Введение. Интерес к многолучевым диэлектрическим линзовым антеннам в последние годы растет в связи с развитием телекоммуникационных и радиолокационных систем миллиметрового диапазона. При разработке систем мобильной связи с технологией адаптивного формирования луча в качестве альтернативы сложным в реализации и обладающим высоким энергопотреблением фазированным антенным решеткам все чаще рассматривают многолучевые системы на основе линзовых антенн. В последние годы появилось много публикаций по разработке сферических и цилиндрических линзовых антенн Люнеберга, реализованных с помощью технологии аддитивного производства. В данной статье приведен обзор линзовых антенн Люнеберга, изготовленных с помощью 3D-печати, которые могут найти применение в системах мобильной связи пятого и шестого поколений.

Цель работы. Обзор достижений в области изготовления линзовых антенн Люнеберга различных конструкций аддитивными методами производства.

Материалы и методы. Материалы для анализа и систематизации были отобраны из отечественных и зарубежных научных публикаций, тезисов докладов всероссийских, международных конференций, а также вебсайтов производителей линзовых антенн за последние 20 лет. Механизм отбора материала основывался на оригинальности представленных конструкций напечатанных линзовых антенн Люнеберга.

Результаты. Проведен обзор конструкций линзовых антенн Люнеберга, изготовленных с помощью 3D-печати, которые отличаются друг от друга механической прочностью, сложностью исполнения и электродинамическими характеристиками. Представлены результаты сравнительного анализа ключевых характеристик этих антенн, а также приведены примеры их практической реализации.

Заключение. Недостатком линзовых антенн Люнеберга всегда выступала сложность их изготовления, однако технологии аддитивного производства открывают новые возможности для быстрого, качественного и автоматизированного производства. Для создания диэлектрических линзовых антенн могут быть применены различные технологии 3D-печати, отличающиеся разрешающей способностью принтеров, скоростью печати и себестоимостью. С каждым годом методы аддитивного производства непрерывно развиваются и в настоящий момент достигнуты технологические возможности печати линзы Люнеберга для суб-ТГц-диапазона с высоким разрешением и точностью. Также появились 3D-принтеры, способные печатать одновременно несколько линз.

Введение. Радиолокационные станции наблюдения воздушных объектов, функционирующих в коротковолновом диапазоне, имеют ряд ограниченных технических характеристик, одной из которых является сектор обзора по азимуту. Ввиду использования в качестве приемной линейной антенной решетки (АР) угол обзора ограничивался 60°. При модернизации станции указанное ограничение снято переходом к АР с кольцевой структурой (в настоящее время используется многокольцевая АР). На практике после выполнения ряда алгоритмов пространственной обработки оператору становятся доступны азимут, дальность и скорость наблюдаемого объекта, однако из-за особенностей распространения коротковолнового сигнала точность измерения этих параметров не обеспечивает устойчивого сопровождения воздушных объектов. Кроме того, с переходом на использование многокольцевых решеток появилась возможность дополнительно измерять угол места с последующим расчетом высоты объекта.

Цель работы. Анализ фазового распределения падающей волны на раскрыве многокольцевой АР, а также выполнение пространственной обработки принятого сигнала с использованием фазового метода пеленгации для повышения точности измерения угла места.

Материалы и методы. При формировании фазовых распределений на элементах многокольцевой АР, вычислении угла места фазовым методом и формировании портретов наблюдаемого объекта использовалось компьютерное моделирование в среде MATLAB. Указанная среда успешно применяется для решения широкого спектра научных задач разной сложности в промышленности и научно-исследовательских организациях.

Результаты. Показана возможность использования фазового метода пеленгации источника излучения для повышения точности измерения угла места. Выполнено моделирование. Проведен анализ полученных результатов на примере наблюдения коротковолновой станцией воздушного объекта.

Заключение. Полученные результаты доказали актуальность применения фазового метода при выполнении пространственной обработки сигналов в коротковолновой станции. Предложенный метод позволил устранить неоднозначность при измерении угла места и повысить точность его определения, что является новым результатом применительно к рассматриваемым системам.

Введение. Антенные решетки сильносвязанных диполей в настоящее время относятся к одному из наиболее востребованных типов систем излучателей. Их основные достоинства – электрически малая высота профиля, возможность сканирования луча в широком секторе углов без появления эффекта ослепления, низкий уровень кроссполяризации. Количество публикаций по теме антенных решеток этого типа за последние годы значительно выросло. Большое внимание авторы уделяли симметрирующим устройствам в составе излучателей. Однако малоизученной остается возможность реализации простого дифференциального питания плеч диполей в антенных решетках такого типа, что делает исследование этого вопроса особенно актуальным при разработке радиотехнических устройств, где такая схема питания является предпочтительной.

