Bubnov I.N., Konovalenko O.O., Tokarsky P.L., Korolev O.M., Yerin S.M., Stanislavsky L.O. «Creation and approbation of a low-frequency radio astronomy antenna for studying objects of the universe from the farside of the Moon» Радиофизика и радиоастрономия (Украина), 26, № 3, с. 197-210 (2021)

Предмет и цель работы: Теоретические и экспериментальные исследования активной антенны – элемента антенной решетки низкочастотного радиотелескопа для будущей обсерватории на обратной стороне Луны. Методы и методология Для исследования активной антенны, состоящей из диполя сложной формы и малошумного усилителя, использовано ее математическую модель в виде четырехполюсника, электрические параметры которого задаются матрицей рассеяния, а шумовые – ковариационной матрицей спектральных плотностей шумовых волн. Такая модель позволяет выполнять корректный анализ соотношения сигнал/шум на выходе активной антенны с учетом внешних и внутренних источников шума. Результаты моделирования сопоставлены с результатами экспериментальных измерений характеристик антенны. С помощью разработанной активной антенны проведения радиоастрономические наблюдения в земных условиях. Результаты Выполнен численный анализ характеристик активной антенны радиотелескопа в широком диапазоне частот 4–40 МГц. Разработаны два варианта малошумных усилителей, предназначенных для работы в составе активной антенны в земных и космических условиях. В земных условиях экспериментально доказано, что объем задач, которые эффективно могут решать такие радиотелескопы на очень низких частотах, достаточно широк – от исследований Солнца к поиску космологических эффектов. Выводы: Полученные в работе результаты расчетов и натурных измерений показали удовлетворительное совпадение в большей части рабочего диапазона частот. Результаты этой работы могут быть полезны в разработке и исследованиях активных антенн, предназначенных для работы в декаметровом и гектометровом диапазонах волн, в частности тех, которые планируется использовать в условиях космоса. Ключевые слова: активная антенна, Луна, радиоастрономические наблюдения, чувствительность

Pushin V.F., Chernogor L.F. «A synthesis of temporal variations in doppler spectra recorded at a quasi-vertical incidence by the hf doppler radar with spaced receivers» Радиофизика и радиоастрономия (Украина), 26, № 3, с. 211-223 (2021)

Предмет и цель работы: Ионосфера как радиоканал широко используется средствами коммуникации, радионавигации, радиолокации, радиопеленгации, радиоастрономии и дистанционного радиозондирования. Параметрам радиоканала свойственна нестационарность, обусловленная динамическими процессами в ионосфере. Исследование динамических процессов в ионосфере относится к актуальных задач космической радиофизики и радиофизики геокосмоса. Целью настоящей работы является изложение результатов синтеза доплерограмм в случае вертикального и слабонаклонных доплеровского зондирования ионосферы. Методы и методология Одним из наиболее эффективных методов исследования ионосферы является метод доплеровского зондирования. Он имеет высокие разрешения по времени (около 10 с), по доплеровским смещением частоты (0.01–0.1 Гц) и точность измерения доплеровского смещения частоты (∼0.01 Гц). При таких условиях удается отслеживать относительные вариации концентрации электронов в ионосфере (10^–4–10^–3) или исследовать движение ионосферной плазмы со скоростью 0.1–1 м/c. Решение обратной радиофизической задачи, которая заключается в нахождении параметров ионосферы, чаще всего означает решения прямой радиофизической задачи. В методе доплеровского зондирования она связана с построением доплерограмм и сравнением их с измеренными доплерограммами. Результаты Для обычной компоненты радиоволны наблюдается внутримодовая многопеременность в виде тройной эха. Влияние геомагнитного поля и сильных горизонтальных градиентов электронной концентрации (10%) приводит к образованию сложных лучевых структур с каустика. При перемещении подвижных ионосферных возмущений вдоль магнитного меридиана образуются зоны молчания. Продольное и поперечное перемещение точки отражения луча для слабонаклонных трассы с. Гайдары–с. Граково длиной 50 км достигает нескольких десятков километров. В случае вертикального зондирования азимут прихода сигнала в пункт наблюдения фрагментарно совпадает с азимутом направления подвижных ионосферных возмущений. Отраженный радиолуч возвращается в пункт наблюдения путем падающего. Осуществлен синтез доплерограм ВЧ сигнала и выполнено сравнение с доплерограмой, зарегистрированной на радаре Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина. Полученная оценка (15%) подтверждает существование сильных горизонтальных градиентов электронной концентрации. Выводы: Выполнены расчеты доплерограм и гониограм для вертикального и слабонаклонных зондирования ионосферы с учетом сильных горизонтальных градиентов электронной концентрации, вызванных подвижными ионосферными возмущениями. Ключевые слова: ионосфера, наклонное доплеровское зондирования, синтез доплерограм, подвижные ионосферные возмущения, электронная концентрация

