Архив рубрики: ФОП.16.05

О методах, способах и подходах к оценке электродинамических характеристик непериодических (случайных) композитных сред / About Methods, Ways and Approaches to Estimation ofElectrodynamic Characteristics of non-Periodic (Casual) Composit Environments

Безуглов Д.А. / Bezuglov, D.A.
Ростовский филиал Российской таможенной академии / RUS Ростовский филиал Российской таможенной академии
Синявский Г.П. / Sinyavsky, G.P.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Черкесова Л.В. / Cherkesova, L.V.
Донской государственный технический университет / RUS Донской государственный технический университет
Шаламов Г.Н. / Shalamov, G.N.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1605-004019

Безуглов Д.А., Синявский Г.П., Черкесова Л.В., Шаламов Г.Н. О методах, способах и подходах к оценке электродинамических характеристик непериодических (случайных) композитных сред // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 5(22). С. 4–19.
Bezuglov, D.A., Sinyavsky, G.P., Cherkesova, L.V., Shalamov, G.N. About Methods, Ways and Approaches to Estimation ofElectrodynamic Characteristics of non-Periodic (Casual) Composit Environments // Physical Bases of Instrumentation. 2016. Vol. 5. No. 5(22). P. 4–19.


Аннотация: Представлен обзор наиболее известных подходов к оценке электродинамических характеристик искусственных композитных сред, в которых особо выделяются непериодические (случайные) среды. В общем виде процессы распространения и рассеяния электромагнитных волн в ближней и дальней зонах плоской структуры можно описать с помощью системы уравнений Максвелла с использованием граничных условий Неймана, Дирихле, Флоке и метода компенсирующих источников для электромагнитных кристаллов, в котором применяются специальные функции Грина и граничные условия для дефектов кристаллической решётки с применением функций Грина и др., либо их модификации (например, в магнитостатическом приближении). В большинстве случаев, для сложных наноструктур СВЧ-диапазона неприменимы аналитические методы решений нелинейных дифференциальных уравнений классической электродинамики. Исключением здесь является использование K-функции второго порядка.

Abstract: The review of the most known approaches to estimation of electrodynamic characteristics of artificial composite environments in which non- periodical (casual) environments are especially allocated is presented. In the most general view, the processes of propagation and scattering of electromagnetic waves in the near and far zones of planar structure can be described by means of system of Maxwell’s equations with use of boundary conditions of Neumann, Dirichlet, Floquet and the method of compensatory sources, in which are applied the special Green’s functions and the boundary conditions for crystal lattice defects with using of Green’s functions, etc., or their modifications (for example, in magneto-static approximation). In the most cases, for the complex nano-structures of microwave range the analytical methods of nonlinear differential equations decisions of classical electrodynamics are inapplicable. An exception here is using of K-functions of the second order.

Ключевые слова: композитная среда, кристаллические структуры, естественные и искусственные кристаллы, оптический диапазон, КВЧ- и СВЧ-диапазоны, метаматериалы, фотонные и магнонные кристаллы, естественные и искусственные метакристаллы, кристаллические наноструктуры, искусственные киральные среды, высокодобротные резонаторы, волноводные каналы, ferromagnetic materials, composite environment (medium), crystal structures, natural and artificial crystals, optical range, Terahertz and Microwave ranges, metasubstances, photonic and magnonic crystals, natural and artificial metacrystals, crystalline nano-structures, artificial chiralic environment (medium), high-Q (high-qualitive) resonators, композитная среда


Литература / References

Исследование пространственной структуры искусственной ионосферной турбулентности с помощью техники наклонного зондирования / The Investigation of Spatial Structureof Artificial Ionospheric Turbulence with Help of Oblique Sounding Technique

Вертоградов Г.Г. / Vertogradov, G.G.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Вертоградова Е.Г. / Vertogradova, E.G.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Урядов В.П. / Uryadov, V.P.
Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского / RUS Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1605-020032

Вертоградов Г.Г., Вертоградова Е.Г., Урядов В.П. Исследование пространственной структуры искусственной ионосферной турбулентности с помощью техники наклонного зондирования // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 5(22). С. 20–32.
Vertogradov, G.G., Vertogradova, E.G., Uryadov, V.P. The Investigation of Spatial Structureof Artificial Ionospheric Turbulence with Help of Oblique Sounding Technique // Physical Bases of Instrumentation. 2016. Vol. 5. No. 5(22). P. 20–32.


