Введение. Адаптивное статистическое прогнозирование случайного процесса актуально для компенсации шума в задачах радио- и оптический локации. Форма отраженного от цели сигнала часто неизвестна ввиду использования коротких зондирующих импульсов, пробегающих в течение своей длительности расстояние, малое по сравнению с размерами цели. Вычитание из значения шума его прогноза, сформированного в предыдущий момент времени, позволяет компенсировать шум.

Цель работы. Исследование задачи адаптивного линейного прогнозирования случайных процессов нерекурсивным линейным фильтром, реализующим алгоритм последовательной регрессии для дифференцируемых бесконечно и дифференцируемых конечное число раз случайных процессов.

Материалы и методы. Рассмотрены модели случайных помех в виде дифференцируемых бесконечно и дифференцируемых конечное число раз случайных процессов. Алгоритм последовательной регрессии требует оценки корреляционной матрицы выборки и вектора выборки корреляции прогноза и элементов выборки. За счет некоррелированности случайного процесса и его производной образуется разреженная корреляционная матрица выборки, что уменьшает число математических операций. Результаты. Приведены результаты численных расчетов и реализация случайного процесса, его оптимального и адаптивного прогноза, полученные в ходе имитационного моделирования. Адаптивный прогнозирующий фильтр с использованием выборки производных случайного процесса позволяет минимум на треть уменьшить число математических операций в сравнении с использованием трансверсального прогнозирующего фильтра.

Заключение. Алгоритм последовательной регрессии при прогнозировании случайного процесса и априорной неизвестности параметров случайного процесса наиболее близок к идеальному алгоритму непосредственного обращения матрицы, позволяя в ходе работы адаптироваться к изменяющимся параметрам процесса. Число итераций при нерекурсивной фильтрации и уровень затухания оцениваемых коэффициентов линейной регрессии в ходе адаптации можно использовать для адаптации при изменении параметров прогнозируемого процесса.

Введение. Измерительные комплексы для исследования телекоммуникационных устройств и их элементов являются сложными в обслуживании и дорогостоящими. Поэтому, когда это возможно, предлагается заменить их виртуальными измерительными комплексами (ВИК), позволяющими производить измерения по заданным физическим параметрам объекта исследования.

Цель работы. Разработка ВИК для измерения S-параметров усилителей сверхвысоких частот (СВЧ) методами имитационного моделирования по заданной пользователем топологии при заданных ограничениях на количество элементов.

Методы и материалы. ВИК предназначен для исследования СВЧ-усилителей малого сигнала. ВИК состоит из программной части и графического интерфейса в среде LabVIEW. Программная часть содержит текстовые модули, в которых вычисляются S-параметры усилителя. Схема усилителя методом декомпозиции разбивается на четырехполюсники, описываемые матрицами рассеяния и передачи. Определяются элементы матриц, матрицы приводятся к одному типу и перемножаются для получения частотных зависимостей S-параметров усилителя. Интерфейс ВИК представляет визуализацию на экране компьютера векторного анализатора микроволновых цепей с подключенным к нему усилителем СВЧ. Результаты. Описан ВИК для исследования усилителей СВЧ по заданной топологии. Приведены вычисления параметров линий передачи, составляющих усилитель, их матрицы рассеяния и преобразования в матрицы передачи для получения матрицы рассеяния усилителя. Приведен алгоритм работы и представлена визуализация ВИК. Проведено сравнение с программой проектирования устройств СВЧ MicrowaveOffice.

Заключение. MicrowaveOffice, который ориентирован на решение задач синтеза, требует навыков работы для составления и изменения проекта, ресурсозатратен, требует приобретения лицензии. В отличие от него ВИК ориентирован на решения задач исследования, отличается уровнем визуализации измерительных приборов, прост при вводе данных, не требует больших вычислительных ресурсов, лицензии. Применим в образовательном процессе, например при дистанционном обучении, где использование таких программ, как MicrowaveOffice, невозможно.

Введение. Радиолокационный мониторинг слоистых подстилающих поверхностей актуален в различных задачах: измерение толщины слоев взлетно-посадочных полос и дорожных покрытий; разведка полезных ископаемых и др. Для оценки работоспособности новых алгоритмов обработки отраженного от слоистых поверхностей радиолокационного сигнала необходимы натурные испытания. Их проведение требует больших ресурсных затрат, поэтому актуально имитационное моделирование. Отработанные методики и алгоритмы инженерного расчета отраженного радиосигнала для решения таких задач отсутствуют.

Цель работы. Разработка и верификация программной модели для имитации отраженного многослойной протяженной структурой радиосигнала, принимаемого на борту летательного аппарата.

Материалы и методы. Ядро модели строится на высокочастотных электродинамических методах (физическая и геометрическая оптики), что позволяет производить быстрые вычисления для целей большой площади с любым количеством слоев. Моделирование осуществляется с помощью программного пакета MATLAB. Разработанная имитационная модель предоставляет конечный результат в виде нормированной эффективной площади рассеяния (ЭПР) многослойной структуры. Результирующее электромагнитного поле (ЭМП) рассчитывается с использованием принципа суперпозиции.

