Journal of the Russian Universities. Radioelectronics / Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника
Not a member yet
541 research outputs found
Sort by
Малошумящий перестраиваемый автогенератор со связанными микрополосковыми линиями передач разной длины
Get PDFIntroduction. Coupled two- or three-wire microstrip lines are often used to reduce a phase noise of voltage-controlled oscillators (VCOs). Unfortunately, the phase noise was not optimized depending on the lengths of a three-wire coupled microstrip lines.Aim. For the three-wire coupled microstrip structure, the task of determining of the optimal lengths of its stabs was set. The stabs were corresponded to the reduced phase noise of the selected VCO.Materials and methods. In the oscillator example, the resonator model with three electromagnetically coupled microstrip lines was studied. Herein the second line from the first and the third from the second line differed by the same physical length. The widths of the first and of the third lines were the same, and their coupling clearances with the second line were the same too. On the one hand, in this three-wire microstrip line short-end modes with a common ground electrode were implemented. On the other, at the ends of the first and of the third lines open-end modes were implemented. The free end of the second line is line input.Results. For the considered oscillator, the basic formulas for calculating its frequency-setting elements and resonator model parameters were obtained. By these formulas the estimation of base contours impedances for two oscillators with three-coupled microstrip lines of the same and different lengths, and also for the oscillator using a two-coupled microstrip line was given. For comparison, the proposed VCO near the optimal difference in the three-wire line microstrips lengths had the base contour impedance phase steepness 2...4 times greater, as well as its modules graphs had the width 4...10 times less.Conclusion. In comparison with the known VCOs, the possibility of obtaining lower phase noise spectrum levels at 6...10 dB/Hz in the designed oscillator with the calculated lengths of the selected three-coupled line microstrips was experimentally confirmed.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
Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposited Materials and Organic Semiconductors in Photovoltaic Devices
Get PDFIntroduction. PECVD enables fabrication of wide range of advanced materials with various structure such as amorphous, polymorphous, nano-crystalline, nanostructured, microcrystalline etc. and with various electronic properties. The latter can be also changed by different dopingl. PECVD silicon materials are commercially employed in multi-layered PV structures (including ones on flexible substrates). Combining these materials with crystalline silicon active substrate resulted in significant improvement of PCE in hetero junction technology PV structures. Existence of new organic semiconductors (OS) together with understanding of physical properties resulted in fast development of OC PV devicesAim. To consider both PECVD and OS materials and to present description of fabrication, structure and electronic properties for device application.Materials and methods. Devices based on non-crystalline materials, devices based on OS, hybrid devices. PECVD and Spin coating technique was used to deposit materials with tunable properties enabling device engineering possibilities.Results. PECVD and OS materials were analyzed. These materials have different levels of characterization (data volume, interpretation of the results etc.) and of understanding of physics determining device performance. Some examples of these materials in PV including structures with crystalline silicon were considered.Conclusion. Important advantage of both PECVD and OS materials is that fabrication methods are compatible and allow fabrication of great variety of hybrid device structures on crystalline semiconductors. Advantages of such devices are difficult to predict because of lack of data in scientific literature. However a new area in material science and related devices for further exploring and exploiting has appeared.Introduction. PECVD enables fabrication of wide range of advanced materials with various structure such as amorphous, polymorphous, nano-crystalline, nanostructured, microcrystalline etc. and with various electronic properties. The latter can be also changed by different dopingl. PECVD silicon materials are commercially employed in multi-layered PV structures (including ones on flexible substrates). Combining these materials with crystalline silicon active substrate resulted in significant improvement of PCE in hetero junction technology PV structures. Existence of new organic semiconductors (OS) together with understanding of physical properties resulted in fast development of OC PV devices.Aim. To consider both PECVD and OS materials and to present description of fabrication, structure and electronic properties for device application.Materials and methods. Devices based on non-crystalline materials, devices based on OS, hybrid devices. PECVD and Spin coating technique was used to deposit materials with tunable properties enabling device engineering possibilities.Results. PECVD and OS materials were analyzed. These materials have different levels of characterization (data volume, interpretation of the results etc.) and of understanding of physics determining device performance. Some examples of these materials in PV including structures with crystalline silicon were considered.Conclusion. Important advantage of both PECVD and OS materials is that fabrication methods are compatible and allow fabrication of great variety of hybrid device structures on crystalline semiconductors. Advantages of such devices are difficult to predict because of lack of data in scientific literature. However a new area in material science and related devices for further exploring and exploiting has appeared
