Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск

Научно-практический рецензируемый журнал
Журнал «Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника» публикует результаты научных исследований преподавателей, сотрудников, докторантов, аспирантов и студентов высших учебных заведений, а также научно-исследовательских организаций России и зарубежных стран. Журнал ориентирован на публикацию материалов, соответствующих области радиоэлектроники и смежных областей.

Журнал входит в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук, в соответствии с требованиями Минобрнауки России.
С целью обеспечения содержания высокого уровня статей, они издаются только после рецензирования и редакторской доработки в соответствии с принципами редакционной этики.

Журнал ориентирован на специалистов, работающих в областях, соответствующих тематическим направлениям журнала. 

Русскоязычные статьи переводятся на английский язык.

Индекс по каталогу АО «Почта России» -«Подписные издания»  П4296

Текущий выпуск

Том 26, № 3 (2023)
Скачать выпуск PDF

ЭЛЕКТРОНИКА СВЧ 

6-31 131
Аннотация

Введение. К характеристикам твердотельных СВЧ-переключателей предъявляются различные требования в зависимости от приложения и решаемых технических задач. Естественно, не существует универсального решения, удовлетворяющего сразу всем требованиям. Стремление к совершенствованию параметров переключателей привело к появлению устройств, изготовленных по различным технологиям. Для понимания тенденций развития техники переключателей важно рассмотреть технологии и возможности полупроводниковых приборов, являющихся основой схем переключателей.
Цель работы. Обзор типов транзисторов, используемых в твердотельных переключателях.
Материалы и методы. В основе поиска и подбора литературы для обзора лежит хронологический принцип. Глубина поиска для рассмотрения параметров конечных компонентов не более 10 лет, для рассмотрения технологий и структурных решений – более 10 лет, ввиду желания проследить историю развития и подходы к созданию полупроводниковых устройств, которые привели к возникновению современной компонентной базы. Конечный массив источников сформирован из научных публикаций, содержащих фактографическую информацию, представленную в обзоре, или дополняющих ее.
Результаты. Рассмотрены типы, структуры, материалы, характеристики и технологии изготовления транзисторов, используемых в переключателях. Представлены достижимые параметры переключателей, построенных на рассмотренных приборах.
Заключение. Выбор того или иного типа транзистора для переключателей зависит от требований, предъявляемых к параметрам и эксплуатационным характеристикам конечного устройства. На данный момент среди транзисторных решений для переключателей доминируют полевые транзисторы (ПТ) различных типов: GaAs- и GaN-транзисторы с повышенной подвижностью электронов (High Electron Mobility Transistor – HEMT), а также Si КМОП ПТ, реализованные как по стандартной, так и по технологиям "кремний на изоляторе" и "кремний на сапфире". Анализ литературы показал возможные перспективы развития технологии БиКМОП биполярных транзисторов с гетеропереходом.

111-121 95
Аннотация

Введение. Сегнетоэлектрические пленки находят широкое применение в микроэлектронике, технике СВЧ,  сенсорике и в устройствах преобразования энергии на основе электрокалорического и пироэлектрического эффектов. В зависимости от области применения к сегнетоэлектрическим структурам могут предъявляться различные требования, такие, как высокие значения диэлектрической проницаемости и добротности, температурная стабильность, или же, наоборот, используется температурная нестабильность пироэлектрического коэффициента для построения высокочувствительных элементов микросенсорики. Одним из способов получения сегнетоэлектрических сред, обладающих требуемыми свойствами в заданном температурном диапазоне, является создание слоистых пленочных структур, состоящих из нескольких различных сегнетоэлектрических материалов.
Цель работы. Разработка математической модели, позволяющей рассчитывать такие электрофизические свойства многослойных пленочных сегнетоэлектрических структур, как низкочастотная диэлектрическая проницаемость, электрическая поляризация и электрокалорический эффект, при учете соотношения толщин и порядка чередования слоев, а также механических напряжений, возникающих на границах между элементами многослойной структуры.
Материалы и методы. На основе феноменологической теории сегнетоэлектричества Ландау–Гинзбурга–Девоншира разработана математическая модель, позволяющая усреднять электро- и теплофизические свойства слоев с учетом механических напряжений на границах слоев, что обеспечивает реалистичное количественное описание многослойных пленочных сегнетоэлектрических структур.
Результаты. Представлено описание температурного и полевого поведения низкочастотной диэлектрической проницаемости, поляризации и электрокалорического эффекта для структуры, состоящей из чередующихся поликристаллических слоев двух сегнетоэлектрических материалов, при толщинах отдельных слоев более 100 нм с учетом нормального распределения размеров зерен в отдельных слоях.
Заключение. Показано влияние соотношения толщин слоев, среднего размера зерна и порядка чередования слоев на электрофизические и теплофизические свойства многослойных сегнетоэлектрических структур. Разработанная модель может быть использована для подбора оптимальных параметров многослойных структур в соответствии с их назначением.

ТЕЛЕВИДЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ 

32-47 127
Аннотация

Введение. Непараметрические байесовские сети представляют собой перспективный инструмент для анализа, визуализации, интерпретации и прогнозирования структурных и динамических характеристик сложных систем. Современные междисциплинарные исследования подразумевают комплексную обработку разнородных данных, получаемых с помощью датчиков различной физической природы. При исследовании лесного фонда широко применяются методы как непосредственных дендрологических измерений, так и дистанционного наблюдения с использованием беспилотных летательных аппаратов. Информацию, полученную с помощью этих методов, необходимо анализировать во взаимосвязи с данными гидрометеорологического мониторинга.
Цель работы. Исследование возможности автоматизации мониторинга благополучия лесного фонда на основе комплексирования данных наземных исследований, дистанционных мультиспектральных измерений и гидрометеорологических наблюдений с использованием математического аппарата непараметрических байесовских сетей.
Материалы и методы. Для оценки долговременной совместной динамики природно-климатических показателей и радиального прироста деревьев использован модифицированный метод мультимасштабного взаимного корреляционного анализа с удалением фонового тренда, описываемого моделью скользящего среднего. Взаимосвязи между различными показателями оценивались на основе безусловных и условных непараметрических коэффициентов корреляции Спирмена, которые использовались для реконструкции и параметризации непараметрической байесовской сети.
Результаты. Построена мультимасштабная непараметрическая байесовская сеть, характеризующая безусловные и условные статистические взаимосвязи между параметрами, полученными в результате дистанционного зондирования, гидроклиматических и дендрологических измерений. Предложенная модель показала хорошее качество прогнозирования состояния растительного фонда. Коэффициенты корреляции между наблюдаемыми и предсказываемыми показателями превышают значения 0.6, а при предсказании тренда прироста годичных колец деревьев коэффициент корреляции составляет 0.77.
Заключение. Предложенная непараметрическая байесовская сетевая модель отражает взаимосвязи между различными факторами, влияющими на лесную экосистему. Байесовская сеть может использоваться для оценки рисков и улучшения планирования экологического управления.

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫ 

48-57 79
Аннотация

Введение. Ввиду постоянно растущих требований к пропускной способности беспроводных систем связи все более востребованным становится применение перестраиваемых или коммутирующих устройств, выполненных на основе СВЧ-ключей. В настоящее время актуальным направлением является разработка СВЧ-ключей на основе нелинейных материалов, например диоксида ванадия. Ключи на основе данного материала имеют планарную конструкцию, которая вследствие своей простоты может быть широко востребована при создании СВЧ-устройств по гибридной технологии.
Цель работы. Исследование свойств тонких пленок диоксида ванадия и разработка конструкции СВЧ-ключа с электрическим переключением на их основе.
Материалы и методы. Экспериментальные образцы тонких пленок диоксида ванадия получены методом магнетронного распыления. Результаты экспериментального исследования параметров фазового перехода образцов материала были использованы при компьютерном моделировании планарной двухэлектродной структуры СВЧ-ключа методом конечных элементов.
Результаты. Изготовлены экспериментальные образцы пленок диоксида ванадия и исследованы зависимости их удельного сопротивления от температуры. Показано, что у полученных пленок изменение сопротивления достигает трех порядков. Разработана конструкция ключа на основе пленок диоксида ванадия. Проведено моделирование формирования токопроводящего канала в пленках диоксида ванадия при подаче управляющего напряжения. Получены оценки порогового напряжения элемента в зависимости от его конструктивных параметров.
Заключение. Использование экспериментальных данных как основы для компьютерного моделирования позволило определить пороговые значения токов, зависящих от топологии и конструкции СВЧ-ключа. Результаты моделирования структуры СВЧ-ключа показали, что сформированный токопроводящий канал имеет четко выраженные границы как по распределению плотности тока, так и по распределению температуры на поверхности пленки.

