Физика волновых процессов и радиотехнические системы

Обоснование. Исследование перепутанных состояний модели Джейнса – Каммингса и ее многокубитных обобщений и расширений по-прежнему остается важной и актуальной темой современной квантовой оптики, квантовой информатики и физики твердого тела. Это связано с тем, что такие модели естественным образом описывают динамику взаимодействия логических элементов квантовых устройств (кубитов), таких как квантовые компьютеры или квантовые сети с микроволновыми полями резонаторов, используемыми для управления состояниями кубитов. В этой связи представляется весьма актуальной задача поиска наиболее эффективных схем генерации, управления и контроля перепутанных состояний кубитов в рамках моделей типа Джейнса – Каммингса. Цель. Исследовать особенности динамики перепутывания пары кубитов, каждый из которых заперт в одномодовом резонаторе и нерезонансно взаимодействует с модой вакуумного поля, при наличии расстроек частот переходов в кубитах и частот резонаторных мод и диполь-дипольного взаимодействия кубитов. Методы. Для анализа динамики рассматриваемой системы исследовано решение временного квантового уравнения Шредингера. Найдено точное решение указанного уравнения в случае начальных перепутанных состояний кубитов белловского типа. Точное решение уравнения эволюции использовано для вычисления критерия перепутывания пары кубитов – отрицательности. Проведено численное моделирование временной зависимости отрицательности для различных значений параметров рассматриваемой модели. Результаты. Показано, что наличие расстроек, разницы в константах кубит-фотонной связи и диполь-дипольного взаимодействия существенно влияет на максимальную степень перепутывания подсистемы кубитов в процессе их эволюции. Найдено, что для определенных параметров рассматриваемой модели начальные белловские перепутанные состояния кубитов могут рассматриваться в качестве долгоживущих устойчивых состояний. Заключение. Установлена возможность реализации долгоживущих устойчивых двухкубитных перепутанных состояний в рассматриваемой системе. Полученные результаты могут быть использованы для эффективного контроля и управления степенью перепутывания кубитов, взаимодействующих с микроволновыми полями резонаторов.

Обоснование. По результатм эксплуатации различных изделий машиностроения установлено, что индивидуальные особенности микрорельефов их рабочих поверхностей во многом определяет их надежность и долговечность. В связи с этим разработка современных новых методов измерения параметров шероховатости микрорельефа с целью их дальнейшего использования в машиностроении является актуальной задачей в настоящее время. Цель. Целью работы стало исследование и разработка оптико-электронного метода, новых алгоритмов и программного обеспечения для цифровой обработки изображений исследуемых микрорельефов механически обработанных поверхностей, в результате которой измеряются параметры шероховатости микрорельефов непосредственно в ходе выполнения технологического процесса. Методы. Метод основан на компьютерной обработке изображений исследуемых микрорельефов. Сущность метода состоит в том, что строки видеосигналов изображения микрорельефа рассматриваются как реализации случайного стационарного процесса. При этом все изображение состоит из m таких реализаций – количества строк изображения. Количество пикселов в строке n соответствует ширине анализируемого изображения. В результате такой обработки изображения получается строчная матрица коэффициентов корреляции – функция корреляции, к которой затем применяются известные математические методы обработки стационарного случайного процесса для нахождения его нормированной автокорреляционной функции. Для повышения разрешающей способности корреляционного метода оценки параметров микрорельефа использован спектральный анализ полученных автокорреляционных функций. По результатам спектрального анализа определяется с заданной вероятностью шероховатость исследуемого микрорельефа. Результаты. Разработан корреляционно-спектральный метод измерения параметров микрорельефа, в основе которого лежит представление полутонового изображения исследуемой поверхности в виде совокупности реализаций стационарного случайного процесса. Для этого представления были рассчитаны корреляционные функции исследуемых микрорельефов и определены их спектральные плотности. Установлено, что микрорельефы с разной шероховатостью существенно различаются по спектральным плотностям. Представлены результаты применения данного метода для оценки параметров микрорельефа внутреннего кольца подшипника. Заключение. Показана перспективность применения оптико-электронного метода и цифровой обработки изображений микрорельефов механически обработанных поверхностей с целью оперативного измерения их параметров шероховатости. Разработан алгоритм вычисления автокорреляционной функции, характеризующей исследуемый микрорельеф, как совокупность реализаций случайного стационарного процесса, где каждая реализация является строкой видеосигнала. Затем для повышения разрешающей способности метода к полученным автокорреляционным функциям применяется преобразование Фурье и вычисляются спектральные плотности автокорреляционных функций. Методом наименьших квадратов строится зависимость, с использованием которой осуществляется измерение шероховатости исследуемого микрорельефа.

