Прокопенко Олександр Володимирович. Резонатори поверхневих хвиль та надвисокочастотні пристрої на їх основі : дис... канд. фіз.-мат. наук: 01.04.03 / Київський національний ун-т ім. Тараса Шевченка. - К., 2005.
Анотація до роботи:
Прокопенко О.В. Резонатори поверхневих хвиль та надвисокочастотні пристрої на їх основі. – Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 – радіофізика. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2005.
Дисертація присвячена теоретичному дослідженню мікрохвильових властивостей резонаторів поверхневих хвиль (РПХ), надвисокочастотних (НВЧ) фільтрів та пристроїв з джозефсонівськими контактами (ДК) на основі РПХ.
В роботі розраховано спектр власних резонансних частот та власну добротність напівхвильового та чвертьхвильового резонаторів. Знайдені оптимальні умови збудження коливань у напівхвильовому та чвертьхвильовому РПХ. Визначені умови отримання максимальної власної добротності РПХ. Показано можливість розрідження спектру власних коливань РПХ в позамежному хвилеводі.
Проаналізовано РПХ з елементами топології у вигляді розрізів в провідній плівці. Розраховано зміну власної добротності РПХ в залежності від кількості ДК та їх опору. Показано, що вольт-ватна чутливість НВЧ детектора на основі РПХ з ДК досягає 104 В/Вт.
Розраховано амплітудно-частотні характеристики (АЧХ) фільтрів, залежність центральної частоти та АЧХ фільтрів від положення РПХ в хвилеводі та один відносно іншого. Розраховано частоти зв'язаних коливань РПХ з плівкою залізо-ітрієвого гранату в залежності від зовнішнього постійного магнітного поля.
В дисертаційній роботі проведено теоретичний аналіз нового класу НВЧ резонаторів, що працюють на ПЕМХ. Отримані кінцеві рівняння, розв'язуючи які можна розрахувати мікрохвильові характеристики таких систем. Аналіз проведено для випадку врахування та неврахування особливостей ЕМП на ребрі. Показано, що врахування особливостей на ребрі дозволяє підвищити точність та стабільність розрахунку, значно підвищити його швидкодію.
Розраховано спектр власних частот, власні добротності та розподіл електричного поля для чвертьхвильового та напівхвильового резонаторів. Показано, що існують два класи коливань РПХ. Отримані залежності резонансних частот від товщини та положення резонатора в хвилеводі, від параметрів діелектричних підкладок.
Показано, що власна добротність РПХ визначається переважно втратами в плівці резонатора (метал або ВТНП) та втратами в широких стінках хвилеводу. Обчислені критичні значення товщини підкладки та її проникності при яких резонансна частота основної моди виходить на полицю. Показано, що власна добротність РПХ збільшується при збільшенні підкладки, або її товщини , за рахунок зменшення амплітуди поля на поверхні стінок хвилеводу.
Проаналізовано випадок РПХ в позамежному хвилеводі. Теоретично показано, що в такій системі відбувається розрідження спектру власних коливань РПХ. Розраховано власну добротність РПХ в позамежному хвилеводі. Показано, що за рахунок віддалення широких стінок хвилеводу від резонатора, його власна добротність збільшується.
Досліджено основні мікрохвильові властивості напівхвильового та чвертьхвильового РПХ з елементами топології. В рамках однохвильового наближення отримано дисперсійні співвідношення для дзеркального хвилеводу зі щілинами, визначено сталу розповсюдження ПЕМХ b, зміну ефективної діелектричної проникності системи еff, знайдено наближений вираз для зміни резонансної частоти системи в залежності від кількості розрізів N та їх ширини S. Розраховано зміну власних частот і власних добротностей цих резонаторів. На основі результатів чисельних розрахунків показано, що вплив поперечних розрізів на ефективну діелектричну проникність та власну частоту РПХ значно сильніший ніж для випадку повздовжніх розрізів. Показано, що при наявності поперечних розрізів власна добротність системи дуже сильно зменшується, в той час як із збільшенням кількості паралельних розрізів власна добротність хоча і зменшується, але завжди залишається на рівні 40 – 50% від початкової навіть при великій кількості розрізів (~102 – 103).
Розглянуто мікрохвильові властивості РПХ з масивами ДК. Побудовано наближену теорію таких систем, що базується на квазістатичному наближенні. Розраховано зміну власної добротності такої системи в залежності від кількості ДК та їх нормального опору. Розрахунки проведено з врахуванням впливу топології на властивості РПХ та без врахування цього впливу. Розглянуто випадки бікрісталічних ВТНП ДК та низькотемпературних ніобієвих ДК. Показано, що наявність масиву ДК зменшує власну добротність системи, яка однак залишається достатньо високою при невеликих кількостях ДК (< 102 – 103), причому із зменшенням опору контакту цей вплив слабшає.
