Том 28, № 1 (2025)
Статьи
Методика оценки частотных параметров сверхширокополосных сигналов с неизвестной формой спектра при наличии помех
Аннотация
Обоснование. Одной из актуальных задач обработки сверхширокополосных сигналов является оценка их частотных параметров в условиях сложной сигнально-помеховой обстановки. Цель. В работе выполняются синтез и анализ алгоритма совместной оценки центральной частоты и полосы частот сверхширокополосных сигналов, принимаемых на фоне гауссовских узкополосных помех и гауссовского белого шума. Методы. В ходе исследования используются вычислительный метод статистической радиофизики и метод математической статистики. Результаты. Найдена характеристика совместной оценки центральной частоты и полосы частот сверхширокополосных сигналов, включая значения смещений и рассеяний оценки. Установлено, что с увеличением интенсивности помех точность совместной оценки снижается. Заключение. Полученные результаты позволяют сделать обоснованный выбор необходимого алгоритма оценки частотных параметров сверхширокополосных сигналов в зависимости от требований, предъявляемых к точности оценок в условиях сложной сигнально-помеховой обстановки.



Методика определения и контроля нагрузочной способности интегральных микросхем
Аннотация
Обоснование. Актуальность темы данной работы обусловлена необходимостью повышения достоверности качества определения и контроля нагрузочной способности микросхем. Цель. Повышение точности и расширение функций контроля при определении нагрузочной способности микросхем. Методы. В статье рассмотрен вариант методики диагностического неразрушающего контроля микросхем. Она включает в себя модель, устройство контроля и алгоритм его функционирования. Использована известная модель, которая была адаптирована под конкретные задачи разработки и исследования. Предложенная методика позволяет находить наибольшее число входов логических элементов, которые можно подключить к выходу испытуемой микросхемы без ухудшения ее функциональных параметров. Входящее в состав методики устройство может использоваться как самостоятельно, так и в системе измерительного комплекса совместно с другим оборудованием. Функционирование в трех основных режимах обеспечивается путем программирования микроконтроллера. Программа была написана на языке С++. Предложенный алгоритм обеспечивает работу устройства контроля в режимах дихотонии, последовательном и ручном. Выполняет функции выбора начального и максимального значения нагрузочных элементов, уровня сигнала, по которому определяется нагрузочная способность. Результаты. Получены значения нагрузочной способности для трех типов микросхем. Определены показатели точности и достоверности контроля. Использование элементной базы фирм Microchip и MAXIM позволило на 30 % повысить точность измерения. На основе проведенных исследовательских испытаний и макетирования устройства оценены возможности устройства в различных режимах работы. Заключение. Тестирование методики на ряде образцов показало ее высокую эффективность. После доработки конструкции устройства была подготовлена инструкция по его эксплуатации.



Пленарные доклады XXI Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов»
Расчет оптимальных значений весовых коэффициентов для компенсации взаимного влияния элементов антенных решеток
Аннотация
Обоснование. Антенные решетки широко используются в разнообразных современных радиотехнических системах беспроводной связи и радиолокации. Проявляющееся при практической реализации явление взаимного влияния антенных элементов может вносить заметные искажения в одну из важнейших характеристик антенной решетки – ее диаграмму направленности, к которой в отдельных задачах предъявляются весьма строгие требования. Ввиду этого ясной становится актуальность вопроса о методах, позволяющих добиться наиболее точного контроля диаграмм направленности. Цель. Исследование возможности компенсации взаимного влияния антенных элементов за счет корректировки весовых коэффициентов на входе антенной решетки, вывод расчетных соотношений для преобразования входных сигналов, оценка показателей эффективности уменьшения искажений характеристик направленности, обеспеченного применением предлагаемого подхода. Методы. Основные теоретические соотношения были выведены с помощью математического аппарата, позволяющего применять методы линейной алгебры к описанию взаимного влияния антенных элементов. Исследование рассмотренных в качестве примера антенных решеток на основе полуволновых диполей осуществлялось с использованием электродинамического моделирования. Получение количественных оценок эффектов взаимного влияния и их компенсации, а также верификация разработанной математической модели проводились численными методами. Результаты. На основе анализа матричных уравнений, описывающих взаимное влияние антенных элементов, установлена возможность выполнения преобразования входных сигналов, обеспечивающего восстановление характеристик диаграмм направленности в результате интерференции излученных электромагнитных волн. Выведены основные математические соотношения, необходимые для осуществления указанной процедуры, рассмотрены конкретные примеры и получены численные характеристики точности предложенного подхода. Заключение. Разработанная методика позволяет находить явный вид корректирующего линейного преобразования входных сигналов для произвольной антенной решетки. При этом использование рассчитанной таким образом матрицы корректировки предоставляет возможность не только существенного уменьшения вызванных взаимным влиянием антенных элементов искажений самих диаграмм направленности, но и компенсации нежелательных изменений такой характеристики, как направление главного луча антенной решетки.



