Введение. Одной из важнейших задач в современных телекоммуникационных системах является повышение помехоустойчивости приема сигналов в каналах с переменными параметрами. Например, в линиях связи стандартов DVB-T2, DVB-S и DVB-S2/S2X широко применяются сигнальные конструкции (СК) многопозиционной квадратурной амплитудной модуляции (М-КАМ). Однако, как показывает анализ научных публикаций, случайный характер изменения фаз трансформированного сигнального созвездия приводит к потерям помехоустойчивости сигналов М-КАМ. Технические решения для эффективного приема таких сигналов проработаны в недостаточной степени. Предлагаемая структурная схема устройства приема квадратурных амплитудных сигналов и алгоритм функционирования амплитудно-фазового детектора позволяют учитывать и компенсировать случайные изменения фазы.

Цель работы. Разработка научно-технических предложений по повышению эффективности приема сигналов М-КАМ в радиоканалах со случайным изменением фазы.

Материалы и методы. Полученные результаты описаны на основе теории связи, теории сигналов в предметной области методов исследования помехоустойчивости.

Результаты. Предложена структурная схема устройства приема квадратурных амплитудных сигналов и алгоритм функционирования амплитудно-фазового детектора, позволяющие учитывать и компенсировать случайные изменения фазы. Сформулированы научно-технические предложения по повышению помехоустойчивости приема М-КАМ в каналах с переменными параметрами.

Заключение. Разработанные научно-технические предложения по повышению помехоустойчивости многопозиционных квадратурных сигналов в каналах с переменными параметрами обосновывают целесообразность использования трансформированной СК М-КАМ с улучшенными энергетическими характеристиками; применение разработанного устройства приема обработки квадратурных амплитудных сигналов и алгоритма функционирования амплитудно-фазового детектора. Полученные результаты позволяют производить демодуляцию с одновременной компенсацией фазовых искажений для повышения помехоустойчивости приема сигналов М-КАМ.

Введение. Ряд работ в области конструирования антенн Фабри–Перо направлен на достижение широкой полосы рабочих частот, однако не всегда удается добиться сравнительно одинакового коэффициента усиления внутри нее. В данной статье описана конструкция антенны Фабри–Перо, в которой для расширения полосы частот использовалась перестраиваемая щелевая антенна. Одним из критериев при разработке антенного устройства являлась высокая стабильность коэффициента усиления – его изменения не должны превышать 1 дБ в заявленной полосе.

Цель работы. Разработка антенны Фабри–Перо для частотного диапазона 4.9…5.5 ГГц с высокой стабильностью коэффициента усиления внутри рабочей полосы частот.

Материалы и методы. В конструкции разрабатываемой антенны в качестве перестраиваемых элементов использовались тонкопленочные сегнетоэлектрические конденсаторы. Диэлектрическим материалом при разработке антенны служил металлизированный армированный фторопласт. Параметры сегнетоэлектрических элементов измерялись с использованием резонансной методики, в то время как параметры диэлектрического материала определялись с помощью метода Николсона–Росса–Вейра.

Результаты. Рабочая полоса частот разработанной антенны составила 4.9…5.5 ГГц. Были изготовлены и экспериментально исследованы образцы сегнетоэлектрических конденсаторов и фольгированного диэлектрического материала, на основе которых был создан прототип перестраиваемой щелевой антенны. Результаты моделирования показали, что коэффициент усиления разработанной антенны Фабри–Перо составил не менее 10 дБ. Изменение коэффициента усиления внутри рабочей полосы частот не превысило 0.7 дБ.

Заключение. Разработана Антенна Фабри–Перо на основе электрически перестраиваемой щелевой антенны и двухслойной частотно-селективной поверхности. Рабочая полоса частот разработанной антенны составила 4.9…5.5 ГГц, что соответствует полосе частот сетей Wi-Fi. Оптимизация конструктивных параметров антенны позволила добиться высокого коэффициента усиления при его малом изменении в заданном частотном диапазоне.

Введение. Пространственная фильтрация сигналов (ПФС) реализуется при перекрытии спектров сигналов разных источников радиоизлучения для выделения интересующих. Качество ПФС зависит от точности калибровки антенной решетки (АР), которая позволяет оценить амплитудно-фазовое распределение (АФР) при всех возможных направлениях прихода и обеспечивает идентичность трактов приема. Несоответствие фактического АФР измеренному приводит к ухудшению качества при всех методах ПФС.