Результаты. Проведено сравнение результатов моделирования с теоретическими расчетами для нормированной ЭПР двухслойной структуры – расхождение не более 10 %. Проведена верификация для коэффициента вариации огибающей отраженного радиосигнала от глубины залегания грунтовых вод. Результаты моделирования показывают такую же тенденцию изменения коэффициента вариации от средней толщины слоя, как и в результате проведения натурного эксперимента (максимальное значение погрешности – 7 %). Проведено моделирование ЭПР для поглощающего слоя с разной степенью неровности границ слоев. Шероховатость верхней границы (максимальное отклонение высоты 0.1 м) существенно влияет на удельную ЭПР: уменьшение значения ЭПР до 30 дБ.

Заключение. Разработанная модель призвана уменьшить затраты на проектный синтез средств подповерхностной радиолокации подстилающих земных поверхностей по сравнению со схемой "разработка макета устройства – натурные испытания макета – доработка – и т. д.". Модель можно использовать для апробирования новых алгоритмов обработки подповерхностных радиосигналов. 

Введение. Преобразование тепловой энергии в электрическую является актуальной задачей. Обнаруженный в сульфиде самария (SmS) термовольтаический эффект (ТВЭ) позволяет решать ее с большим КПД по сравнению с классическими термоэлектрическими генераторами, работающими на основе классического эффекта Зеебека. ТВЭ в SmS проявляется в спонтанном появлении импульсов электрического напряжения 0.05 В в непрерывном режиме при температуре образца 470 К. Генерация ЭДС связывается с наличием градиента концентрации дефектных ионов Sm, находящихся в вакансиях подрешетки серы, и с переменной валентностью ионов самария (Sm²⁺® Sm³⁺+e^-). При нагреве образца до определенной температуры концентрация носителей заряда скачкообразно увеличивается. Поскольку в образце дефектные ионы самария расположены неупорядоченно, происходит перенос заряда из области образца с большей концентрацией дефектных ионов в зону с меньшей концентрацией. Таким образом, создается ЭДС в направлении градиента концентрации этих ионов. Обнаруженный впоследствии в ZnO, Ge, Si и некоторых сложных полупроводниках ТВЭ достигал лишь 0.01 В.

Цель работы. Решается проблема повышения генерируемого напряжения и рабочей температуры генерации при ТВЭ.

Методы и материалы. Методом синтеза из простых веществ получены исходные материалы, из которых созданы гетероструктуры типа сэндвич SmS/Sm_1-хLn_хS, где Ln = Eu, Yb. Кроме того, исследованы образцы на основе классического термоэлектрика PbTe с различной степенью легирования слоев, полученных спрессовыванием при высокой температуре в вакууме. На уникальной установке, исключающей градиенты температуры в образцах, проведены исследования ТВЭ.

Результаты. Показано, что повышение значений ЭДС и рабочей температуры достигается за счет заглубления донорных уровней путем легирования. В легированных образцах на основе SmS наблюдается генерация ЭДС до 0.15 В в непрерывном режиме при T = 700 K. Обнаруженный в гетероструктуре на основе термоэлектрического полупроводника n-типа PbTe ТВЭ позволяет получить значение генерируемого напряжения около 0.06 В в среднетемпературном режиме.

Заключение. Достигнутые результаты превосходят известные ранее и дают основание продолжать исследования с целью разработки полупроводниковых преобразователей, работающих на основе ТВЭ.

Introduction. The advent of spin oriented electronics, or spintronics, in the late 1980ies has not only revolutionised the very idea of contemporary electronics but has also brought about a major technological breakthrough in the field of information storage and processing. Further progress is associated with the rapidly emerging field of spinorbitronics seeking to put to maximum use the SOC (Spin-Orbit Coupling) related phenomena.

Aim. The purpose of this review paper is to outline the major trends in the dynamically developing field of spinorbitronics in the context of evolution of the mainstream spintronics. SOC related effects open up the possibility of creation of a new generation of energy saving devices, a key challenge in electronics in general.

Materials and methods. A special effort has been undertaken to make the article appealing to the general reader, especially to specialists in the field of radioelectronics and data processing. To this end, in the description of the complex physics underlying magnetic interactions preference is given to simple term "naive" interpretations.

Results. Apart from the analysis of the fundamental features peculiar to the interfaces between ultrathin films of ferromagnetic and heavy metals and related to strong SOC, we discuss specific configurations especially promising for application-oriented research. Among others, these include spin torque microwave (1...50 GHz) oscillators, fast domain walls in racetrack memory and especially magnetic skyrmions.

Conclusion. Publication of this paper will facilitate creative interaction between the fundamental and applied research, thus contributing to the development of novel high-performance spintronic devices.

