Введение. Создание современной электронной компонентной базы с улучшенными характеристиками возможно с применением новых материалов и технологий их изготовления. Поэтому важен вопрос анализа электрических параметров электронных компонентов, содержащих материалы, расширяющие их функциональные возможности. Стабилизация электрических свойств конденсаторов с переменной емкостью при изменении управляющего напряжения вследствие температурных воздействий является актуальной задачей. Решить ее можно используя совокупность нелинейных диэлектриков, свойства которых взаимно компенсируют нестабильность эффективной диэлектрической проницаемости емкости в широком интервале температур. К таким материалам относятся сегнетоэлектрики, обладающие спонтанной поляризацией, зависящей от температуры и стороннего электрического поля.

Цель работы. Создание расчетных моделей планарных щелевых и сэндвич-структур, содержащих многослойные пленки с изменяемыми по толщине стехиометрическими составами сегнетоэлектрических материалов. На основе таких структур можно спроектировать конденсаторы, емкость которых зависит от управляющего напряжения. Их можно использовать в качестве сосредоточенных элементов схем, работающих в диапазонах НЧ–СВЧ-длин волн и обладающих высокой температурной стабильностью.

Материалы и методы. Вычислительные математические модели для анализа слоистых структур созданы с помощью метода конформных отображений и использования граничных условий для касательных и нормальных компонент электрического поля.

Результаты. Выполнен анализ емкости щелевого и сэндвич (плоскопараллельного)-конденсаторов на многослойных структурах. Получены результаты расчета емкости конденсаторов в зависимости от количества сегнетоэлектрических слоев и их толщин с различными стехиометрическими составами, обеспечивающими требуемую стабильность в заданном интервале температур. Увеличение количества слоев в структуре с трех до пяти расширяет температурный диапазон стабилизации эффективной диэлектрической проницаемости емкости с ~50 °С до ~120…160 °С.

Заключение. Созданные математические модели позволили численно оценить температурную и полевую стабильность многослойных пленочных структур на основе бариево-стронциевых составов для применения их в качестве основы при построении компонентной базы с электрической перестройкой емкости.

Введение. Функционирование многоэлементных антенных систем, в частности волноводно-щелевых фазированных антенных решеток (ВЩФАР) со стабильными характеристиками, позволяет обеспечить требуемые показатели эффективности помехозащищенности и электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств различного назначения. Однако случайный характер изменения фаз антенных элементов (АЭ) в результате неисправностей фазовращателей (ФВ) приводит к резкому ухудшению этих показателей. Поэтому оценка состояния функционирования ВЩФАР при выходе из строя ФВ с любым исходом является актуальной задачей и требует дальнейшего развития. В статье обобщены алгоритмы моделирования влияния отказов на характеристики ВЩФАР и приведены оценки состояния таких антенных систем при указанных неисправностях.

Цель работы. Разработка алгоритма влияния полного выключения ФВ на характеристики ВЩФАР, а также оценка состояния ВЩФАР при нарушении работоспособности ФВ АЭ с различным исходом.

Материалы и методы. При исследовании влияния отказов на характеристики ВЩФАР использовались методы статистического моделирования. Расчеты проводились на ЭВМ с помощью пакета прикладной математики Mathcad 15.

Результаты. Обобщены результаты моделирования 3 видов неисправностей, при которых устанавливались следующие параметры ФВ: фаза принимала значение, равное 0, вместо требуемого; фаза принимала случайное значение с дискретом 22.5° вместо требуемого; полное выключение ФВ. При исследовании до 35 неисправных ФВ АЭ из 50 элементов получено изменение следующих характеристик: среднеквадратичное отклонение – от 0.056 до 0.18; относительные значения: ширина диаграммы направленности – от 8 до 32 %; уровень боковых лепестков – от 13 до 78 %; мощность излучения – от 0.9 до 0.31. Сформирован диапазон состояний ВЩФАР при наступлении отказов ФВ: "нормальная работа" – до 7 неисправных ФВ; "ухудшение параметров" – от 7 до 12 неисправных ФВ; "отказ" – более 12 неисправных ФВ.

Заключение. Полученные результаты исследований могут быть обобщены и использованы в радиоэлектронных системах с антенными решетками на этапе их разработки. Дальнейшие направления исследований могут быть направлены на разработку методики эксплуатационного контроля состояния антенных систем, а также исследование компенсации искажений характеристик при их неисправностях.

Введение. В настоящее время вопросам незаметной работы радиолокационных систем различного назначения уделяется повышенное внимание. В статье рассматривается возможность повышения энергетической скрытности РЛС со сложным квазинепрерывным сигналом за счет дополнительной пространственной модуляции зондирующего сигнала в режиме излучения и использования технологии MIMO (multiple-input and multiple-output) при приеме и обработке отраженных сигналов.