Цель работы. Разработка метода повышения качества ПФС, основанного на оценках направлений прихода полезного и мешающих сигналов c помощью MUSIC и ESPRIT при неточной калибровке АР.

Материалы и методы. Для повышения качества ПФС применена режекция неподавленных из-за неточно измеренного АФР АР мешающих сигналов. Исследование проведено статистическим имитационным моделированием в MATLAB и обработкой данных натурного эксперимента.

Результаты. Разработан метод ПФС на основе MUSIC и ESPRIT с дополнительной режекцией мешающих сигналов, неподавленных из-за неточной калибровки АР. Обоснован алгоритм построения базиса для режекции при априорной неопределенности сигнально-помеховой обстановки. Результаты статистического имитационного моделирования и обработка данных натурного эксперимента свидетельствуют об эффективности дополнительной режекции, примененной к выделенным сигналам.

Заключение. Разработанный метод ПФС в условиях априорной неопределенности сигнально-помеховой обстановки при неточной калибровке АР и трактов приема обеспечивает показатели качества ПФС в широком динамическом диапазоне уровней полезного и мешающих сигналов. Тогда как известный метод Кейпона, требующий априорного знания направления прихода полезного сигнала или его оценки, в условиях неточного амплитуднофазового распределения выделяет только слабые относительно шума сигналы и подавляет сильные.

Введение. Различение целей, находящихся в одном элементе пространственного разрешения РЛС, включает в себя определение числа целей и их распознавание. Распознавание и различение напрямую связаны с анализом радиолокационных портретов (спектральных, дальностных, азимутальных и др.). Отдельный интерес представляют радиолокационные портреты (РЛП) вращающихся элементов летательных аппаратов (ЛА), полученные путем обращенного синтеза апертуры антенны (ОСАА). Такие портреты обладают высокой степенью информативности и позволяют сделать вывод о конструктивных особенностях ЛА. Для разработки алгоритмов построения РЛП винтов ЛА на основе ОСАА необходимо иметь ясное представление о перемещениях различных точек на поверхностях лопастей винтов. Такое представление дает математическая модель сигнала, отраженного от винтов ЛА.

Цель работы. Разработка математической модели сигнала, отраженного от винтов квадрокоптера, в приложении к обращенному синтезу апертуры антенны в бистатической РЛС.

Материалы и методы. Лопасть винта в рассматриваемой модели представляется в виде совокупности точечных отражателей, расположенных вдоль двух линий, проходящих по передней и задней кромкам лопасти. При разработке модели отраженного сигнала учитываются изменения фазовой структуры отраженного сигнала, обусловленные поступательным движением квадрокоптера и вращением лопастей винтов, а также разносом винтов в пространстве.

Результаты. Разработана математическая модель сигнала, отраженного от винтов квадрокоптера, в приложении к ОСАА в бистатической РЛС. Путем моделирования получены реализации сигналов, отраженных от одной лопасти винта, от одного винта и от совокупности винтов квадрокоптера. Выполнен анализ временных и спектральных структур отраженных сигналов для двух вариантов представления лопасти.

Заключение. Разработанная математическая модель отраженного сигнала является основой для создания алгоритма построения изображений винтов ЛА путем обращенного синтеза апертуры антенны в бистатической РЛС.

Введение. В последние годы наблюдается рост интереса к исследованию нелинейных свойств спиновых волн. Были исследованы такие нелинейные явления, как солитоны огибающей, нелинейный сдвиг собственных частот интенсивных спиновых волн и многие др. Однако ряд важных вопросов остается неизученным. Сюда можно отнести задачу исследования наведенного нелинейного сдвига фазы спиновых волн. Интерес к такому исследованию обусловлен необходимостью разработки спин-волновых логических элементов, управление которыми происходило бы с помощью изменения фазы рабочей спиновой волны.

Цель работы. Исследование нелинейного логического элемента "исключающее ИЛИ-НЕ", в основе работы которого лежит эффект наведенного нелинейного сдвига фазы рабочей спиновой волны.

Материалы и методы. С помощью оригинальной теории проводится моделирование амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) логического элемента "исключающее ИЛИ-НЕ". Обосновывается принцип его работы. С помощью векторного анализатора цепей экспериментально показывается возможность реализации логической функции "исключающее ИЛИ-НЕ" в схеме по типу спин-волнового интерферометра Маха–Цендера.