Аннотация: Разработана методика адаптивного моделирования и предсказания результатов экспериментов по ракурсному рассеянию радиоволн КВ диапазона на искусственной ионосферной турбулентности. Доказана эффективность данной методики на примере анализа экспериментальных данных, полученных с помощью нового инструмента изучения ионосферы — ЛЧМ-ионозонда радиопеленгатора. Показано, что с помощью разработанной методики можно дистанционно исследовать структуру возмущенной области: определять ее пространственные размеры, поперечные масштабы рассеивающих неоднородностей, а также выявлять наличие дополнительных областей рассеяния.

Abstract: The technique of adaptive modeling and prediction of the results of experiments on aspect scattering of HF radio waves on artificial ionospheric turbulence is developed. The efficiency of this method is proved based on the analysis of experimental data obtained with the help of a new tool for studying the ionosphere LFM-Ionosonde/direction finder. It is shown that the developed method allows remotely investigating the structure of the disturbed region: to evaluate its spatial dimensions and the transversal scales of the scattering inhomogeneities, to identify the presence of distant additional regions filled with scattering irregularities.

Ключевые слова: имитационное моделирование, nonlinear effects in the ionosphere, имитационное моделирование


Литература / References

Диагностика квазиволновых возмущений во внешней ионосфере модифицированным методом SSA / Diagnosis of Quasi-Wave Disturbancesin the Topside Ionosphere by Modified SSA Method

Денисенко П.Ф. / Denisenko, P.F.
НИИ физики Южного федерального университета / RUS НИИ физики Южного федерального университета
Соцкий В.В. / Sotsky, V.V.
НИИ физики Южного федерального университета / RUS НИИ физики Южного федерального университета
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1605-033041

Денисенко П.Ф., Соцкий В.В. Диагностика квазиволновых возмущений во внешней ионосфере модифицированным методом SSA // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 5(22). С. 33–41.
Denisenko, P.F., Sotsky, V.V. Diagnosis of Quasi-Wave Disturbancesin the Topside Ionosphere by Modified SSA Method // Physical Bases of Instrumentation. 2016. Vol. 5. No. 5(22). P. 33–41.


Аннотация: В работе представлен модифицированный метод SSA (Singular Spectrum Analysis), специально предназначенный для анализа слабых квазиволновых возмущений плотности плазмы во внешней ионосфере. Его особенностью является трансформация исходного ряда широтного распределения электронной концентрации на фиксированной высоте в новый ряд. Это достигается путем удаления тренда из исходного ряда и последующего двойного дифференцирования остатка. Такая процедура решает две задачи. Первая исключает постоянную и линейную составляющую в остатке тренда. Вторая — обеспечивает в новом ряде более контрастное проявление гармонической составляющей. Метод апробирован на тестовых расчетах и реальных экспериментальных данных.

Abstract: This paper presents a modified SSA (Singular Spectrum Analysis) method, specially designed for the analysis of weak quasi-wave disturbances of the plasma density in the topside ionosphere. Its special feature is the transformation of the original series of latitudinal distribution of the electron density at a fixed height in the new array. This is achieved by removing trend from the original series and subsequent double differentiation of residue. This procedure solves two tasks. The first decision eliminates the constant and linear component in the residue of trend. The second decision provides more contrast manifestation of the harmonic component in a new series. Method was tested by model calculations and real observational data. It showed high resolution.

Ключевые слова: спутниковое радиозондирование, электронная концентрация, перемещающееся ионосферное возмущение, сингулярный спектральный анализ, модель IRI, ionosphere, satellite radio sounding, electron concentration, travelling ionospheric disturbances, singular spectrum analysis, спутниковое радиозондирование


Литература / References

П-волновод, как измерительная ячейка устройств определения диэлектрическойпроницаемости материалов / The Ridged Waveguide as a Measuring Cell of Devices for Determining Permittivityof Materials

Донченко А.В. / Donchenko, A.B.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Заргано Г.Ф. / Zargano, G.F.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1605-042050

Донченко А.В., Заргано Г.Ф. П-волновод, как измерительная ячейка устройств определения диэлектрическойпроницаемости материалов // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 5(22). С. 42–50.
Donchenko, A.B., Zargano, G.F. The Ridged Waveguide as a Measuring Cell of Devices for Determining Permittivityof Materials // Physical Bases of Instrumentation. 2016. Vol. 5. No. 5(22). P. 42–50.


