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 зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (ПИ № ФС77-74297 от 09.11.2018 г.)
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 «Пресса России» 45818

Текущий выпуск

Том 23, № 1 (2020)
Скачать выпуск PDF

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫ

6-17 105
Аннотация

Введение. Современные антенные устройства содержат большое число повторяющихся элементов. При построении моделей таких устройств в системах автоматизированного проектирования (САПР) требуется многократное выполнение одинаковых операций, что может стать рутинной задачей для разработчика. В связи с этим актуальной становится задача автоматизации выполнения этих одинаковых операций при построении моделей антенн с периодическими структурами.

Цель работы. Демонстрация автоматизации построения моделей антенн с периодическими структурами в САПР Ansys HFSS на примере волноводно-щелевых антенных решеток.

Материалы и методы. Для расчета конструктивных параметров антенной решетки использован энергетический метод, а для реализации процесса автоматизации проектирования волноводно-щелевых антенн в САПР Ansys HFSS разработаны макросы на языке Visual Basic Scripting Edition.

Результаты. Для работы с моделями волноводно-щелевых антенн в САПР Ansys HFSS разработаны четыре макроса на языке VBScript: "вырезание" в автоматическом режиме поочередно продольных щелей на широкой стенке прямоугольного волновода по заданным координатам; удаление исходных щелей, созданных с помощью предыдущего макроса; построение ломаной линии, проходящей через центры щелей, с целью контроля реализованного распределения ближнего поля антенны; "вырезание" встречно-наклонных щелей на узкой стенке прямоугольного волновода по заданным координатам. Приведены результаты использования разработанных макросов.

Заключение. Применение разработанных макросов позволяет автоматизировать рутинные операции по созданию и удалению однотипных объектов при создании модели антенны с периодическими структурами в САПР Ansys HFSS. Подробно описанные процедуры создания макросов могут быть распространены на широкий класс задач по исследованию характеристик конструкций, включающих в себя повторяющиеся объекты, такие как фазированные антенные решетки, отражательные решетки, волноводнощелевые антенны, фрактальные антенны, логопериодические антенны, многослойные линзовые антенны, многозвенные СВЧ-фильтры.

РАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯ

18-29 69
Аннотация

Введение. Для повышения достоверности выходной информации систем радиолокации и радионавигации нередко требуется локализация узлов с ошибками в режиме реального времени. Один из самых эффективных способов решения задачи локализации состоит во введении в состав систем средств функционального диагностирования. Однако для систем, имеющих большое количество функциональных узлов, на применение этого способа накладываются ограничения: сложность решения диагностической задачи и необходимость сокращения введенной аппаратной избыточности. Пути редукции этих ограничений при решении задачи локализации в упомянутых системах исследованы в настоящей статье.

Цель работы. Разработка метода синтеза средств функционального диагностирования, решающего задачу локализации ошибок систем радиолокации и радионавигации и позволяющего снизить вычислительную трудоемкость и уменьшить аппаратные затраты.

Материалы и методы. В качестве математических моделей систем приняты сети из цифровых автоматов состояний. Представлен анализ математического описания сети из цифровых автоматов состояний, а также средств функционального диагностирования каждого компонента сети. Показана возможность преобразования совокупности известных средств функционального диагностирования сети, обеспечивающая локализацию компонента сети с ошибкой при условии его единственности.

Результаты. Предложена процедура поиска аналитических выражений, задающих контрольный автомат и дискриминатор ошибок для всей сети. Рассмотрен случай, когда исходные средства функционального диагностирования компонентов заданы скалярными функциями. Полученный результат обобщен на случай векторного задания функций упомянутых средств.

Заключение. Анализ полученных результатов при помощи оценки по критерию порядка показывает, что при увеличении числа компонентов сети выигрыш по избыточности, вносимой средствами функционального диагностирования, по сравнению с исходным вариантом, существенно растет для сети, состоящей из семи компонентов. Возможность практического применения результатов исследования показана на примере решения задачи локализации для упрощенного фрагмента устройства формирования приоритетов системы взаимной навигации летательных аппаратов.

МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКА

30-40 55
Аннотация

Введение. Ионизирующие излучения (ИИ) обладают большой проникающей способностью. В настоящее время в литературе нет однозначного представления о полном радиационном отклике МОПтранзисторов на различные виды ИИ (гамма- и рентгеновское). Поэтому наибольший интерес представляет радиационная стойкость МОП интегральных микросхем к воздействию этих излучений.

Цель работы. Изучение отклика МОП-транзисторов на воздействие гамма- и рентгеновского облучения, а также изучение влияния на этот отклик приложенного во время рентгеновского облучения внешнего потенциала затвор‒подложка.