Цель работы. Разработать конструкцию элемента антенной решетки сильносвязанных дипольных излучателей с дифференциальным питанием и исследовать ее характеристики.

Материалы и методы. Для изготовления макета применялись следующие материалы: лист медный, диэлектрик RO3003, ситалловая подложка СТ-50-1. Численное исследование характеристик выполнялось в программе ANSYS HFSS, экспериментальное исследование макета – в безэховой камере с применением автоматизированного измерительного комплекса и векторного анализатора цепей.

Результаты. Представлены результаты проектирования плоской антенной решетки сильносвязанных диполей X-диапазона. В антенной решетке питание каждого из плеч диполей осуществляется при помощи отдельного коаксиального кабеля, при этом 2 плеча одного диполя запитываются в противофазе. Приведены результаты численного исследования характеристик антенной решетки 8 × 8 из разработанных элементов. В диапазоне от 6.5 до 12.25 ГГц средний активный коэффициент стоячей волны по напряжению не превышает 3, при этом коэффициент усиления варьируется от 21.5 до 25.7 дБи. Показана возможность сканирования луча в секторе углов до ±45°. Приведены результаты экспериментального исследования характеристик излучения и согласования макета одного элемента.

Заключение. Показана важность проведения расчетов с учетом эффектов, возникающих на краях антенных решеток конечных размеров. Экспериментально подтверждена целесообразность изготовления и измерений макетов антенных решеток с большим количеством элементов. Предложенная конструкция элемента показала возможность реализации дифференциального питания в антенных решетках сильносвязанных дипольных излучателей.

Введение. Полигармонические сигналы, спектр которых имеет линейчатый вид, часто встречаются в практических задачах. Примерами являются сигналы датчиков контроля вращающихся элементов механических систем, сигналы мониторов сердечных сокращений, сигналы радиотехнических систем с изменяющимся периодом повторения. Вследствие нестабильности частот гармоник в составе сигнала или флюктуаций периода дискретизации спектральные линии "расплываются". Эти искажения можно рассматривать как следствие изменений локального временного масштаба обрабатываемого сигнала. Такая трактовка позволяет предложить для восстановления спектра сигнала масштабно-инвариантные преобразования. Известные способы восстановления спектра сигнала, моменты взятия отсчетов которого априорно не известны, основаны на предварительном восстановлении самого сигнала и последующей оценке его спектра. Алгоритмы восстановления сигнала, заданного на временной сетке с неизвестными значениями координат узлов, характеризуются большой вычислительной сложностью, поскольку являются итерационными и используют методы оптимизационного поиска.

Цель работы. Синтезировать безытерационный алгоритм восстановления спектра полигармонического дискретного сигнала в предположении о медленном характере изменений периода дискретизации.

Материалы и методы. Для решения поставленной задачи в статье используется дискретный вариант преобразования Ламперти. Качество полученного алгоритма оценивается методом математического моделирования с применением тестового сигнала, известного из литературных источников.

Результаты. Математическое моделирование предлагаемого алгоритма доказало его работоспособность. Линейчатая структура спектра тестового сигнала, которая была искажена медленными изменениями периода дискретизации с амплитудой 20 % от среднего значения периода дискретизации, была восстановлена при ошибках в оценке частот и мощностей гармоник, сравнимых с соответствующими значениями, полученными из оценки спектра сигнала при его равномерной дискретизации. Максимальная ошибка оценки периода дискретизации составила 5 % от его среднего значения.

Заключение. Предложен новый безытерационный алгоритм восстановления линейчатого спектра дискретного полигармонического сигнала, использующий масштабно-инвариантное преобразование Ламперти. Синтезированный алгоритм можно использовать в простой итерационной процедуре для оценки изменений периода дискретизации.

Введение. Представлена краткая история развития процесса европейской и международной стандартизации в области систем DVB (Digital Video Broadcasting) в применении к спутниковому вещанию, рассматриваются преимущества новых систем, представлены результаты сравнительного анализа их основных характеристик по отношению к предыдущим версиям.

Цель работы. Исследовать прогресс в стандартизации систем цифрового спутникового вещания, проанализировать новые функции и возможности, сравнить основные характеристики и выделить преимущества новых систем по отношению к предыдущим версиям.

Материалы и методы. Документы Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETSI) и Международного союза электросвязи, относящиеся к стандартизации систем спутникового вещания от DVB-S до DVB-S2X. Сравнительный анализ основных функций и характеристик рассматриваемых систем.

