15.06.2016 2005
НДР «БУКСИР-2»
Запропоновано оригінальні конструкції відбивних граток, які забезпечують вузько смугове відбиття лінійно поляризованої падаючої хвили на одній або декількох частотах одночасно. Гратки виконано у вигляді металевих стрічок з однією, або декількома прямокутними щілинами. А.О.Кириленко, Л.П.Мосьпан
Розроблено строгу двовимірну модель ефекту перетворення поверхневих хвиль у об’ємні, досліджено фізичні властивості антени витікаючих хвиль при різних співвідношеннях її геометричних параметрів. А.О.Кириленко, С.О.Стешенко
INTAS
Створено математичну модель, досліджено фізичні властивості і розв’язано задачі синтезу композиційних дросельних з’єднань прямокутних хвилеводів із значними ізолюючими зазорами між фланцями, які дозволяють розірвати у потужних мікрохвилевих системах наведені постійні струми і зберегти при цьому високий рівень ізоляції мікрохвильового випромінювання. А.О.Кириленко, В.І.Ткаченко
CRDF
Створено програмний комплекс, що забезпечує аналіз, синтез та оптимізацію одно- і двох- смугових випромінювачів хвиль кругової поляризації, складними частинами яких є перетворювач поляризації, поляризаційний коректор та гофрований рупор. А.О.Кириленко, В.І.Ткаченко, Л.А.Рудь, А.О. Перов
2006
НДР «БУКСИР-2»
Знайдено оригінальні конструкції перетворювачів хвиль (ТЕ10-ТЕq0, q<19), що забезпечують ефективний розподіл (додавання) НВЧ-енергії. Вони знайдуть застосування при розробці електродинамічних систем в НВЧ техніці для складання (поділу) потужностей НВЧ генераторів. Простий варіант з ТЕ60 хвилею вже використовується на Дружківській фаянсовій фабриці для більш рівномірного розподілу НВЧ потужності при розігріві (Л.А. Рудь, В.І. Ткаченко, А.О. Кириленко). Спроектовано перетворювач ТЕ10-ТЕ30 з узгодженим переходом на заданий переріз, який використаний у лаб. проф К.Мізуно (Японія) для складання потужності н/п генераторів.
Завершено розробку математичних моделей і відповідних програмних кодів для аналізу хвилеводів з довільними гладкими межами та їх фрагментів. Н.Г. Дон, А.О. Кириленко
Запропоновано оригінальну конструкцію відбиваючої діафрагми у циліндричному хвилеводі, що забезпечує вузькосмугове відбиття падаючої хвилі на одній або декількох частотах одночасно. Конструктивною особливістю діафрагми є дугоподібні щілини, використання яких дозволяє поліпшити її електричні характеристики (тобто знизити ймовірність електричного пробою) у декілька (3-8) разів. Н.Г. Дон, А.О. Кириленко, Л.П. Мосьпан
2007
НДР “Буксир-3”
Знайдено явище повного проходження основної хвилі хвилеводу крізь діафрагму з позамежним отвором поблизу критичної частоти вищої хвилі хвилеводу та виявлено, що цей ефект пов’язаний з наявністю власного коливання площинно-поперечного з’єднання хвилеводів. Це явище розширює набір ефектів, що проявляються у хвилеводах і має право увійти до переліку класичних. Н.Г. Дон, А.О. Кириленко
2008
НДР «Буксир-3»
Вперше дано електродинамічне трактування явища повного проходження електромагнітної хвилі крізь систему позамежних отворів в екрані, що є заснованим на доказі факту існування добротних власних коливань поверхні розподілу “перфорований метал – вільний простір”. На цій основі передбачені і знайдені нові топології граток, що забезпечують повне проходження хвилі на частотах, значно нижчих, ніж це передбачалося раніше. А.О. Кириленко, А.О.Перов
Встановлено, що квадратному хвилеводу з двома діагонально розташованими спеціальними виступами притаманний специфічний розподіл електричного поля основної хвилі, в результаті чого відкривається перспектива створення принципово нових хвилеводних пристроїв, що мають суттєво кращі електричні та масо-габаритні характеристики. Зокрема, були знайдені дешеві у виготовлені конфігурації 90-градусних хвилеводних скруток, які в десять і більш разів коротші, ніж традиційні плавні скрутки. Теоретичні результати отримані на основі розроблених авторами строгих електродинамічних моделей і підтверджені даними експериментальних вимірювань. А.О. Кириленко, Д.Ю. Кулик, Л.А. Рудь, Є.А. Свердленко