Излучение преобразователем волноводного типа в соосные с ним конусные полупространства
Get PDFIntroduction. The present stage of development of hydroacoustic equipment is characterized by a constant improvement of an element base and by an increase in computing power. However, in solving of applied problems one is increasingly faced with a restriction on the realized bandwidth of electroacoustic transducers and antennas. The most of well-known methods of bandwidth expansion do not provide a linear character of the phase-frequency characteristic (PFC) of radiation in the working frequency band, which is of primary importance for the effective formation of relatively short, frequency-tunable, and complex acoustic signals. From this position, the use of a transducer of waveguide type (TWT) is preferential. Its construction and electrical excitation method provides a close to linear phase response of radiation.Aim. The development of a generalized computational model. It has to include particular cases of TWT radiation into cylindrical waveguides coaxial with it and into half-spaces, and also to take into account the influence of waves reflected from the boundaries of the TWT on its field characteristics.Materials and methods. The TWT was presented by a coaxial set of identical water filled piezocylinders with amplitude-phase excitation, provided a mode of broadband radiation in the form of traveling waves. The usage of the method of partial regions allowed one to obtain a solution of the problem of TWT radiation through water filled apertures into the conical adjacent half-spaces, variable in angle.Results. Frequency characteristics of TWT sound pressure results calculated in accordance with the solution of the synthesis problem in the frontal and rear directions for different angles of cone opening were presented and analyzed. Using the proposed computational model of TWT, the possibility of obtaining a bandwidth of the order of 3 octaves was demonstrated. An influence of the thickness of the passive flanges, which are used to link the TWT in the antennas was estimated. The possibility of radiation in the working frequency band of TWT of ultrashort ultra-short single-period pulses for different angles of cone opening was considered. A comparative assessment of the result of calculation with other particular solutions (the radiation by TWT in coaxial water-filled waveguides and also – in half-spaces) was presentedConclusion. An expedient to use a generalized computational model for a more accurate description of the acoustic fields of real antenna models made up of TWT was concluded.Введение. Современный этап развития гидроакустической техники характеризуется постоянным улучшением элементной базы и ростом вычислительных мощностей. На этом этапе при решении прикладных задач все чаще сталкиваются с ограничением ширины полосы пропускания электроакустических преобразователей и антенн. Большинство известных способов расширения полосы пропускания не обеспечивают линейность фазочастотной характеристики (ФЧХ) излучения в рабочей полосе частот, которая имеет первоочередное значение для эффективного формирования сравнительно коротких, перестраиваемых по частоте и сложных по структуре акустических сигналов. В связи с этим преимущественным является использование преобразователя волноводного типа (ПВТ), способ построения и электрического возбуждения которого обеспечивает близкую к линейной ФЧХ излучения.Цель работы. Разработка обобщенной расчетной модели, которая включает в себя частные случаи излучения ПВТ в соосные с ним цилиндрические волноводы и в полупространства, а также учитывает влияние волн, отраженных от границ ПВТ, на его полевые характеристики.Материалы и методы. ПВТ представлен соосным набором идентичных водозаполненных пьезоцилиндров с амплитудно-фазовым возбуждением, обеспечивающим режим широкополосного излучения по типу бегущей волны. Использование метода частичных областей позволяет решить задачу об излучении ПВТ через водозаполненные апертуры в граничащие с ними конусные полупространства с изменяемым углом раскрыва.Результаты. Приведены и проанализированы результаты расчетов частотных характеристик звукового давления при излучении ПВТ, возбуждаемых в соответствии с решением задачи синтеза, во фронтальном и тыльном направлениях для разных углов раскрыва конусов. С использованием предложенной расчетной модели ПВТ показана возможность получения полосы пропускания порядка трех октав. Оценивается влияние толщины пассивных фланцев, которые используются для компоновки ПВТ в антеннах. Рассматривается возможность излучения в рабочей полосе частот ПВТ перестраиваемых по частоте ультракоротких однопериодных импульсов для разных углов раскрыва конусов. Дается сопоставительная оценка результатов расчета с другими частными решениями: излучение ПВТ в соосные водозаполненные волноводы, а также – в полупространства.Заключение. Сделан вывод о целесообразности использования обобщенной расчетной модели для более точного описания акустических полей реальных макетов антенн, составленных из ПВТ
