Анотація до роботи:

Сошенко В.А. Генерування і випромінювання електромагнітних полів вибухово-магнітними генераторами і плазмовими антенами - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 - радіофізика. Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України, Харків, 2006.

Побудовано математичні моделі вибухово-магнітних генераторів з реактивним навантаженням. Визначено режими роботи таких генераторів та умови їх існування. Виявлено основні фактори, що впливають на характер процесів у таких генераторах. Отримано плазмові струмені та досліджені їх параметри. Виконано розрахунок дисперсійних характеристик спіралі з плазмовим заповненням. Проведено дослідження можливості збудження плазмового струменя сигналом радіочастотного діапазону. Виявлено параметричний ефект при взаємодії спіралі з плазмовим струменем, що розташована усередині спіралі. Отримано протяжні плазмові струмені, здійснено їх збудження та досліджено параметри випромінюваних ними сигналів. Виконано дослідження електромагнітних полів при збудженні плазмових антен від вибухово-магнітних генераторів радіочастотного діапазону, що розміщені на рухомих носіях. Показано що плазмові струмені при збудженні їх сигналами радіочастотного діапазону здатні випромінювати сигнали у діапазоні НВЧ.

1. Уперше сформульовано принципи керування коливальними процесами у вибухово-магнітних генераторах, засновані на оптимальному узгодженні навантаження з генератором за критерієм максимуму енергії й ширини спектру сигналу. Показано, що закон зміни в часі індуктивності обмотки ВМГ у сполученні з моментом підключення навантаження впливають на амплітуди струмів і напруг у колах генератора та спектральний склад сигналу. Установлено, що експоненціальний закон зменшення індуктивності дозволяє підвищити амплітуди струмів і напруг не менш ніж на 20% відносно лінійного закону. Подальше зростання енергії сигналу в навантаженні можливо з використанням змінної індуктивності зв'язку, що забезпечує узгодження генератора з навантаженням протягом усього часу його роботи. Таке узгодження забезпечує ефективну передачу енергії генерованих коливань у навантаження при її зміні в межах від 5 до 50 Ом. Введення додаткової індуктивності, що змінюється в процесі роботи вибухово-магнітного генератора, в його контур, дозволяє підвищити швидкість зростання струму. Показано, що наявність металевого лайнера в традиційних конструкціях вибухово-магнітних генераторів обмежує характеристики генератора, зменшує амплітуду струменя, а у радіочастотних вибухово-магнітних генераторах передчасно призводить до зриву коливань. Тому в дисертації проведено дослідження радіочастотного вибухово-магнітного генератора без лайнера. У результаті на навантаженні в 5 Ом досягнуто амплітуди напруги ~ 4 кВ при ширині спектру сигналу за рівнем 10 дБ - 120 МГц, що забезпечило пікову потужність сигналу більше 3 МВт.

2. Запропоновано методику формування коротких вибухових плазмових струменів і експериментальну апаратуру для їхнього дослідження у відкритому просторі. Визначено основні характеристики плазмових струменів (довжину, концентрацію заряджених часток, неоднорідність провідності плазмового струменя). При енергії заряду вибухових речовин в 1 кДж у струмені досягнуто концентрацію заряджених часток 10¹³ см^-3 і визначено характеристики струменя. Показано, що подібні плазмові струмені можна використати як антени радіочастотних вибухово-магнітних генераторів протягом 30 мкс, після формування струменя, поки його провідність змінюється незначно.

3. Уперше проведені дослідження взаємодії вибухових плазмових струменів з електромагнітним полем спіралі, які дозволили виділити три стадії процесу й визначити характер випромінюваних сигналів на кожній стадії. Виявлено і досліджено ефект параметричної взаємодії спіралі із вибуховими плазмовими струменями, що спонукає короткочасне (< 0,1 мкс) збільшення амплітуди електромагнітного поля у вільному просторі (більш ніж на 20 дБ).

