Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск
Том 25, № 6 (2022)
Скачать выпуск PDF

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ, ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 

6-21 75
Аннотация

Введение. При расчете полосно-пропускающих фильтров (ППФ) элементы цепи могут быть определены преобразованием параметров фильтра нижних частот (ФНЧ), являющегося прототипом синтезируемого фильтра. В ряде случаев синтезируемый ППФ не имеет прямого прототипа в низкочастотном диапазоне. К таким фильтрам можно отнести, например, ППФ с узлами, привязанными по постоянному току к нулевому потенциалу, и некоторые другие типы фильтров. Фильтры могут рассчитываться непосредственно приравниванием коэффициентов передаточной функции (ПФ) синтезируемого фильтра и преобразованной ПФ ФНЧ и решением полученной системы уравнений.

Цель работы. Разработка методики непосредственного расчета ППФ с полюсами затухания.

Материалы и методы. Простейшая схема ППФ с полюсами затухания может быть образована двумя последовательно соединенными Г-образными полузвеньями на параллельных контурах. Такой фильтр реализуется лишь при определенных требованиях к характеристикам затухания. При переходе к схемам ППФ с дополнительным параллельным контуром в поперечной ветви и последовательным контуром в продольной ветви указанные ограничения снимаются. В статье разработана методика расчета инверсных и квазиэллиптических ППФ П-образного и Т-образного типа, не имеющих ограничений при выборе минимального затухания и неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ).

Результаты. Приведены аналитические выражения ПФ ППФ 6-го и 10-го порядков. Получены соотношения, позволяющие уменьшить число уравнений системы для определения параметров фильтра. Для П- и Т-образных ППФ 6-го порядка получены выражения индуктивностей контуров через центральную частоту и емкости фильтров, что позволило выразить через емкости ПФ и дополнительно сократить количество уравнений системы. Приведены примеры прямого расчета ППФ 6-го и 10-го порядков.

Заключение. При преобразовании ПФ ФНЧ часто́ты реализуемой АЧХ, лежащие по обе стороны от центральной частоты ППФ, связаны известными соотношениями. Учет этого обстоятельства позволяет исключить из рассмотрения уравнения системы, приравнивающие коэффициенты числителей передаточных функций, и уменьшить общее число уравнений. Параметры, число которых превышает число уравнений системы, выбираются произвольно из ряда стандартных значений, что значительно повышает точность воспроизведения реализуемой АЧХ.

22-39 50
Аннотация

Введение. Известна методика оценки зависимости надежности связи в коротковолновой (КВ) радиолинии с одним дискретным лучом и диффузным рассеянием волны на мелкомасштабных неоднородностях ионосферы от выбора рабочей частоты с учетом сигнально-помеховой обстановки и уровня диффузности ионосферы. В данной методике для описания интерференционных замираний принимаемого сигнала используется m-распределение Накагами. Однако в КВ однолучевой радиолинии замирания амплитуды сигнала в 90 % всех случаев описываются распределением не Накагами, а Райса, или обобщенным распределением Рэлея. При этом применение распределения Накагами для аппроксимации замираний и анализа их влияния на качество связи дает хорошее совпадение с распределением Райса только в двух частных случаях: распределения Рэлея и полного отсутствия замираний.

Цель работы. Разработать методику оценки надежности связи в однолучевой коротковолновой радиолинии с райсовскими замираниями и сравнить ее результаты с надежностью связи при замираниях Накагами.

Материалы и методы. Для оценки влияния рабочей частоты и диффузности ионосферы на параметры распределения замираний в однолучевой КВ-радиолинии использовались методы моделирования трансионосферных каналов связи на основе радиофизического метода фазового экрана. Для оценки влияния параметров замираний с распределением Райса на надежность КВ-связи использовалась среда MatLab. Исходные данные о параметрах ионосферы получены с использованием модели IRI-2016.

Результаты. Разработана 3-этапная методика оценки надежности связи в однолучевой КВ-радиолинии с райсовскими замираниями и осуществлено сравнение ее результатов с надежностью связи при замираниях Накагами. Получены зависимости надежности связи в однолучевой КВ-радиолинии ночью и днем от выбора рабочей частоты относительно максимально применимой частоты и от уровня диффузности ионосферы при замираниях Райса и Накагами.