Статистическая модель гомодинного акустооптического спектроанализатора
Get PDFIntroduction. Acousto-optic spectrum analyzers interferometric schemes have been developed to increase dynamic range. It was assumed that dynamic range, expressed in dB, would double. An expected increase was not achieved yet.Aim. To analyze the homodyne acousto-optic spectrum analyzer noise characteristics, to estimate the signal-tonoise ratio and the dynamic range.Materials and methods. A mathematical model was compiled which took into account the need to form quadrature components to obtain an amplitude spectrum of an input signal, shot noise and readout noise.Results. An interferometric scheme did not allow to achieve dynamic range doubling compared to an acoustooptical power spectrum analyzer. The dynamic range increase was less than 1.35 dB. Constant illumination led to a significant increase of the spectrum analyzer self-noise due to shot noise, compared to which thermal noise and readout noise became insignificant. The spurious-free dynamic range estimation expression was obtained. It was prior determined by acousto-optic interaction nonlinearity. With typical analyzer blocks parameters the spurious-free dynamic range covered a single-signal dynamic range. Signal-to-noise ratio estimation expression was presented.Conclusion. The homodyne acousto-optic spectrum analyzer single-signal dynamic range is determined primarily by the photosensor saturation charge. One needs to optimize their relation by taking into account light source power, acousto-optical modulator diffraction efficiency and photosensor saturation charge. Presented noise model gives more accurate estimation of the dynamic range with an error of 1 dB.Введение. Интерференционные схемы акустооптических спектроанализаторов были разработаны для увеличения динамического диапазона за счет формирования амплитудного спектра исследуемого сигнала вместо спектра мощности. Предполагалось, что это позволит удвоить динамический диапазон, выраженный в децибелах. В настоящей статье показано, что это теоретически невозможно и ожидания, связанные с переходом к интерференционным схемам, завышены.Цель работы. Анализ шумовых характеристик гомодинного акустооптического спектроанализатора (ГАОСА), оценка отношения сигнал/шум и динамического диапазона на выходе устройства.Материалы и методы. Представлена математическая модель описания работы ГАОСА с учетом формирования квадратурных компонентов для получения амплитудного спектра входного сигнала. Модель учитывает дробовые шумы и шумы, возникающие при считывании заряда.Результаты. Показано, что использование интерферометрической схемы не позволяет достичь двукратного выигрыша (при измерении в децибелах) в динамическом диапазоне по сравнению с простой схемой акустооптического спектроанализатора с пространственным интегрированием. Коэффициент увеличения динамического диапазона составляет не более 1.35 дБ. С учетом специфики работы акустооптических устройств получено выражение для оценки динамического диапазона спектроанализатора по интермодуляционным искажениям третьего порядка. Определяющим фактором при этом является нелинейность акустооптического взаимодействия. Показано, что при типовых параметрах узлов устройства динамический диапазон по интермодуляционным искажениям включает в себя односигнальный динамический диапазон. Представлено выражение для оценки отношения сигнал/шум.Заключение. Односигнальный динамический диапазон ГАОСА определяется в первую очередь уровнем заряда насыщения фотоприемника. При макетировании необходимо решать вопрос оптимального соотношения обоих параметров с учетом мощности источника излучения, эффективности дифракции в акустооптическом модуляторе и заряда насыщения фотоприемника. Представленная статистическая модель ГАОСА с фотоприемником с накоплением дает более точную оценку динамического диапазона с ошибкой в 1 дБ
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДОПЛЕРОВСКОГО СПЕКТРА СИГНАЛА, РАССЕЯННОГО МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ, ПРИ СКОЛЬЗЯЩИХ УГЛАХ ОБЛУЧЕНИЯ
Get PDFIntroduction. Doppler spectra of signals which are scattered from sea surface and received by radar is used in oceanology and ecological monitoring applications. Existing models of Doppler spectra have the limitation of application because they are based on empirical data in changing conditions. Variability of the observation conditions critically influence on microwaves scattering by sea surface at low grazing angles which is typical for marine radiolocations. Objective. The goal of investigation proposed in this article is to develop the mathematical model of Doppler spectra at low grazing angles for microwave frequency range. Materials and methods. The two-dimensional problem of the scattering of an electromagnetic field on a cylindrical deterministic surface is considered. For generating of sea surface realizations is used linear model with spatial sea spectrum Elfohaily. The solution of the scattering problem is obtained for the case of vertical polarization of the incident electromagnetic field by the method of an