На основі отриманих в результатів проаналізовано можливості побудови на основі РПХ джозефсонівського НВЧ детектора, джозефсонівського генератора та стандарту вольта. Побудована проста теорія для квадратичного детектора НВЧ коливань. Розраховано вольт-ватну чутливість таких систем на основі РПХ, для яких вона може досягати В/Вт в 8-мм діапазоні довжин хвиль. Обґрунтовано можливість створення джозефсонівських генераторів на основі РПХ. В результаті аналізу можливості побудови стандарту вольта на основі РПХ показано, що при цьому повинні застосовуватись ДК з дуже малим нормальним опором. Зроблено рекомендації що до реалізації таких приладів на практиці.
Проаналізовано можливість побудови НВЧ фільтрів на основі РПХ в позамежному хвилеводі на прохід та на відбивання. Розраховано АЧХ для одноланкового, дволанкового та трьохланкового фільтрів. Розраховано поведінку центральної частоти фільтру в залежності від відстані до стику вхідного хвилеводу та позамежної секції. Розраховано АЧХ в залежності від відстані між резонаторами на прикладі дволанкового фільтру.
Розглянуто наближену теорію хвилеводного НВЧ фільтру на основі РПХ та плівки ЗІГ в наближені зв'язаних коливань. Отримані загальні кінцеві рівняння зв'язаних коливань, на їх основі виписані спрощені рівняння для випадку взаємодії тільки основної моди РПХ з нижчім по частоті магнітостатичним коливанням. Розраховано поведінку зв'язаних частот такої системи в залежності від амплітуди зовнішнього постійного магнітного поля.
Теоретично розглянуто системи збудження ПЕМХ за допомогою діелектричної призми для геометрії Отто та геометрії Кречмана. Отримано дисперсійне рівняння для коефіцієнту відбивання від основи діелектричної призми. Розраховано залежності цього коефіцієнту від кута падіння збуджуючої об'ємної хвилі, які дозволяють визначити оптимальний кут падіння при якому ефективність збудження ПЕМХ досягає максимуму.
Проведено теоретичний аналіз КОРПХ на основі моделі РПХ в хвилеводі ( 5.3). Отримані умови наближеного розв'язку цієї задачі в залежності від розмірів хвилеводу a, b. Показано, що при ( – резонансна довжина хвилі) стінки хвилеводу практично не впливають на резонансні частоти КОРПХ. Розраховано резонансні частоти основної моди КОРПХ і показано, що їх поведінка подібна до поведінки резонансних частот РПХ в хвилеводі.
Публікації автора:
Кишенко Я.І., Прокопeнко О.В, Іванюта О.М., Ракша В.М. Вплив елементів топології на добротність резонатора поверхневої хвилі // Вісник КНУ. Серія: Фіз.-мат. науки. – 2001. -№1. - C.338-345. (Розрахунок власної добротності РПХ).
Мелков Г.А., Іванюта О.М., Прокопенко О.В., Ракша В.М. Резонатор поверхневої хвилі зі щілинами в міліметровому діапазоні довжин хвиль // Вісник КНУ. Серія: Радіофізика та електроніка. – 2001. – №3. – C.62-67. (Розрахунок нормованої резонансної частоти та власної добротності РПХ).
Melkov G.A., Ivanjuta A.N., Prokopenko O.V., Raksha V.M.,.Siegel. M., Klushin A.M. Embedding of Josephson junctions in the surface wave resonator in the Ka-band. // ІV International Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Sub-millimeter Waves". – Kharkov (Ukraine). – 2001. – Vol.2. – P.363-364. (Розрахунок мікрохвильових властивостей РПХ).
Kishenko Y.I., Ivanjuta A.N., Prokopenko O.V., Raksha V.M. Some aspects of using of Josephson junctions with the surface wave resonator// First International Young Scientists Conference On Applied Physics. – Kyiv (Ukraine). – 2001. - P.34-35. (Розрахунок мікрохвильових властивостей РПХ з гратками ДК).
Мелков Г.А., Іванюта О.М., Прокопенко О.В., Ракша В.М. Напівхвильовий резонатор поверхневої хвилі в позамежному хвилеводі // Вісник КНУ. Серія: Фіз.-мат. науки. – 2001. – №4. – C.394-402. (Розрахунок мікрохвильових властивостей РПХ та фільтрів на основі РПХ в позамежному хвилеводі).