Цель работы. Исследование и сопоставительный анализ энергетической скрытности работы РЛС с пространственно-временной модуляцией зондирующего сигнала с троичной амплитудно-фазовой модуляцией на основе псевдослучайной последовательности максимальной длины.

Материалы и методы. Анализ энергетической скрытности базируется на теории сигналов в части, касающейся вопросов формирования и обработки сложномодулированных фазокодовых сигналов с большой базой. В качестве объекта исследований выбран квазинепрерывный троичный сигнал на основе псевдослучайной последовательности максимальной длины и регулярной импульсной последовательности, обеспечивающей развязку приема и передачи при использовании единой приемопередающей фазированной антенной решетки (ФАР). В качестве базы для сравнения берется аналогичная РЛС с таким же зондирующим сигналом и идентичной N-элементной ФАР без дополнительной пространственной модуляции. Для исключения энергетических потерь при приеме и обработке отраженных сигналов в РЛС с дополнительной пространственной модуляцией в работе предложено использовать технологию MIMO.

Результаты. Получены количественные оценки выигрыша в уровне сигнала, накапливаемого в интегрирующих фильтрах энергетического приемника, при различных длительностях времени накопления, соизмеримых с периодом или временем когерентной обработки зондирующего сигнала РЛС. Анализ выполнен для случаев известной и неизвестной на стороне энергетического приемника несущей частоты сигнала РЛС. Отдельно проанализировано влияние отклонения диаграммы направленности ФАР от направления на носитель энергетического приемника. Преимуществом предложенного метода пространственной модуляции сигнала на основе псевдослучайной последовательности, обладающей свойством аддитивно-циклического сдвига, является отсутствие трансформации функции неопределенности, гарантирующее сохранение его корреляционных свойств.

Заключение. Полученные теоретические результаты и результаты компьютерного моделирования свидетельствуют о повышении скрытности работы РЛС за счет дополнительной пространственной модуляции зондирующего сигнала. Применение технологии MIMO позволило избежать энергетических потерь при приеме и обработке отраженных сигналов в приемнике РЛС.

Введение. Исследования возможности использования новых телекоммуникационных сигналов в качестве подсвета в полуактивных радиолокационных системах (ПАРЛС) – актуальная задача. Развитие систем связи, в частности появление нового стандарта 5G, открывает новые горизонты для развития ПАРЛС, использующих сигналы передатчиков 5G в качестве подсвета. Теоретический анализ характеристик сигнала 5G в контексте его применения в качестве подсвета в ПАРЛС показывает возможность обеспечения высокого разрешения по дальности и скорости. В данной статье приведены результаты моделирования процесса обработки сигналов в ПАРЛС с помощью сигнала 5G для двух сценариев: с нахождением одиночного объекта и двух объектов в области наблюдения. Поскольку ввиду пока еще ограниченного использования сети 5G на территории России экспериментальные исследования затруднены, моделирование процесса обработки сигнала в ПАРЛС с помощью 5G – актуальная задача.

Цель работы. Анализ нисходящего сигнала 5G и моделирование обработки сигналов в ПАРЛС от источника подсвета 5G в разных сценариях.

Материалы и методы. Для достижения поставленной цели использовались основы теории обработки сигналов в ПАРЛС, стандарт и структура 5G, модель канала распространения сигнала 5G, сравнительный анализ. Расчет взаимной функции неопределенности ПАРЛС с использованием сигнала 5G проведен с помощью компьютерного моделирования.

Результаты. Проведено моделирование процесса обработки сигналов в разных сценариях. Результаты показывают, что ПАРЛС с использованием сигнала 5G способна обнаруживать цели с хорошим разрешением как по дальности, так и по скорости.

Заключение. Результаты моделирования дополнительно подтверждают возможность эффективного использования сигнала подсвета 5G в ПАРЛС с целью мониторинга на относительно небольших территориях.

Введение. Пористые наночастицы оксидов металлов имеют большое научно-технологическое значение и широкий спектр применения. Для получения таких материалов применяются методы соосаждения, золь-гель, а также микроэмульсионные, гидротермальные, парофазные и другие методы. В настоящее время для синтеза пористых наночастиц оксидов металлов разрабатываются методы зеленого синтеза с применением экстрактов растений.

Цель работы. Разработка масштабируемой методики получения пористых наночастиц оксида никеля с высокой удельной площадью поверхности. Исследование особенностей формирования иерархических пористых наночастиц оксида никеля методом зеленого синтеза.

Материалы и методы. Методом зеленого синтеза с применением экстракта дымянки лекарственной получены наночастицы оксида никеля. Химический состав и микроструктура поверхности исследованы с помощью рентгенофазового анализа, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. Для исследования параметров полученной пористой структуры, таких, как удельная площадь поверхности, объем и размер пор, использовали метод тепловой десорбции и метод Брунауэра–Эммета–Теллера.