Заключение. Анализ полученных результатов показывает, что при различном уровне диффузности ионосферы надежность связи в однолучевой КВ-радиолинии с замираниями Накагами может быть существенно завышена (до 12 %) по сравнению с замираниями Райса.

ТЕЛЕВИДЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ 

40-49 52
Аннотация

Введение. В настоящее время технология флуоресцентной визуализации в ближнем инфракрасном диапазоне широко применяется при проведении лапароскопических операций. Основой технологии является сегментация области флуоресценции на изображениях, полученных в ближнем инфракрасном диапазоне (БИК-изображениях). Для повышения качества и эффективности навигации необходимо разработать автоматический метод, позволяющий сегментировать флуоресцентные области на БИК-изображениях с максимальной точностью.

Цель работы. Повышение точности автоматической сегментации флуоресцентных изображений, полученных в ближнем инфракрасном диапазоне.

Материалы и методы. Предложенный метод состоит из двух этапов. На первом этапе выполняется предварительная сегментация изображения на основе адаптивного порога, найденного по методу Оцу. На втором этапе сегментированная область уточняется с помощью взвешенного метода Оцу. Главной особенностью метода является автоматическое определение параметра α, являющегося ключевым для эффективной работы взвешенного метода Оцу. Экспериментальное исследование метода было выполнено на реальных лапароскопических изображениях, общее число изображений в исследовании – 276. Значение ошибки сегментации (метрика ME – misclassification error) было использовано для оценки качества работы предложенного метода.

Результаты. Среднее значение ошибки сегментации (метрика ME) предложенного метода составляет 10.4 %, а традиционного метода Оцу – 27.1%.

Заключение. По сравнению с традиционным методом Оцу использование разработанного метода позволяет повысить точность сегментации флуоресцентных изображений. Это обеспечивает высокую чувствительность и специфичность при проведении диагностики и позволяет реализовать более эффективную навигацию в процессе лапароскопической операции.

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫ 

50-60 58
Аннотация

Введение. Бортовые антенны возвращаемых гиперзвуковых летательных аппаратов являются слабонаправленными, что достигается излучением из открытого конца волновода. При прохождении плотных слоев атмосферы они подвергаются аэродинамическому нагреву, для зашиты от которого применяется нагревостойкая радиопрозрачная теплозащита. Случай однородной теплозащиты антенны можно интерпретировать как отсутствие нагрева или нагрев равномерный по толщине теплозащиты.

Цель работы. Решается задача о получении аналитического описания характеристик излучения круглого волновода, закрытого плоской однородной диэлектрической пластиной. Поскольку в такой постановке приходится рассматривать резонансную область, то требуется строгое решение уравнений Максвелла.

Материалы и методы. Из известных аналитических методов решения возможно применение метода интегральных преобразований и метода собственных функций. Оба метода и использованы в работе. При этом использовано предположение, что электрические параметры диэлектрической пластины (теплозащиты) и геометрические размеры не зависят от времени.

Результаты. Получены соотношения, описывающие диаграмму направленности круглого волновода с диэлектрической теплозащитой и учитывающие электрические параметры теплозащиты и ее толщину. Также получены выражения для полей боковых, поверхностных и вытекающих волн, которые позволяют рассчитать мощность, отводимую этими полями. Получены соотношения для разделения особых точек подынтегральных выражений на полюсы, отвечающие поверхностным, вытекающим и боковым волнам, способным оказывать определенное влияние на диаграмму направленности. Для этого вывода получены аналитические соотношения для определения полюсов подынтегральных выражений, полностью описывающих поверхностные, вытекающие и боковые волны. По некоторым из полученных соотношений были проведены численные расчеты.

Заключение. Результаты показали, что мощность боковых волн равна нулю. Также из проведенных расчетов следует, что поле излучения поверхностных и вытекающих волн отсутствует, т. е. нет их вклада в диаграмму направленности. 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ 

61-69 49
Аннотация

Введение. Массив мемристивных элементов может быть использован в перспективных системах нейровычислений в качестве программируемого сопротивления (аналогового коэффициента умножения) при проведении операций аналогового умножения векторов дискретного по времени. Для формирования требуемого сопротивления мемристор должен быть подвергнут процедуре "программирования". В статье рассматриваются типовые схемы программирования и предлагается новая схема универсального устройства программирования мемристора.

