Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск
№ 5 (2018)
Скачать выпуск PDF

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ, ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

5-12 102
Аннотация
Впервые предложен и экспериментально исследован метод передачи и приема двоичных данных, использующий динамический хаос в качестве источника множества несущих частот. На стороне сервера формируется информационный сигнал в форме сетки частот с хаотически меняющимися частотами спектра, амплитуды которых соответствуют передаваемому информационному сообщению. На стороне клиента происходит восстановление передаваемой информации по хаотически выбранным спектральным окнам. Синхронизация генераторов динамического хаоса сервера и клиента происходит средствами TCP/IP-протокола. Предлагаемый метод обеспечивает передачу информационного сообщения по каналу связи совместно с фоновым сигналом, мощность которого в значительной степени превышает мощность информационного. Такое соотношение мощностей позволяет реализовать скрытную передачу информационного сообщения в двоичной форме. В качестве фонового сигнала может быть использован другой информационный сигнал, в частности, голосовое сообщение. Добавление маломощного сигнала в форме хаотически сформированной сетки частот не приводит к значительным изменениям фонового сигнала ни в спектральной, ни во временных областях. Таким образом, предлагаемый способ позволит реализовать вторичное использование канала связи. Исследовано влияние на соотношение сигнал-шум порядка фильтра, реализующего спектральные окна в приемнике, и ширины спектрального окна. Показана возможность снижения соотношения сигнал-шум при увеличении порядка фильтра и ширины спектрального окна.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

13-24 69
Аннотация
Рассмотрен метод термостабилизации выходного напряжения прецизионного источника питания за счет анизотропности теплового поля его конструкции. Показана взаимосвязь схемотехнического и конструкторско-топологического аспектов обеспечения температурной стабильности прецизионного источника питания. В теоретической части исследования введено понятие локальной группы электрорадиоизделий, расположенных на изотермической линии плоскости несущей конструкции. Сформулированы свойства локальных групп и условия обеспечения топологической термокомпенсации. Поставлены две основные прикладные задачи, решение которых обеспечивает термостабилизацию выходных параметров электронных средств методом топологической термокомпенсации с применением регрессионного анализа. В экспериментальной части исследования проведен анализ температурной стабильности выходного напряжения двух конструктивных вариантов прецизионного источника, отличающихся отсутствием и наличием топологической термокомпенсации. Обосновано применение зарубежной элементной базы для целей экспериментальной части исследования. Показано, что математической моделью по обеспечению топологической термокомпенсации для конструктивного варианта с улучшенной температурной стабильностью является уравнение температурной погрешности. Сравнительный анализ двух конструктивных вариантов показал улучшение температурной стабильности выходного напряжения за счет применения топологической термокомпенсации на 8 %. Полученный результат может оказаться удовлетворительным в условиях ограничений в техническом задании на применение иной элементной базы и/или иных методов термостабилизации.