Dudnik O.V., Yakovlev O.V. «Evidence of the earth's inner radiation belts during the low solar and geomagnetic activity obtained with the step-f instrument» Радиофизика и радиоастрономия (Украина), 26, № 3, с. 224-238 (2021)

Предмет и цель работы: Предметом исследований является пространственно-временные распределения высокоэнергичных заряженных частиц внутри магнитосферы Земли вне зоны Юго-Атлантического магнитной аномалии в период минимума 11-летнего цикла солнечной активности. Целью работы является поиск и определение постоянных и неустойчивых дополнительных пространственных зон повышенных потоков электронов субрелятивистских энергий на высотах полетов низкоорбитальных искусственных спутников Земли. Методы и методология: Поиск и установка дополнительных радиационных поясов Земли осуществлено по анализу данных канала D1e регистрации электронов с энергиями ΔE_e=180–510 кэВ и протонов с энергиями ΔE_p=3.5–3.7 МэВ спутникового телескопа электронов и протонов СТЭП-Ф на борту низкоорбитальной научного спутника Земли "КОРОНАСФотон". Для анализа использовались информационные массивы с временной разрешающей способностью 2 с, нормированные на активную площадь позиционно-чувствительного кремниевого матричного детектора и телесный угол зрения детекторной головки прибора. Результаты Выявлено постоянную структуру из трех электронных радиационных поясов в земной магнитосфере в период низкой солнечной и геомагнитной активности в мае 2009 Два пояса известны с начала космической эры радиационными поясами Ван Алена, еще один дополнительный постоянный слой формируется вокруг дрейфовой оболочки с параметром МакИлвайна L≈1.65±0.05. В отдельные дни мая 2009, кроме этого дополнительного слоя, одновременно с ним наблюдался еще один неустойчивый внутренний радиационный пояс, который формировался время от времени между исследуемым постоянным поясом L≈1.65 и внутренним поясом Ван Алена на L≈2.52. Повышенные потоки частиц в этом неустойчивом поясе формировались вокруг дрейфовой оболочки L≈2.06±0.14. Выводы: Дополнительные внутренние радиационные пояса регистрируются в широкой полосе географических долгот λ как на восходящих, так и на нисходящих участках орбиты спутника от λ₁≈150° до λ₂≈290°.Отдельно в северном или южном полушарияи за пределами внешнего края внешнего радиационного пояса на L≥7–8 наблюдаются случаи повышения плотности потока частиц в широкой полосе L-оболочек, которые отвечают высокоширотной области квазизахвату высокоэнергичных заряженных частиц. Повышенные потоки наблюдаются до границ главной ударной волны земной магнитосферы L≈10–12 октября). Ключевые слова: радиационный пояс, прибор СТЭП-Ф, электроны, магнитосфера, дрейфовая L-оболочка, плотность потока частиц

Kaliberda M.E., Lytvynenko L.M., Pogarsky S.A. «Operator method in the problem of the h-polarized wave diffraction by two semi-infinite gratings placed in the same plane» Радиофизика и радиоастрономия (Украина), 26, № 3, с. 239-249 (2021)