2009
НДР БУКСИР-3
Доведено існування власних коливань з реальними власними частотами (тобто таких, які не мають радіаційних втрат) у хвилеводних або двовимірно-періодичних гратчастих наноструктурах (теоретично навіть нульового об’єму), наприклад, у тонкого провідника зі сходинкою, що з’єднує стінки хвилеводу або у плоскої решітки провідників з періодичними сходинками. У відповідній резонансній точці забезпечується повне відбиття хвилеводної моди або плоскої хвилі від структури, а сама резонансна точка може бути розміщена в широкій зоні одномодового діапазону частот. Вперше продемонстровані об’єкти надмалого об’єму, які мають добротність, обмежену лише омічними втратами, не пов’язані з будь-якої симетрією об’єкта або близькістю до будь-якої критичній точки. Вони зобов’язані своїм існуванням лише спеціально обраній геометрії плоского хвилеводного об’єкту або плоскій двоперіодичній гратці. Прикладна значимість результату полягає в можливості створення нових типів фільтрів і частотно-селективних структур з дуже вузькими смугами пропускання, фотонних кристалів на відповідній нанооснові, практично одномодових відкритих резонаторів, а при використанні надпровідних нанорешіток і наддобротних ВР С.А.Приколотін, А.О.Кириленко.
2010
НДР БУКСИР-3
Під час дослідження властивостей решіток з регулярним збоєм виявлено ефект «екстраординарного проходження» електромагнітних хвиль через гратки з малими отворами на частотах, які є кратно більш низькими порівняно частотами вже відомого ефекту в регулярних структурах. При цьому зберігається і резонанс в «старій» частотній точці. На цій основі можливе створення двосмугових метаматеріалів, властивості яких засновані на ефекті «екстраординарного проходження». Якщо отвори решітки близькі до довжини хвилі та мають власні резонани, то при збої в геометрії періодичної ячейки з’являється резонанс повного відбиття між двома смугами прозорості. Такий ефект відкриває шлях до внесення полюсів запирання в характеристики просторових частотно- або куто-селективних фільтрів з метою поліпшення їх відбірковості. А.О.Перов, А.О. Кириленко
З’ясовано «електродинамічну» природу явища «оптичної активності» в метаматеріалах, сформованих з граток періодично розташованих плоско-киральних об’єктів і шарів діелектрика або граток з об’єктів, що володіють обертальною симетрією четвертого порядку. Встановлено, що структурна причина полягає в десиметрізації об’єкту в повздовжньому напрямку та в перетворені його з «плоско-кирального» на 3D-киральний з характерним для «оптичної активності» поворотом площини поляризації. Як виявилось, внутрішній механізм полягає в наявності між шарами структури зворотних вищих хвиль, що породжують крос-поляризоване поле, в той час як сам плоско-киральний шар його не створює. Н.Г.Колмакова (Дон), А.О.Кириленко, С.Л.Просвірнін (РІАН)
Ці явища можна застосувати в двох напрямках:
1. Створення метаматеріалів на основі плоско-шаруватих середовищ з включенням плоских киральних об’єктів, що забезпечують поворот площини поляризації електромагнітних хвиль в терагерцовому діапазоні;
2. Створення пристроїв хвилеводного типу, що виконують аналогічну функцію. Поєднання результатів аналізу матриць розсіювання плоско-киральних об’єктів і резонансних властивостей тонких провідників зі сходинками дає надію на існування поляризаційно-незалежних структур з добротними резонансами відбиття, а, значить, на створення відкритих резонаторів зі спеціальними властивостями.
