Анотація до роботи:

Волков В.А. Імпульсні генератори для радіолокаторів дистанційного зондування навколишнього середовища. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 – фізика приладів, елементів і систем. – Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Харків, 2005.

Дисертація присвячена дослідженню імпульсних генераторів на основі магнетронів з холодним катодом, а також систематизації досвіду їхнього застосування в складі радіолокаційних систем для дистанційного зондування навколишнього середовища. Запропоновано феноменологічну модель магнетрона і використано новий підхід для апроксимації вольтфарадних характеристик високовольтних польових транзисторів. Результати моделювання були використані при конструюванні передавачів для двохчастотного бортового локатора бічного огляду і серії доплерівських метеорологічних радіолокаторів. Розвинена техніка моделювання імпульсних пристроїв була застосована також для покращення параметрів генератора потужних субнаносекундних імпульсів на основі діодів різким відновленням зворотного опору.

У дисертації розв'язане наукове завдання по створенню методів математичного моделювання імпульсних генераторів на основі магнетронів з холодним вторинно-емісійним катодом і генераторів потужних субнаносекундних імпульсів, а також використанню отриманих результатів для покращення параметрів передавачів, призначених для експлуатації у складі радіолокаційних систем дистанційного зондування навколишнього середовища з високою розрізняльною здатністю. Для досягнення кінцевого результату, шляхом сумісного використання теоретичних та експериментальних методів дослідження, були розв'язані наступні науково-практичні задачі:

Вперше побудовано аналітичну модель імпульсного генератора, заснованого на використанні магнетронів з холодним катодом і високовольтним транзисторним чи ламповим ключем, яка придатна для визначення та оптимізації параметрів перехідних процесів у такому генераторі. Запропоновано феноменологічну модель магнетрона, яка заснована на аналізі його поведінки у схемах модуляторів і дозволяє врахувати при розрахунках такі особливості фізичних процесів у ньому як існування кількох видів коливань, залежність збудження струму вторинної емісії від швидкості та знаку змінення модуляційної напруги, зрив струму вторинної емісії та можливість електричного пробою.

Розвинуто техніку моделювання пристроїв, побудованих на основі високовольтних польових транзисторів, яка застосована для оптимізації параметрів електричних кіл генераторів потужних (до 100 кВт) субнаносекундних імпульсів, що дозволило підвищити максимальну частоту повторення їх вихідних імпульсів до кількох десятків кілогерц.

Доведено ефективність застосування магнетронів з холодним катодом у доплерівських радіолокаторах міліметрового діапазону довжин хвиль. Отримано параметри радіолокаторів, в яких використані такі магнетрони, а саме, рівень еквівалентних широкосмугових фазових шумів (-60 дБ/Гц) на відстанях до 9 км і розрізнення у частотній області (10 Гц), що наближаються до показників істинно когерентних систем.

Створено потужні універсальні імпульсні генератори міліметрового діапазону довжин хвиль, що характеризуються високою якістю вихідного імпульсу: час встановлення стаціонарної частоти генерації с точністю 210^-5 – < 25 нс; змінення фази впродовж плоскої частини імпульсу - < 15, стабільність частоти від імпульсу к імпульсу – < 310^-8.

Створені генератори успішно застосовано у радіолокаційних системах, які використовуються для моніторингу стану навколишнього середовища, вивчення фізики процесів у граничних шарах атмосфери і виявлення забруднення малих водойм продуктами переробки нафти.

На основі розроблених генераторів створено устаткування для проведення досліджень параметрів магнетронів в умовах довготривалої роботи.

Публікації автора:

1. Jenett M., Naumenko V., Schnemann K., Vavriv D., and Volkov V. 2 kV generator for subnanosecond pulses // Electronics Letters. – 1997. – Vol.33, №11. – P. 918-919.

2. Волков В.А., Вязьмитинова А.И. Моделирование работы транзисторного ключа, нагруженного на магнетрон с холодным вторично-эмиссионным катодом // Радиофизика и радиоастрономия. – 2000. – Т.5, №1. – С. 67-73.

3. Волков В.А., Вязьмитинова А.И. Оптимизация работы магнетронного передатчика с твердотельным модулятором // Радиофизика и радиоастрономия. –1999. – Т.4, №.4 – С. 361-368.

4. Schnemann K., Trush B., Vavriv D., Volkov V. Millimeter Wave Transmitters on the Basis of Spatial-harmonic Magnetrons with Cold Secondary-emission Cathode for Coherent Radar Systems // Radio Physics and Radio Astronomy. – 1999. – Vol.4, №.4 – С. 357-360.

5. D. M. Vavriv, V. A. Volkov, V. N. Bormotov, V. V. Vynogradov, R. V. Kozhyn, B. V. Trush, A. A. Belikov, and V. Ye. Semenyuta Millimeter-wave radars for environmental studies // Radio Physics and Radio Astronomy. – 2002, Vol. 7, №2. – P. 121– 138.

Результати дисертації додатково висвітлено в таких працях:

1. Naumenko V.D., Schnemann K., Semenuta V. Ye., Vavriv D.M., Volkov V.A. MM-wave transmitters using magnetrons with cold secondary-emission cathode // Proceedings of MSMW’98 . –Kharkov, (Ukraine). – 1998. – P.76 – 81.

2. Jenet M., Kazantsev V., Kurekin A., Schnemann K., Vavriv D., Vinogradov V., Volkov V. Dual 94 and 36 GHz Radar System for Remote Sensing Applications. // In Proceedings of IGARSS’99 Hamburg, (Germany). – 1999.

3. Naumenko V.D., Schnemann K., Semenuta V. Ye., Vavriv D.M., Volkov V.A. Transmitters based on magnetrons with cold secondary-emission cathode // Proceedings of the 22-nd Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves, USA. – 1997. – P. 42-43.

4. Schnemann K., Trush B., Vavriv D., and Volkov V. Millimeter wave transmitters on the basis of spatial-harmonic magnetrons with cold secondary-emission cathode for coherent radar systems // Proceedings of The 30th European Microwave Conf (EuMC), Vol. II – Paris, (France). – 2000. – P. 82-84.

5. Bormotov V., Peters G., Schnemann K., Vavriv D., Vinogradov V., Volkov V. 36 GHz Doppler radar for remote sensing of the atmosphere // Proc. of Millennium Conf. on Antennas and Propagation. – Davos, (Switzerland). – 2000. – P.319.

6. Belikov, R. Kozhin, K. Schnemann, B. Trush, D. Vavriv, and V. Volkov: 95 GHz, 2 kW magnetron transmitter of 20 ns pulses // Proceedings of German Radar Symposium. –Bonn, (Germany). –2002. – P. 571-574.

7. Belikov A., Kozhyn R., Trush B., Vavriv D., Volkov V. Magnetron transmitters for high-resolution radars//. –Radio Physics and Radio Astronomy. – 2002. – Vol. 7, №4. – P. 413 -414.

8. Vavriv D., Volkov V., Vinogradov V., Kozhyn R., and Schnemann K. 95 GHz Doppler polarimetric cloud radar based on a magnetron transmitter // Proceedings of 32^nd Microwave European Conference. Vol.1– Milan (Italy). –September 23-27, 2002. – P. 665 -668.

9. Vavriv D.M., Vynogradov V.V., Volkov V.A., Kozhyn R.V., Bezvesilniy O.O., Alekseenkov S.V., Shevchenko A.V., and Vasilevskiy M.P. An Airborne SAR With Indication Of Moving Targets. – Proceedings of Symposium the Fifth International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and Submillimeter Waves. Vol.1– Kharkov, (Ukraine). –2004. – P. 115-119.