Предмет и цель работы: Рассматривается задача о дифракции H-поляризованной плоской волны на структуре из двух полубесконечных ленточных решеток. Решетки лежат в одной плоскости. Зазор между решетками произвольный. цель работы заключается в развитые операторного метода для структур, в которых рассеяны поля имеют как дискретный, так и непрерывный пространственные спектры. Методы и методология: В спектральной области, в области преобразований Фурье, рассеянное поле выражается через неизвестную амплитуду Фурье. Поле, отраженное рассматриваемой структурой, представляется как сумма двух полей токов, текущих лентами полубесконечных решеток. Для амплитуд Фурье получено операторные уравнения. Эти уравнения используют операторы отражение полубесконечных решеток, которые считаются известными. Поле, рассеянный полубесконечной решеткой, можно представить как сумму плоских и цилиндрических волн. Оператор отражение полубесконечной решетки имеет особенности в точках, соответствующих постоянным распространения плоских волн. Как следствие, неизвестные амплитуды Фурье поля, рассеянного исследуемой структурой, также имеют свои особенности. Для их устранения выполнена процедура регуляризации. В результате этой процедуры операторные уравнения сведено к системе интегральных уравнений, содержащих интегралы в смысле главного значения по Коши и конечного части по Адамара. Выполнен дискретизацию. записано систему линейных алгебраических уравнений, которая решалась с использованием итерационной процедуры. Результаты Получено операторные уравнения относительно амплитуд Фурье поля, рассеянного структурой из двух полубесконечных решеток. Выполнено численное исследование сходимости. Исследована рассеяны поля в ближайшей и долгосрочной зонах при различных значениях параметров решетки. Вывод: Предложен эффективный алгоритм для изучения поля, рассеянного на ленточной решетке, которое имеет как дискретный, так и непрерывный пространственный спектры. Развитый подход является эффективным инструментом для решения ряда задач антенной техники и электроники сверхвысоких частот. Ключевые слова: полубесконечная решетка, операторный метод, сингулярный интеграл, гиперсингулярный интеграл, процедура регуляризации

Karelin S.Y., Korenev V.G., Krasovitsky V.B., Lebedenko A.N., Magda I.I., Mukhin V.S., Sinitsin V.G., Volovenko N.V. «Pulsed power to microwaves conversion in nonlinear transmission lines» Радиофизика и радиоастрономия (Украина), 26, № 3, с. 250-255 (2021)

Предмет и цель работы Приведены экспериментальные результаты и данные численного моделирования относительно эффектов возбуждения микроволн в коаксиальных линиях передачи, в которые подаются однополярные высоковольтные электрические импульсы. Целью работы является выяснение относительной важности нескольких механизмов, которые могут отвечать за возникновение микроволновых колебаний при прохождении импульса через волноводную структуру. Методы и методология Рассматриваются дисперсионные и фильтровальные свойства коаксиальных волноводов с тремя секциями, есть расположенными одна за другой вдоль оси симметрии структуры. Две идентичные секции – на входе и на выходе волновода – заполненные изотропным жидким диэлектриком, в то время как средняя секция дополнительно заполняется – или частично, или полностью – непроводящим материалом с гиротропными свойствами. Вставленное ядро состоит из набора ферритовых колец, характеризующихся нелинейным откликом на первичное высоковольтное импульсное возбуждение. В процессе измерений диаметра внутреннего проводника и ферритовой вставки оставались постоянными. Диаметр внешнего проводника менялся, чтобы проанализировать влияние как собственно этого размера, так и степени заполнения сечения ферритом. Гиротропные свойства ферромагнитного материала реализовались благодаря наложению поля магнитного смещения от внешнего соленоида. Измерения были проведены для различных значений импульсного напряжения в диапазоне сотен киловольт при магнитных полях смещение в десятки килоампер на метр. Результаты В наших экспериментах, как и в работах других авторов, наблюдалось, что однополярный импульс, что входит в линию с радиально однородной передней секции, далее приводит к возникновению квазимонохроматичных колебаний напряжения. Они возникают, как только импульс пройдет достаточную дистанцию в радиально неоднородной части волновода. Такие осцилляции могут включать небольшое количество квазипериодов, то есть иметь значительную ширину соответствующей спектральной линии. путем надлежащего выбора геометрических параметров волноводной структуры и характеристик первичного импульса возможно получать на выходе колебания с частотой в несколько гигагерц и субгигаватным уровнем импульсной мощности. Выводы: Частоты и амплитуды осцилляций, возникающих, а также их спектральные ширины обусловлены комплексом дисперсионных и нелинейных свойств волноводной структуры. Набор волноводных мод, могут распространяться в линии, зависит от диаметров внутреннего и внешнего проводников коаксиальной линии и диаметра ферромагнитного включения с его собственными дисперсионными свойствами. Осцилляторная часть формы импульса может возникать и отделяться от тела импульса, если она рождается на частоте, выше частоты отсечки для другой моды, чем первичная ТЭМ. Ключевые слова: однополярный импульс, коаксиальная линия передачи, микроволны колебания, законы дисперсии, волноводные моды