58-66 101
Аннотация

Введение. В настоящее время беспилотные летательные аппараты (БПЛА) находят все более широкое применение. Одной из задач развития БПЛА является создание активных антенных систем с возможностью установки узкого луча главного лепестка диаграммы направленности (ДН). Несмотря на то, что во многих исследованиях рассматривается создание специализированных антенных решеток с широким диапазоном углов сканирования, особенности расположения таких систем на БПЛА не изучались подробно. После разработки таких решеток для БПЛА возможно создание цепи ретрансляции с защищенным широкополосным каналом.
Цель работы. Разработка широкополосной антенной системы для БПЛА с возможностью установки главного лепестка ДН в любом направлении азимутальной плоскости для использования в задачах ретрансляции.
Материалы и методы. В рамках исследования разработана модель излучателя и кольцевой антенной решетки на его основе в пакете электромагнитного моделирования Ansys HFSS.
Результаты. Показаны частотные зависимости коэффициента направленного действия (КНД) и коэффициента усиления (КУ) для кольцевой антенной решетки, состоящей из 8 и 16 элементов, а также частотные зависимости коэффициента стоячей волны по напряжению и ДН, удовлетворяющие условиям ретрансляции в широкой полосе частот с использованием БПЛА. Представлены рекомендации по количеству активных элементов кольцевой решетки для обеспечения максимума КУ (КНД).
Заключение. Предложены конструктивные решения для использования антенных систем на БПЛА. В дальнейшем система может быть улучшена за счет оптимизации элементов антенной решетки и использования цилиндрической или полусферической решетки.

РАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯ 

67-76 63
Аннотация

Введение. Во многих задачах радиолокации и радионавигации существует проблема адекватного, т. е. соответствующего физике, явления в определенном диапазоне условий, моделирования радиосигнала, отраженного от шероховатой поверхности Земли. В настоящее время существует 4 категории математических моделей, каждая из которых соответствует определенной группе методов решения задачи рассеяния: методы, основанные на строгом решении электродинамических уравнений (методы конечных элементов, конечных разностей, моментов); приближенные методы решения электродинамических задач (методы малых возмущений и касательной плоскости, двухмасштабная модель); метод статистических эквивалентов; феноменологические модели. В 2 первых категориях электромагнитное поле вычисляется на сетке, шаг которой должен быть значительно меньше длины волны сигнала. Это делает моделирование рассеянного радиосигнала практически нереализуемым для двухмерных шероховатых поверхностей. Метод статистических эквивалентов основан на вычислении вероятностных характеристик рассеянного сигнала. Сложности, возникающие при этом, сужают возможности моделирования, поскольку без значительных упрощений невозможно получить замкнутые выражения для требуемых вероятностных характеристик. Кроме того, при аналитических вычислениях приходится ограничиться классом поверхностей с нормальным распределением высот шероховатости. Феноменологические модели позволяют выполнить качественный анализ рассеяния сигнала на шероховатой поверхности, но не учитывают физику процесса рассеяния.
Цель работы. Целью предлагаемой работы является создание простой и адекватной модели рассеянного двухмерной шероховатой поверхностью сигнала во временной области в приближении граничных условий по методу касательной плоскости (метод Кирхгофа), которая может быть реализована на современных вычислительных средствах.
Материалы и методы. Созданная модель рассеянного сигнала основана на его представлении в виде суммы сигналов, отраженных от стационарных точек поверхности – точек, для которых локально выполняется закон зеркального отражения падающей электромагнитной волны.
Результаты. Реализация модели сводится к определению положений стационарных точек на двухмерной шероховатой поверхности. Эта задача решается на современных компьютерах достаточно просто и не требует использования вычислений с комплексными числами. Оказывается, что количество стационарных точек даже при большой шероховатости поверхности редко оказывается больше двух. Этот факт в сочетании с простотой нахождения координат стационарных точек делает возможным применение модели в длинных сериях статистических испытаний.
Заключение. Предлагаемая модель проста в реализации и может быть использована для исследования точности пеленгаторов, работающих по низколетящим целям, высотомеров, корреляционных и доплеровских измерителей скорости и угла сноса.