Цель работы. Выявить или разработать оптимальную схему программирования мемристоров, анализируя преимущества и недостатки существующих способов.

Материалы и методы. Процедура программирования может быть осуществлена двумя способами – SET и RESET, связанными с различным направлением движения по вольт-амперной характеристике мемристора и его переводом в то или иное состояние. Контроль процесса программирования осуществляется в программе схемотехнического моделирования LTspice.

Результаты. Проанализированы типовые схемы программирования мемристора, выявлены преимущества и недостатки существующих способов. Предложена новая универсальная схема с использованием переменного резистора. Проведено схемотехническое моделирование при фиксированном значении сопротивления переменного резистора и при вариации разных значений сопротивления в пределах допустимых значений сопротивлений мемристора.

Заключение. Режим программирования SET позволяет достичь большей линейности изменения сопротивления мемристора по сравнению с режимом RESET. Применение схемы с использованием переменного резистора и двухполярного источника напряжения позволяет осуществить программирование любого типа и исключает необходимость перекоммутации мемристора. Результаты моделирования подтверждают работоспособность предложенного способа. Дополнительно к наличию компаратора в схему можно ввести и АЦП для возможности выбора средства измерения сопротивления мемристора как в процессе проведения программирования, так и для целей контроля сопротивления мемристора по окончании процедуры.

70-78 55
Аннотация

Введение. Адекватное моделирование полупроводниковых приборов с pn-переходом в обратном смещении представляет проблему. Существующие квазистатические и неквазистатические модели не в состоянии удовлетворительно охарактеризовать зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда от плотности тока. Это приводит к большой погрешности (десятки процентов) моделирования на импульсных широкополосных сигналах. Погрешность моделирования объясняется тем, что в существующих моделях время жизни представлено в виде неизменного значения.

Цель работы. Предложить и исследовать эквивалентную схему pn-перехода, учитывающую зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда от прямого тока, с возможностью простой интеграции этой схемы в САПР.

Материалы и методы. Исследование выполнено на примере кремниевого быстровосстанавливающегося диода BAS16J с pn-переходом, производства Nexperia. Предложена модифицированная модель диода в виде эквивалентной схемы, учитывающая зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда от прямого тока pn-перехода при высоком уровне инжекции.

Результаты. Расхождение между экспериментальной и модельной кривыми не превышает ±9 % при импульсном воздействии на диод. Экстракция параметров в предложенной модели происходит обычными способами из вольт-амперной и вольт-фарадной характеристик диода.

Заключение. Рассмотренная неквазистатическая эквивалентная схема диода представляет большой интерес при проектировании радиоэлектронных устройств, работающих с короткоимпульсными широкополосными сигналами. Представленная модель диода в виде эквивалентной схемы позволяет беспрепятственно реализовать ее в современных САПР на пользовательском уровне.

ЭЛЕКТРОНИКА СВЧ 

79-89 60
Аннотация

Введение. Одним из перспективных методов определения параметров оптических кольцевых резонансных структур является метод рефлектометрии обратного рассеяния. Он позволяет экспериментально определять коэффициенты связи и потери на распространение. Однако экспериментальная проверка этого метода путем сопоставления данных, полученных в результате рефлектометрии и измерения оптическим векторным анализатором высокого разрешения, до настоящего времени не проводилась.

Цель работы. Определение параметров кремниевого микрокольцевого резонатора (МКР) методом оптической рефлектометрии обратного рассеяния. Расчет характеристик передачи исследуемого резонатора с использованием полученных параметров. Сопоставление результатов расчета передаточных характеристик с экспериментальными результатами измерения оптическим векторным анализатором высокого разрешения.

Материалы и методы. Исследуются характеристики МКР, изготовленного по технологии кремний на изоляторе. Для исследования параметров МКР использовался оптический рефлектометр обратного рассеяния. Для обработки полученной рефлектограммы применялась оригинальная теоретическая модель. Для исследования передаточных характеристик использовался оптический векторный анализатор. Численное моделирование передаточной характеристики с учетом полученных параметров резонатора проводилось с использованием оригинального аналитического подхода, основанного на методе парциальных волн.

