Анотація до роботи:

Сенкевич О.Б. Збудження електромагнітних коливань у відкритих резонансних системах генераторів міліметрового діапазону. – Рукопис.

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

Робота присвячена розробці нових типів відкритих резонансних систем (ВРС) з високою добротністю для вакуумних та напівпровідникових генераторів міліметрового діапазону та удосконаленню методів експериментального дослідження властивостей коливань у ВРС. Розроблені та досліджені у складі генератора дифракційного випромінювання (ГДВ) відкриті резонатори біжучої хвилі, як перспективні ВРС для перехоплення дифракційного випромінювання з широким кутовим спектром. Запропоновано метод векторних вимірювань властивостей коливань у ВРС із урахуванням радіаційних (нерезонансних) втрат у вузлі зв’язку. Досліджена ефективність збудження коливань у ВРС та виводу випромінювання ГДВ у навантаження для різних вузлів зв’язку. Одержано оцінку впливу дифракційних граток, що частково заповнюють канал у дзеркалі ВРС, на збудження коливань у ГДВ.

Розглянуті особливості керування спектром та добротністю коливань в циліндричних ВР із провідними вставками. Підтверджено в експерименті ефект резонансного підвищення добротності коливань у циліндричному ВР із однією та двома провідними вставками у вигляді кругового циліндра. Показано, що за допомогою вставок є можливість реалізувати на практиці ВРС для напівпровідникового генератора з перестроюванням частоти на одному (основному) типі коливань із добротністю, що наближається до омічної межі.

При виконанні дисертаційної роботи проведені дослідження ВРС генераторів міліметрового діапазону з одним вузлом зв'язку та неоднорідностями в об’ємі, для яких істотну роль грають радіаційні явища; розроблені нові типи ВРС – відкриті резонатори біжучої хвилі для генераторів дифракційного випромінювання; експериментально виявлений і досліджений ефект резонансного підвищення добротності коливань у ВР із провідними вставками, що дозволяє ефективно управляти спектром збуджуваних коливань, їхньою частотою й добротністю при створенні високодобротних ВРС для напівпровідникових генераторів нового типу.

Основні результати роботи та висновки, отримані в даній роботі, можна сформулювати таким чином:

1. Запропоновано метод визначення параметрів резонансного коливання та еквівалентної схеми заміщення для ВР з радіаційними втратами у вузлі зв'язку, в основу якого покладена апроксимація дрібно–лінійною функцією результатів вимірювань коефіцієнту відбиття вузла зв'язку поблизу резонансної частоти. Запропонований метод дозволяє визначати власну резонансну частоту й власну добротність збуджуваного коливання та врахувати вплив зв'язку і нерезонансних втрат в експериментах з використанням ВРС для вимірювання діелектричної й магнітної проникності матеріалів. Для симетричної резонансної кривої запропонована скалярна методика вимірювань коефіцієнту зв'язку та власної добротності коливаннь у ВР, що враховує нерезонансні втрати у вузлі зв'язку.

2. Встановлено межі застосування методу пробного тіла для вимірювання розподілу полів у ВР. У малоапертурних ВР при невеликих міждзеркальних відстанях метод відновлення амплітудного розподілу поля по зсуву резонансної частоти є основним, тому що зміна добротності коливань і коефіцієнт передачі ВР при внесенні пробного тіла не дають достовірної інформації внаслідок перехоплення дзеркалами частини поля, розсіяного пробним тілом.

3. Показано, що радіаційні втрати в збуджуючому вузлі зв'язку носять складний характер поблизу резонансу, причому їхній мінімум не збігається з резонансною частотою навантаженої ВРС. Коефіцієнт ефективності збудження носить резонансний характер з максимумом на власній частоті ВР. Проведений аналіз ефективності вузлів зв'язку по виводу енергії з ВРС показав, що для хвилевідно–щілинного переходу ефективність виводу енергії становить = 0,92, а для відкритого кінця хвилеводу ефективність виводу енергії істотно нижче: = 0,58.

4. Запропоновані та дослідженні для застосування в ГДВ нові типи ВР, а саме: двохдзеркальний ВРБХ із дзеркалом у вигляді кругової зрізаної бочки та трьохдзеркальний ВРБХ, для перехоплення дифракційного випромінювання із широким кутовим спектром і можливістю роботи на ковзних кутах дифракційного випромінювання. Встановлено, що спектральний склад досліджуваних ВР складається із квазіосьових та кільцевих типів коливань. Отримано, що при значній зміні робочої напруги, частота збуджуваного коливання не змінюється від зміни напрямку дифракційного випромінювання в межах “дзеркального” кута, заданого конструкцією ВР.

5. Зроблена оцінка впливу омічних втрат залежно від ширини дифракційних ґраток при збудженні різних типів коливань і запропонована модифікована конструкція ГДВ з вузькими дифракційними ґратками, розміщеними в більш широкому каналі на дзеркалі ВР. Проведені вимірювання підтвердили збільшення навантаженої добротності ВР зі зменшенням ширини ґраток, а також збільшення вихідної потужності ГДВ при розрідженні спектру.

6. Запропонована конструкція та експериментально досліджені властивості коливань у ВР із циліндричними дзеркалами кінцевої довжини та аналога двовимірного ВР із закритичними скосами на краях дзеркал.

Експериментально виявлено і досліджено ефект резонансного підвищення добротності коливань у ВР із вставкою у вигляді провідного кругового циліндра. Виявлено два резонансних діаметри провідної вставки й установлена фізична природа підвищення добротності квазі–TEM_00q типу коливань для резонансних діаметрів провідної вставки. Розглянуто можливості по керуванню у ВР із провідними вставками спектром збуджуваних коливань, їхньою частотою й добротністю. Показано, що при використанні провідних вставок є практична можливість реалізувати ВР з перестроюванням частоти на одному (основному) типі коливань із добротністю, що наближається до омічної межі.