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫ

25-32 88
Аннотация
Исследуется элементарная ячейка однослойной отражательной антенной решетки на кольцевых щелевых элементах. Математическая модель отражательного элемента основана на интегральном уравнении относительного магнитного тока на щели, которое решается методом моментов с использованием функции Грина в спектральной области. В качестве базиса для разложения в ряд магнитного тока используются высшие моды коаксиальной линии, выраженные через цилиндрические функции. Показано, что щелевым отражательным элементам свойственно наличие пораженных частот, на которых возникают объемные резонансные моды. Эти частоты определяются полюсами функции Грина в спектральной области. Причем резонансная мода низшего порядка при определенных условиях может оказаться в рабочей полосе частот. Приводятся зависимости фазы рассеянного поля от размеров кольцевой щели, демонстрирующие, что на пораженной частоте отражательный элемент неработоспособен. Построены картины силовых линий, показывающие, что распределение электрического поля на щели при резонансной моде значительно отличается от распределения в нормальном режиме. Также установлено, что тщательным подбором геометрических параметров отражательного элемента удается вытеснить пораженные частоты за пределы рабочего диапазона.
33-38 77
Аннотация
Точное знание параметров диэлектрика необходимо при его применении в самых различных устройствах. Несмотря на наличие целого ряда известных методов измерения этих параметров, практическое их применение в микроволновом диапазоне частот наталкивается на ряд трудностей. В данной статье описан новый волноводный метод измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь немагнитных диэлектриков в микроволновом диапазоне. Пластина диэлектрика помещается в короткозамкнутый отрезок волновода перпендикулярно его оси, заполняя все поперечное сечение на расстоянии примерно четверти длины волны от короткозамкнутого конца отрезка. С помощью векторного анализатора цепей измеряется коэффициент отражения от входа волновода. Для определения параметров диэлектрика по этим данным составлена программа вычисления и минимизации целевой функции, которая определяется как разность между вычисленными значениями модуля и фазы коэффициента отражения на входе волновода и измеренными значениями этого коэффициента. Минимизация этой функции при варьировании параметров диэлектрика позволяет определить указанные параметры. По сравнению с известными, представленный в настоящей статье метод не требует переноса плоскостей отсчета векторного анализатора цепей к поверхностям образца и менее чувствителен к шумовой составляющей измерительного сигнала. Это позволяет использовать при измерении некалиброванные коаксиально-волноводные переходы. По результатам тестирования метода погрешность измерения относительной диэлектрической проницаемости не превышает 0,2 %, а тангенса угла диэлектрических потерь – 1 %.

КВАНТОВАЯ, ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ, ПЛАЗМЕННАЯ И ВАКУУМНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

44-50 59
Аннотация
В настоящей статье проведено экспериментальное и теоретическое исследование pHEMT-гетероструктур (ГС) с квантовой ямой (КЯ) AlGaAs/InGaAs/GaAs и дельта-легированным слоем, используемых как активные области при изготовлении СВЧ-транзисторов, работающих в частотном диапазоне 4...18ГГц. В качестве экспериментальных методик применялись: электрохимическое вольт-фарадное профилирование, методы адмиттансной спектроскопии (полной проводимости). Была проведена модернизация установки ECV-Pro, что позволило впервые в эксперименте наблюдать два концентрационных пика: от приповерхностного дельта-слоя pHEMT-транзистора и пик обогащения от КЯ. Для определения оптимальной скорости травления осуществлялся контроль дна кратера в процессе травления посредством АСМ-микроскопа. Емкость контакта "электролит–полупроводник" измерялась RLCизмерителем Agilent. Основной теоретический метод исследования в работе – численное моделирование ключевых электрофизических параметров наногетероструктуры путем самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона. Были определены профили дна зоны проводимости и рассчитаны уровни размерного квантования для исследуемых образцов гетероструктуры. Проведен комплексный анализ серии образцов с целью исследования влияния положения дельта-слоя на глубину залегания уровней и концентрацию носителей в КЯ. Определено оптимальное расстояние между КЯ и дельта-слоем, обеспечивающее наиболее эффективный процесс поставки носителей заряда в квантовую яму. Проведенный цикл исследований направлен на совершенствование приборов СВЧ-электроники. Он позволяет увеличить коэффициент усиления и крутизну передаточной характеристики транзисторов.

ЭЛЕКТРОНИКА СВЧ

51-59 113
Аннотация

Статья посвящена моделированию двухбитного pin-диода. Показана возможность программирования времени открытия устройства на основе pin-диода. Рассмотрена конструкция, состоящая из pin-диода и двух плавающих затворов на поверхности i-области. Добавление электродов на поверхность i-области дает возможность регулировать концентрацию электронов и дырок в больших пределах в сравнении с однозатворной структурой, создавая обогащенные и обедненные области в структуре. Программирование осуществляется подачей соответствующего напряжения на управляющие электроды плавающих затворов. Показано, что создаваемый на плавающем затворе заряд изменяет характеристики i-области pin-диода.
Важными элементами комплексного моделирования двухзатворного pin-диода являются моделирование механизма накопления заряда на плавающих затворах, моделирование времени открытия pin-диода, калибровка численной модели. Моделирование выполнено в среде Synopsys Sentaurus TCAD. При моделировании были использованы физические модели, описывающие ловушки и их параметры, туннелирование частиц, явления переноса в диэлектриках и аморфных пленках. В результате моделирования получены зависимости времени открытия от размеров, расположения плавающих затворов и значения заряда на плавающих затворах.
Показано, что двухзатворные структуры pin-диода позволяют изменять время открытия в более широких пределах, чем однозатворные. Для программирования большого диапазона времен открытия pin-диода целесообразно использовать именно двухзатворные структуры. Полученные результаты свидетельствуют о расширении функциональных возможностей двухзатворной структуры.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКИХ, ОПТИЧЕСКИХ И РАДИОВОЛН