Обоснование. Актуальность темы данной работы обусловлена необходимостью уменьшения трудоемкости процесса проектирования топологии плат пленочных узлов радиочастотного и микроволнового трактов. Цель. Разработка методики моделирования и синтеза параметров пленочных узлов радиочастотного и микроволнового трактов радиоэлектронной аппаратуры на базе модернизированной среды проектирования AWR Microvave Office Environment 15. Методы. В статье рассмотрена методика синтеза топологии плат, которая включает следующие основные операции и процедуры: настройку испытательных стендов, анализ исходных данных, оценку требуемых значений электрических параметров, адаптивное разбиение сетки, моделирование мультиплексированных сигналов, моделирование искажений элементов, маршрутизацию трассировки цепей, проверку решений с помощью таблиц, оценку выполненного проекта с помощью испытательных стендов, минимизацию расстояний между проводниками, построение и оптимизацию графиков. Отработка методики проводников проводилась на примере моделирования и конструкторского проектирования шлейфного направленного ответвителя РЧ- и МКВ-трактов. Результаты. Синтезирована топология шлейфного направленного ответвителя с частотой сигнала 10 ГГц для его реализации по толстопленочной технологии на подложке из поликора и Du Pont 951 толщиной 0,25 мм. Построена АЧХ ответвителя. Заключение. Полученная топология удовлетворяет требованиям технического задания. Экспериментальная отработка методики показала, что она позволяет на 20–40 % сократить трудоемкость моделирования основных характеристик узлов и уменьшить до 30 % информационные ресурсы.

Обоснование. Работа направлена на развитие и исследование технологических процессов и производственных операций изготовления печатных антенн. Частным случаем подобных антенн является плоская спиральная антенна с дополнительным замедлением в виде диэлектрической либо металлодиэлектрической пластины. Цель. В работе осуществляется разбор отличительных особенностей технологических процессов изготовления плоских спиральных антенн с дополнительным замедлением. Выделен ряд «узких» мест производственных операций, связанных с особенностями применяемых базовых материалов и базовых промышленных технологий. Методы. В основе исследований лежит практико-ориентированное сравнение технологических процессов изготовления плоских спиральных антенн с дополнительным замедлением с различными конструктивными решениями замедляющей структуры: планарная диэлектрическая пластина, планарная металлодиэлектрическая пластина с металлизированными отверстиями, планарная металлодиэлектрическая пластина с металлическими штырями. В качестве базовых технологий используются комбинированный позитивный метод производства печатных плат, технология прессования многослойных печатных плат, технология сборки и электромонтажа СВЧ-устройств. Результаты. Предложены варианты конструкции планарных замедляющих пластин и соответствующие технологические процессы их производства, определены их ключевые отличия: технологичность, степень автоматизации, длительность. Заключение. С практической точки зрения показано, что конструкция диэлектрической замедляющей пластины является наиболее технологичной и серийнопригодной при массовом производстве, что подтверждается изготовленными образцами. В случае необходимости интеграции в конструкцию замедляющей пластины дополнительных элементов более технологичным является вариант с металлизированными отверстиями.

Обоснование. Создание и развитие экспериментальных установок для исследований в области физики околоземной плазмы является крайне актуальной задачей. Коротковолновый нагревный стенд «Сура» является единственной в мире действующей среднеширотной исследовательской установкой по активному воздействию на ионосферу Земли. Новые физические результаты, полученные на стенде HAARP, обладающем более высокой мощностью излучения передатчиков, стимулируют работы по оценке возможностей модернизации и определению достижимых параметров возмущений околоземной плазмы для других установок, в том числе и для стенда «Сура». Цель. Численное моделирование и анализ достижимых параметров крупномасштабных тепловых возмущений околоземной плазмы при проведении модернизации установки и реализации перспективных уровней мощности излучения стенда «Сура». Методы. Моделирование проводилось с использованием открытого программного кода SAMI2, дополненного модифицированной моделью источника нагрева, использующей непосредственный расчет коэффициента аномального поглощения для приближения холодной плазмы при гауссовом спектре вытянутых неоднородностей. Результаты. Исследованы эффекты воздействия как в дневные часы, так и в условиях, соответствующих позднему вечернему времени. Для дневных условий получено, что реализация перспективных уровней мощности на стенде «Сура» приводит к практически двукратному возрастанию возмущений плотности и температуры электронов в области искусственного дакта на высотах внешней ионосферы Земли. Для условий позднего вечернего времени получено, что осуществление модернизации нагревного стенда приводит также к двукратному возрастанию возмущений температуры электронов. При этом увеличение уровня относительных возмущений плотности электронов не столь значительное и составляет не более 20 % относительно действующих характеристик стенда. Заключение. Показано, что параметры создаваемых тепловых возмущений нелинейно зависят от мощности излучения волны накачки и их рост насыщается вследствие перераспределения плазмы в области аномального поглощения.