Решение электромагнитной обратной задачи восстановления неоднородности в диэлектрическом теле двухшаговым методом по измерениям ближнего поля
Аннотация
Обоснование. Обратные электромагнитные задачи восстановления неоднородности в диэлектрическом теле по измерениям поля в ближней зоне возникают, например, при ранней диагностике рака молочной железы методом СВЧ-томографии. Решение таких обратных задач является основой для разработки технологии обнаружения неоднородностей с помощью СВЧ-устройств. От точности решения обратной задачи зависит эффективность соответствующей технологии. Поэтому разработка новых, более точных, методов решения обратной задачи СВЧ-томографии весьма актуальна. Цель. Работа посвящена разработке метода решения электромагнитной обратной задачи СВЧ-томографии по измерениям ближнего поля, то есть восстановления структуры неоднородного диэлектрического тела по значениям электромагнитного поля вне этого тела с помощью измерительной установки. Методы. Для решения обратной задачи используется двухшаговый метод определения неоднородности тела, заключающийся в нахождении сначала функции тока внутри тела, а затем в вычислении функции диэлектрической проницаемости. Метод не является итерационным и не требует знания «хорошего» начального приближения. Результаты. Применен двухшаговый метод решения для обратной задачи СВЧ-томографии. Представлены численные результаты. Рассмотрены неоднородные тела в форме полушара. Приведены экспериментальные результаты. Заключение. Показана эффективность предложенной технологии обнаружения неоднородностей в диэлектрическом теле методом СВЧ-томографии. Приведены результаты расчетов и экспериментальные данные.



Методы проектирования полосовых фильтров на связанных коаксиальных резонаторах
Аннотация
Обоснование. Сверхвысокочастотные полосно-пропускающие фильтры находят широкое применение в различных радиотехнических устройствах. Особое место среди СВЧ полосно-пропускающих фильтров занимают фильтры, входящие в состав мультиплексоров, в частности диплексеров, используемых в системах сотовой связи. В системах мобильной связи широко задействованы конструкции фильтров и диплексеров на коаксиальных резонаторах. Фильтры на коаксиальных резонаторах имеют достаточно хорошо отработанную конструкцию и могут применяться для широкополосных систем. Цель. В настоящее время продолжается совершенствование конструкций фильтров и диплексеров на коаксиальных резонаторах с точки зрения совершенствования технологии изготовления и сборки. Методы. Метод эквивалентных схем, матрицы связи. Результаты. Рассмотрены принципы построения фильтров на связанных коаксиальных резонаторах. Проанализированы способы получения заданной формы амплитудно-частотной характеристики фильтра. Заключение. Рассмотрен метод для проектирования передаточных функций и синтеза прототипов фильтрующих цепей с чебышевскими характеристиками.



Антенно-фидерные системы КВЧ-радиоинтерферометров
Аннотация
Обоснование. Развитие микроволнового метода исследования ударно-волновых и детонационных процессов с применением радиоинтерферометров требует разработки антенно-фидерных систем с учетом специфики газодинамических экспериментов. Цель. Проектирование антенно-фидерных систем радиоинтерферометров миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, разработка вариантов построения фидерных линий и зондирующих устройств. Методы. Приводятся результаты численного моделирования в CST MWS, теоретических расчетов и экспериментальных исследований антенно-фидерных систем радиоинтерферометров, подверждающие эффективность предложенных технических решений. Результаты. Приведены требования к антенно-фидерной системе как составной части радиоинтерферометра. Обоснованы преимущества диэлектрических излучателей, предложены диэлектрические излучатели планарного типа. Показаны малогабаритные антенно-фидерные системы с диэлектрическими вставками, нашедшие свое применение в задачах зондирования в замкнутых объемах. С целью снижения потерь в фидерной линии и построения линий длиной до нескольких метров исследованы антенно-фидерные системы на прямоугольных сверхразмерных металлических волноводах, в том числе предложены пирамидальные рупорные переходы со стандартного сечения волновода на сверхразмерное сечение, комбинированная фидерная линия с использованием гибкого диэлектрического волновода для связи волновода стандартного и сверхразмерного сечения. Рассмотрена квазиоптическая двухзеркальная антенна, обладающая высоким пространственным разрешением и минимальными потерями. Заключение. В статье показаны преимущества микроволнового метода диагностики, представлены различные способы и схемы построения фидерных линий и обосновано применение типов зондирующих устройств (излучателей) в зависимости от решаемой задачи и диапазона рабочих частот.