Результаты. Методом зеленого синтеза с применением экстракта растения получены крупные пористые агломераты размерами от нескольких до десятков микрометров. Показано, что изменением частоты центрифугирования можно варьировать удельную площадь поверхности структур (до значений Sуд = 130 м² /г). Также показано, что удельной площадью поверхности частиц можно управлять температурой отжига. При выборе оптимальной температуры возможно полное (почти полное) удаление органических лигандов, стабилизирующих наночастицы. Предложена модель получения развитой пористой структуры при зеленом синтезе.

Заключение. Методом зеленого синтеза с применением экстракта дымянки лекарственной были получены иерархические пористые наночастицы оксида никеля, разработана методика получения этих наночастиц с высокой удельной площадью поверхности. Показано, что такие технологические параметры, как частота центрифугирования и температура отжига, существенно влияют на строение и удельную площадь поверхности пористых наночастиц оксида никеля. Системы из пористых наночастиц перспективны для применения в качестве катализаторов, адсорбентов, электродов и магнитных и фотоэлектрических материалов. Также такие агрегированные наночастицы перспективны для применения в инкорпорированных и инкапсулированных нанокомпозитах и для создания специализированных ростовых платформ.

Введение. В настоящее время композиционные материалы на основе электропроводящих полимеров находят широкое применение в различных областях. К сожалению, собственно электропроводящие полимеры имеют достаточно низкую механическую прочность, поэтому их применяют в виде композиционных материалов в сочетании с другими компонентами, обеспечивающими улучшенные базовые свойства, например механические. Отдельной ветвью развития подобных материалов стоит выделить композиционные материалы на основе текстиля, применяющиеся для экранирования электромагнитных волн. Ввиду низкой удельной плотности и, как следствие, небольшой массы, а также высокой эффективности поглощения данные материалы находят свое применение в сферах защиты человека от электромагнитного излучения.

Цель работы. Количественная оценка и анализ радиопоглощающих свойств двух- и трехкомпонентных текстильных композитов, присущих материалам вследствие наличия у них электропроводящих и магнитных характеристик.

Материалы и методы. Для измерения S-параметров использовался векторный анализатор цепей Keysight N5232A. Измерения проводились отдельно в двух диапазонах частот: 3.9…5.65 и 5.65…8 ГГц. Для выбранных диапазонов частот использовались волноводы с сечением 48 × 24 и 35 × 15 мм соответственно. В качестве экспериментальных образцов выступали композиционные материалы на основе нетканого текстиля, состоящего из вискозы и полиэфирного волокна в соотношении 60 и 40 % по массе соответственно.

Результаты. В ходе эксперимента определены параметры S11, характеризующие отражение волны от поверхности образца (S_r) (reflection), и параметры S12, характеризующие проницаемость образца (S_t ) (transmittance). Получены данные для однослойных и многослойных образцов. Рассчитаны параметры диэлектрической и магнитной проницаемостей полученных материалов.

Заключение. Исследуемые материалы показали высокую степень как экранирования, так и поглощения электромагнитного излучения. Для образцов, содержащих магнетит, превалирует экранирующий характер электромагнитного излучения, для образцов на основе полипиррола основной характер взаимодействия поглощающий. Уровень общего поглощения образцов на основе полипиррола толщиной 6 мм составил 90 %. Полученные электрофизические параметры в дальнейшем возможно использовать при проектировании и моделировании радиопоглощающих изделий на основе исследуемого материала.

Введение. Исследование посвящено разработке системы оценки экологического воздействия дорожно-автомобильного комплекса на загрязнение воздуха в городах. Актуальность работы определяется необходимостью создания принципиально новых подходов к оценке автотранспортного загрязнения воздуха городов, создания обобщенной геоинформационной модели городской территории, позволяющей определять зоны, подверженные воздействию загрязнения в большей степени с целью принятия решений, способствующих снижению загрязнения воздуха в Санкт-Петербурге.

Цель работы. Разработка теоретических основ и программно-алгоритмического обеспечения геоинформационной системы моделирования загрязнения воздуха в условиях городской среды.

Материалы и методы. Применен математический аппарат теории измерений, теории систем, математического моделирования, обработки пространственных данных, объектно-ориентированного программирования.

Результаты. В соответствии с разработанными теоретическими основами создано программно-алгоритмическое обеспечение системы оценки загрязнения воздуха городской среды автомобильным транспортом, включающее модули подготовки исходных данных, построения пространственной модели дорожной сети, расчета эмиссии, производимой потоками автотранспорта, и моделирования распространения концентрации каждого загрязняющего вещества. Создана цифровая модель автотранспортного загрязнения жилых территорий Санкт-Петербурга.