4. Запропоновано й апробовано методики формування у відкритому просторі протяжних вибухових плазмових струменів (довжиною більше 6 м і часом існування ~ 12 с), що дозволило здійснити їхнє збудження коливаннями радіочастотного діапазону. Встановлено, що діаграма спрямованості такого струменя в площині, перпендикулярній до осі струменя, близька до кругової. Експериментально показано, що в спектрі сигналу, який випромінюється плазмовим струменем, при збільшені амплітуди збудження (> 34 кВ), спостерігається збільшення рівня гармонік на 10-15 дБ.

5. Визначено мінімальний набір інформативних параметрів імпульсних електромагнітних сигналів, що дозволяє проводити аналіз експериментальних досліджень радіочастотних вибухово-магнітних генераторів. Розроблено методику й алгоритм проведення вимірювань і комплект автономної вимірювальної системи, що дозволяє вимірювати енергію (від 0,1 нДж), пікову потужність (від 0,01 мВт) і тривалість (20 нс - 20 мкс) у частотному діапазоні до 150 ГГц.

6. Виявлено випромінювання вибухових плазмових струменів у НВЧ діапазоні при їхньому збудженні сигналами радіочастотного діапазону й показано, що динаміка розвитку струменя впливає на параметри випромінюваного сигналу. Зареєстровано сигнали на частотах до 10 ГГц при частотно-модульованому сигналі збудження. Ширина спектру сигналу, що збуджував плазмовий струмінь, становила 17 МГц. Запропоновано нелінійні властивості плазми використовувати для трансформації енергії збудження у НВЧ діапазон.

7. Уперше здійснено збудження протяжних вибухових плазмових струменів коливаннями радіочастотних вибухово-магнітних генераторів, які розміщалися на рухливих носіях, а як випромінюючий елемент використовувався плазмовий струмінь маршового двигуна. Підтверджена справедливість фізичних моделей і принципів керування процесами генерування електричних і електромагнітних коливань радіочастотними вибухово-магнітними генераторами і плазмовими антенами. Показано, що такий плазмовий струмінь дозволяє випромінювати складні радіосигнали, сформовані радіочастотними вибухово-магнітними генераторами у смузі частот до 120 МГц.

Результати експериментальних досліджень, які проведені вперше, крім наукової значимості, мають також прикладне значення, оскільки можуть бути використані для розвитку вибухових плазмових антен і мобільних джерел на їхній основі.

Публікації автора:

1. Novikov V.E, Puzanov O.O., Sin’kov V.V., Soshenko V.A. Physical Prerequisites to the Plasma Antenna Development // Telecommunications and Radio Engineering. – 2004. - Т.61, №10. - P. 854-860.

2. Пузанов А.О., Сошенко В.А. Спиральные взрывомагнитные устройства // Радиофизика и электроника. – Харьков: Сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электроники ім. О.Я. Усикова НАН Украины. – 2004. - Т. 9, №3. - C. 608-614.

3. Сошенко В.А., Сытник О.В. Исследование работы спиральных взрывных генераторов в колебательном режиме // Радиофизика и электроника. - Харьков: Сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электроники ім. О.Я. Усикова НАН Украины - 2005. - Т.10, № 3. С. 441-447.

4. Сошенко В.А., Сытник О.В. Теория, техника и экспериментальные исследования взрывомагнитных генераторов радиочастотного диапазона // Радиофизика и электроника. Харьков: Сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электроники ім. О.Я. Усикова НАН Украины. - 2005.- Т.10. Специальный выпуск. - С. 570-580.

5. Пузанов А.О., Сошенко В.А. Особенности возбуждения спиралью медленных поверхностных волн на плазменном столбе, сформированном в открытом пространстве // Радиотехника. Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник. Харьковский национальный университет радиоэлектроники. - 2006. - Вып. 145. С. 145-152.