77-89 109
Аннотация

Введение. В последние годы большое внимание уделяется разработке методов траекторной фильтрации для сопровождения маневрирующих целей. Общепризнанными методами фильтрации параметров траекторий маневрирующих целей являются многомодельные (Multiply-Model – ММ) алгоритмы. Традиционные ММалгоритмы имеют фиксированную структуру. Однако для высокоманевренных целей приходится использовать достаточно большой набор моделей, перекрывающий весь диапазон возможных маневров, при том что увеличение числа моделей не гарантирует повышение точности сопровождения. Для преодоления указанных проблем были предложены MM-алгоритмы с переменной структурой (Variable Structure MM – VSMM). В настоящей статье для сопровождения надводных целей, совершающих поворот с постоянной скоростью, предлагаются два алгоритма VSMM. Это алгоритмы с переменным набором моделей, использующие методы адаптивной сетки и переключения сетки.
Цель работы. Разработка адаптивного алгоритма траекторного сопровождения, использующего модель постоянного поворота для сопровождения надводных маневрирующих объектов.
Материалы и методы. Полученный алгоритм основан на теории сеточной адаптации в MM-методах оценивания и используется для оценки компонент векторов координат и скорости надводных маневрирующих целей. Эффективность алгоритма оценивалась с помощью компьютерного статистического моделирования в среде MATLAB.
Результаты. В статье построена структура адаптивного алгоритма VSMM. Проведено моделирование, демонстрирующее работоспособность алгоритма. В рассмотренных сценариях моделирования алгоритм дает эффективные оценки векторов координат и скорости надводных маневрирующих целей.
Заключение. Результаты моделирования показывают, что использование адаптивных алгоритмов существенно повышает эффективность сопровождения по сравнению с MM-алгоритмом с фиксированной структурой и при этом экономит вычислительные ресурсы.

90-98 73
Аннотация

Introduction. This paper presents a solution for threat assessment of air targets using the fuzzy logic inference method. The approach is based on the Sugeno fuzzy model, which has multiple inputs representing target trajectory parameters and a single output representing the target threat value. A set of IF–THEN fuzzy inference rules, utilizing the AND operator, is developed to assess the input information.
Aim. To develop and test an algorithm model to calculate the threat value of an air target for use in real-time automated command and control systems.
Materials and methods. An algorithm model was developed using a fuzzy model to calculate the threat value of a target. The model is presented in the form of a flowchart supported by a detailed stepwise implementation process. The accuracy of the proposed algorithm was evaluated using the available toolkit in MATLAB. Additionally, a BATE software testbed was developed to assess the applicability of the algorithm model in a real-time automated command and control system.
Results. The efficiency of the proposed fuzzy model was evaluated by its simulation and testing using MATLAB tools on a set of 10 target trajectories with different parameters. Additionally, the BATE software was utilized to test the model under various air defense scenarios. The proposed fuzzy model was found to be capable of efficiently computing the threat value of each target with respect to the protected object.
Conclusion. The proposed fuzzy model can be applied when developing tactical supporting software modules for real-time air defense command and control systems.

