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

Միլիմետրային և ենթամիլիմետրային ալիքները ռադիոֆիզիկայի հետազոտական և կիրառական խնդիրներում

Հախումյան, Արսեն Ալեքսանդրի (2014) Միլիմետրային և ենթամիլիմետրային ալիքները ռադիոֆիզիկայի հետազոտական և կիրառական խնդիրներում. Doctor of Sciences thesis, ՀՀ ԳԱԱ Ռադիոֆիզիկայի և էլեկտրոնիկայի ինստիտուտ.

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

Download (2684Kb) | Preview

    Abstract

    Диапазон частот от 30 ГГц до 3000 ГГц, называемый также по длине волны миллиметровыми (ММ, до 300 ГГц) и субмиллиметровыми волнами (СубММ, свыше 300 ГГц), занимает подавляющую часть спектра электромагнитных волн, которая относится к радиофизике, как в сфере научных исследований, так и для разнообразных применений. Однако, несмотря на то, что первые эксперименты в этой области частот были проведены Дж.Ч.Бозе более 120 лет тому назад, миллиметровые и, особенно, субмиллиметровые волны являются наименее изученным и освоенным диапазоном. Причиной является этого промежуточное расположение между хорошо освоенными сверхвысокими частотами (СВЧ) и оптическими волнами, в каждом из которых установились свои, доведенные до совершенства, методы и техника исследований, которые прямо не транспонируются в диапазон ММ и СубММ волн. В то же время техника ММВ в течение десятилетий развивалась преимущественно в военных целях и была малодоступна для научных исследований. Ситуация кардинально изменилась в 90-х годах прошлого столетия, когда миллиметровые и субмиллиметровые волны стали находить широкое применение в гражданских областях и в научных исследованиях, особенно в спектроскопии. Этому способствовали два прорыва в области создания интегральных схем ММВ на основе GaAs и в области создания фемптосекундных лазеров и методов преобразования его излучения в область ТГц волн. К наиболее актуальным областям развития ММВ и СубММВ можно отнести следующие. Ближняя радиолокация на ММВ [1, А49], благодаря высокой разрешающей силе малогабаритных антенн, становится мощным инструментом для контроля трафика движения на транспорте, антиаварийного предупреждения, управления технологическими процессами и в телемедицине. Радиометрические системы ММВ и СубММВ [2, 3] для дистанционного зондирования могут дать важную информацию о газовом составе атмосферы, так как колебательные и вращательные уровни молекул газов, представляющих большой интерес, лежат в этом диапазоне длин волн. Эти же системы могут быть применены в пассивных и активных системах построения радиоизображения [4] с высоким разрешением, крайне необходимых в устройствах контроля безопасности и при подповерхностных исследованиях. Особое место в исследованиях ТГц волн занимает спектроскопия материалов [5] и, особенно, биологических объектов. Эти исследования направлены на поиск новых возможностей для медицинской диагностики и даже для резонансной терапии на ММВ [А32,А55]. Возможность создания малогабаритных антенн с гибким формированием направленных лучей и практически неограниченные полосы пропускания выдвигают диапазон ММВ в качестве наиболее предпочтительного для сотовых систем связи пятого поколения (5G) [6, А19]. Переход на ММВ позволит на порядки повысить емкость сетей и скорость передачи информации [7]. Սույն ատենախոսությունը նվիրված է միլիմետրական և ենթամիլիմետրական ալիքների փորձարարական հետազոտմանը գիտության և արդյունաբերության ոլորտներում կիրառման նպատակով: Կատարվել են հետազոտություններ, որոնք ուղղված են էլեկտրոնային պարամագնիսական ռեզոնանսի ուսումնասիրմանը պինդ մարմնում ենթամիլիմետրական տիրույթում, ինչպես նաև բարձր ջերմաստիճանային գերհաղորդչային թույլ կապերով կառուցվածքների ոչ-գծային դրսեվորմանը միլիմետրային և ենթամիլիմետրային տիրույթներում: Զգալի ջանքեր են գործադրվել փոքր կորուստներ ունեցող ոչ դիսպերսիվ ՏՀց տիրույթի ալիքատարի կառուցման հնարավորության ուսումնասիրման համար: Մշակվել են զանազան սարքեր մետաղ դիէլեկտրիկ կարուցվածքների հիման վրա: Եվ վերջապես, ուսումնասիրվել են մմ և ենթամմ ալիքների մի շարք յուրահատուկ կիրառությունները անլար կապի համակարգերում, մոտիկ գործողության ՌԼԿ-ներում, պասիվ արտապատկերիչներում, ինչպես նաև ազդանշանների ձևավորման և մշակման համակարգերում: Առաջարկվել է բյուրեղային դաշտում գտնվող պարամագնիսական կրամերսի իոնների մակարդակների սկզբնական ճեղքման ուղղակի որոշման եղանակը: Որոշվել են սկզբնական ճեղքումները, սպին-համիլտոնիանի պարամետրերը եւ նրանց ջերմաստիճանային կախվածությունները Fe3+ իոնների համար անդալուզիտի եւ ռուտիլի բյուրեղներում: Առաջարկվել է արհեստական զմրուխտի բյուրեղների որակի գնահատման եղանակ ելնելով Cr3+ իոնների միջ-դուբլետային անցումների լայնացումից, եւ առաջին անգամ իրականացվել է մմ ալիքների քվանտային ուժեղարար: Դիտարկվել եւ ուսումնասիրվել է հատիկավոր ԲՋԳՀ կամրջակային կառույցների մմ տիրույթի սեփական ճառագայթումը երբ վերջիններիս երկարությունը էապես գերազանցում է