Аннотация: Рассмотрен П-волновод с кусочно-слоистым диэлектрическим заполнением как измерительная ячейка устройства определения диэлектрической проницаемости материалов. Получены первые 10 нормированных критических волновых чисел квази-H и квази-E волн. Показаны структуры электромагнитных полей гибридных типов волн на рабочей частоте. Представлена зависимость постоянной распространения от волнового числа для различных значений диэлектрической проницаемости измеряемых образцов.

Abstract: The ridged waveguide with piecewise layered dielectric filling was considered as a measuring cell of devices for determining permittivity of materials. The first ten normalized cut off wave numbers of quasi-H and quasi-E waves were obtained. Electromagnetic field structures of hybrid types of waves were demonstrated at an operating frequency. The dependency of propagation constant on wave number was shown for different values of permittivity of materials.

Ключевые слова: волноводы сложных сечений, метод частичных областей, особенность на ребре, диэлектрическое ребро, гибридные типы волн, электромагнитные поля, permittivity, waveguides with complex cross-sections, method of partial regions, feature on the edge, dielectric edge, hybrid waves, волноводы сложных сечений


Литература / References

Волноводные фильтры на сложных резонансных диафрагмах / Waveguide Filter on Complex Resonant Diaphragms

Земляков В.В. / Zemlyakov, V.V.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Крутиев С.В. / Krutiev, S.V.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Клещенков А.Б. / Kleschenkov, A.B.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1605-051063

Земляков В.В., Крутиев С.В., Клещенков А.Б. Волноводные фильтры на сложных резонансных диафрагмах // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 5(22). С. 51–63.
Zemlyakov, V.V., Krutiev, S.V., Kleschenkov, A.B. Waveguide Filter on Complex Resonant Diaphragms // Physical Bases of Instrumentation. 2016. Vol. 5. No. 5(22). P. 51–63.


Аннотация: В работе проводится электродинамический анализ и синтез компактных волноводных полосно-пропускающих и полосно-запирающих фильтров на сложных резонансных диафрагмах с L-образными металлическими гребнями.

Abstract: In this paper the electrodynamic analysis and synthesis of compact waveguide band-pass and band-stop filters on complex resonance diaphragms with L-shaped metal ridges is provided.

Ключевые слова: полосно-пропускающий фильтр, диафрагма, L-гребень, waveguide, band-pass filter, diaphragm, полосно-пропускающий фильтр


Литература / References

Расчет сопротивления излучения симметричной копланарной линии, возбуждающей поверхностныемагнитостатические волны / The Radiation Resistance Designof Symmetric Coplanar Line, Exciting Magnetostatic Surface

Бабичев Р.К. / Babichev, R.K.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Бабичева Г.В. / Babicheva, G.V.
Институт водного транспорта имени Г.Я. Седова / RUS Институт водного транспорта имени Г.Я. Седова
Левендорский К.В. / Levendorskij, K.V.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1605-064068

Бабичев Р.К., Бабичева Г.В., Левендорский К.В. Расчет сопротивления излучения симметричной копланарной линии, возбуждающей поверхностныемагнитостатические волны // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 5(22). С. 64–68.
Babichev, R.K., Babicheva, G.V., Levendorskij, K.V. The Radiation Resistance Designof Symmetric Coplanar Line, Exciting Magnetostatic Surface // Physical Bases of Instrumentation. 2016. Vol. 5. No. 5(22). P. 64–68.


Аннотация: Рассчитан погонный импеданс (реактивное сопротивление и сопротивление излучения на единицу длины) симметричной копланарной линии для случая возбуждения поверхностных магнитостатических волн. Исследована зависимость сопротивления излучения поверхностных магнитостатических волн от расстояния между симметричной копланарной линией и ферритовым слоем. Выявлены особенности возбуждения копланарных преобразователей.

Abstract: An excitation of magnetostatic surface waves (MSSW) by symmetric coplanar transmission line was considered for the case, when symmetric coplanar line is placed at some distance from the ferrite film surface. The dependence of coplanar line impedance on the spacing between the line and ferrite film has been studied for the case of magnetostatic surface waves. It has been found that smaller values of this spacing cause increase the frequency range of effective MSSW excitation.

