале частот, то короткие электромагнитные импульсы, отраженные от разныхструктур, будут совпадать с высокой точностью.8. При малых потерях в слоях структуры с максимально плоской амплитудно-частот­ной характеристикой огибающая отраженного сигнала может быть приближенноописана -производной от огибающей падающего сигнала.Научная новизна1.

Усовершенствована теория нестационарного отражения импульсных сигналов отмногослойных интерференционных структур. Существующий теоретический аппа­рат дополнен с учетом влияния на процесс нестационарного отражения потерь вслоях многослойной интерференционной структуры и сильной волноводной диспер­сии.2.

Разработаны экспериментальные методы изучения процесса нестационарного отра­жения сверхкоротких электромагнитных импульсов от многослойных интерференци­9онных структур в СВЧ-диапазоне. Впервые получены результаты эксперименталь­ного наблюдения явления нестационарного отражения амплитудно-модулированногосигнала от многослойной интерференционной структуры в СВЧ-диапазоне.3.

Обнаружено наличие более сложного процесса нестационарного отражения вмногослойных структурах неотражающего класса с максимально плоской ампли­тудно-частотной характеристикой, по сравнению с многослойными структурами,имеющими другие функциональные зависимости амплитудно-частотной характери­стики.Научная и практическая значимостьТеоретическая значимость работы состоит в усовершенствовании аналитического мето­да расчета амплитуды сигнала, сформировавшегося в результате нестационарного отраже­ния, в отношении учета потерь в слоях МИС. Предложен новый метод измерения диэлектри­ческих характеристик материалов, используемых для синтеза МИС в СВЧ-диапазоне.На основе выполненного теоретического анализа предложены методы усиления ам­плитуды импульсов, сформированных в процессе нестационарного отражения.

Выполнен­ные исследования явления нестационарного отражения от многослойных интерференцион­ных структур с максимально плоской амплитудно-частотной характеристикой позволиливыявить неизвестные ранее закономерности при нестационарном отражении.Практическая значимость работы заключается в возможности использования еерезультатов при оптимизации существующих устройств компрессии и управления элек­тромагнитными импульсами малой длительности. Полученные результаты также могутбыть использованы при создании устройства компрессии и управления сверхкороткимиэлектромагнитными импульсами нового типа на основе явления нестационарного отражения.Степень достоверностиДостоверность результатов, представленных в диссертации, обеспечивается адек­ватностью использованных физических моделей и математических методов, выбранныхдля решения поставленных задач, корректностью использованных приближений, а такжесоответствием результатов теоретических и численных расчетов и экспериментальных дан­ных, и не вызывает сомнений.

Теоретический анализ явления нестационарного отраженияпроводился на основе преобразования Фурье данных, полученных методом импедансныххарактеристик, который вытекает из уравнений Максвелла для материальных сред. Широ­ко использовались компьютерные методы расчета на основе общепризнанных алгоритмовчисленного решения уравнения Максвелла. В основе экспериментальных исследованийлежат классические методы СВЧ-техники.10Апробация работыОсновные результаты работы докладывались на:1. Всероссийской школе-семинаре «Волновые явления в неоднородных средах» / Зве­нигород. 2012;2.

Характеристики

Список файлов диссертации