Материалы и методы. Исследуемыми структурами являлись МОП-транзисторы с поликремниевым затвором при толщине оксида (диоксида кремния) 120 нм. Источником гамма-излучения выступали радионуклиды цезий-137, рентгеновского излучения – рентгеновская трубка с вольфрам-рениевым катодом. Анализировалось изменение порогового напряжения n- и p-канальных транзисторов методом транзисторной пары.

Результаты. Гамма- и рентгеновское излучения приводят к одинаковым эффектам в исследуемых структурах. Приложение напряжения к МОП-структуре в процессе рентгеновского облучения оказывает сильное влияние на ее радиационный отклик. Максимальный радиационный отклик МОП-транзисторов наблюдался при больших положительных потенциалах затвор‒подложка. Были введены коэффициенты пропорциональности, обеспечивающие совпадение начальных участков дозовых зависимостей для различных приложенных потенциалов затвор‒подложка.

Заключение. Определены значения коэффициентов пропорциональности зависимостей изменения порогового напряжения МОП-транзистора от дозы ИИ. Установлено численное соответствие между влиянием гамма- и рентгеновского изучений при дозах до 1.9 ·104 рад (коэффициент пропорциональности составил 38.5). Определены коэффициенты пропорциональности, позволяющие сопоставлять пассивный (без приложения потенциала) режим облучения гамма-квантами и активный (с приложением потенциала затвор‒подложка) режим облучения рентгеновскими квантами. Полученные поправочные коэффициенты зависят от полярности приложенного потенциала затвор‒подложка. Для отрицательного потенциала коэффициент пропорциональности составил 38.5. При приложении положительной полярности коэффициент не зависит от приложенного потенциала и составляет 120.

КВАНТОВАЯ, ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ, ПЛАЗМЕННАЯ И ВАКУУМНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

41-51 62
Аннотация

Введение. В настоящее время интерес к совершенствованию pin-структур продолжает оставаться в центре внимания разработчиков электронных устройств. К устройствам, в которых используются такие структуры, можно отнести энергонезависимую память, устройство защиты от статического напряжения, pin-диоды с регулируемыми характеристиками и др. Однако вопросу управления характеристиками pin-структур посредством использования дискретной металлизации на поверхности i-области уделено недостаточное внимание.

Цель работы. Исследование влияния дискретной металлизации поверхности i-области на статические и динамические характеристики pin-структуры, компенсацию дефектов, управление эффективностью pinфотодетектора.

Материалы и методы. Исследуемая pin-структура состоит из p+-области, легированной бором; n+- области, легированной фосфором; i-области, легированной фосфором; полуизолирующей подложки; металлизации подложки; управляющего затвора из поликремния; слоя диэлектрика из оксида кремния. Двумерный численный анализ распределения потенциала, концентрации свободных носителей заряда и токов выполнялся в среде Synopsys Sentaurus TCAD.

Результаты. Выполнен двумерный анализ дискретно металлизированных pin-структур. Определены напряжения, подаваемые на затворы i-области, компенсирующие влияние дефектов, образованных электронным облучением. Проведено моделирование четырех структур pin-фотодетектора, в которых управляющие затворы выполнены в виде структуры металл–диэлектрик–полупроводник. Показана возможность увеличения чувствительности pin-фотодетектора подачей соответствующих потенциалов на затворы.

Заключение. Исследовано влияние дискретной металлизации i-области pin-структуры. Предложен метод коррекции характеристик облученного pin-диода до исходных характеристик. Тем самым появляется возможность использовать такие диоды в электронике с высокими требованиями к работе в зонах с повышенной радиацией. Предложена конструкция фотодетектора повышенной чувствительности с управляющими затворами на поверхности i-области и с разделением структуры низколегированной i-области на две области р- и n-типов проводимости.

РАДИОФОТОНИКА

52-62 57
Аннотация

Введение. Интерференционные схемы акустооптических спектроанализаторов были разработаны для увеличения динамического диапазона за счет формирования амплитудного спектра исследуемого сигнала вместо спектра мощности. Предполагалось, что это позволит удвоить динамический диапазон, выраженный в децибелах. В настоящей статье показано, что это теоретически невозможно и ожидания, связанные с переходом к интерференционным схемам, завышены.

Цель работы. Анализ шумовых характеристик гомодинного акустооптического спектроанализатора (ГАОСА), оценка отношения сигнал/шум и динамического диапазона на выходе устройства.

Материалы и методы. Представлена математическая модель описания работы ГАОСА с учетом формирования квадратурных компонентов для получения амплитудного спектра входного сигнала. Модель учитывает дробовые шумы и шумы, возникающие при считывании заряда.

