Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Հաճախությունների ԳԲՀ և տերահերցային տիրույթների բազմամոդ երկկապ էլեկտրադինամիկական կառուցվածքների ուսումնասիրումը և կիրառումը

Պողոսյան, Տիգրան Նուբարի (2011) Հաճախությունների ԳԲՀ և տերահերցային տիրույթների բազմամոդ երկկապ էլեկտրադինամիկական կառուցվածքների ուսումնասիրումը և կիրառումը. PhD thesis, ՀՀ ԳԱԱ Ռադիոֆիզիկայի և էլեկտրոնիկայի ինստիտուտ.

[img] PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (2931Kb)
    [img] PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (577Kb)

      Abstract

      Ներկայումս արդիական խնդիր է Էլեկտրամագնիսական սպեկտրի գերբարձր հաճախային (ԳԲՀ) և տերահերցային (ՏՀց) տիրույթներում մեծ արդյունավետությամբ ալիքատարային հանգույցների մշակումը և կիրառումը: Վերջին երկու տասնամյակների ընթացքում հաճախային տիրույթը, որը հայտնի է որպես ՏՀց-ին տիրույթ՝ ընկած էլեկտրամագնիսական սպեկտրի միլիմետրական և ինֆրակարմիր տիրույթների միջև (100ԳՀց-ից մինչեւ 10ՏՀց), ցուցաբերում է զգալի հետաքրքրություն՝ շնորհիվ էլեկտրական և օպտիկական մեթոդների (գեներացում, ուղղորդում և դետեկտում) զարգացման, որոնք ապահովում են ավելի հեշտ մուտք այդ հաճախությունների տիրույթ: ՏՀց-ին ճառագայթման կիրառման հիմնական ոլորտներն են սպեկտրոսկոպիան, պատկերումը (imaging), հեռամխումը (remote sensing, дистанционное зондирование) և գերարագ կապի համակարգերը [1-3]: ՏՀց- ին ճառագայթումը հանդիսանում է ոչ իոնացնող ենթամիլիմետրական միկրոալիքային ճառագայթում և, ինչպես միկրոալիքները, ունակ է թափանցելու բազմատեսակ ոչ հաղորդիչ նյութերի մեջ: Բազմաթիվ պինդ, հեղուկ և գազային նյութեր ցուցաբերում են եզակի սպեկտրոսկոպիական հատկություններ ՏՀց-ին հաճախություններում: ՏՀց-ը լայնորեն կիրառվում էբժշկության [1] և անվտանգության [2] ոլորտներում: Կապի համակարգերում[3] ՏՀց-ին հաճախությունների կիրառումը գրավիչ է այն փաստով, որ հնարավոր է ինֆորմացիայի գերարագ փոխանակում, և այն, որ այս տիրույթը հասանելի է (ներկայումս 300ԳՀց-ից բարձր տիրույթը ազատ է): ՏՀց-ին տիրույթի զարգացմանը զուգընթաց մեծացավ լայնաշերտ, թույլ դիսպերսիայով և անկորուստ ալիքատարների պահանջը: Ելնելով այն փաստից, որ ՏՀց-ին տիրույթում մոտեցումները իրենցից ներկայացնում են ԳԲՀ և օպտիկական հաճախությունների խառնուրդ, ալիքատարային կառուցվածքների հետազոտությունը հիմնվում է այդ տիրույթներում երկարամյա տեսական և փորձնական հետազոտությունների վրա: Արդյունավետ ալիքատարների բացակայությունը էական խոչընդոտ է հանդիսանում կիրառական ՏՀց-ին սարքավորումների զարգացման համար: ԳԲՀ-ի արդի զարգացումը բնութագրվում է բազմաֆունկցիոնալությամբ, գերլայնաշերտությամբ և բազմահաճախությամբ: Նման հատկություններով օժտված սարքերի[13-15] պահանջարկը թելադրվում է այդ տիրույթի հեռահաղորդակցության, ռադիոլոկացիոն և հեռամխման համակարգերի զարգացմամբ: Այդ հատկություններով օժտված սարքեր հնարավոր չէ իրականացնել ավանդական ԳԲՀ ալիքատարային եղանակներով իրենց բնորոշ մեծ դիսպերսիայի պատճառով, որը հատկապես իհայտ է գալիս բազմահաճախային սարքերում: Թե՛ ՏՀց-ին և թե՛ ԳԲՀ տիրույթների նշված խնդիրները կարող են լուծվել բազմակապ ոչ դիսպերսիվ էլեկտրադինամիկական կառուցվածքների կիրառմամբ, ինչն էլ հավաստիացնում է ատենախոսության արդիականությունը: Основной проблемой при создании сверхширокополосных устройств ТГц и СВЧ диапазонов длин волн на основе традиционных волноведущих структур является присущая им значительная дисперсия.Диссертационная работа посвящена исследованию и применению в ТГц и СВЧ диапазонах длин волн многосвязанных бездисперсионных электродинамических структур. В частности исследован модовый состав и условия распространения широкополосных ТГц волн в ограниченных по ширине двухсвязанных волноводах с параллельными изогнутыми поверхностями (ПИП). Основной целью этих исследований является создание в ТГц диапазоне волноведущих структур, обеспечивающих бездисперсионное направленное распространение с малыми дифракционными потерями, а также методов их возбуждения Гауссовыми пучками.Исследованы так же многомодовые сочетания коаксиальных и круглых волноводов с целью создания сверхширокополосных, многочастотных и бездисперсионных устройств СВЧ диапазона.Аналитически и методами численного и прямого эксперимента получены следующие основные результаты: 1. В адиабатическом приближении получены дисперсионные уравнения и их решения для ܶܧ мод в ПИП волноводе. Эти результаты показывают, что распределение электрического поля моды ܶܧ଴ଵ концентрировано в осевой области волновода. 2. Методами численного моделирования и экспериментально исследованы особенности распространения квази-ܶܯܧ моды в ПИП волноводе. Установлено, что квази-ܶܯܧ мода, образующеяся суперпозицией ܶܯܧ и ܶܯଵ мод, обладает малыми дифракционными потерями, слабой дисперсией, выраженными областями сгущения плотности потока мощности вблизи волноведущих поверхностей и обеспечивает безискаженное распространение сверхширокополосныхТГцимпульсов. 3. Предложен метод возбуждения квази-ܶܯܧ моды ТГЦ Гауссовым пучком направленным под определенным углом к оси ПИП волновода. Метод подтвержден экспериментальными результатами. 4. Показано, что волновод с параллельнми искривленными поверхностями устойчив к механическим деформациям, таким как нарушения параллельности двух поверхностей и поворот вокруг оси. Было выявлено, что во время поворота вокруг оси поворачивается и поляризация электрического поля. 5. На основе двухсвязной коаксиальной структуры разработан реактивный широкополосный многоплечий сумматор-делитель реактивного типа с радиальным распределением. Особенностью этого устройства сочетающего широкополосность, малые потери и габариты является новая согласующая структура с немонотонным ходом волнового сопротивления. 