Джин Юн. Дифракція імпульсного хвильового пучка на границі розділу двох середовищ із втратами : Дис... канд. наук: 01.04.03 - 2006.
Анотація до роботи:
Джин Юн. Дифракція імпульсного хвильового пучка на границі розділу двох середовищ із втратами. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 – радіофізика. – Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, м. Харків, 2006.
Робота присвячена дослідженню поширення обмежених у просторі імпульсних електромагнітних полів (полів у хвилеводах та тривимірних хвилевих пучків), а також дифракції таких полів на плоскій межі розділу двох середовищ. Задачі розв’язано методом модового базису. Отримано у часовій області в аналітичному вигляді оператори поширення для сигналів у хвилеводі з втратами та без, отримано також оператори дифракції, що описують зміну часової форми сигналу під час дифракції на плоскій границі розділу двох середовищ. Проаналізовано просторово-часовий розподіл щільності енергії і швидкості потоку під час дифракції. Досліджено характеристики імпульсного хвилевого пучка (ІХП), що створений струмами на апертурі, зокрема введено поняття часового центру ІХП, що описує центр кривизни фронту імпульсної хвилі, та досліджено його поведінку з поширенням. На основі модового розкладання полів ІХП за беселевими модами, побудований чисельно-аналітичний алгоритм розрахунку задачі дифракції тривимірного ІХП на півпросторі з втратами, що є модельною для аналізу характеристик усіляких георадарів.
У дисертаційній роботі на основі ММБ розглянуто збудження та поширення обмежених у просторі імпульсних хвиль (хвиль у хвилеводах і IXП), а також їх дифракція на плоскій межі розділу діелектриків з втратами.
Отримано у вигляді операторів поширення розв’язок рівняння Клейна-Гордона, що описує еволюцію сигналів у хвилеводі. Розв’язок перевірений порівнянням з результатами чисельного розв’язання рівняння за допомогою скінчено-різницевого методу. Отримані оператори дозволяють досліджувати як зміну сигналу під час поширення, так і його передісторію.
У часовій області розв’язана задача дифракції довільної імпульсної хвилі у хвилеводі на границі розділу двох середовищ з втратами. Результатом є аналітичні вирази для операторів дифракції, що пов’язують часову залежність відбитого сигналу та сигналу, що пройшов, з часовою залежністю падаючої хвилі на поверхні розділу. Аналіз цих операторів виявив, що наявність дисперсії у хвилеводі призводить до того, що часова форма дифрагованих хвиль зазнає змін під час дифракції. Особливим випадком є границя середовищ з однаковими імпедансами, коли відсутній моментальний відгук, тобто фронт хвилі проходить границю без створення фронту відбитої хвилі, і лише потім формується відбита хвиля завдяки наявності дисперсії та різниці швидкостей поширення у двох середовищах. Іншим особливим випадком є границя середовищ з рівними швидкостями поширення (ізорефракційні середовища), при цьому не відбувається додаткового спотворення форми хвиль, тобто відбита хвиля та хвиля, що пройшла, повторюють часову залежність падаючої хвилі.
Досліджено збудження тривимірного ІХП струмами на апертурі та його поширення. Аналізувались такі його характеристики як положення амплітудного та часового центру. Амплітудний центр – це точка, від якої відбувається зменшення амплітуди випромінюваного імпульсу за законом . Отримано залежність положення цього центру від відношення тривалості імпульсу до розмірів апертури. Показано, що для надкоротких імпульсів цей центр лежить далеко позаду від апертури, а для імпульсів з великою тривалістю він знаходиться позаду майже на апертурі. Поняття «часовий центр» введено для опису центру кривизни випромінюваного імпульсного фронту. Воно є аналогом фазового центру у частотній області. Виявлено, що положення цього центру установлюється лише після проходження імпульсом значної відстані (порядку 200-300 поперечних розмірів апертури).