կոհերենտության երկարությունը, եւ տրվել է բացատրություն մագնիսական մրրիկների կոհերենտ շարժման տեսության շրջանակներում: Պատրաստվել են հենակային հարթության շեղվածքով շափյուղէ տակդիրների վրա ձեւավորված YBCO բարակ թաղանթային երկբյուրեղային ջոզեֆսոնյան անցումներ և ուսումնասիրվել են նրանց աղմկային բնութագրերը եւ ենթամմ տիրույթի ազդանշանի վերծանման հատկությունները: Տեսականորեն գնահատված շեմային զգայունությունը ընդհամենը երկու անգամ է գերազանցում փորձնականորեն ստացված արժեքը: Հայտնաբերվել է, որ տարբեր Զեեբեկի գործակիցներ ունեցող անիզոտրոպ մետաղի օքսիդների երկբաղադրիչ խառնուրդներում, պերկոլացիոն կոնցենտրացիաներին համապատասխանող արժեքներին շրջակայքում առաջանում է ավելի մեծ ջերմաէլշու, քան յուրաքանչյուր բաղադրիչում անհատապես. Մմ եւ ենթա-մմ տիրույթում ՀԴԱ հիման վրա մշակվել են ֆունկցիոնալ սարքերի ընտանիք` ֆերիտե մեկուսիչներ, հաճախականային ճոճքով անտենաներ, օպտիկապես կառավարվող մոդուլյատորներ եւ ընդունիչ համակարգերի ինտեգրված մուտքային մոդուլներ: Ստացվել են սահմանային առնչություններ Ֆաբրի-Պեռո ռեզոնանսային անտենաների հաճախությունների աշխատանքային շերտի համար, եւ առաջարկվել են լրացուցիչ հաճախական ընտրողունակ անդրադարձիչների միջոցով նրանց ընդլայնման մեթոդներ. Առաջին անգամ առաջարկվել, հետազոտվել եւ իրականացնել է ճկուն ալիքատար ուլտրա լայնաշերտ ՏՀզ ալիքների ոչ-դիսպերսիվ փոխանցման համար, որը բաղկացած է զուգահեռ ծռված մետաղական մակերեսներից, գրգռելով կվազի-TEM մոդան. Առաջարկվել է ուղղակի ձեւափոխության ընդունիչների համար նոր կառուցվածք, որը առանձնահատուկ է հաստատուն բաղադրիչի եւ ֆլիկեր աղմուկի բարձր աստիճանի ճնշմամբ եւ հիմնված է փուլային սխալանքների ավտոմատ կոմպենսացիայով կրկնակի կվադրատուրային բաժանիչի վրա: Առաջին անգամ ցույց է տրվել M-FSK մոդուլացված ազդանշանների դետեկտման հնարավորությունը շեմային համակարգերում, երբ տեղի են ունենում ստոխաստիկ ռեզոնանսային պայմանները, ինչին կարելի է հասնել ավելացնելով լրացուցիչ աղմուկ: The present dissertation is devoted to the experimental investigation of various aspects of Millimeter and Sub Millimeter Waves for scientific and industrial applications. Physical investigations were directed to study of ESR in solids at Sub MMW, and nonlinear behavior ofhigh Tc superconducting weak coupled structures at MM and Sub MM waves. Significant effort was given to the investigation to construct low loss and non-dispersive waveguides for THz and ultra short pulse propagation, and design of various devices on base of metal-dielectric structures. And finally, specific problems of MMW and sub- MMW applications in wireless communication, short range radars, passive imager and signal forming and processing werestudied as well. The method for the direct determination of the initial splitting of levels of Kramers’ paramagnetic ions in the crystalline field has been proposed. The initial splitting of the spin Hamiltonian parameters and their temperature dependence of the Fe3+ ions in the crystals of Andalusite and Rutile have been determined. The method for estimating the quality of synthetic Emerald crystals by the line width of inter-doublet transitions of Cr3+ ions has been proposed, and mm-wave quantum amplifier has been implemented for the first time based on these crystals. Own coherent mm-wave radiation from granular HTSC bridge structures with length far superior to the coherence length has been observed and investigated and explained in the framework of the coherent motion of magnetic vortices. Thin film bicrystal YBCO Josephson junctions (BJJs) on in-plane tilted sapphire and on basalplane tilted substrates were fabricated and characterized by their noise factor and submm wave signal detecting properties. Estimated sensitivity is only twice lower than the obtained experimental one. It is shown that for mixtures of oxide having highly anisotropic thermo-power, near the percolation thresholds, Seebeck coefficient can be larger than the highest one of the components. In the mm- and sub-mm ranges the set of functional devices ferrite isolators, frequency scanning antennas, optically controlled modulators and integrated front-end modules for receivers have been developed on the base of DIG. The limit relations for the operating bandwidth of Fabry-Perot resonant antennas have been obtained and methods of their expansion with additional frequency-selective reflectors have been proposed.

    Item Type: Thesis (Doctor of Sciences)
    Additional Information: Միլիմետրային և ենթամիլիմետրային ալիքները ռադիոֆիզիկայի հետազոտական և կիրառական խնդիրներում:
    Uncontrolled Keywords: Արսեն Ալեքսանդրի Հախումյան
    Subjects: Physics
    Divisions: UNSPECIFIED
    Depositing User: NLA Thesis Dissertations
    Date Deposited: 23 Nov 2015 15:17
    Last Modified: 07 Dec 2016 10:47
    URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/32

    Actions (login required)

    View Item