Introduction. The distinctive feature of a coplanar transmission line with thin ferrite and ferroelectric films is the absence of undesirable irregularities in dispersion for relatively low frequencies when the wavelength approaches the thickness of ferroelectric layer, in contrast to the open ferrite-ferroelectric wave-guiding structure without metallization.

Aim. The purpose of this paper is twofold: (i) to develop a theory of the wave spectra in the multiferroic structures based on the coplanar lines; (ii) using this theory to find ways to enhance the electric tuning range.

Materials and methods. The dispersion relation for spin-electromagnetic waves was derived through analytical solution of the full set of the Maxwell's equations utilizing a method of approximate boundary conditions.

Results. A theory of spin-electromagnetic wave spectrum has been developed for the thin-film ferrite-ferroelectric structure based on a coplanar transmission line. According to this theory, dispersion characteristics of the spin-electromagnetic waves were described and analyzed for different parameters of the structure. The obtained results show that the investigated structure demonstrates a dual electric and magnetic field tunability of wave spectra. Its efficiency increases with an increase in the thicknesses of the ferrite and ferroelectric films and with a decrease in the width of the central metal strip.

Conclusion. The distinctive features of the proposed coplanar waveguides are the thin-film planar topology and dual tunability of the wave spectra. All these advantages make the proposed structures perspective for development of new microwave devices.

Введение. В генераторах, управляемых напряжением (ГУН), для уменьшения фазовых шумов часто используются связанные двух- или трехпроводные микрополосковые линии (МПЛ) передач. К сожалению, фазовые шумы известных ГУН не оптимизировались в зависимости от длин связи отрезов трехпроводной МПЛ.

Цель работы. Для трехпроводной связанной микрополосковой структуры поставлена задача поиска оптимальных длин ее отрезков, которые соответствуют пониженным уровням фазовых шумов выбранного ГУН.

Материалы и методы. На примере описанного ГУН изучается работа модели его резонатора с тремя электромагнитно связанными МПЛ, где вторая линия от первой, а третья от второй линии отличаются на одну и ту же физическую длину и где ширины первой и третьей линий и их зазоры связи со второй линией одинаковы. В рассматриваемой трехпроводной линии с одной стороны реализованы режимы короткого замыкания с общей шиной, а с другой на выводах первой и третьей линий - режимы холостого хода. Свободный вывод второй линии является входом линии.

Результаты. Получены основные формулы для расчета частотозадающих элементов рассматриваемого ГУН и параметров выбранной модели резонатора. С их помощью дана оценка входных сопротивлений базовых контуров для двух типов ГУН с трехсвязанными линиями одинаковой и разной длины, а также для ГУН, использующего двухсвязную МПЛ. По сравнению с ними предлагаемый ГУН вблизи оптимальной разницы в длинах отрезков трехпроводной линии обладает в 2...4 раза большей крутизной фазовой характеристики входного сопротивления, а также в 4...10 раз меньшей шириной графиков его модулей.

Заключение. По сравнению с известными устройствами в разработанном генераторе с рассчитанными длинами связи отрезков выбранной трехпроводной линии экспериментально подтверждена возможность получения меньших на 6...10 дБ/Гц уровней фазовых шумов.

Введение. В настоящее время листовой прокат является основным конструкционным материалом многоцелевого назначения. Актуальной задачей промышленности является повышение качества толстолистового проката. Это позволяет в дальнейшем обеспечивать необходимую надежность конструкций и изделий особо ответственного назначения. Действующие в настоящее время нормативные документы допускают проведение ультразвукового контроля листового проката методами отражения или прохождения. В силу отсутствия конкретных рекомендаций по применению того или иного метода становится неочевидным, какой из методов использовать предпочтительней.

Цель работы. Оценка предельной выявляемости плоскостных несплошностей толстолистового проката методами отражения (эхометод) и методами прохождения (теневой и зеркально-теневой методы).

Материалы и методы. На основании анализа уравнений акустических трактов определены соотношения, позволяющие оценивать предельную выявляемость плоскостных несплошностей толстолистового проката эхо-, теневым и зеркально-теневым методами с использованием продольных волн. Теоретические исследования проводились компьютерным моделированием с использованием математического пакета Mathcad.

Результаты. Получены интегральные выражения для расчета амплитуд эхосигнала от плоскостного дефекта, донного сигнала на бездефектном и дефектном участках и их соотношение для эхометода. Определены выражения для расчета амплитуд прошедших и донных сигналов на дефектном и бездефектном участках и их соотношение для теневого и зеркально-теневого методов. На основе численного анализа выполнена оценка предельной выявляемости плоскостных дефектов листового проката: методами отражения возможно выявление дефектов раскрытием 5 мкм, методами прохождения - более 100 мкм.

Заключение. Установлено, что методы отражения обладают лучшими возможностями по выявлению плоскостных дефектов продольными волнами. Определены условия уменьшения толщины эквивалентной прослойки, связанные с увеличением волнового размера преобразователей. Показано, что с целью выявления дефектов с малым раскрытием при контроле листового проката целесообразнее отдавать предпочтение эхометоду ультразвукового контроля.