Melkov G.A., Ivanjuta A.N., Prokopenko O.V., Raksha V.M. Microwave properties of the surface wave resonator in the below-cutoff waveguide // International Conference on Modern problems of radio engeneereng, telecommunications and computer science. – Lviv-Slavsk (Ukraine). – 2002. - P.75-77. (Розрахунок мікрохвильових властивостей РПХ в позамежному хвилеводі).
Кишенко Я.І., Іванюта О.М., Прокопeнко О.В., Ракша В.М. Вплив елементів топології на НВЧ властивості надпровідного резонатора поверхневої хвилі // Вісник КНУ. Серія: Радіофізика та електроніка. – 2002. – №4. – C.29-35. (Розрахунок впливу елементів топології на мікрохвильові властивості РПХ).
Кишенко Я.І., Іванюта О.М., Прокопeнко О.В., Ракша В.М. Система збудження джозефсонівських контактів у резонаторі поверхневої хвилі // Український фізичний журнал. – 2002. –Т.47, №6. – С.592-593. (Теоретичний аналіз системи збудження ДК за допомогою РПХ).
Danyluk V.A., Kishenko Y.I., Malyshev V.Yu., Prokopenko O.V. Properties of transversal modes of the surface wave resonator // Second International Young Scientists Conference On Applied Physics. – Kyiv (Ukraine). – 2002. –P.40 - 41. (Розрахунок мікрохвильових властивостей РПХ).
Ivanyuta O.M., Kishenko Y.I., Lebed E.A., Prokopenko O.V., Raksha V.M. Getting Shapiro’s steps with optimum parameters for HTS Josephson junctions in the surface wave resonator // Second International Young Scientists Conference On Applied Physics. – Kyiv (Ukraine). – 2002. –P.42 - 43. (Теоретичний аналіз та оптимізація параметрів РПХ з гратками ДК).
Malyshev V.Yu., Prokopenko O.V, Rebikov A.I. Tunable filter based on the surface wave resonator // Second International Young Scientists Conference On Applied Physics. – Kyiv (Ukraine). – 2002. – P.44 - 45. (Теоретичний аналіз РПХ з плівкою ЗІГ).
Іванюта О.М., Прокопенко О.В., Ракша В.М., Ребіков А.І., Тягульський С.І. Вплив діелектричних підкладинок на добротність напівхвилевого резонатора поверхневої хвилі // Вісник КНУ. Серія: Фіз.-мат. науки. – 2002. – №2. – C.328-336. (Розрахунок впливу діелектричних підкладок на мікрохвильові властивості РПХ).
Ivanyuta O.M., Kishenko Y.I., Prokopenko O.V., Raksha V.M. Symmetric bicrystal high-temperature superconducting Josephson junctions embedded in the surface wave resonator // SPO Symposium Proceedings (Problems of Optics & High Technology Material Science). – Kiyv (Ukraine). – 2002. – P.148. (Аналіз можливості побудови НВЧ пристроїв на основі РПХ з гратками ДК).
Кишенко Я.І., Іванюта О.М., Прокопенко О.В., Ракша В.М. Детектування НВЧ джозефсонівськими контактами, включеними в резонатор поверхневої хвилі // Вісник КНУ. Серія: Радіофізика та електроніка. – 2003. -№5. - C.22-25. (Теоретичний аналіз НВЧ детектора на основі РПХ з ДК).
Кишенко Я.І., Іванюта О.М., Прокопенко О.В., Ракша В.М. Можливість отримання сходинок Шапіро з оптимальними параметрами для джозефсонівських контактів включених у резонатор поверхневої хвилі // Вісник КНУ. Серія: Радіофізика та електроніка. – 2003. -№5. - C.25-29. (Теоретичний аналіз та оптимізація параметрів РПХ з гратками ДК).
Ivanyuta O.M., Kishenko Y.I., Malyshev V.Y., Prokopenko O.V., Raksha V.M. The microwave surface impedance characterization of HTS films device // 6th European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS’2003). – Sorrento Napoli (Italy). – 2003. – P.96. (Теоретичне обґрунтування застосування РПХ в якості приладу для тестування якості надпровідних плівок).