Результаты. Показано, что использование интерферометрической схемы не позволяет достичь двукратного выигрыша (при измерении в децибелах) в динамическом диапазоне по сравнению с простой схемой акустооптического спектроанализатора с пространственным интегрированием. Коэффициент увеличения динамического диапазона составляет не более 1.35 дБ. С учетом специфики работы акустооптических устройств получено выражение для оценки динамического диапазона спектроанализатора по интермодуляционным искажениям третьего порядка. Определяющим фактором при этом является нелинейность акустооптического взаимодействия. Показано, что при типовых параметрах узлов устройства динамический диапазон по интермодуляционным искажениям включает в себя односигнальный динамический диапазон. Представлено выражение для оценки отношения сигнал/шум.

Заключение. Односигнальный динамический диапазон ГАОСА определяется в первую очередь уровнем заряда насыщения фотоприемника. При макетировании необходимо решать вопрос оптимального соотношения обоих параметров с учетом мощности источника излучения, эффективности дифракции в акустооптическом модуляторе и заряда насыщения фотоприемника. Представленная статистическая модель ГАОСА с фотоприемником с накоплением дает более точную оценку динамического диапазона с ошибкой в 1 дБ.

ЭЛЕКТРОНИКА СВЧ

63-69 50
Аннотация

Введение. Объемные резонаторы простой формы – прямоугольные, цилиндрические и коаксиальные – широко применяются в современной микроволновой технике при проектировании различных функциональных устройств среднего и высокого уровня мощности. Параметры таких резонаторов можно установить аналитически, используя соотношения, взятые из литературы. Концентрические резонаторы, выполненные на основе классических объемных резонаторов простой формы с центральным металлическим ядром, представляют собой отдельный класс электродинамических систем, свойства которых остаются малоизученными. Одна из таких структур, а именно прямоугольный концентрический резонатор (ПКР), предложена в настоящей статье в качестве базового элемента полосовых фильтров К-диапазона (18...26 ГГц).

Цель работы. Изучение потенциальных возможностей ПКР для создания устройств фильтрации электромагнитных сигналов микроволнового диапазона.

Материалы и методы. Собственные электродинамические характеристики ПКР и параметры матрицы рассеяния СВЧ-фильтров на его основе исследуются с помощью метода конечных элементов, реализованного в пакете программ COMSOL.

Результаты. На первом этапе моделирования получены простые полиномиальные соотношения для расчета нормированных резонансных длин волн ПКР. Далее построены две модели полосовых СВЧ-фильтров на ПКР с разными размерами и исследованы их электродинамические характеристики. В ходе численного анализа установлены размеры резонаторов и сформулированы практические рекомендации по реализации полосно-пропускающих и полосно-заграждающих СВЧ-фильтров нового типа.

Заключение. Приведены результаты конечно-элементного анализа амплитудно-частотных характеристик двух моделей полосовых фильтров К-диапазона на ПКР, впервые предложенных для этих целей. Указаны основные преимущества таких фильтров. Получены аналитические соотношения для расчета собственных резонансных длин волн рассматриваемых в работе концентрических резонаторов.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКИХ, ОПТИЧЕСКИХ И РАДИОВОЛН

70-82 60
Аннотация

Введение. Современный этап развития гидроакустической техники характеризуется постоянным улучшением элементной базы и ростом вычислительных мощностей. На этом этапе при решении прикладных задач все чаще сталкиваются с ограничением ширины полосы пропускания электроакустических преобразователей и антенн. Большинство известных способов расширения полосы пропускания не обеспечивают линейность фазочастотной характеристики (ФЧХ) излучения в рабочей полосе частот, которая имеет первоочередное значение для эффективного формирования сравнительно коротких, перестраиваемых по частоте и сложных по структуре акустических сигналов. В связи с этим преимущественным является использование преобразователя волноводного типа (ПВТ), способ построения и электрического возбуждения которого обеспечивает близкую к линейной ФЧХ излучения.

Цель работы. Разработка обобщенной расчетной модели, которая включает в себя частные случаи излучения ПВТ в соосные с ним цилиндрические волноводы и в полупространства, а также учитывает влияние волн, отраженных от границ ПВТ, на его полевые характеристики.

Материалы и методы. ПВТ представлен соосным набором идентичных водозаполненных пьезоцилиндров с амплитудно-фазовым возбуждением, обеспечивающим режим широкополосного излучения по типу бегущей волны. Использование метода частичных областей позволяет решить задачу об излучении ПВТ через водозаполненные апертуры в граничащие с ними конусные полупространства с изменяемым углом раскрыва.