Результаты. В результате исследования были получены значения коэффициента связи по мощности κ = 0.167 и потерь на распространение α = 3.25 дБ/см. Полученные величины использовались для численного моделирования передаточных характеристик исследуемого резонатора, которые с высокой точностью совпадали с результатами эксперимента. В работе были определены межмодовый диапазон, который составил 88.8 ГГц, и добротность 45 000.

Заключение. Работа посвящена экспериментальному исследованию параметров интегральных МКР, изготовленных по технологии кремний на изоляторе с использованием метода рефлектометрии обратного рассеяния. Сравнение экспериментальной и теоретической передаточных характеристик показало хорошее соответствие, что свидетельствует о высокой точности определения параметров резонатора и, как следствие, актуальности используемого метода.

МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 

90-100 35
Аннотация

Введение. В современных условиях автомобильный транспорт становится основным источником загрязнения атмосферного воздуха в городах. Проблема оценки состояния воздуха и моделирования распространения загрязнений требует совершенствования используемых моделей и методов. В частности, в современных исследованиях обоснована необходимость учета содержания твердых частиц помимо составляющих выхлопных газов. Для оценки загрязнения воздуха в населенных пунктах требуется алгоритмическое и программное обеспечение, позволяющее осуществлять комплексную оценку с учетом максимального числа влияющих факторов.

Цель работы. Разработка алгоритма и программы расчета массовых выбросов загрязняющих веществ, производимых потоками автотранспорта, необходимых для дальнейшего моделирования загрязнения атмосферного воздуха в условиях городской среды.

Материалы и методы. Применен математический аппарат теории измерений, теории систем, статистического исследования зависимостей и математического моделирования.

Результаты. Исследованы методы учета характеристик городской дорожной сети для оценки уровней эмиссии загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Рассмотрены существующие подходы к классификации автомобильных дорог, выделены существенные характеристики, оказывающие влияние на эмиссию загрязняющих веществ, среди которых конструктивные особенности дорог, характеристики трафика и особенности городской среды. Разработан алгоритм и программный модуль расчета массовых выбросов загрязняющих веществ, производимых потоками автотранспорта.

Заключение. Модуль расчета массовых выбросов загрязняющих веществ является составной частью комплексной системы моделирования загрязнения атмосферного воздуха жилых территорий мегаполисов автомобильным транспортом. Разработанный модуль может быть использован для экологического мониторинга, оценки и прогнозирования загрязнения воздуха, выявления проблемных зон и выработки организационных решений, направленных на улучшение экологической обстановки в населенных пунктах.

101-110 55
Аннотация

Введение. Для работы системы измерения и расчета коротких и импульсных неровностей на поверхности катания рельсовых нитей необходимо определять длину сигнала, соответствующую прохождению расстояний (нормативная максимальная длина дефекта и расстояние между колесными парами тележки вагона). При записи сигнала от времени из-за влияния скорости длина сигнала, соответствующая этим неизменным в пространственном отношении расстояниям, будет разниться.

Цель работы. Разработка алгоритма поиска дефектов поверхности катания рельса по показаниям акселерометров, установленных на буксовых узлах тележки вагона, при их неэквидистантной пространственной записи.

Материалы и методы. Рассматриваются данные, полученные в результате проезда вагона-лаборатории с установленной на нем системой измерения и расчета коротких и импульсных неровностей на поверхности катания рельсовых нитей. Поиск и определение параметров неровности поверхности катания рельса осуществляются инерциальным методом. Для разработки алгоритма использовались методы нормировки, корреляционный анализ.

Результаты. Разработан алгоритм поиска дефектов поверхности катания рельсовых нитей инерциальным методом с учетом пространственной неэквидистантности сигнала. Внедренный в алгоритм корреляционный анализ позволил скомпенсировать скоростную погрешность определения дефекта. В рассмотренном в статье примере относительная погрешность равна 0.4 %. Компенсация скоростной погрешности в разы снижает вероятность возникновения ошибки первого рода в определении дефекта.

Заключение. Разработанный алгоритм позволяет учесть скоростные погрешности при инерциальном методе выявления коротких неровностей. Использование корреляционного анализа снижает вероятность ошибки первого рода при поиске дефектов поверхности катания рельса.

ОТ РЕДАКЦИИ 



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


ISSN 1993-8985 (Print)
ISSN 2658-4794 (Online)