Результаты. Проведено экспериментальное исследование наведенного нелинейного сдвига фазы рабочих сигналов, падающих на идентичные нелинейные спин-волновые фазовращатели (НФВ), расположенные в плечах логического элемента. Показано, что с ростом мощности сигнала накачки до 60 мВт, подающегося на нелинейные фазовращатели, происходит наведенный нелинейный сдвиг фазы рабочего сигнала более, чем на 180°, что обусловливает возможность использования НФВ для построения спин-волновых логических элементов. Также экспериментально исследован принцип действия спин-волнового логического элемента. Показано, что в низкочастотной области АЧХ устройства реализуется логическая функция "исключающее ИЛИ-НЕ".

Заключение. Проведено численное моделирование характеристик спин-волнового логического элемента "исключающее ИЛИ-НЕ", построенного по схеме интерферометра Маха–Цендера. Показано, что логические функции выполняются за счет эффекта наведенного нелинейного сдвига фазы спиновых волн в нелинейных фазовращателях, расположенных в разных плечах логического элемента.

Введение. Определение электрофизических параметров линейных и нелинейных диэлектрических материалов для применения в технике СВЧ является важной задачей. Линейные диэлектрики используют как основу для подложек СВЧ-схем, так и в качестве объемных элементов для построения частотно-избирательных или резонансных структур, которые работают в широком температурном диапазоне. Поэтому вопрос стабилизации электрических параметров таких структур в условиях изменения температуры актуален. Его можно решить, используя многослойную комбинацию диэлектриков как с линейными, так и с нелинейными свойствами. Нелинейные свойства, которыми обладают сегнетоэлектрики, находят применение в функциональных узлах с электрической перестройкой частотных и фазовых характеристик. Важным является не только определение относительной диэлектрической проницаемости материала, но и коэффициента управления в ВЧ–СВЧ-диапазонах длин волн.

Цель работы. Построение расчетных математических моделей для слоистых объемных и пленочных структур и определение относительной диэлектрической проницаемости линейных и нелинейных диэлектриков в диапазоне СВЧ.

Материалы и методы. Вычислительные математические модели для анализа сложных слоистых структур построены на базе уравнений Максвелла и метода Галеркина с применением граничных условий для касательных и нормальных компонент электромагнитного поля.

Результаты. Выполнен электродинамический анализ двухслойного объемного дискового резонатора и получены результаты расчета резонансной частоты. Проведен численный анализ дисперсионных характеристик многоэлектродной линии передачи, и по результатам измерений многоэлектродного полуволнового резонатора с сегнетоэлектрической пленкой получено значение ее относительной диэлектрической проницаемости и коэффициента управления.

Заключение. Созданные математические модели и проведенный эксперимент позволили численно оценить свойства линейных и нелинейных диэлектрических объемных и пленочных материалов в СВЧ-диапазоне.

Введение. Нефостеровские элементы (НФЭ) имитируют в определенном диапазоне частот поведение гипотетических реактивных элементов с отрицательными значениями индуктивности или емкости и используются для компенсации частотной зависимости традиционных реактивностей, что позволяет создавать широкополосные СВЧ-устройства. Для реализации НФЭ применяются конверторы отрицательного импеданса (КОИ) – активные цепи, преобразующие импеданс нагрузки во входной импеданс противоположного знака. Ошибка преобразования, обусловленная неоптимальным выбором параметров КОИ, а также неидеальностью его элементов, ограничивает точность реализации значений и рабочую полосу частот НФЭ. Необходимость учета большого количества факторов, которые опосредованно и разнонаправленно влияют на конечный результат, и отсутствие универсальной методики значительно осложняют разработку НФЭ. Как следствие, характеристики НФЭ в широкой полосе частот заметно отличаются от целевых, что ограничивает возможности практических применений.

Цель работы. Предложить методику разработки отрицательных индуктивностей на основе КОИ, построенного по схеме Линвилла, которая позволила бы компенсировать ошибку преобразования и создавать широкополосные отрицательные индуктивности с малым отклонением от целевого значения.