На основі методу модового базису, що застосовує розкладання полів в інтеграл за беселевими модами, розроблено чисельно-аналітичний метод, що дозволяє розраховувати поля дифракції тривимірного імпульсного хвилевого пучка на дисперсному (з провідністю) діелектричному напівпросторі. Цей метод може бути застосований і для розрахунку задач дифракції на шаруватому середовищі, застосовуючи метод матриць розсіяння у часовій області для складних структур. Крім того, він може бути об’єднаний з більш універсальним чисельним методом FDTD таким чином, що за допомогою FDTD розраховуватимуться поля в області прилеглій до випромінювача, потім вони розкладатимуться за беселевими модами і їх подальше поширення та дифракція будуть обчислюватись за запропонованим методом. Подальша взаємодія полів зі складним підповерхневим об’єктом знову обчислюватиметься за допомогою FDTD. Такий метод дозволить об’єднати переваги FDTD щодо можливості моделювання складних структур з можливостями запропонованого методу точно розраховувати поширення полів на істотній відстані між випромінювачем і підповерхневим об’єктом. Тобто запропонований алгоритм може бути застосований до моделювання імпульсних підповерхневих георадарів.
Публікації автора:
Джин Юн, Третьяков О. А. Возбуждение вихревых типов колебаний в полом резонаторе // Вісник Харківського національного університету. Радіофізика та електроніка. – 2001. – № 513. – С. 32-36.
Butrym A. Yu., Zheng Y., Tretyakov O. A. Transient Diffraction on a Permittivity Step in a Waveguide: Closed-Form Solution in Time Domain // Journal of Electromagnetic Waves and Applications. – 2004. – Vol. 18, № 7. – P. 861-876.
Джин Юн, Бутрым А. Ю., Третьяков О. А. Дифракция импульсной волны на границе раздела магнитодиэлектриков в волноводе. // Вісник Харківського національного університету. Радіофізика та електроніка. – 2004. – №. 622. – C. 51-54.
Джин Юн, Кочетов Б. А. Бутрым А. Ю. Конечно-разностная схема во временной области и аналитическое решение уравнения Клейна-Гордона // Вісник Харківського національного університету. Радіофізика та електроніка. – 2006. – №. 712. – C. 91-94.
Джин Юн. Дифракция импульсного волнового пучка на полупространстве с диспергирующей средой // Радиотехника: Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник. – 2005. – Вып. 143. – С. 210-214.
Результати дисертації додатково висвітлені в таких роботах:
Тrеtyakov О. А., Zheng Yu. New Explicit Solutions in Time Domain for Waveguide Signals // Proc. International Conference “Mathematical Methods in Electromagnetic Theory”. – Кharkov (Ukraine). – 2000. – P. 527-529.
Butrym A. Yu., Zheng Y., Tretyakov O. A. Energy Flow in Lossy Waveguides for Impulse Wave Propagation // Proc. 6th International Symposium on Antennas, Propagation & Electromagnetic Theory (ISAPE’2003). – Beijing (China). – 2003. – P. 121-123.
Butrym A. Yu., Zheng Y., Tretyakov O. A. Impulse wave diffraction on a permittivity step in a waveguide // Proc. 4th International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT’03). – Sevastopol (Ukraine). – 2003. – P. 605-608.
Butrym A. Y., Zheng Y., Tretyakov O. A. Transient Diffraction by Boundary of Two Lossy Dielectrics in a Waveguide // Book of Abstracts of the International Conference “Euro Electromagnetics” (EUROEM 2004). – Magdeburg (Germany).– 2004. – P. 175-176.
Бутрым А. Ю., Джин Юн Дифракция импульсных сигналов на границе раздела двух сред в волноводе // Третья Харьковская международная конференция молодых ученых «Микроволновая электроника и радиолокация». – Харьков (Украина). – 2004. – C. 19.
Butrym A. Yu., Zheng Yu, Dumin A. N., Tretyakov O. A. Transient wave beam diffraction by lossy dielectric half space // Proc. 10th International conference on “Mathematical Methods in Electromagnetic Theory”. – Dnipropetrovsk (Ukraine).– 2004. – P. 345-347.
Бутрим О. Ю., Джин Юн. Дифракція імпульсної поперечно обмеженої хвилі на плоскій границі розділу двох середовищ // Матеріали міжнародн. наук. конф. “Каразінські природознавчі студії”. – Харків (Україна).– 2004. – С. 92-93.
Джин Юн, Бутрым А. Ю. Анализ в ближней зоне поля импульсного волнового пучка, создаваемого гауссовым распределением линейно поляризованных токов на плоскости // Сборник научных трудов по материалам 2-ого Международного Радиоэлектронного Форума “Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития”. МРФ-2005. Харьков (Украина).– 2005. – С. 47-50.