integral equation with the control of the error of the solution. The mathematical modeling of the Doppler Spectrum of signal scattered by sea surface is produced by method of statistical trial. The case where the direction of the observation of the sea surface by radar is perpendicular to the direction of the wind is considered. The electromagnetic filed scattered in the direction of the radar receiver as a function of time is calculated for each generated sea surface realizations. Further, the set of variables of the implementation of scattered field is calculated for implementation of the Doppler spectrum. Results. The set of implementations of the Doppler spectrum provided its mathematical model with consist of deterministic and random component. The approximation of each aforesaid component is suggested and mathematical expressions for value component calculation are presented. The analyze of modeling result is produced. Conclusion. The developed mathematical model is offered to use for the design of algorithm sea surface condition estimation and pollutant detection using the signal which received by radar.Введение. Доплеровский спектр сигналов, рассеиваемых морской поверхностью и принимаемых радиолокатором, используется в различных задачах океанологии и экологического мониторинга. Существующие модели доплеровского спектра сигналов имеют ограниченное применение, поскольку получены на основе эмпирических данных в меняющихся условиях. Изменчивость условий наблюдения наиболее существенно влияет на рассеяние радиоволн на морской поверхности при характерном для морской радиолокации скользящем облучении. Цель исследования. Разработка математической модели доплеровского спектра сигналов при скользящих углах облучения морской поверхности для сантиметрового диапазона длин волн. Материалы и методы. Рассмотрена двумерная задача рассеяния электромагнитного поля на цилиндрической детерминированной поверхности. Для генерации реализаций морской поверхности использована линейная модель с пространственным спектром морского волнения Эльфохейли. Получено решение задачи рассеяния для случая вертикальной поляризации падающего электромагнитного поля методом интегрального уравнения с контролем погрешности расчета. Методом статистических испытаний проведено математическое моделирование доплеровского спектра сигналов, рассеиваемых морской поверхностью. Рассмотрен случай, когда направление облучения морской поверхности радиолокатором перпендикулярно направлению ветра. Для каждой из сгенерированных реализаций морской поверхности рассчитано электромагнитное поле, рассеиваемое в направлении на приемник радиолокатора, как функция времени. Далее по совокупности временных реализаций рассеянного поля вычислена реализация доплеровского спектра сигналов. Результаты. По совокупности реализаций доплеровского спектра получена его математическая модель, содержащая детерминированную и случайную составляющие. Предложена аппроксимация каждой из указанных составляющих; приведены математические выражения для их расчета. Приведен анализ результатов моделирования. Заключение. Полученную математическую модель доплеровского спектра предположено использовать для разработки алгоритмов оценки по принятым радиолокационным сигналам состояния морской поверхности и наличия на ней загрязняющих веществ
ФИЛЬТРАЦИЯ И СГЛАЖИВАНИЕ ДАННЫХ СПУТНИКОВОГО ВЫСОТОМЕРА ПРИ НАЗЕМНОЙ ДООБРАБОТКЕ
Get PDFIntroduction. Satellite radar altimeter is an essential part of the Earth remote sensing space missions. Satellite altimeter on-board delay-lock loop, by a widely shared concept, is operationally just a tool of a reliable retaining of received echo-signal within the tracking window, while “fine” altimetric parameter (orbit height, significant wave height, scattering cross section per unit of a probed surface, etc.) measuring is committed to the ground-based retracking of data. In particular, in the course of retracking altimeter data are being filtered and/or smoothed.Objective. The paper subject is study of retracking algorithms of altimeter data transmitted from the space vehicle to the ground segment.Methods and materials. It is known that data filtering already presents on-board the space vehicle and is implemented in delay-lock loop based on the α–β-filter. However, at the stage of ground-based retracking it seems more appropriate to use the Kalman filter, which possesses a number of theoretical optimal features and is efficient as for utilization of the available computational resource.Results and conclusions. In the paper implementation of filtering and smoothing via Kalman algorithm is described. On the ground of computer simulation data it is stated that Kalman filtering and smoothing make estimate accuracy two and more times higher depending on significant wave height.Введение. Спутниковый радиовысотомер является основным элементом космических аппаратов, функционирующих в составе комплексов дистанционного мониторинга поверхности Земли. Бортовая петля слежения за запаздыванием в спутниковом высотомере, согласно утвердившимся воззрениям, функционально служит лишь инструментом надежного удержания принимаемого эхосигнала в следящем окне, тогда как "чистовое" измерение альтиметрических параметров (высоты орбиты носителя, значимой высоты волны, отражающей способности зондируемой поверхности и др.) возлагается на наземную дообработку данных. В ходе указанной процедуры данные с высотомера подвергаются, в частности, фильтрации и сглаживанию.