2011
НДР «Буксир-3»
В цілому в НДР: Запропоновано, алгоритмізовано, реалізовано, налагоджено та верифіковано на широкому спектрі різноманітних практичних і фундаментальних задач узагальнюючий підхід до вирішення векторних граничних задач хвилеводної електродинаміки з кусково-координатними границями. Істотною відмінністю цього підходу є врахування електромагнітного поля на ребрах, що різко поліпшує швидкодію чисельних алгоритмів і істотно розширює діапазон їх застосування при аналізі задач поширення та дифракції хвиль та задач про власні коливання і хвилі в конфігураційно-складних системах. А.О.Кириленко, С.О.Стешенко, С.А.Приколотін, Л.А.Рудь
Вивчено властивості посилення ближнього поля і субхвилевого фокусування, притаманні одношаровим та багатошаровим граткам з металевих наносфер в оптичному діапазоні хвиль. Було показано, що частоти, на яких виражені ці явища, відповідають плоским зонам дисперсійних кривих для мод, що є поляризованими ортогонально до решітки. С.О. Стешенко
Розглянуто власні коливання пари тісно пов’язаних срібних наносфер з застосуванням наближеної діпольної моделі. Показано, що така структура може підтримувати поздовжні і поперечні, симетричні і антисиметричні моди. Описано взаємне розташування власних частот цих чотирьох коливань. С.О. Стешенко
Виявлено, що несиметричні хвилеводно-діелектричні вставки з втратами можуть сильно поглинати енергію основної хвилі з одного плеча і сильно відбивати з другого плеча на резонансній частоті. Максимальне поглинання спостерігається, коли сума коефіцієнтів зв’язку таких резонаторів з приєднаними хвилеводами, дорівнює одиниці. За результатами вивчення полів дифракції запропоновано фізичну інтерпретацію механізму резонансного поглинання. Такий ефект слід очікувати і в оптиці, при збудженні діелектричних шарів з періодичними гратками. Л.А.Рудь
НДР «Грід-ІРЕ» (керівник П.М.Мележик)
Адаптація системи електродинамічного моделювання до середовища розподілених обчислень. Д.Ю.Кулик
2012
НДР «БУКСИР-4»
Знайдено і досліджено новий принцип побудови метаматеріальних структур, що забезпечують «величезну» оптичну активність. Структурно він базується на чергуванні С4- симетричних плоско-киральних щілинних компонентів з різними знаками киральності, а з електромагнітної точки зору – на тісній взаємодії компонентів по ближніх полях зі специфічним просторовим спектром. На прикладі плоско-киральних діафрагм в квадратному хвилеводі продемонстровано застосування цього принципу для побудови новітніх мікрохвильових пристроїв для обертання площини поляризації електромагнітної хвилі. Знайдений принцип дозволяє істотно (на порядки) зменшити поздовжні розміри подібних елементів, які широко використовуються в техніці надвисоких частот, та запропонувати нові типи метаматеріалів. Кириленко А.О., Дон Н.Г., Перов А.О.
НДР «Опромінювач»
Здійснено розробку основних структурних елементів трьохдіапазонного опромінювача дзеркальної антени радіотелескопу. Серед них: пластинчаті поляризатори Ка діапазону з вихідним круглим хвилеводом, фазозсувники Х-діапазону у коаксіальному хвилеводі, кутники, повороти, та інше. Окремо спроектовано комплект з п’яти пластинчатих поляризаторів і гофрованих рупорів для створення вимірювального обладнання для тестування опромінювача в п’яти частотних під діапазонах. Кириленко А.О., Стешенко С.О., Перов А.О., Рудь Л.А.
НДР «ГЛОЕС» (на замовлення Державного комітету України з питань науки, інновацій та інформатизації, як частина проекту «Дніпро» з Францією)
Предметом дослідження були методи і алгоритми глобальної оптимізації, а саме: генетичний алгоритм (ГА) та алгоритм на базі методу рою частинок (МРЧ), що є найбільш популярними інструментами електромагнітного синтезу. Крім побудови та випробування таких алгоритмів в реальних практичних проблемах була розроблена методика адаптації параметрів алгоритмів з метою забезпечення оптимального розподілу зусиль по глобальному і локальному пошуку. Запропоновано декілька схем кодування фізичних параметрів задач для зменшення її розмірності і обчислювальної складності. Вивчено можливості комбінування різних глобальних та локальних алгоритмів для ведення пошуку в різних умовах (типу цільової функції, типу змінних і т.д.). Розроблено гібридний алгоритм на базі ГА, здатний до оптимізації функцій з багатьма локальними екстремумами. Борискін А.В.., Галан О.Ю., Приколотін С.А.