Ivanyuta O.M., Prokopenko O.V., Raksha V.M. Electromagnetic problem of Hight-Tc Josephson junction array optimization // SPO Symposium Proceedings (Problems of Optics & High Technology Material Science). – Kiyv (Ukraine). – 2003. – P.176. (Теоретичний аналіз та оптимізація параметрів РПХ з гратками ДК та приладів на їх основі).
Ivanyuta O.M., Nekrashevych O.M., Prokopenko O.V., Raksha V.M. The influence of waveguide setup on the microwave properties of the surface wave resonator // SPO Symposium Proceedings (Problems of Optics & High Technology Material Science). – Kiyv (Ukraine). – 2003. – P.177. (Теоретичний аналіз впливу хвилеводного екрану на мікрохвильові властивості РПХ).
Raksha V.M., Prokopenko O.V. Microwave detector with embedded Hight-Tc Josephson junctions array // SPO Symposium Proceedings (Problems of Optics & High Technology Material Science). – Kiyv (Ukraine). – 2003. – P.182. (Теоретичний аналіз НВЧ детектора на основі РПХ).
Мелков Г.А., Прокопенко А.В., Ракша В.Н. Разрежение спектра собственных колебаний резонатора поверхностной волны // Известия ВУЗов “КПИ”. Серия: Радиоэлектроника. –Т.47, № 1. -С. 29-31. (Теоретичний аналіз розрідження спектру власних коливань РПХ).
Gordiychuk I.L., Ivanyuta O.M., Kolomoets M.S., Kurochka M.I., Prokopenko O.V., Raksha V.M. Dependence of current-voltage characteristic of HTS Josephson junctions on an external dc magnetic field // Fourth International Young Scientists' Conference on Applied Physics. – Kyiv (Ukraine). – 2004. – P.87-88. (Розрахунок впливу постійних магнітних полів на ВАХ ДК, включених в РПХ).
Ivanyuta O.M., Malyshev V.Yu., Prokopenko O.V., Raksha V.M., Grytsay A.B. Distributing of the fields in the surface wave resonator // Fourth International Young Scientists' Conference on Applied Physics. – Kyiv (Ukraine). – 2004. – P.93-94. (Розрахунок розподілу електромагнітних полів РПХ).
Ivanyuta O.M., Kishenko Y.I., Lebed E., Prokopenko O.V., Raksha V.M. Shapiro' steps with optimum parameters of HTS Josephson junction arrays embedded into the surface wave resonator // Fourth International Young Scientists' Conference on Applied Physics. – Kyiv (Ukraine). – 2004. – P.99-100. (Теоретичний аналіз та оптимізація параметрів РПХ з гратками ДК та приладів на їх основі).
Melkov G.A., Klushin A.M., Poustylnik O.D., Prokopenko O.V., Raksha V.M. Irradiation of HTS Josephson junctions with the surface wave resonator // V International Symposium “Physics and Engineering of Millimeter and Sub-millimeter Waves. – Kharkov (Ukraine). –2004. – Vol. 2. – P.128-133. (Теоретичний аналіз РПХ, РПХ з гратками ДК, фільтрів на основі РПХ).
Гордійчук І.Л., Іванюта О.М., Коломоєць М.С., Курочка М.І., Прокопенко О.В., Ракша В.М. Вплив зовнішніх магнітних полів на ВАХ високотемпературних джозефсонівських контактів // Вісник КНУ. Серія: Фіз.-мат. науки. – 2004. –№ 3. - С.324-329. (Розрахунок впливу магнітних полів на ВАХ ДК, включених в РПХ).
Ivanyuta O.M., Kishenko Y.I., Prokopenko O.V., Raksha V.M., Klushin A.M. Microwave detection using Josephson junction arrays integrated in a resonator // European Materials Research Society Fall Meeting. – Warsaw (Poland). – 2004. – P.166-167. (Теоретичний аналіз приладів з ДК на основі РПХ).
Ivanyuta O.M., Kishenko Y.I., Prokopenko O.V., Raksha V.M., Klushin A.M. Microwave detection using Josephson junction arrays integrated in a resonator // Physica Status Solidi. – 2005. – Vol. 2, № 5. – P.1688-1691. (Теоретичний аналіз приладів з ДК на основі РПХ).
Ivanyuta O.M., Kishenko Y.I., Prokopenko O.V., Raksha V.M., Klushin A.M. The Effect of the External Magnetic Field on the Current-Voltage Characteristic of HTS Josephson Junction Arrays // Journal of Low Temperature Physics. – 2005. – Vol. 139, № 1. – P. 97-102. (Розрахунок впливу магнітних полів на ВАХ ДК, включених в РПХ).