Цель работы. Исследование алгоритмов дообработки данных, транслируемых с высотомера, в наземном измерительном сегменте.Методы и материалы. Известно, что фильтрация данных выполняется уже на борту космического аппарата и реализована в контуре автосопровождения эхосигнала по времени на базе α–β-фильтра. Тем не менее, на этапе наземной дообработки более целесообразным представляется применение фильтра Калмана, обладающего рядом теоретически оптимальных свойств и эффективно использующего доступный вычислительный ресурс.Результаты и заключение. В статье описана реализация упомянутых операций фильтрации и сглаживания на базе алгоритма Калмана применительно к выработанным ранее оценкам запаздывания эхосигнала. По результатам проведенного компьютерного моделирования констатируется, что калмановские фильтрация и сглаживание повышают точность оценки запаздывания в режиме дообработки в два раза и более в зависимости от значимой высоты волны
Thiophene Determination in Liquid Hydrocarbons by In-line Acoustic Measurements
Get PDFIntroduction. Petroleum is a complex mixture of hydrocarbons. Sulphur is the most common heteroatom in pe-troleum and petroleum products. Its content in oil can reach 14 %. The determination of sulphur in oil and its removal is of great importance, since sulphur compounds adversely affect the quality of petroleum products and pollute the environment. Desulphurization of hydrocarbons is important in the processing of petroleum products, which needs in usage of accurate and simple methods for the sulphur-containing components determination. Most of developed methods are difficult to apply for flow online analysis, which can create difficulties in using them to monitor the content of sulphur-containing heteroatomic components in real time. Acoustic sensors are one of the possible solutions. In term of sensing of flammable liquids, the use of the acoustic methods is attractive since the analyte is not a part of an electrical measuring circuit and it is only acoustically coupled that prevents an occurrence of a spark.Objective. The purpose of the work is to study the possibilities of online flow analysis of sulphur-containing heteroatomic components using acoustic measurements. The challenge is the development of a resonator system integrated with the pipe.Materials and methods. Thiophene and oil fraction with the boundary boiling point of 100–140 oC were used to prepare the mixtures. Thiophene is a representative of sulphur-containing components, which may be included in the composition of petroleum and its derivatives. Experimental measuring equipment includes impedance analyzer, a developed sensor structure integrated with a liquid-filled pipe, a pump and a tank with a measured liquid. A theoretical analysis of sensor structure was carried out on the basis of numerical simulation using COMSOL Multiphysics software.Results. The sensor structure was designed as a combination of 2D and 1D pipe periodic arrangements to achieve high Q-factor of acoustic resonance in the flow system. The eigenmodes of the sensor structure with a liquid analyte were carried out. The characteristic of sensor structure is determined. The sensor shows good sensitivity to the thiophene content with high resolution in-line analysis. This result is achieved by limiting the energy losses of acoustic resonance in radiation along the pipe by creating a periodic structure.Conclusion. The study of acoustic properties of solutions prepared on the basis of thiophene and oil fraction with boundary boiling point 100–140 °C was performed. It shows that methods based on acoustic spectroscopy make it possible to accurately determine the concentration of heteroatomic components in gasoline mixtures, since the presence of heteroatomic components leads to a change in mechanical properties of liquid hydrocarbons mixtures. Possible applications for developed acoustic sensor are flow analysis for monitoring the quality of oil products. Introduction. Petroleum is a complex mixture of hydrocarbons. Sulphur is the most common heteroatom in pe-troleum and petroleum products. Its content in oil can reach 14 %. The determination of sulphur in oil and its removal is of great importance, since sulphur compounds adversely affect the quality of petroleum products and pollute the environment. Desulphurization of hydrocarbons is important in the processing of petroleum products, which needs in usage of accurate and simple methods for the sulphur-containing components determination. Most of developed methods are difficult to apply for flow online analysis, which can create difficulties in using them to monitor the content of sulphur-containing heteroatomic components in real time. Acoustic sensors are one of the possible solutions. In term of sensing of flammable liquids, the use of the acoustic methods is attractive since the analyte is not a part of an electrical measuring circuit and it is only acoustically coupled that prevents an occurrence of a spark.Objective. The purpose of the work is to study the possibilities of online flow analysis of sulphur-containing heteroatomic components using acoustic measurements. The challenge is the development of a resonator system integrated with the pipe.Materials and methods. Thiophene and oil fraction with the boundary boiling point of 100–140 oC were used