Материалы и методы. Рассмотрено влияние параметров отдельных составляющих КОИ на частотные характеристики отрицательной индуктивности. На основании проведенного анализа и выявленных взаимосвязей предложена методика пошаговой разработки отрицательных индуктивностей с малым отклонением в широкой полосе частот. Показано, что при реализации отрицательных индуктивностей с большими абсолютными значениями целесообразно использовать в нагрузке КОИ отрезок длинной линии вместо сосредоточенной индуктивности, т.к. это позволяет обеспечить более широкую полосу частот при меньшем отклонении от целевого значения отрицательной индуктивности.

Результаты. Для демонстрации возможностей, которые открывает применение предложенной методики, представлены результаты моделирования ряда отрицательных индуктивностей с фиксированным набором значений и отклонений в гигагерцовом диапазоне частот.

Заключение. Полученные результаты показывают, что предложенная методика позволяет без применения численной оптимизации компенсировать ошибку преобразования и тем самым уменьшить отклонение значения отрицательной индуктивности от целевого в заданной полосе частот или расширить рабочую полосу частот при заданном допустимом отклонении отрицательной индуктивности.

Введение. Появление новых конструкционных материалов и совершенствование имеющихся технологий изготовления из них новых видов изделий приводят к появлению новых видов нарушений сплошности. В связи с этим актуальной для целей неразрушающего контроля и структурометрии является задача разработки новых моделей нарушений сплошности, учитывающих ранее не принимавшиеся во внимание параметры.

Цель работы. Теоретическое описание процессов распространения упругих волн через среду, содержащую упорядоченную решетку микротрещин с граничными условиями в приближении "линейного скольжения", модернизированными с учетом параметров микровыступов шероховатых границ микротрещин. Формирование базы данных для экспериментальных исследований при определении физико-механических характеристик конструкционных материалов.

Материалы и методы. Акустические характеристики материалов определялись на основе вывода и решений дисперсионных уравнений, описывающих образование и распространение в упругих средах с упорядоченной трещиноватостью эффективных продольных и поперечных, а также поверхностных волн.

Результаты. Результаты моделирования процессов формирования упругих волн показали, что увеличение концентрации микротрещин приводит к уменьшению значений фазовых скоростей эффективных продольных, поперечных и поверхностных волн и повышению коэффициентов затухания при заданных значениях частоты ультразвука и параметров материала.

Заключение. Учтенные параметры модели: среднее значение радиуса микросферы, замещающей микровыступ поверхности, и параметр шероховатости R_z существенно влияют на формирование физико-механических характеристик материалов, определяемых по результатам ультразвуковых измерений. Разработанная модель может рекомендоваться в качестве научной базы для интерпретации результатов ультразвуковых измерений.

Введение. Анализ качества зерна пшеницы инструментальными методами является актуальной задачей ввиду ежегодного увеличения объемов его производства и экспорта. Метод цифровой рентгенографии перспективен для исследования внутренней структуры зерна пшеницы, так как является неразрушающим и совместно с другими методами дает возможность наиболее полно описать параметры зерна.

Цель работы. Определить возможности цифровой рентгенографии для исследования структуры зерна пшеницы.

Материалы и методы. Для получения цифровых рентгеновских изображений использована многофункциональная передвижная рентгенодиагностическая установка производства ЗАО "ЭЛТЕХ-Мед". Напряжение на трубке установки – 9 кВ. В статье использованы образцы зерна твердой пшеницы разных сортов. Для автоматизации операций по обработке изображений зерна применялись разработанные скрипты на языке Python с использованием библиотек numpy, opencv.

Результаты. Исследовано ослабление рентгеновского излучения материалом зерна. Показано, что оболочка зерна обладает большим коэффициентом ослабления, чем эндосперм. Найдено обоснование явления, которое заключается в большей концентрации калия и фосфора в оболочке пшеницы. Полученное расчетным путем отношение коэффициентов ослабления оболочки к эндосперму составило 1.27, экспериментальным 1.36. Показано влияние геометрической формы зерна пшеницы на формирование рентгеновского изображения зерна. Приведен способ описания геометрической формы зерна с использованием кривых второго порядка. Построена математическая модель прохождения рентгеновского излучения в зерне пшеницы с учетом его сложной формы и неоднородного распределения макроэлементов в нем. Модель позволяет неразрушающим методом оценить коэффициенты ослабления эндосперма и оболочки зерна.

Заключение. Метод цифровой рентгенографии для исследования пшеницы рационально применять в научных исследованиях и задачах селекции. Предложенную модель прохождения рентгеновского излучения в зерне пшеницы можно использовать для численного определения некоторых показателей качества зерна.