Підвищення дифракційної добротності TEM₀₀₅ – типу коливань за рахунок провідних вставок виявлено як у ВР із гладкими циліндричними дзеркалами, так і у ВР із закритичними скосами на краях дзеркал. Отримано підвищення в 2,5 рази добротності TEM₀₀₅ –типу коливань у ВР із закритичними скосами дзеркал при ефективному висвічуванні вищих TEM₁₀₄ і TEM₂₀₄ –типів коливань.

7. Експериментально виявлено і досліджено ефект підвищення добротності коливань у ВР із циліндричними дзеркалами за рахунок внесення в об’єм резонатора розсіюючих неоднорідностей у вигляді двох провідних циліндрів. Для випадку розміщення осей двох провідних циліндрів у площині, що перетинає всі пучності електричного поля основного TEM_00q–типу коливань ( ) для заданої геометрії дзеркал резонатора й обраного типу коливань (TEM₀₀₆) знайдено оптимальне значення діаметра провідних циліндрів. При розміщенні осей двох провідних циліндричних вставок у площині, яка перетинає тільки одну пучність електричного поля TEM_00q–типу коливань ( ), максимум добротності коливань залежить від діаметра вставок і відстані між їхніми осями.

Список опублікованих робіт з теми дисертації.

1. Miroshnichenko V.S., Senkevich Ye.B. Experimental determination of equivalent circuit parameters of an open resonator coupled to transmission lines //Telecommunications and Radio Engineering. – 2003. – Т.60. – P.45–60.

2. Мирошниченко В.С., Сенкевич Е.Б. Измерение параметров колебаний в открытом резонаторе с учетом радиационных потерь в узле связи // Вісник ХНУ ім.В.Н. Каразіна. – Радіофізика та електроніка. – 2002. – Вип.2, №570. – С.159–162.

3. Демченко М.Ю., Ермак Г.П., Мирошниченко В.С., Сенкевич Е.Б. Высокостабильный векторный анализатор миллиметрового диапазона радиоволн // Радиофизика и электроника. – Харьков: Ин–т радиофизики и электроники НАН Украины. – 2000. – Т.3, №2. – С.275–280.

4. Мележик П.Н., Мирошниченко В.С., Сенкевич Е.Б. Исследование структуры резонансного поля в открытом резонаторе методом пробного тела. Теория и эксперимент // Журнал технической физики. – 2006. – Т.76, №8. – С.115–122.

5. Корнеенков В.К. Сенкевич Е.Б., Скрынник Б.К. Генераторы дифракционного излучения с открытыми резонаторами, частично расположенными вне вакуума // Радиофизика и электроника. – Харьков: Ин–т радиофизики и электроники НАН Украины. – 2003. – Т.8, №2. – С.247–253.

6. Мележик П.Н., Мирошниченко В.С., Сенкевич Е.Б. Открытые резонаторы с проводящими цилиндрическими вставками. Ч.1 – Двухмерная модель // Изв. Вузов. Радиофизика. – 2005. – Т.48, №7. – С.596–604.

7. Мележик П.Н., Мирошниченко В.С., Сенкевич Е.Б. Открытые резонаторы с проводящими цилиндрическими вставками. Ч.2 – Резонаторы с зеркалами конечной длины // Изв. Вузов. Радиофизика. – 2005. – Т.48, №8. – С.684–691.

8. Мележик П.Н., Мирошниченко В.С., Сенкевич Е.Б. Открытый резонатор с двумя проводящими цилиндрическими вставками // Радиофизика и электроника. – Харьков: ИРЭ НАН Украины. – 2005. – Т. 10, №3. – С.351–356.

9. Demchenko M.Yu., Ermak G.P., Miroshnichenko V.S., Senkevich Ye.B. Millimeter vector analyzer for high Q–factor open resonator researchers // The 4th Int. Kharkov Symp. “Physics & Engineering of MM and SubMM Waves”, Kharkov, Ukraine, June 4–9. – 2001. – Vol.2. – P.615–617.

10. B.K. Skrynnik, B.S. Miroshnichenko, P.N. Melezhik, and Ye.B. Senkevich. A ring–shaped traveling–wave open resonator as part of the diffraction radiation oscillator // Proc. the 5–th International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and SubMillimeter Waves (MSMW’2004) (Ukraine, June 21 –26, Kharkov). – 2004. – Vol.2. – P.480–482.

11. B.K. Skrynnik, Ye.B. Senkevich, M.Yu. Demchenko, V.K. Korneenkov. A study of the difraction radiation oscillator for narrowing the diffraction structure // Proc. the 5–th International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and SubMillimeter Waves (MSMW’2004) (Ukraine, June 21–26, Kharkov). – 2004. – Vol. 2. – P.515–517.

12. Мирошниченко В.С., Демченко М.Ю., Сенкевич Е.Б., Скрынник Б.К. ГДИ мм диапазона с резонансной ступенчатой неоднородностью на зеркале // 15–я Международная Крымская конференция «СВЧ–техника и телекоммуникационные технологии». Севастополь, 12–16 сентября 2005г. Материалы конференции в 2–х томах. – 2005. – Т.1. - С.271–272.

13. Мележик П.Н., Мирошниченко В.С., Сенкевич Е.Б. Открытые резонансные системы мм диапазона с проводящими цилиндрическими вставками для генераторов дифракционного излучения //15–я Международная Крымская конференция «СВЧ–техника и телекоммуникационные технологии». Севастополь, 12–16 сентября 2005г. Материалы конференции в 2–х томах. – 2005. – Т.2. – С.589–590.