Заключение. Разработанное программно-алгоритмическое обеспечение послужит основой при создании цифровой карты загрязнения воздуха, которая может применяться в качестве эффективного инструмента при решении задач городского планирования и повышения комфортности городской среды в рамках реализации программы стратегического развития Санкт-Петербурга. Реализация цифровой модели в геоинформационной системе открывает большие возможности для оценки воздействия автотранспортного загрязнения на объекты жилой инфраструктуры, при этом в зависимости от перечня исходных данных, позволяет произвести моделирование в различных погодных условиях и с различным сочетанием характеристик трафика для выявления наиболее опасных сочетаний факторов загрязнения.

Введение. В настоящий момент ведутся работы по созданию специализированных программных систем, предназначенных для метрологического синтеза и анализа. Такие системы включают в себя набор функциональных блоков для решения типовых метрологических задач. Одной из таких задач является определение характеристики измеряемого образца посредством набора эталонов. Например, требуется определить толщину образца с помощью рентгеноспектрального анализа на основе знаний о характеристиках набора эталонов и с учетом инструментальной и методической погрешностей.

Цель работы. Разработка программно-алгоритмического обеспечения типовых функциональных блоков программной системы, предназначенной для метрологического анализа, в части выполнения расчетов рентгеноспектрального анализа.

Материалы и методы. Разрабатываемый функциональный блок на языке G и в программной системе GNU Octave принимает на вход вид и характеристики закона распределения инструментальной погрешности прибора, значения мощностей экспозиционной дозы излучения для набора эталонов и образца, а также толщину эталонов. На выходе данный блок выдает результат измерения толщины образца и его закон распределения. Таким образом результат измерения включает в себя инструментальную погрешность, погрешность метода аппроксимации, а также погрешности преобразований.

Результаты. Разработано программно-алгоритмическое обеспечение типовых функциональных блоков программной системы, предназначенной для выполнения расчетов рентгеноспектрального анализа. Данное программное обеспечение позволяет ускорить метрологический анализ для задачи определения толщины образца на основе ряда измерений набора эталонов. Корректность программно-алгоритмического обеспечения типовых функциональных блоков программной системы подтверждена приведенными примерами, которые были реализованы расчетным методом, а также тестированием созданного программного обеспечения в среде графического программирования на языке G, и в программной системе GNU Octave.

Заключение. Разработанное программно-алгоритмическое обеспечение будет использовано в программных системах метрологического синтеза и анализа.

Введение. Рак печени занимает лидирующие позиции среди причин смерти от онкологии. Окончательный диагноз о наличии злокачественной патологии определяется по результатам патоморфологического анализа биоптата, полученного в ходе проведения чрескожной пункционной биопсии печени. Несмотря на преимущества этого метода диагностики, у него есть недостатки, в том числе возможность забора недиагностических образцов и долгое ожидание описания результатов. Поэтому необходима разработка дополнительных методов диагностики, позволяющих улучшить качество хирургической помощи пациентам с онкологией. Оптические методы являются чувствительным инструментом для определения метаболических особенностей биотканей, поэтому их использование может помочь повысить эффективность традиционных пункционных диагностических процедур за счет разработки подходов к экспресс-диагностике типа новообразований печени.

Цель работы. Разработка методов интраоперационной диагностики в пункционной малоинвазивной хирургии рака печени in vivo, которые позволяют различать паренхиму и опухоли печени, а также классифицировать типы новообразований (первичные злокачественные, метастазы и доброкачественные) на основе методов оптической спектроскопии с использованием машинного обучения.

Материалы и методы. Использованы методы клинических исследований, описательной математической статистики и машинного обучения.

Результаты. Предложены спектроскопические методы интраоперационной диагностики, апробированные в клинике. Достигнуты высокие показатели диагностической точности в ходе чрескожной пункционной биопсии новообразований печени. Применение разработанных классификаторов обеспечивает выявление патологических изменений с чувствительностью и специфичностью 0.90 и 0.95 соответственно. При обнаружении опухолевой ткани возможна дифференциация типа новообразования с чувствительностью и специфичностью, достигающими 0.80 и 0.95.

Заключение. Последние достижения в области оптики позволили реализовать и внедрить оптические технологии в мини-инвазивную область хирургии, в частности, интегрировать тонкоигольные оптоволоконные зонды в стандартные пункционные иглы. Описываемые в статье методы позволяют быстрее сделать предварительное заключение о типе опухоли за счет автоматизированной обработки данных, полученных методами оптической спектроскопии непосредственно в процессе пункционных вмешательств. Это позволит увеличить точность и надежность пункционной биопсии, что имеет первостепенное значение при определении персонализированной стратегии лечения.