Генерация и распространение электромагнитного излученияНИР

Generation and propagation of the electromagnetic radiation

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
9 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Генерация и распространение электромагнитного излучения
Результаты этапа: Разработаны алгоритмы и протестирована 3D-программа для анализа динамики ленточных электронных пучков в электромагнитных полях с осевой и плоской симметрией. Изучено влияние поля пространственного заряда на структуру и конфигурацию ленточного электронного пучка с циклотронным вращением. Рассчитаны диаграммы направленности спиралевидных антенн ректенных элементов для беспроводной передачи энергии. Проведена оптимизация конфигурации спиралевидных антенн с целью реализации круговой диаграммы направленности ректенны. Проведены измерения эффективности и направленности экспериментальных вариантов спиралевидных ректенн. Исследован класс антенн, отличающихся нано-размерами. Проведены численные расчеты основных антенных характеристик. Выявлен механизм трансформации возбуждающего тока питания нано-антенны через резонатор и излучающую щель на поверхности во внешнее пространство. Оценены перспективы и физические пределы миниатюризации нано-антенн с целью получения нано-размерных антенн с высокими значениями добротности и коэффициента усиления. На установке автоматизированных измерений «Эпсилон» исследованы микроволновые (в диапазоне от 30 до 150 ГГц) свойства ряда диэлектрических материалов, включая сегнетоэлектрики, по программе изучения возможности их применений в специализированной микроволновой технике.
10 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Генерация и распространение электромагнитного излучения
Результаты этапа:
11 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Генерация и распространение электромагнитного излучения
Результаты этапа:
12 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Генерация и распространение электромагнитного излучения
Результаты этапа: Продолжены исследования в области развития альтернативных источников энергии, в том числе, по преобразованию солнечного излучения в энергию электрического тока. Развитие современных технологий инициировало работы по созданию наноректенн, перспективных для беспроводной передачи энергии и преобразования солнечного излучения в терагерцовом диапазоне. Проведено моделирование антенных элементов наноантенн микроволнового и терагерцового диапазонов длин волн, рассмотрены различные варианты антенн и их конфигурации. Изучены физические аспекты новых выпрямляющих элементов, перспективных для наноректенн терагерцового диапазона. Изучены процессы преобразования микроволн в МИМ-диодах (МИМ – металл-изолятор-металл), обладающих туннельными свойствами в терагерцовом диапазоне. Рассмотрены и проанализированы физические принципы новых выпрямляющих элементов - геометрических диодов на основе графена. В качестве основных источников СВЧ-мощности для разрабатываемых перспективных мощных коллайдеров предполагается использовать клистроны. В связи с необходимостью повышения КПД мощных клистронов рассмотрены методы формирования электронных сгустков, используемых в современных вариантах клистронов. Рассмотрены принципы метода традиционной группировки, СОМ-метода (Core oscillation method) и нового БАК-метода (Bunching, Alignment, Collecting) группировки электронов в многорезонаторных группирователях клистронов. Проведено моделирование электронных процессов в мощном многолучевом клистроне нового типа, основанного на применении нового метода формирования электронных сгустков в многорезонаторном группирователе клистрона – БАК-метода Приведены численные расчеты электронной оптики многолучевого потока, высокочастотных полей в резонаторах электродинамической системы группирователя клистрона, профиля магнитного поля в каналах резонаторов, высокочастотного поля в выходном резонаторе, токопрохождения на коллектор и распределения тепловой нагрузки на коллектор с применением современных пакетов программ KLYS 4.5 , DEV 5.1. Это определило параметры конструкции первых многолучевых БАК-клистронов. Правильность проведенных расчетов подтверждена результатами «холодных» и динамических испытаний первых спроектированных БАК-клистронов, проведенных в ОИЯИ (Дубна) и в ЦЕРН (Женева), которые позволили впервые получить усиление СВЧ с выходной мощностью 7 МВт с эффективностью более 60%. Результаты испытаний доказывают, что новая БАК-технология группировки может значительно повысить КПД клистронных усилителей на относительно небольшой длине пространства взаимодействия и заметно превзойти уровень мировых аналогов.
13 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Генерация и распространение электромагнитного излучения
Результаты этапа:
14 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Генерация и распространение электромагнитного излучения
Результаты этапа: Разработан принципиально новый способ повышения выходной мощности клистронов вплоть до 10МВт. Разработана методика расчета электронных процессов в мощных многолучевых клистронах. Исследованы три режима работы наноректенны - классический, промежуточный и квантовый. Создана модель взаимодействия решетки наноректенн с плоской электромагнитной волной. Создана модель геометрического диона на основе теории Друде. Разработана создана и испытана система тропосферной связи нового поколения. Разработана универсальная широкополосная система связи. Разработана сверщирокополосная радиолокационная система.
15 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Генерация и распространение электромагнитного излучения
Результаты этапа: 1. Продолжены работы по оптимизации электронных процессов в мощных многолучевых клистронах и изучению физических причин ограничения эффективности усиления с использованием 3D численных методов. Ранее в рамках одномерной и двумерной моделей расчёты эффективности взаимодействия проводились только для одного парциального пучка и результирующие характеристики многолучевых клистронов определялись формальным умножением на число парциальных пучков. Показано, что увеличение числа парциальных пучков и поперечно-развитая конфигурация кольцевых резонаторов («сверхразмерность» резонатора), как правило, приводят к увеличению неоднородности распределения поля СВЧ по каналам кольцевого резонатора. Корректно провести исследование динамики парциальных электронных пучков в электромагнитных полях кольцевых резонаторов представляется возможным только при использовании современных методов трёхмерного моделирования в самосогласованном приближении. 3D моделирование взаимодействия многолучевого электронного потока в выходном кольцевом резонаторе проведено для BAC-клистрона (с выходной импульсной мощностью 6 МВт и КПД более 60%), разработанного и испытанного с участием МГУ. Показано, что фазовое запаздывание волн, возбуждаемых в разных пролетных каналах зазора «сверхразмерного» кольцевого выходного резонатора, является одной из физических причин ограничения эффективности многолучевых клистронов. 2. Продолжены работы по развитию физических основ технологий, направленных на получение и повышение эффективности структур типа металл–диэлектрик–металл (МДМ) в приемно-преобразующих ректенных устройствах для детектирования терагерцового излучения. Терагерцовые ректенны с МДМ-структурами перспективны для решения задач беспроводной передачи энергии, подзарядки кардиостимуляторов и имплантов, вживленных в живые организмы, увлечения КПД фотопреобразователей солнечного излучения. Одним из возможных путей повышения эффективности терагерцовыхо ректенн является увеличение мощности входного сигнала, когда на один МДМ диод подаются сигналы, полученные от нескольких антенн, согласованных по фазе за счет оптимального взаимного расположения антенных элементов и подбором длины и формы соединительных дорожек. Распределения суммарного электрического поля ректенны рассчитывались путём численного решения уравнений Максвелла методом конечных интегралов. На основе полученных результатов затем рассчитаны характеристики терагерцовых структур: диаграммы направленности, коэффициенты отражения S11, импедансы и напряжённость электрического поля в зазоре. Оптимизация по коэффициенту отражения произведена методом доверительной области. Показано, что за счёт выбора оптимальных длин соединительных дорожек можно добиться увеличения выходного напряжения антенной системы терагерцовой ректенны, пропорционального количеству используемых антенных элементов. 3. Разработано программное обеспечение для сбора данных и управления для работы космической обсерватории Mini-Extreme Universe (EUSO), космического флуоресцентного телескопа для наблюдения за сильными атмосферными ливнями и атмосферными явлениями.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".