Анотація до роботи:

Кривець О.С. Хвильові процеси у приладах з відкритими хвилеводно-діелектричним и структурами з розподіленими джерелами випромінювання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук зі спеціальністю 01.04.01 - фізика приладів, елементів і систем.– Сумський державний університет, Суми, 2004.

Дисертація присвячена теоретичним та експериментальним дослідженням хвильових процесів у відкритих хвилеводно-діелектричних структурах з розподіленими джерелами випромінювання типу електронний потік чи діелектричний хвилевід.

У результаті виконання дисертаційної роботи розвинуто лінійну самоузгоджену теорію моделі підсилювача на ефекті Сміта – Парселла на базі відкритого хвилеводу з діелектричним шаром. Отримано дисперсійні рівняння трансцендентного і кубічного вигляду для такої системи. Проведено аналіз рівнянь при зміні електродинамічних параметрів відкритого хвилеводу та порівняльний аналіз трансцендентного і кубічного дисперсійних рівнянь. На підставі кубічного дисперсійного рівняння проведено наближений аналіз коефіцієнта посилення і ККД.

Методом експериментального моделювання досліджено електродинамічні системи відкритих хвилеводів різних конфігурацій: плоскопаралельну, з дифракційно-зв‘язаними джерелами випромінювання та з циліндричними дзеркалами. Промодельовані різні режими хвильових процесів у хвилеводах з металодіелектричними структурами. В чотири-міліметровому діапазоні довжин хвиль показано можливість широкосмугового підсилення сигналів.

У дисертаційній роботі розвинуто і узагальнено теоретичні і експериментальні дослідження хвильових процесів у відкритих хвилеводно-діелектричних структурах з розподіленими джерелами випромінювання, які можуть бути використані при створенні нерелятивістських підсилювачів і різних функціональних вузлів міліметрового і субміліметрового діапазонів хвиль.

1. Обґрунтовано вибір теоретичних і експериментальних методів досліджень, заснованих на розв‘язуванні класичних рівнянь електроніки і моделюванні хвильових процесів шляхом заміни струму просторового заряду ЕП поверхневою хвилею діелектричного хвилеводу. Запропоновано теоретичну модель, що описує електронно-хвильові процеси у відкритому хвилеводі з діелектричним шаром. Розвинуто лінійну самоузгоджену теорію моделі підсилювача на ефекті Сміта-Парселла і отримано дисперсійне рівняння трансцендентного виду.

2. Проведено аналіз загального дисперсійного рівняння в інтервалі значень діелектричної проникності e = 1-210. Встановлено, що при e = 1 у ВХ присутні шість хвиль: чотири хвилі відповідні гармонікам періодичної структури без ЕП і дві хвилі, що є повільною і швидкою хвилями просторового заряду. При введенні в систему діелектричного шару кількість хвиль, що розповсюджуються у ВХ, зростає. Визначено області підсилення поверхневих і об'ємних хвиль, встановлено наявність перерозподілу енергії між ними із зростанням діелектричної проникності.

3. Шляхом застосування методу виділення квазістаціонарної частини електронного потоку отримано кубічне дисперсійне рівняння в аналітичному виді, що дозволяє наочно проаналізувати фізику електронно-хвильових процесів у ВХ з діелектричним шаром. Порівняльний аналіз розв‘язків загального трансцендентного і наближеного кубічного дисперсійних рівнянь показав, що кубічне наближення дозволяє описати лише три хвилі, близькі за фазовими швидкостями розповсюдження: дві хвилі просторового заряду і одну хвилю періодичної структури. На підставі кубічного дисперсійного рівняння проведені оцінки коефіцієнта посилення хвилі та величини ККД.

4. Проаналізовано вплив електродинамічних параметрів ВХ на електронно-хвильові процеси: параметрів періодичної структури, відстані між дзеркалами ВХ, діелектричної проникності і дисперсійних властивостей електронного потоку. Встановлено, що шляхом зміни електродинамічних параметрів ВХ можлива реалізація різних режимів коливань: режиму випромінювання ДВ по нормалі – режим ГДВ, режиму об'ємної хвилі, біжучої і режиму поверхневих хвиль (ЛЗХ, ЛБХ). Визначено області значень товщини ЕП, які роблять істотний вплив на електронно-хвильові процеси у ВХ.

5. Експериментально досліджено електродинамічну систему підсилювача на базі плоскопаралельного ВХ. Встановлено, що вона має резонансні властивості: із зміною відстані екран – ДГ резонанси у ВХ присутні на відстанях, кратних половині довжини хвилі, при цьому спостерігається максимальне накопичення енергії у хвилеводі. Поле уздовж осі плоскопаралельного ВХ має вид стоячої хвилі з рівномірним розподілом амплітуди на 2/3 його довжини, що свідчить про можливість ефективного відбору енергії від ЕП в такій системі.

6. Вивчено вплив фазової корекції дзеркал на хвильові процеси у ВХ. Результати досліджень хвилеводу з плоскоциліндричними дзеркалами вказують на збереження його резонансних властивостей, характерних для плоско-паралельного ВХ. З погляду зменшення резонансності системи, більш перспективним є ВХ, побудований з двома циліндровими дзеркалами, уздовж яких може бути реалізований режим хвилі, що біжить. Результати досліджень ВХ з двома дифракційно-зв'язаними джерелами випромінювання вказують на можливість реалізації в такій системі режиму біжучої хвилі і організації ефективного виводу енергії через діелектричний хвилевід пасивного дзеркала з дифракційними гратками.