Вычислительно эффективное решение по нахождению плотности тока на освещенной и теневой сторонах бесконечно тонкого круглого диска
Аннотация
Обоснование. Статья посвящена разработке вычислительно эффективного численного решения задачи дифракции на бесконечно тонком идеально проводящем круглом диске. Основное внимание уделяется вопросу нахождения распределения поверхностной плотности тока с каждой стороны диска в отдельности, который остался нераскрытым в других известных исследованиях. Цель настоящей статьи состоит в устранении указанного недостатка путем формирования вычислительно эффективного алгоритмического решения, основанного на методе моментов и позволяющего численно задавать гладкую аппроксимацию поверхностной плотности тока на освещенной и теневой сторонах бесконечно тонкого идеально проводящего круглого диска. Методы. Решение формируется методом Галеркина при определении искомой аппроксимации поверхностной плотности тока на диске. Основу решения составляет формирование гладкой векторной функции, заданной суммой глобальных относительно диска безвихревых и вихревых базисных функций. Соответствующие базисные функции формируются из предложенных в статье модификаций функций Бесселя первого рода и многочленов Цернике. Результаты. Работоспособность предложенного решения проверена на тестовых примерах для диска при различных отношениях диаметра к длине волны. Сравнение произведено с решением аналогичной задачи в САПР Ansoft HFSS. Заключение. Полученные результаты позволяют сделать вывод о предпочтительности предложенного решения и являются основой для дальнейшего обобщения результатов на более сложные геометрические структуры при применении метода конформных отображений.



Отражение и прохождение циркулярно-поляризованного света для слоистой периодической системы с распределенными дефектами
Аннотация
Обоснование. Периодические слоистые системы формируют одномерные фотонные кристаллы, которые обладают многими свойствами обычных кристаллов. Особый интерес представляют оптические свойства таких структур, которые привлекают внимание исследователей и инженеров перспективой практических применений. Цель. В работе приводятся результаты расчета частотных и угловых спектров отражения и прохождения света для периодической структуры со сложными внедренными дефектами. Методы. С помощью метода характеристических матриц проводится расчет энергетических коэффициентов отражения и прохождения для такой структуры с использованием циркулярно-поляризованного света. Проводится анализ эллипсометрических параметров отраженного и прошедшего излучения. Результаты. В работе показано, что при наклонном падении света на исследуемую периодическую структуру с дефектом приводит к большому разнообразию угловых и частотных спектров отражения и прохождения, что позволяет применять данную структуру для селективного отражения, а также для устройств, изменяющих характер поляризации падающего излучения. Заключение. Использование циркулярно-поляризованного излучения при его отражении и прохождении для периодических сред со сложными распределенными дефектами позволяет получить новые управляемые оптические устройства.



Линейные и плоские антенные решетки, сфокусированные по широкополосным сигналам в задачах радиосвязи, микроволновых технологий и неразрушающего контроля
Аннотация
Обоснование. Основные свойства и характеристики сфокусированных антенных систем, использующих узкополосные сигналы известны и в целом совпадают со свойствами широкополосных дискретных антенн с симметричным спектром. Использование широкополосных сигналов позволяет расширить технические возможности устройств, использующих сфокусированные электромагнитные поля. Настоящая статья посвящена оценке свойств широкополосных сфокусированных полей, сформированных сигналами как со сплошным, так и с дискретным спектром, показана возможность создания специальных пространственных распределений сфокусированных полей. Предложен подход к синтезу широкополосных сфокусированных антенных решеток Выработан ряд технических приложений антенных решеток, сфокусированных в зоне ближнего излученного поля по широкополосному сигналу. Цель настоящей статьи заключается в описании основных свойств сфокусированных широкополосных электромагнитных полей, показании возможности формирования специальных сфокусированных пространственных распределений и выработке на их основе вариантов практического применения. Методы. Достижение цели статьи обусловлено использованием известных принципов электродинамики и апертурной теории антенн. Результаты. Показаны особенности формирования сфокусированных широкополосных электромагнитных полей, и приведены их основные свойства. Предложены варианты технического применения сфокусированных широкополосных антенных решеток. Заключение. Полученные результаты подтверждают важность оценки свойств широкополосных сфокусированных антенн и выработки на их основе ряда технических предложений.