2013
НДР «БУКСИР-4»
Систему моделювання MWD 2, яка є заснованою на чисельно-аналітичних методах, суттєво доповнено пакетом алгоритмів розрахунку спектрів мод хвилеводів з кусково-координатним перетином та їх сполук в єдиній циліндричній системі координат. С.О. Стешенко, С.А. Приколотін, А.О. Кириленко, Л.А. Рудь, С.Л. Сенкевич, Д.Ю. Кулик
Знайдено нові (діедральні) власні коливання відкритих хвилеводних резонаторів типу D4 (2), які відповідають за обертання площини поляризації плоских або хвилеводних хвиль плоско-киральними структурами (композитні діафрагми або двовимірні решітки). Їх існування засновано на ближніх полях, що дало змогу запропонувати та реалізувати експериментально (на НВЧ) новий обертач площини поляризації зі значним (на порядок) зниженням його поздовжніх розмірів порівняно з існуючими зразками. Результат має окреме значення в якості обґрунтування загального принципу створення метаматеріалів з гігантською оптичною активністю. Н.Г. Колмакова, С.А. Приколотін, А.О. Перов, А.О. Кириленко, В.М. Деркач
Запропоновано оригінальну конструкцію відбиваючої хвилеводної комірки синглетного типу, що забезпечує одночасно проходження сигналу на одній заданій частоті і повне запирання хвилеводного тракту на іншій заданій частоті. Вона являє собою відрізок прямокутного хвилеводу з парою різновисоких металевих стрижнів, встановлених у поперечному перерізі хвилеводу. А.О. Кириленко, Л.П. Мосьпан
У межах НДДКР «Опромінювач», («Розробка охолоджуючого тридіапазонного антенного опромінювача з поділом кругової поляризації», Договір № К 20/12 укладено з ПАТ “Науково-виробниче підприємство” Сатурн “м.. Київ (II Етап)).
Спроектовано тридіапазонний (дм, см, мм діапазону) коаксіальний випромінювач для радіотелескопів міжнародного проекту VLBI2010 (радіоінтерферометри з наддовгою базою). С.О. Стешенко, А.О. Перов, С.А. Приколотін, А.О.Кириленко, Л.А.Рудь, Д.Ю. Кулик
2014
НДР «БУКСИР-4»
Виявлено зони зближення власних частот діедральних коливань, які формуються поблизу сполучених киральних метаповерхонь, що забезпечує можливість поширення смуги «оптичної активності». У задачах збудження та розсіювання це породжує 5-10% смуги прозорості з поворотом площини поляризації на довільний кут. А.О. Кириленко, А.О. Перов, Н.Г. Колмакова (Дон)
Встановлено реальну можливість обертання площини поляризації на фіксований кут, вузлами на основі двох- та чотирьохелементних киральних діафрагм, що забезпечують узгодження в смузі частот, контроль за положенням центральної частоти і високу стабільність величини кута повороту в смузі частот. Д.Ю. Кулик, А.О. Кириленко
Реалізовано алгоритми перерахунку S-матриць плоских з’єднань хвилеводів і S-матриць каналів Флоке при обертанні системи координат по S-матриці базового з’єднання, що прискорюють обчислення в декілька разів. А.О. Перов, С.Л. Сенкевич
Створено алгоритми знаходження власних мод хвилеводів з координатними межами в циліндричній системі координат при наявності площинної симетрії. Їх реалізація в рамках системи електродинамічного моделювання MWD-3 значно підвищила ефективність обчислень. С.О. Стешенко, С.А. Приколотін
Розпочато роботи по реалізації системи MWD-4, що розширює коло застосування чисельно-аналітичних алгоритмів на тракти с частковим діелектричним заповненням. С.О. Стешенко, С.А. Приколотин
Спектральну теорію відкритих хвилеводних резонаторів застосовано до дослідження резонансних властивостей поперечно-стрижневих хвилеводних секцій. Виявлено фізичні механізми формування резонансів повного відбиття, показано, що оцінка їх кількісних показників є на порядок кращою, ніж у загальновідомих. Методах. Л.П.Мосьпан
У рамках конкурсної НДР «Багаточастотний опромінювач дзеркальної антени для кріогенних прийомних фокальних блоків (КПФБ) радіотелескопів VLBI2010-мережі нового покоління: синтез, проектування, експеримент» згідно «Цільової комплексної програми НАН України з наукових космічних досліджень на 2012-2016 рр» (В33) (Шифр КОСМОС. К.):