7. Промодельовано різні режими збудження хвиль у хвилеводах з металодіелектричними структурами: черенковський, дифракційний та дифракційно-черенковський. Встановлено можливість керування хвильовими процесами шляхом зміни товщини діелектричного шару і параметрів стрічкових дифракційних граток, нанесених на діелектрик, що вказує на перспективність використання таких систем при створенні різноманітних приладів МСМ діапазону хвиль. На експериментальному макеті з електронним пучком, в чотири-міліметровому діапазоні хвиль, показано можливість підсилення широкосмугових сигналів.

Публікації автора:

1. Теоретический анализ условий возбуждения колебаний в усилителе с распределенным взаимодействием на эффекте Смита-Парселла / Г.С. Воробьев, А.И. Рубан, А.С. Кривец, А.А. Шматько // Вісник Сумського державного університету.– 1999.– №1(12).– С. 28–33.

2. Экспериментальное моделирование условий возбуждения колебаний в усилителе с распределенным взаимодействием на эффекте Смита-Парселла / Г.С. Воробьев, А.И. Рубан, А.С. Кривец, А.А. Шматько // Вісник Сумського державного університету.– 1999.– №1(12).– С. 34–37.

3. Підсилення електромагнітних хвиль на ефекті Сміта-Парселла / Г. Воробйов, А. Рубан, О. Кривець, О. Шматько // Фізичний збірник НТШ.– 2001.– Т.4.– С.323–330.

4. Кривец А.С. Особенности дисперсионных характеристик усилителя на эффекте Смита – Парселла // Вісник Сумського державного університету.– 2001.– №3(24)-4(25).– С.112–116.

5. Экспериментальное моделирование волновых процессов в усилителе на эффекте Смита-Парселла / Г.C. Воробьев, А.С. Кривец, М.В. Петровский, А.И. Рубан // Вісник Сумського державного університету.– 2002.– № 5(38)-6(39).– С.117–124.

6. The Smith-Pursell Effect Amplification of the Electromagnetic Waves in a Open Waveguide with a Matal-Dielectric Layer/ G.S. Vorobjov, A.S. Krivets, A.A. Shmatko and others // Telecommunications and Radio Engineering.– 2003.– №59(10-12).– С.80–92

7. Кривец А.С. Особенности электродинамических характеристик открытого волновода при возбуждении объемных волн распределенными источниками излучения // Радиотехника.–2003.–Вып.135.– С.15–18.

8. Моделирование черенковского и дифракционного излучений на периодических металлодиэлектрических структурах (обзор) / Г.С. Воробьев, А.С. Кривец, М.В. Петровский и др.// Вісник Сумського державного університету.– 2003.– №10(56).– С.110–130.

9. Воробьев Г.С., Кривец А.С. Влияние толщины электронного потока на дисперсионные характеристики усилителя на эффекте Смита-Парселла // Сб.трудов 4-го Междунар.молодежного форума “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”.– Харьков: ХТУРЭ, 2000.– С.45-46.

10. Amplification of eltctromagnetic waves on Smith-Parcell effect / G.S. Vorobjov, A.I. Ruban, A.S. Krivets, A.A. Shmatko // Proceedings of 2nd International Smakula Symposium.- Ternopil: TSTU, 2000.– P.205-206.

11. Воробьев Г.С., Кривец А.С., Шматько А.А. Электронно-волновой механизм усиления колебаний в открытом волноводе с периодической структурой // Материалы 11-й Международной Крымской конференции "СВЧ – техника и телекоммуникационные технологии".– Севастополь: «Вебер», 2001.– С. 197–199.

12. Кривець О.С. Порівняльний аналіз дисперсійних рівнянь підсилювача на ефекті Сміта-Парселла // Матеріали 11-ї Міжнародної конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики «Еврика». –Львів: ЛНУ, 2001.– С. 63–64.

13. Кривець О.С., Петровський М.В. Електронно-хвильовий механізм підсилення коливань у відкритому хвилеводі з металодіелектричним шаром // Матеріали Всеукраїнської конференції молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики «Еврика».– Львів: ЛНУ, 2001.– С. 63–64.

14. Исследование условий возбуждения электромагнитных колебаний в открытом волноводе с металодиэлектрическим слоем / Г.С. Воробьев, А.С. Кривец, М.В. Петровський, А.Ю. Победин // Сб.трудов 6-го Междунар. молодежного форума “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”.– Харьков: ХНУРЭ, 2002.– С.86-87.

15. Волновые процессы в открытом волноводе с металлодиэлектрическим слоем / Г.С. Воробьев, А.С. Кривец, А.А. Шматько, М.В. Петровский // Материалы 12-й Международной Крымской конференции "СВЧ – техника и телекоммуникационные технологии".– Севастополь: Вебер, 2002.– С. 145–146.

16. Электронно-волновые процессы в усилителе на эффекте Смита-Парселла с металлодиэлектрическим слоем / Г.С. Воробьев, А.С. Кривец, А.А. Шматько, М.В. Петровский // Материалы 14-й Международной Крымской конференции "СВЧ – техника и телекоммуникационные технологии".– Севастополь: Вебер, 2004.– С. 209–210.