Результаты. Проанализированы новые функции и возможности, введенные в системе DVB-S2, включая опцию Time-slicing (Annex M), позволяющую приемникам выбирать и декодировать отдельный поток, несущий один или более нужных сервисов, и не тратить ресурсы на обработку других потоков. Рассмотрены новые опции системы DVB-S2X, включая опцию Super-Framing Structure (Annex E), которая позволяет обеспечить повышенную устойчивость к соканальным помехам от сигналов, передаваемых по соседнему лучу, а также поддержку будущих разработок, связанных с "прыгающими лучами" (beam hopping). Проиллюстрированы преимущества введенного в DVB-S2X "объединения каналов", что позволяет совместно использовать емкость двух или трех транспондеров с целью увеличения коэффициента статистического мультиплексирования в случае передачи программ UHDTV.

Заключение. Стандартизация систем цифрового спутникового вещания обеспечивает возможность разработчикам и производителям оборудования использовать наиболее современные технологии и методы, опираясь в то же время на международно признанные стандарты. Это позволяет, с одной стороны, постоянно совершенствовать оборудование цифровых систем спутникового вещания, повышая потребительские качества предоставляемых услуг, а с другой – увеличивать тиражи и удешевлять выпускаемые микросхемы и аппаратуру.

Введение. Параметрические методы спектрального оценивания обладают повышенным разрешением по частотному параметру по сравнению с согласованной обработкой сигналов, традиционно используемой в радиолокации. Это делает целесообразным их применение в случаях, когда размер выборки пространственного или временного сигнала жестко ограничен. В то же время параметрические методы не являются оптимальными при приеме одиночных сигналов на фоне нормального неокрашенного аддитивного шума, поэтому для решения вопроса об их применении как самостоятельных методов необходимо, во-первых, обосновать рабочие статистики обнаружения и, во-вторых, построить и проанализировать характеристики обнаружения и помехоустойчивости.

Цель работы. Исследование модифицированных рабочих статистик обнаружения параметрического метода Берга, отличающихся простотой решающих функций и способностью обеспечивать постоянную вероятность ложных тревог при изменении уровня аддитивного шума.

Материалы и методы. В качестве основного метода исследований выбран метод статистического компьютерного моделирования работы предложенных алгоритмов обнаружения, широко используемый при анализе параметрических методов обработки сигналов. Для сравнения полученных в статье характеристик обнаружения выбран известный и описанный в литературе метод гармонического среднего Берга, являющийся наиболее экономичным с точки зрения вычислительных затрат процессора цифровой обработки сигналов.

Результаты. В статье приведены оригинальные решающие функции, полученные в результате преобразования оценок спектральной плотности мощности метода Берга, на основании которых получены и исследованы характеристики обнаружения и помехоустойчивости к сигналоподобным помехам модифицированного метода Берга. Последние являются основой для сравнительного анализа предлагаемых парциальных статистик обнаружения. Показано, что они сохраняют свойство инвариантности вероятности ложных тревог к уровню нормального белого шума.

Заключение. Полученные характеристики обнаружения и помехоустойчивости для сверхкоротких и коротких выборок сигналов позволяют рекомендовать параметрический метод гармонического среднего Берга, реализуемый на основе алгоритма прямого и обратного линейного предсказания, в качестве самостоятельного метода обработки сигналов при жестких ограничениях на размер анализируемой выборки пространственно-временных сигналов.

Введение. Использование неэквидистантных последовательностей импульсов в качестве зондирующих радиолокационных сигналов позволяет устранить слепые зоны по скорости и дальности. Однако реализация многоканальной доплеровской фильтрации (МДФ) на основе классического алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ) неэквидистантных отсчетов сигнала в задаче обнаружения сигнала сопряжена с энергетическими потерями. Применение алгоритмов модифицированного БПФ позволяет повысить эффективность МДФ на фоне белого гауссовского шума, но снижает эффективность накопления сигнала в части каналов обработки сигнала, перекрываемых узкополосной помехой. Для устранения этого недостатка авторами ранее предложено применить комбинированный классический и модифицированный алгоритмы БПФ. Однако применение комбинированного метода не приводит к оптимальному решению с точки зрения эффективности МДФ.

Цель работы. Оптимизация весовой обработки неэквидистантных сигналов для повышения эффективности МДФ.

Материалы и методы. МДФ осуществлена с применением оптимизационных процедур, а эффективность алгоритмов оценивалась с помощью компьютерных расчетов.

Результаты. Результаты исследования показали, что окно Кайзера–Бесселя с параметром окна α = 4.42 обеспечивает наибольший усредненный по каналам МДФ коэффициент улучшения отношения сигнал(помеха + шум), равный 30.06 дБ, и наибольшую усредненную по каналам МДФ вероятность правильного обнаружения сигнала, равную 0.5, при обработке неэквидистантных последовательностей импульсов. Оптимизация весовой обработки в МДФ при указанных условиях позволяет значительно повысить используемые усредненные характеристики эффективности до 53.18 дБ и до 0.92 соответственно.