99-110 80
Аннотация

Введение. Традиционные контактные средства измерений гидрографических параметров зачастую не обеспечивают необходимую оперативность получаемых данных для решения задач мониторинга акваторий. Перспективным направлением является применение когерентных радаров, позволяющих непосредственно измерять скорости поверхностных течений.
Цель работы. Оценка достоверности результатов измерений приповерхностной скорости течения доплеровским радаром сравнением с данными дрифтеров.
Материалы и методы. В июне 2022 г. был проведен эксперимент по прибрежной оперативной океанографии в Черном море на акватории гидрофизического полигона "Геленджик" Южного отделения Института океанологии РАН с использованием доплеровского радара. Скорость течения измерялась когерентизированным навигационным радиолокатором сантиметрового диапазона с цифровой обработкой, установленным на научноисследовательском судне "Ашамба", одновременно с дрифтерными экспериментами с использованием лагранжевых дрифтеров приповерхностного слоя с подводным парусом высотой 0.5 м, с передачей координат по мобильной связи. Данные дрифтеров о скорости и направлении течения использовались для верификации радарных измерений. Измерения проводились с борта научно-исследовательского судна на малом ходу на различном расстоянии от берега, вблизи дрифтеров. В процессе измерений осуществлялась запись треков судна и дрифтеров. Обработка данных радиолокатора основана на исследовании спектральных характеристик отраженного сигнала, позволяющих оценивать динамические процессы на морской поверхности.
Результаты. По результатам обработки доплеровских спектров были получены радиальные составляющие скорости приповерхностных течений, далее было выполнено сопоставление скорости течений по данным дрифтеров и данным радиолокации.
Заключение. Настоящая работа является определенным шагом в усовершенствовании методов измерений поверхностных течений с борта движущегося судна доплеровским радаром. Результаты верификации подтверждают пригодность аппаратно-программной части радара и алгоритмов обработки сигнала для измерения течений. Данные радиолокационных измерений хорошо согласуются с данными дрифтеров в диапазоне скоростей от 15 см/с.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКИХ, ОПТИЧЕСКИХ И РАДИОВОЛН 

122-135 57
Аннотация

Введение. В настоящее время активно развиваются технологии, связанные с использованием атмосферной плазмы с низкой газовой температурой. При создании новых источников низкотемпературной плазмы для конкретных приложений возникает необходимость в измерении динамических процессов в нестационарных разрядах с высоким временным разрешением. Одной из наиболее важных характеристик плазмы является концентрация электронов, которая для плазмы атмосферного давления с низкой температурой газа может быть очень небольшой. Однако доступные в настоящее время методы диагностики газоразрядной плазмы либо обладают недостаточной чувствительностью, либо не позволяют отслеживать динамические процессы в нестационарных разрядах. В этой связи представляет интерес разработка новых средств, позволяющих проводить диагностику атмосферной низкотемпературной плазмы.
Цель работы. Разработка метода диагностики атмосферной плазмы с низкой температурой газа и низкой электронной концентрацией в цилиндрическом СВЧ-резонаторе.
Материалы и методы. Предлагаемый метод диагностики основан на известном способе измерения сдвига частоты и добротности собственных мод СВЧ-резонатора, внутри которого находится исследуемая плазма.
Результаты. Выполнена диагностика атмосферных плазменных струй барьерного разряда в потоке гелия и аргона в цилиндрическом СВЧ-резонаторе. Предложенная геометрия позволила существенно увеличить чувствительность измерений. Удалось исключить влияние эффекта поляризационного вырождения мод в круглом цилиндрическом резонаторе. Разработанная система была также апробирована на тестовых объектах с известным значением диэлектрической проницаемости.
Заключение. Разработан метод СВЧ-диагностики стационарных и нестационарных холодных атмосферных плазменных струй в цилиндрическом резонаторе, внутри которого установлены передающая и приемная антенны, а также ортогональный тонкий проводник, обеспечивающий подавление нежелательных мод.

ОТ РЕДАКЦИИ 

Объявления

2021-10-05

Антенны и распространение радиоволн 2021

Всероссийская научно-техническая конференция «Антенны и распространение радиоволн 2021» (АРР'21) проводится 24-26 ноября 2021 г. в рамках Санкт-Петербургской Антенной Недели 2021 совместно с Международной конференцией «Antenna Design and Measurement International Conference 2021» (ADMInC'21) в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) (СПбГЭТУ «ЛЭТИ»). Мероприятие предоставляет специалистам в области антенной техники, электродинамики, измерений антенных систем и распространения радиоволн широкие возможности для представления новых научных результатов, обмена опытом и установления деловых контактов.

Труды конференции на русском языке будут опубликованы в электронном виде и распространены в день открытия конференции.

Доклады размещаются в коллекции Научной электронной библиотеки e-library.ru и индексируются библиографической базой данных научных публикаций российских ученых РИНЦ.

Планируется поддержка Международного института инженеров электротехники и электроники IEEE (англ. Institute of Electrical and Electronic Engineers). По итогам рецензирования англоязычные доклады, подготовленные авторами - членами IEEE, будут переданы для размещения в электронную библиотеку IEEE Xplore для последующей индексации Scopus.

Еще объявления...


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.