Digital Repository of the Institute of Radiophysics and Electronics, Armenian National Academy of Sciences

Millimeter and Submillimeter Waves in Radiophysical Investigations and Applied Problems. ՄԻԼԻՄԵՏՐԱՅԻՆ ԵՎ ԵՆԹԱՄԻԼԻՄԵՏՐԱՅԻՆ ԱԼԻՔՆԵՐԸ ՌԱԴԻՈՖԻԶԻԿԱՅԻ ՀԵՏԱԶՈՏԱԿԱՆ ԵՎ ԿԻՐԱՌԱԿԱՆ ԽՆԴԻՐՆԵՐՈՒՄ: Հախումյան Արսեն Ալեքսանդրի: МИЛЛИМЕТРОВЫЕ И СУБМИЛЛИМЕТРОВЫЕ ВОЛНЫ В РАДИОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧАХ. Ахумян Арсен Александрович.

Hakhoumian, Arsen A. (2014) Millimeter and Submillimeter Waves in Radiophysical Investigations and Applied Problems. ՄԻԼԻՄԵՏՐԱՅԻՆ ԵՎ ԵՆԹԱՄԻԼԻՄԵՏՐԱՅԻՆ ԱԼԻՔՆԵՐԸ ՌԱԴԻՈՖԻԶԻԿԱՅԻ ՀԵՏԱԶՈՏԱԿԱՆ ԵՎ ԿԻՐԱՌԱԿԱՆ ԽՆԴԻՐՆԵՐՈՒՄ: Հախումյան Արսեն Ալեքսանդրի: МИЛЛИМЕТРОВЫЕ И СУБМИЛЛИМЕТРОВЫЕ ВОЛНЫ В РАДИОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧАХ. Ахумян Арсен Александрович. Other thesis, Institute of Radiophysics and Electronics, NAS RA.

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

Download (2684Kb) | Preview

    Abstract

    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 of high 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 were studied 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. A nearly undistorted THz pulse propagation through the 8-cm-long slightly curved parallel plate oversized waveguide has been demonstrated. The possibility of use of CPPOWG in waveguide time-domain spectroscopy is tested by measuring absorption lines of tiny amount of water vapor. The double balanced mixer scheme in-phase signal input and double-quadrature Local Oscillator is suggested for application on IQ direct conversion receivers. LO leakage influence on DC component and BER of the digital signal is shown. A model of the system is designed which is illustrating the improvement of the receiver sensitivity in case of using the suggested scheme. Possibility to record B-FSK signals with use of stochastic resonance is studied. A Schmidt trigger is employed as bistable stochastic resonator. A digital model of the detector is proposed and quantitative results are obtained by means of simulations. Dependence of the probability of correctly detected bits on the added noise power and on the low-pass filter cutoff frequency is studied. Also the stability of the detector with respect to channel-introduced phase shifts is revealed. Time shift of the target reflected signal in radar system can be calculated directly from modified QPSK mapped OFDM signal. It makes possible to determine target distance from radar station. When time shift respecting to phase delay depends on OFDM subcarrier number, modified OFDM signal prevents that dependence and lets system to decide the phase delay directly from QPSK-OFDM signal rotation angle of constellation points. Additionally, proposed system requires low computing resources as the entire calculation process could be done during a single OFDM symbol. 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: Ստացվել են օպտիմալացնող հարաբերակցություններ շեմի արժեքի, աղմուկների դիսպերսիայի եւ ելքային զտիչի շեմային հաճախականություն համար: Առաջարկվել եւ ուսումնասիրվել է QPSK-մոդուլված OFDM-ռադարային ազդանշանների վերամշակման նոր տնտեսող եղանակ հեռավորությունը եւ արագությունը որոշելու համար: Ցույց է տրվել, որ անդրադարձած ազդանշանի QPSK-ցանցի աղավաղումների վեկտրական վերլուծության հիման վրա, հնարավոր է կատարել արագություն եւ թիրախների կոորդինատների միաժամանակ որոշումը: Прямые измерения начальных расщеплений и ширины линий ЭПР междублетных переходов крамерсовских ионов позволяют с высокой точностью определить параметры локального кристаллического поля и величину их разброса, вызванного несовершенствами кристаллов. В гранулированных ВТСП слабосвязанных структурах с размерами, значительно превосходящими длину когерентности, возникают явления, характерные для джозефсоновских переходов, обусловленные когерентным движением магнитных вихрей. В двухкомпонентных смесях анизотропных ВТСП металлоксидов вблизи перколяционных концентраций возникает термоэдс большая, чем у каждого компонента в отдельности. В миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн наиболее адекватными электродинамическими структурами для построения функциональных устройств являются металлодиэлектрические структуры с внешними эванесцентыми полями. В многослойных волноводно-диэлектрических структурах с нелинейными и активными кристаллами путем соответствующего выбора формата структуры и граничных условий можно достичь необходимых условий синхронизма для эффективного преобразования и усиления миллиметровых терагерцовых волн. Предложенный для субмиллиметрового диапазона волновод, образованный скривленными параллельными металлическими плоскостями, при возбуждении квази ТЕМ-волны обеспечивает бездисперсионное распространение с малыми дифракционными потерями и с высокой плотностью потока мощности вблизи волноведущих поверхностей. В радиолиниях ММДВ дальность надежной связи определяется только условиями распространения и практически не зависит от параметров радиоприемных устройств. Предпочтительной архитектурой трансиверов ММДВ является прямой синтез и прямое преобразование сигналов. В пороговых устройствах типа триггера Шмидта возможно детектирование подпороговых M-FSK модулированных сигналов при условии стохастического резонанса, достигаемого добавлением шумов и выбором частоты среза ФНЧ. В радарах с OFDM-сигналами и с QРSK-модуляцией путем определения параметров искажения сигнальной решетки возможно одновременное определение времени задержки (расстояние до цели) и доплеровской частоты (радиальной скорости цели).

    Item Type: Thesis (Other)
    Subjects: Physics > 07.Instruments, apparatus, components common to several branches of physics
    Physics > 73.Electronic structure and electrical properties of surfaces, interfaces, thin films, and low-dimensional structures
    Physics > 74.Superconductivity
    Physics > 81.Materials science
    Physics > 84.Electronics; radiowave and microwave technology; direct energy conversion and storage
    Physics > 85.Electronic and magnetic devices; microelectronics
    Divisions: UNSPECIFIED
    Depositing User: Admin .
    Date Deposited: 24 Nov 2014 12:18
    Last Modified: 25 Nov 2014 15:38
    URI: http://irphe.asj-oa.am/id/eprint/84

    Actions (login required)

    View Item