- визначено конкретну геометричну конфігурацію S / X / Ka опромінювача у складі КПФБ. (В.М. Скресанов, А.О. Кириленко);
- підготовлені, чисельно реалізовані та верифіковані необхідні програми обчислення структурних елементів тридіапазонної (S / X / Ka) антени, що є необхідними для її багатокрокової оптимізації: спочатку в окремих діапазонах, а потім, і у всіх діапазонах одночасно (С.О. Стешенко, А.О. Перов, С.А. Приколотін);
- аналітично сформовані і чисельно реалізовані алгоритми пошуку повнохвильових базисів двошарових хвилеводів для розрахунку співвісних з’єднань круглих і коаксіальних порожніх і двошарових хвилеводів, які будуть використані при дослідженні і проектуванні коаксіальних антен з діелектричною лінзою (С.О. Стешенко, А.О. Перов, С.А. Приколотін).
2015
НДР «БУКСИР-4»
Дано аналітичне пояснення явищу «оптичної активності» в метаматеріальних структурах на основі сполучених хвилеводних діафрагм або періодичних екранів. Для цього застосовано теорія груп і спектральна теорія, які дозволили пов’язати режими повного перетворення падаючої хвилі з порушенням особливого класу діедральних власних коливань, обумовлених просторовою симетрією розглянутих структур (Перов А.О., Кириленко А.А.)
На прикладі пари сполучених екранів знайдено теоретично і підтверджено експериментально спільну прояву двох властивостей метаматеріалів: “extraordinary transmission” і “optical activity” (Перов А.О., Кириленко А.А. Деркач В.М.)
Доведено, що прорізання додаткових центральних отворів у композитній двошаровій чотирьох щілинній діафрагмі – обертачеві площини поляризації, дозволяє дозувати співвідношення кополярізованної та крос-поляризованої компонент електромагнітного поля в смузі пропускання. Це значно покращує характеристики узгодження і / або зменшує частотну дисперсію кута повороту площини поляризації (Кулик Д.Ю.)
Розроблено, реалізовано та верифіковано алгоритм розрахунку площинного зчленування круглого хвилеводу, яка охоплює довільний хвилевід з координатними межами в декартовій системі координат. (Стешенко С.А., Приколотін С.А. Кириленко А.А.)
Розроблено алгоритм пошуку власних мод круглого двошарового хвилеводу, що дозволяє використовувати однакове уявлення мод у всьому діапазоні поперечних хвильових чисел. Розроблено, реалізовано та верифіковано алгоритми розрахунку площинного зчленування такого хвилеводу з круглим, коаксіальним і іншим круглим двошаровим хвилеводами (Стешенко С.А., Приколотін С.А.)
Складено повний спектральний портрет хвилеводних діафрагм на прямокутних штирях різної симетрії і топології, яка пояснювала б всі особливості АЧХ. (Мосьпан Л.П.)
Досліджено повний спектр власних хвиль періодичної гребінки при різних співвідношеннях розмірів і довжини хвилі. На цій основі встановлено взаємозв’язок між діаграмою спрямованості розкриття хвилеводу з кінцевим гофрованим фланцем і модами періодичної гребінки. Досліджено і описано режими роботи такої антени. (Стешенко С.А., Борискин А.В, Кириленко А.А.)
2016
НДР «СТАРТ-4»
НДР «БУКСИР-3»
Знайдено та експериментально підтверджено у мікрохвилевому діапазоні явище сумісного прояву проходження електромагнітних хвиль крізь ґратку з позамежними отворами, що супроводжується одночасним поворотом площини поляризації, до ортогональної включно (А.Кириленко, В.Деркач, А.Перов)
Запропоновано конструкції діедральних комірок, що дозволяють обертати площину поляризації на довільні кути, та що мають задовільні характеристики коефіцієнта відбиття у заданій смузі частот (А.Кириленко, Д.Кулик)
На прикладі прямокутної хвилеводної секції із стрижнями досліджено можливість формування формування складної квазі-елептичної характеристики завдяки залученню у процес електромагнітної взаємодії вищих мод (Л.П.Мосьпан).