Ключевые слова: поверхностные магнитостатические волны, coplanar line, magnetostatic surface waves, поверхностные магнитостатические волны


Литература / References

Оптимизация условий создания инверсии в ионных лазерах на парах металлов с разрядом поперечного типа / Optimization of Conditions of Population Inversion Creationin the Ion Metal Vapor Lasers with Transverse-Type Discharge

Зинченко С.П. / Zinchenko, S.P.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Иванов И.Г. / Ivanov, I.G.
Южный научный центр РАН; Южный федеральный университет / RUS Южный научный центр РАН; Южный федеральный университет
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1605-075081

Зинченко С.П., Иванов И.Г. Оптимизация условий создания инверсии в ионных лазерах на парах металлов с разрядом поперечного типа // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 5(22). С. 75–81.
Zinchenko, S.P., Ivanov, I.G. Optimization of Conditions of Population Inversion Creationin the Ion Metal Vapor Lasers with Transverse-Type Discharge // Physical Bases of Instrumentation. 2016. Vol. 5. No. 5(22). P. 75–81.


Аннотация: Описана математическая модель процесса накачки ионных квантовых переходов металлов столкновениями 2-го рода в плазме импульсного разряда поперечного типа с полым катодом, а также методика расчета оптимального режима накачки для получения максимальной мощности лазерного излучения. Для лазера на смеси гелия с парами ртути рассчитаны и измерены оптимальные параметры разряда, а также измерены значения мощности лазерного излучения на ионных линиях ртути 615 и 794.5 нм.

Abstract: The mathematical model of process of the excitation of ion quantum transitions of metals by second-kind collisions in plasma of a pulse transverse-type hollow cathode discharge, and method of calculation of the optimum mode of a pumping for obtaining the maximal laser output power is described. For the lasers on mixture of He with Hg vapors the optimum discharge parameters are calculated and measured, and also values of laser output power on 615 and 794.5 nm Hg ion laser lines are measured.

Ключевые слова: разряд “поперечного” типа с полым катодом, оптимальные условия для генерации, математическое моделирование, ion metal vapor laser, transverse-type hollow cathode discharge, optimum conditions for laser oscillation, разряд “поперечного” типа с полым катодом


Литература / References

Оптимизация характеристик ионного лазера на парах кальция / Optimization of the Characteristics of the Ion Recombination Calcium Vapour Laser

Латуш Е.Л. / Latush, E.L.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Чеботарев Г.Д. / Chebotarev, G.D.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1605-082089

Латуш Е.Л., Чеботарев Г.Д. Оптимизация характеристик ионного лазера на парах кальция // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 5(22). С. 82–89.
Latush, E.L., Chebotarev, G.D. Optimization of the Characteristics of the Ion Recombination Calcium Vapour Laser // Physical Bases of Instrumentation. 2016. Vol. 5. No. 5(22). P. 82–89.


Аннотация: С использованием математической модели He-Ca лазера численно исследована возможность повышения выходных характеристик ионных рекомбинационных лазеров на парах кальция (λ=373.7 и 370.6 нм CaII). Показана возможность повышения мощности генерации при возбуждении активной среды цугами импульсов с коротким межимпульсным интервалом. Также показано, что пиковая мощность типичного He-Ca лазера может быть повышена в режиме разгрузки резонатора более чем на порядок и может достичь значений более 10 кВт, при этом импульсы генерации могут быть существенно укорочены.

Abstract: Using mathematical model of the He-Ca laser it is numerically investigated the possibility of increasing the output characteristics of the ion recombination calcium vapour lasers (λ=373.7 and 370.6 nm CaII). The possibility is demonstrated of an output power increase in the regime of excitation of active media by bursts of pulses with short time intervals between the current pulses in the burst. Also it is shown that the peak power of a typical He-Ca laser can be increased in the cavity dumping mode by more than an order of magnitude and can reach values of more than 10 kW, while the laser pulse can be significantly shortened.