Pogrebnyak N.L., Dyubko S.F., Perepechai M.P., Kutsenko A.S. «Investigation of the spectrum of Zn i atoms in the triplet rydberg states» Радиофизика и радиоастрономия (Украина), 26, № 3, с. 256-269 (2021)

Предмет и цель работы: Объектом исследований являются атомы цинка в триплетных предионизационных – ридберговских состояниях. Уровне энергий атомов, имеют два электрона вне замкнутой оболочкой, изучались преимущественно методами оптической спектроскопии. Однако собственное приложение микроволновой спектроскопии для измерения частоты переходов между двумя ридберговских состояниями позволяет повысить точность измерений на два и более порядков. Методы и методология Для возбуждения атомов цинка в триплетные ридберговских состояния с заранее заданным набором квантовых чисел используется линейка из трех лазеров на красителях. Излучение первых двух превращается во вторую гармонику в нелинейных кристаллах. Лазеры на красителях возбуждаются излучением второй гармоники одного YAG : Nd³⁺ лазера. Все три излучения сводятся в зону взаимодействия с лазерными и микроволновым излучениями, которая находится между пластинами ионизации ячейки, где создается импульсное электрическое поле. Регистрация возбужденных ридберговских атомов выполняется методом полевой ионизации. Пучок нейтральных атомов создается диффузионной ячейкой в условиях вакуума, остаточное давление не превышает 10^–5 мм рт. ст. Импульсное электрическое поле определенной напряженности приводит к ионизации возбужденных микроволновым излучением атомов и ускорения электронов, появились, по направлению вторично-электронного умножителя, но недостаточно для ионизации атомов, что возбуждены только лазерными излучениями и являются исходными для взаимодействия с микроволнами. сканируя частоту микроволнового излучения с заданным шагом и измеряя интенсивность сигнала вторично-электронного умножителя можно получить спектр возбуждения атомов, исследуются. Результаты С помощью созданного лазерно-микроволнового спектрометра измерен частоты переходов F→D, F→F и F→G между триплетными ридберговских состояниями атомов цинка. С выполненного анализа частот получено константы разложения квантового дефекта по формуле Ритца для D, F и G состояний атомов цинка. Вывод: Измерения частоты переходов F→D, F→F и F→G между триплетными ридберговских состояниями атомов цинка, позволило получить константы разложения квантового дефекта по формуле Ритца для D, F и G состояний атомов цинка, со своей стороны создает возможность рассчитать энергии этих термов и частоты переходов по меньшей мере на два порядка точнее чем в случае измерений методами оптической спектроскопии. Ключевые слова: атом цинка, триплетные состояния атомов, ридберговских состояния, лазерное возбуждение, микроволновое излучение