60-70 76
Аннотация
Представлены результаты экспериментальных исследований макетов антенн гидроакустической системы (ГАС), содержащей преобразователи волноводного типа (ПВТ), которые представляют собой соосный набор идентичных водозаполненных пьезоцилиндров, электрически возбуждаемых в режиме формирования бегущей волны во внутренней полости ПВТ. Для исследуемой ГАС проанализированы возможности ПВТ при их возбуждении согласно решению задачи синтеза. Возбуждение ПВТ, осуществляемое программно-управляемыми многоканальными блоками, обеспечивает близкую к равномерной амплитудно-частотную и практически линейную фазочастотную характеристики излучения в полосе пропускания порядка трех октав. Показана возможность излучения в указанной полосе частот перестраиваемых по частоте ультракоротких импульсов, а также формирования сигналов, подобных сигналам китообразных. Проанализировано влияние числа пьезоцилиндров, входящих в состав ПВТ, и характера их возбуждения на частотные и импульсные характеристики макетов антенн исследуемой ГАС. Исследованы характеристики направленности макетов антенн, составленных из ПВТ, в том числе в режиме сканирования характеристики направленности. Выполнена сравнительная оценка расчетных и экспериментальных данных, а также оценка эффективности излучения ПВТ.

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

71-80 90
Аннотация

Непрерывная продолжительная работа систем мониторинга имеет большое значение для исключения пропуска эпизодов обострения заболевания. В системах удаленного мониторинга продолжительность непрерывной работы определяется возможностями носимых пациентом устройств. Они предназначены для съема и регистрации комплекса биомедицинских сигналов, предварительной обработки и анализа сигналов и данных.
Цель настоящей статьи – разработка алгоритма интеллектуального мониторинга состояния здоровья. Он обеспечивает эффективное использование вычислительных и энергетических ресурсов носимых устройств пациента, снижение тока потребления, увеличение автономности его работы. Для решения проблемы используется методология теории интеллектуальных измерений. Она заключается в изменении интеллектуальным элементом системы количества используемых измерительных каналов, методов и алгоритмов измерений и обработки сигналов в зависимости от изменения состояния объекта измерений.
Для реализации алгоритма интеллектуального мониторинга состояния здоровья система должна иметь многоуровневую структуру. Носимая система должна состоять из устройства пациента, предназначенного для регистрации комплекса биомедицинских сигналов, и носимого компьютера пациента, предназначенного для обработки и анализа сигналов, контроля текущего состояния пациента. Алгоритм интеллектуального мониторинга заключается в следующем. Фоновый режим устанавливается, когда состояние пациента соответствует состоянию нормы. В этом режиме оцениваются не более двух показателей, наиболее значимых для диагностики, и контролируется состояние нормы. Режим активного мониторинга устанавливается, когда контролируемые в фоновом режиме параметры выходят за границы нормы. В этом режиме активируются дополнительные каналы регистрации биомедицинских сигналов, оценивается расширенный комплекс значимых для диагностики показателей. Экспериментальная апробация системы и алгоритма интеллектуального мониторинга была проведена с использованием системы удаленного мониторинга сердечного ритма и эпизодов фибрилляции предсердий. Результаты апробации показали целесообразность и эффективность использования предложенной структуры и алгоритма мониторинга.



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


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