Заключение. Раздельная оптимизация весовой обработки для каждого частотного канала позволяет значительно повысить усредненные характеристики эффективности многоканального доплеровского фильтра и устранить все недостатки классического и модифицированного алгоритмов БПФ при обработке неэквидистантных последовательностей импульсов. Однако эти преимущества достигаются ценой отказа от применения БПФ, т. е. реализуются в рамках алгоритма дискретного преобразования Фурье.

Введение. Наноматериалы на основе бинарных и многокомпонентных оксидных систем представляют интерес для разработки катализаторов, фотокатализаторов, газовых сенсоров, солнечных элементов, а также во многих других областях. Для получения оксидных систем различного состава наиболее эффективными методами являются методы химического соосаждения, а также двухстадийные подходы.

Цель работы. Разработка сенсорных наноматериалов на основе ZnO, тройных оксидных наносистем Zn–Fe–O и Zn–Sn–O, а также разработка методов диагностики особенностей свойств этих материалов.

Материалы и методы. В данной статье методом химического соосаждения синтезированы нанопорошки ZnO и ZnFe₂O₄, а также получены наноструктуры ZnFe₂O₄ и Zn₂SnO₄ модифицированием наностержней ZnO. Химический состав и микроструктура поверхности исследованы с помощью растровой электронной микроскопии, дифракции обратнорассеянных электронов, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Проанализирован отклик образцов к парам органических растворителей.

Результаты. Обнаружено, что величина отклика образцов оксида цинка и цинкового феррита, полученных методом химического соосаждения, на 2–4 порядка больше, чем модифицированных наностержней оксида цинка. Формирование тройных оксидных наноструктур приводит к увеличению сенсорного отклика нано-стержней оксида цинка. Этот эффект объяснен образованием адсорбционных центров различного типа при формировании таких систем. Образцы, полученные химическим соосаждением, показали чрезвычайно высокий сенсорный отклик. Это может быть связано с формированием фрактальных структур со свойствами перколяционного кластера на границе порога протекания.

Заключение. Химическим соосаждением получены оксидные наноструктуры ZnO и ZnFe₂O₄, проявляющие очень высокий сенсорный отклик к парам ацетона и этанола. Разработаны способы формирования многокомпонентных оксидных систем, обладающих улучшенными сенсорными свойствами по сравнению с исходными наностержнями оксида цинка. Полученные сенсорные наноматериалы перспективны для использования в качестве чувствительных слоев газовых сенсоров для обнаружения паров органических растворителей.

Введение. Нитрид кремния является многообещающим материалом для изготовления фотонных интегральных схем (ФИС). Одним из наиболее перспективных методов с точки зрения промышленного производства ФИС из нитрида кремния является метод плазмохимического осаждения из газовой фазы. Недостатком этого метода, ограничивающим его применение, является высокое затухание в телекоммуникационном диапазоне частот, обусловленное поглощением на Si–H- и N–H-комплексах, оставшихся в процессе роста пленки. Термический отжиг является основным способом разрушения этих комплексов и уменьшения потерь. Таким образом, актуальной задачей является изучение влияния отжига на волноведущие свойства фотонных интегральных волноводов из нитрида кремния.

Цель работы. Исследование влияния отжига на волноведущие свойства ФИС на основе пленок из нитрида кремния разной толщины, полученных методом плазмохимического осаждения из газовой фазы.

Материалы и методы. В работе исследовано влияние отжига на волноведущие свойства ФИС, изготовленных из пленок нитрида кремния толщиной 200, 400 и 700 нм. Для этого при помощи оптического анализатора компонентов высокого разрешения измерялись передаточные характеристики набора тестовых элементов. Измерения выполнены в диапазоне частот 185…196 ТГц.

Результаты. Из измеренных передаточных характеристик тестовых элементов были получены частотные зависимости декремента затухания, коэффициента связи и группового показателя преломления до и после отжига. Показано, что волноводы на пленках 200 нм демонстрировали достаточно высокое затухание по сравнению с волноводами на более толстых пленках, затухание в которых составляло 5 дБ в диапазоне 185…190 ТГц. На частотах выше 190 ТГц наблюдалось резкое возрастание потерь, связанных с поглощением на N–H-комплексах. В результате отжига потери уменьшаются во всей полосе частот. Адекватность определения волноведущих свойств продемонстрирована путем сопоставления теоретических и экспериментальных передаточных характеристик кольцевых резонаторов.

Заключение. Результаты исследования показывают, что для микроволноводов из нитрида кремния, полученных методом плазмохимического осаждения из газовой фазы, необходим отжиг. Отжиг при температуре 600 °C в течение 30 мин в вакууме позволил уменьшить затухание в микроволноводах сечением 900 × 400 и 900 × 700 нм² до 4 дБ/см во всем диапазоне частот от 185 до 196 ТГц.