Тезиси конференцій

1. Altgilbers L.A., Ivanov V.K., Soshenko V.A. Blowup-magnetic Generators Parameters Investigations // Proc. 11th International Conference on High–Power Electromagnetics (EUROEM`98). Tel Aviv (ISRAEL). - 1998. - P. 130.

2. Altgilbers L.A., Ivanov V.K., Soshenko V.A. System for Measurement of Radio Pulses Parameters // Proc. 11th International Conference on High–Power Electromagnetics (EUROEM`98). Tel Aviv (ISRAEL). - 1998. - P. 129.

3. Загвоздкин Б. В., Синьков В.В., Сошенко В.А. Мобильный источник на базе магнитокумулятивного генератора // Труды 13-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо 2003). - Севастополь (Украина). - 2003. - С. 606 - 608.

4. Аджиев. А.Х., Гончаров В.М., Новиков. В.Е., Бережная Н.Д., Паламарчук В.П., Тищенко А.С., Синьков В.В., Сошенко В.А. Аппаратура для исследования физики процессов в верхних слоях атмосферы при возмущении мощным электромагнитным сигналом // Труды 13-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо 2003). - Севастополь (Украина). - 2003. - С. 623-625.

5. Синьков В.В., Сошенко В.А. Взаимодействие плазменной струи с полем спирали // Труды 13-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо 2003). - Севастополь (Украина). - 2003. - С. 609-611.

6. Novikov V.E., Puzanov O.O., Sin’kov V.V., Soshenko V.A. A plasma antenna for magneto-cumulative generator //Proc. Int. Conf. on Antenna Theory and Techniques Proceedings. - Sevastopol (Ukraine). - 2003. - P. 692-695.

7. Soshenko V.A., Vyazmitinov I.A., Puzanov O.O., Sinkov V.V., Novikov V.E. A plas-ma antenna for magnetic explosion generators // Proc. 11-th International Conference on High–Power Electromagnetics 2004 (EUROEM’2004). Magdeburg (Germany). - 2004. - P. 51.

8. Soshenko V.A., Adzhiev A.H., Tishсhenko A.S., Sinkov V.V., Novikov V.E. MCG – based electromagnetic sources // Proc. 11-th International Conference on High–Power Electromagnetics 2004 (EUROEM’2004). Magdeburg (Germany). - 2004. - P. 25.

9. Аджиев А.Х. Гончаров В.М., Сошенко В.А. Взрывные источники электромагнитного сигнала // Труды XV Междун. конф. по СВЧ-технике и телекоммуникационным технологиям. Севастополь (Украина). - 2005. - С. 690-694.

10. Puzanov O.O., Soshenko V.A. MC-generators for upper atmosphere investigations /Proc. Int. Conf. on Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals Proceedings. Sevastopol (Ukraine). - 2004 - P. 290-292.

11. Soshenko V.A. Source electromagnetic waves on the base of the signal on base explosive devices // Int. Conf. on Antenna Theory and Techniques Proceedings. Sevastopol (Ukraine) – 2004. – P. 580-582.

12. Сошенко В.А., Сытник О.В., Тищенко А.С. // Мобильные источники электромагнитного сигнала. Труды. II Международный радиоэлектронный форум Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития (МРФ`2005) Харьков (Украина). – 2005 - Т.6. - С.121-123.

13. Пузанов А. О., Сошенко В. А. Плазменные взрывные антенны // Труды XV Междун. конф. по СВЧ-технике и телекоммуникационным технологиям. – Севастополь. (Украина). – 2005. - С.695-696.

14. Сошенко В.А. Источники электромагнитного сигнала на основе взрывных устройств // Труды XV Междун. конф. по СВЧ-технике и телекоммуникационным технологиям. Севастополь (Украина). - 2004. - С. 588-590.

Додаткові публікації

15. Сошенко В.А., Тищенко А.С. Измерение параметров сверхширокополосных одиночных электромагнитных сигналов // Приборостроение. – 2003. - С. 51-58.