Mayboroda D.V., Pogarsky S.O. «An antenna based on a hybrid metal–dielectric structure» Радиофизика и радиоастрономия (Украина), 26, № 3, с. 270-277 (2021)

Предмет и цель работы: Сейчас в миллиметровом диапазоне частот диэлектрические волноводы различных модификаций имеют определенные преимущества перед стандартными металлическими волноводами в первую очередь благодаря возможности создавать функциональные узлы на их основе. Это обусловлено относительной простотой и незначительной стоимостью изготовления диэлектрических волноводов и функциональных узлов на их основе, высокой степенью их интеграции с активными элементами, применением в их изготовлении различных диэлектриков и полимеров, имеющих широкий диапазон материальных констант и различные механические свойства (в частности, некоторые диэлектрические материалы имеют значительную гибкость). С помощью серии физических экспериментов установлена возможность реализации частотной селекции и излучения в свободное пространство электромагнитных волн гибридной металло-диэлектрической структурой. Методы и методология: Исследуемая электродинамическая структура относится к классу гибридных металло-диэлектрических структур. Ее основу составляет модифицированный инвертированный диэлектрический волновод с периодически расположенными на диэлектрической пластине пятнадцатью диэлектрическими стержнями, в которых металлизированной является обращена наружу грань. Эффективность работы структуры оценивалась по значениям коэффициента стоячей волны по напряжению и вносимого затухания в тракт. Измерения выполнялись с помощью метода рефлектометра. Методом подвижного зонда в ближней зоне был оценен степень концентрации электромагнитного поля вблизи стержневых неоднородностей. Визуализация полей осуществлялась с помощью метода изолиний. Результаты На основании серии экспериментальных исследований показана возможность согласования структуры с внешними волноводных трактами в диапазоне частот 26.5–32.5 ГГц с коэффициентом стоячей волны по напряжению меньше 1.8. Частотная зависимость затухания имеет колебательный характер с четко выраженными частотными областями с малыми и большими значениями затухания. Более того, зависимость носит практически периодический характер, что характерно для периодических структур. Крутизна амплитудно-частотной характеристики в переходных зонах может быть достаточно высокой и достигать значения 41.26 дБ/ГГц. Путем прямого измерения напряженности электрического поля в ближней зоне установлена степень концентрации электрического поля вблизи световедущей диэлектрического стержня и степень возбуждения диэлектрических накладок. Измерения энергетических характеристик структуры, выполненные в режиме короткого замыкания основного тракта и в режиме согласованного нагрузки основного тракта, показали как возможность управления поляризационными характеристиками, так и возможность изменения вида диаграммы направленности и ее ориентации в пространстве. Выводы: Экспериментально доказано, что гибридная металлически-диэлектрическая структура, представляет собой модифицированный инвертированный диэлектрический волновод с периодически расположенными на диэлектрической пластине пятнадцатью диэлектрическими стержнями, в которых металлизированной является обращена наружу грань, может быть эффективно интегрирована в стандартную линию передачи. Установлено, что эта структура может быть согласована с внешними кругами в достаточно широкой полосе частот. Установлено, что в разных частотных диапазонах эта гибридная металлически-диэлектрическая структура демонстрирует возможность эффективной частотной селекции и излучения в свободное пространство. антенные измерения показали возможность контролировать форму диаграммы направленности. Ключевые слова: инвертированный диэлектрический волновод, периодическая последовательность, коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН), затухание, метод рефлектометра, метод подвижного зонда, диаграмма направленности.

«To the 75-th Anniversary of Yu. M. Yampolskiy» Радиофизика и радиоастрономия (Украина), 26, № 3, с. 278-280 (2021)

26 августа исполняется 75 лет со дня рождения известного ученого в области радиофизических исследований геокосмоса главного научного сотрудника Радиоастрономического института НАН Украина, члена-корреспондента НАН Украины, Заслуженного деятеля науки и техники Украины, лауреата Государственной премии Украины в области науки и техники, профессор, доктора физико-математических наук Ю.М. Ямпольского.