6. На основе соосного совмещения круглого и коасиального волноводов с использованием высших мод создан широкополосный двухдиапазонный и всеполяризационный антенный облучатель. Как следует из приведенных результатов предложенный волновод состоящий из двух параллельных скривленных поверхностей весьма перспективен для применения в ТГц диапазоне длин волн. Благодаря слабой дисперсии, малым дифракционным потерям, самофокусирование и устойчивости к деформациям, эти волноводы могут найти широкое применения в области широкополосной ТГц спектроскопии, системах построения изображения и сверхскоростной телекоммуникации. Устойчивость к деформациям и поворот плоскости поляризации при скручении вокруг оси позволят создавать сложные функциональные устройства ТГц диапазона длин волн на основе предложенного волновода. Созданные на основе многосвязных волноводов функциональные устройства, могут найти широкое применение при разработке широкополосных твердотельных усилителей мощности и распределительных цепей фазированных антенных решеток. The main problem in creating ultra-wideband devices in THz and microwave wavebands based on traditional waveguide structures, is their significant dispersion. This dissertation is devoted to investigation and application of multi-coupled dispersionless electrodynamic structuresin THz and microwave wavebands. In particular, it is investigated the mode composition and distribution terms of broadband THz waves in limited by the width multi-coupled waveguides with curved parallel plates. The main purpose of this research is to create THz waveguide structures providing dispersionless guided propagation with low diffraction losses, as well as the respective methods of excitation with Gaussian beams. The combinations of multimode coaxial and circular waveguides are investigated in order to create ultra-wideband, multi-frequency and dispersionless microwave devices. The following results are obtained from analytical, numerical and direct experimental investigations: 1. In the adiabatic approximation the dispersion equations and their solutions for ܶܧ modes in curved parallel plate waveguide (CPPWG) have been obtained. These results show that the distribution of the electric field of ܶܧ଴ଵ mode is concentrated in the axial region of the waveguide. 2. The features of propagation of quasi-ܶܯܧ mode in CPPWG have been investigated experimentally and by numerical simulation.It is established that the quasi-ܶܯܧ mode, which represents itself the superposition of ܶܯܧ and ܶܯଵ modes, has a low diffraction losses, weak dispersion, well expressed regions of concentration of power flux density near the waveguide surface and provides undistorted propogation of ultra-wideband THz pulses. 3. The methodof excitationof quasi-ܶܯܧmodeTHzGaussian beam aimedat a certainangleto theaxis ofthe CPPWG has been proposed.This methodis confirmedby experimental results. 4. It is shown that a waveguidewithcurved parallelplates is resistant to mechanical deformation, suchasviolation ofthe parallelismof twoplates and rotationaround the axis.It was foundthattherotationaround the axis results in rotation ofpolarization of theelectric field as well. 5. Reactivetype broadbandmultiport dividerwitha radialdistribution has been designed based on doubly coaxial structure.A feature of thisdevice which combinesbroadband, lowlossandsizematchingsection is a new structure with a non-monotoniccourse ofthe impedance. 6. Broadband dual-band, and multipolarization antenna feedhorn has been designed On the basis of combination of circular and coaxial waveguides using higher-order modes. As it follows from the results, the proposed waveguide consisting of two curved parallel plates is very promising for applications in THz waveband. Due to the weak dispersion, low diffraction losses, self-focusing and resistance to deformation, these waveguides can find wide application in the field of broadband THz spectroscopy, imaging systems and high-speed telecommunications. Resistance to deformation and rotation of polarization in twisted around the axis allows to create complex functional THz waveband devices based on proposed waveguide. Multi-coupled waveguide base functional devices can find wide application in the development of broadband solid-state power amplifiers and switching circuits in phased array antennas.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Исследование и применение многомодовых двусвязанных электродинамическихструктур СВЧ и терагерцового диапазона. Study and application of two-coupled multimode electrodynamic structures in THz and microwave wavebands.
      Uncontrolled Keywords: Погосян Тигран Нубарович
      Subjects: Physics
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Thesis Dissertations
      Date Deposited: 23 Nov 2015 11:54
      Last Modified: 23 Nov 2015 11:54
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/30

      Actions (login required)

      View Item