Результаты. Приведены и проанализированы результаты расчетов частотных характеристик звукового давления при излучении ПВТ, возбуждаемых в соответствии с решением задачи синтеза, во фронтальном и тыльном направлениях для разных углов раскрыва конусов. С использованием предложенной расчетной модели ПВТ показана возможность получения полосы пропускания порядка трех октав. Оценивается влияние толщины пассивных фланцев, которые используются для компоновки ПВТ в антеннах. Рассматривается возможность излучения в рабочей полосе частот ПВТ перестраиваемых по частоте ультракоротких однопериодных импульсов для разных углов раскрыва конусов. Дается сопоставительная оценка результатов расчета с другими частными решениями: излучение ПВТ в соосные водозаполненные волноводы, а также – в полупространства.

Заключение. Сделан вывод о целесообразности использования обобщенной расчетной модели для более точного описания акустических полей реальных макетов антенн, составленных из ПВТ.

ПРИБОРЫ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ, КОНТРОЛЯ СРЕДЫ, ВЕЩЕСТВ, МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

83-95 41
Аннотация

Введение. Лазерная корреляционная спектроскопия является перспективным методом, позволяющим анализировать размеры наноструктур, оценивать их форму и динамику агрегации в жидкостях. Ограниченное применение лазерной корреляционной спектроскопии в настоящее время связано с недостаточной точностью и совершенством существующих приборов и алгоритмов обработки данных. В настоящей статье рассмотрены основные требования к элементам, входящим в разрабатываемый лазерный корреляционный спектрометр, предназначенный для определения размеров наночастиц в жидкостях, и оптимизация параметров этих элементов. Обсуждаются подходы, применяемые для расчета отношения сигнал/шум описанной реализации схемы спектрометра. Приведены основные параметры лазерного корреляционного спектрометра, достигнутые при выполнении представленных в статье требований.

Цель работы. Разработка аппаратного комплекса для определения размеров наночастиц в жидкости и оптимизация параметров его элементов для увеличения достижимого отношения сигнал/шум.

Материалы и методы. В работе с использованием теории динамического рассеяния света построена модель рассеяния лазерного излучения на частицах в жидкости. Описаны основополагающие требования, предъявляемые к элементам схемы лазерного корреляционного спектрометра.

Результаты. Разработана оригинальная схема лазерного корреляционного спектрометра, описаны основные требования, предъявляемые к элементам измерительной схемы лазерной корреляционной спектроскопии. Приведены уравнения для расчета шумов основных элементов схемы. Для описанной в работе реализации схемы лазерного корреляционного спектрометра сделаны расчеты достижимого отношения сигнал/шум.

Заключение. Проведенный в настоящей статье анализ основных параметров элементов измерительной установки лазерной корреляционной спектроскопии позволяет провести корректный подбор элементов схемы и оценку ожидаемых отношений сигнал/шум.

96-104 46
Аннотация

Введение. Кардиопульмональный нагрузочный тест предоставляет значимую диагностическую и прогностическую информацию о состоянии больных с сердечно-сосудистыми и легочными заболеваниями. Существует серьезная проблема, состоящая в том, что выполнение нагрузочного тестирования испытуемым в его завершающей фазе является физически тяжелым упражнением для человека. Присутствует значительный риск возникновения и развития патологических состояний сердечно-сосудистой системы пациента. Одним из решений данной проблемы является разработка методов оценивания биологических параметров пациентов в конце выполнения нагрузочного протокола на основе данных первых этапов теста.

Цель работы. Разработка метода нахождения оценки максимальной частоты сердечных сокращений (ЧСС) и пикового потребления кислорода (ПК) у больных с хронической сердечной недостаточностью (ХСН) в конце выполнения кардиореспираторного нагрузочного стресс-теста на основе результатов исследования, полученных на первоначальных ступенях теста.

Материалы и методы. Для проведения исследования использованы 149 обезличенных записей ритмограмм и данных изменения ПК пациентов с ХСН, которые проходили кардиопульмональный нагрузочный тест на велоэргометре с использованием ступенчатого нагрузочного протокола (прирост мощности нагрузки на каждой ступени составлял 10 Вт, длительность ступени нагрузки была равна 1 мин).

Результаты. На основе анализа полученных данных разработан метод оценки пиковых значений ЧСС и ПК у больных с ХСН.

Заключение. Относительная ошибка предложенной оценки пикового значения ЧСС в большинстве случаев не превосходила 10 %, что позволяет ее использовать для практических целей. Установлено, что при выполнении 70 % нагрузочного протокола ошибка предложенной оценки пикового ПК в большинстве случаев не превосходит 20 %. Необходимы дополнительные исследования для повышения точности данной оценки с целью использования в медицинских приложениях, направленных на модернизацию методов и аппаратуры для нагрузочного тестирования пациентов.



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