Ключевые слова: математическое моделирование, цуги импульсов, метод разгрузки резонатора, the ion recombination calcium vapour laser, mathematical modeling, bursts of pulses, математическое моделирование


Литература / References

Металлодиэлектрические резонансно поглощающие дифракционные решетки оптического диапазона / Metal-Dielectric Resonance Absorbing Diffraction Gratingsin the Optical Range

Иванова И.Н. / Ivanova, I.N.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Клещенков А.Б. / Kleschenkov, A.B.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Лерер А.М. / Lerer, A.M.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Махно В.В. / Makhno, V.V.
Институт математики, механики и компьютерных наук ЮФУ / RUS Институт математики, механики и компьютерных наук ЮФУ
Махно П.В. / Makhno, P.V.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Тимошенко П.Е. / Timoshenko, P.E.
Южный федеральный университет / RUS Южный федеральный университет
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1605-090098

Иванова И.Н., Клещенков А.Б., Лерер А.М., Махно В.В., Махно П.В., Тимошенко П.Е. Металлодиэлектрические резонансно поглощающие дифракционные решетки оптического диапазона // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 5(22). С. 90–98.
Ivanova, I.N., Kleschenkov, A.B., Lerer, A.M., Makhno, V.V., Makhno, P.V., Timoshenko, P.E. Metal-Dielectric Resonance Absorbing Diffraction Gratingsin the Optical Range // Physical Bases of Instrumentation. 2016. Vol. 5. No. 5(22). P. 90–98.


Аннотация: Решена краевая задача о дифракции электромагнитной волны оптического диапазона на одномерно- и двумерно-периодических решетках, образованных металлодиэлектрическими неоднородностями, расположенными на многослойной подложке. Учтены свойства металлов и диэлектриков в оптическом диапазоне. Исследованы решетки, содержащие слои, у которых в оптическом диапазоне Re(ε)<0 (Au, Ag, Cu, AZO, GZO, ZrN). Приведены конструкции и результаты исследований неотражающих решеток, у которых при плазмонном резонансе наблюдается эффект полного резонансного поглощения.

Abstract: The boundary problem of electromagnetic waves diffraction in the optical range for one- and two-dimensional periodic grating formed by a metal-dielectric inhomogeneities located on a multilayered substrate is solved. The frequency dependence of complex properties for metals and dielectrics in the optical range was taken into account. The gratings containing layers with Re(ε)<0 (Au, Ag, Cu, AZO, GZO, ZrN) are studied. The optic models of anti-reflective gratings with full absorption at plasmon resonance are studied and discussed.

Ключевые слова: плазмон-поляритон, дифракционная решетка, плазмонный резонанс, потери, plasmonics, plasmon-polariton, diffraction grating, plasmon resonance, плазмон-поляритон


Литература / References

Радиофизические методы исследования структуры веществ: селективная спектроскопия ядерного магнитного резонанса / Radiophysics Methods of the Substance Structure Investigation: Selective Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Морозов М.Г. / Morozov, M.G.
Южный Федеральный Университет / RUS Южный Федеральный Университет
Черныш Ю.Е. / Chennysh, Yu.E.
НИИ физической и органической химии Южного федерального университета / RUS НИИ физической и органической химии Южного федерального университета
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1605-099106

Морозов М.Г., Черныш Ю.Е. Радиофизические методы исследования структуры веществ: селективная спектроскопия ядерного магнитного резонанса // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 5(22). С. 99–106.
Morozov, M.G., Chennysh, Yu.E. Radiophysics Methods of the Substance Structure Investigation: Selective Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy // Physical Bases of Instrumentation. 2016. Vol. 5. No. 5(22). P. 99–106.


Аннотация: Радиофизические методы, основанные на использовании электромагнитных и акустических волн, а также радиационных явлений при взаимодействии пучков заряженных частиц с объектом, в настоящее время находят широкое применение при контроле качества материалов. Эти методы широко используются в промышленности, строительстве, геологии, а также при диагностике различных сред и биологических объектов. Особое место занимают методы спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В статье дан краткий обзор современным радиофизическим методам и областям их применения, а также рассмотрены основные теоретические аспекты спектроскопии ЯМР и перспективы развития метода в области селективных экспериментов ЯМР.

Abstract: The radiophysics methods based on using electromagnetic and acoustic waves, and also on radiation phenomenon in interaction of charged particles beams with some objects are widely used at the present juncture, especially in material quality control. These methods are used in construction, industry, geology and in any mediums and biological objects investigation also. Nuclear magnetic resonance (NMR) is of a particular interest. The short overview of the modern radiophysics methods and its field of using, basic theoretical aspects of NMR spectroscopy and perspectives of NMR selective experiments are considered.

Ключевые слова: спектроскопия ЯМР, ЯМР твердого тела, диполь-дипольное взаимодействие, селективные эксперименты ЯМР, radiophysics methods, NMR spectroscopy, solid-state NMR, dipole-dipole-interaction, спектроскопия ЯМР


Литература / References