2017
НДР «СТАРТ-4»
Cформульовано крайові задачі, що описують поширення і розсіяння хвиль різної поляризації в двовимірно-періодичних ґратках з урахуванням точних граничних умов на ідеально-провідних елементах і умов квазіперіодичності на границях комірки. Розроблено алгоритми для автоматизованого розбиття області елементарної комірки двовимірно-періодичної ґратки, що складається з металевих елементів, на часткові області. Кожна часткова область дозволяє здійснити розділення змінних в крайових задачах, що описують поширення і розсіяння хвиль на ґратках типу, що розглядається. Алгоритми реалізовано в системі моделювання MWD. Результати дозволяють проводити електродинамічний аналіз як поодиноких ґраток із складною структурою періоду, так і складних багатошарових ґраток, із діелектричним заповненням включно. Проведено дослідження поляризаційних залежностей системи перфорованих екранів в залежності від компонування періодичної комірки і взаємного розташування екранів. Проведено теоретичне та експериментальне дослідження трансформації електромагнітних полів у обертачах та перетворювачах площини поляризації із складною формою перерізу. Досліджено структуру полів власних коливань у відповідних резонаторах і встановлено їх відповідність резонансним явищам. Досліджувані пристрої є оригінальними і можуть знайти широке застосування в кутових і частотно-селективних вузлах антенно-хвилевідної техніки в широкому діапазоні частот, аж до субтерагерцового. (А.О.Кириленко, Д.Ю.Кулик, Л.П.Мосьпан, А.О.Перов, С.О. Стешенко).
Найбільш значущим результатом, отриманим протягом звітнього періоду, є строге розв’язання задачі розсіювання хвилі, що падає на напівнескінченну періодичну ґратки, та розв’язок задачу розсіювання плоскої хвилі на напівскінченній системі з стрічкових решіток. Отриманий результат робить можливим моделювання складних ґраток та хвилеводних пристроів з надвисоким порядком периоду, має світовий науковий рівень значимості і не має аналогів. (С.О. Стешенко)
НДР «Ветка» керівник О. М.Кулешов. ІРЕ НАН України
У рамках проекту проведено розробку ефективного алгоритму для розрахунку складної тривимірної електродинамічної системи клинотрону, що є затребуваним у мм та терагерцового частотних діапазонах джерелом живлення Електродинамічна система клинотрону є складним поєднанням низки хвилеводних вузлів, зокрема трійникових з’єднань з відвідним хвилеводним трактом нерегулярного перетину та тривимірною гребінкою. Здійснено компонування програмних модулів в систему електромагнітного моделювання резонаторів клинотрону. Результатом є можливість проведення фундаментальних досліджень, зокрема моделювання енергетичних характеристик клинотрону у «гарячому» (з електронним пучком) режимі та оптимізації його електродинамічної системи для підвищення вихідних характеристик. (С.О.Стешенко, Л.П.Мосьпан)
НДР (ВЧ ОТР-II) Керівник Г.І.Хлопов. ІРЕ НАН України
У рамках проекту виконано чисельне моделювання частотно-селективного екрана для зменшення відбиваності датчика зовнішньої інформації в низькочастотній частині мікрохвильового діапазону та зменшення втрат у міліметровому діапазоні, проведено моделювання хвильового диплексера міліметрового діапазону для забезпечення спільної роботи активного та пасивного каналів датчика зовнішньої інформації на загальну антенну. Розрахунки виконано за допомогою програмного комплексу MWD, який є розробкою відділу (зараз лабораторії) обчислювальної електродинаміки. Алгоритми, якими доповнено систему моделювання MWD, дозволяють проводити чисельне моделювання та оптимізацію мікрохвильових пристроїв із завданими вихідними характеристиками. (А.О.Кириленко, Д.Ю.Кулик, Л.П.Мосьпан, С.О. Стешенко)