to prepare the mixtures. Thiophene is a representative of sulphur-containing components, which may be included in the composition of petroleum and its derivatives. Experimental measuring equipment includes impedance analyzer, a developed sensor structure integrated with a liquid-filled pipe, a pump and a tank with a measured liquid. A theoretical analysis of sensor structure was carried out on the basis of numerical simulation using COMSOL Multiphysics software.Results. The sensor structure was designed as a combination of 2D and 1D pipe periodic arrangements to achieve high Q-factor of acoustic resonance in the flow system. The eigenmodes of the sensor structure with a liquid analyte were carried out. The characteristic of sensor structure is determined. The sensor shows good sensitivity to the thiophene content with high resolution in-line analysis. This result is achieved by limiting the energy losses of acoustic resonance in radiation along the pipe by creating a periodic structure.Conclusion. The study of acoustic properties of solutions prepared on the basis of thiophene and oil fraction with boundary boiling point 100–140 °C was performed. It shows that methods based on acoustic spectroscopy make it possible to accurately determine the concentration of heteroatomic components in gasoline mixtures, since the presence of heteroatomic components leads to a change in mechanical properties of liquid hydrocarbons mixtures. Possible applications for developed acoustic sensor are flow analysis for monitoring the quality of oil products
Determination of Ethanol Content in Fuels with Phononic Crystal Sensor
Get PDFIntroduction. In-line analysis of ethanol content in gasoline blends is currently one of the urgent needs of fuel industry. Developing safe and secure approaches is critical for real applications. A phononic crystal sensor have been introduced as an innovative approach to high performance gasoline sensing. Distinguishing feature of proposed sensor is the absence of any electrical contact with analysed gasoline blend, which allows the use of sensors directly in pipelines without the risk of explosion in an emergency.Aim. Investigation of the possibilities of using phononic sensor structures to determine the ethanol content in liquid hydrocarbons.Materials and methods. A theoretical analysis of sensor structure was carried out on the basis of numerical simulation using COMSOL Multiphysics software. For measurement, substances of ordinary gasoline and gasoline 63–80 with ethanol concentrations in the range of 1–10 % by volume in increments of 2 % were prepared. The phononic crystal sensor was designed as a stainless steel plate with cylindrical holes and a resonant cavity, formed as a running across the wave propagation path slit between two lattices.Results. In-line analysis of measuring the concentration of ethanol in alcohol-containing fuels on a phononic crystal structure with a resonant cavity was carried out. Using the Agilent4395A admittance meter, the transmission spectra of longitudinal acoustic waves through the gasoline-filled sensor structure with were obtained. The non-linear correlation between the composition and the speed of sound of the blend is presented in the article is due to the ability to reduce the speed of sound of the mixture with an increase in ethanol concentration in the range of 0–10 % by volume.Conclusion. A measurement structure on the basis of phononic crystal was created. The measurements of various gasoline-ethanol mixtures show that the sensor has significant sensitivity (0.91 kHz/ms−1 ) with quality factor of 200) to distinguish between regular fuels, gasoline based blends and the presence of additives in standard fuels. The sensor has prospects for in-line analyzes the composition of liquid hydrocarbons.Introduction. In-line analysis of ethanol content in gasoline blends is currently one of the urgent needs of fuel industry. Developing safe and secure approaches is critical for real applications. A phononic crystal sensor have been introduced as an innovative approach to high performance gasoline sensing. Distinguishing feature of proposed sensor is the absence of any electrical contact with analysed gasoline blend, which allows the use of sensors directly in pipelines without the risk of explosion in an emergency.Aim. Investigation of the possibilities of using phononic sensor structures to determine the ethanol content in liquid hydrocarbons.Materials and methods. A theoretical analysis of sensor structure was carried out on the basis of numerical simulation using COMSOL Multiphysics software. For measurement, substances of ordinary gasoline and gasoline 63–80 with ethanol concentrations in the range of 1–10 % by volume in increments of 2 % were prepared. The phononic crystal sensor was designed as a stainless steel plate with cylindrical holes and a resonant cavity, formed as a running across the wave propagation path slit between two lattices.Results. In-line analysis of measuring the concentration of ethanol in alcohol-containing fuels on a phononic crystal structure with a resonant cavity was carried out. Using the Agilent4395A admittance meter, the transmission spectra of longitudinal acoustic waves through the gasoline-filled sensor structure with were obtained. The non-linear correlation between the composition and the speed of sound of the blend is presented in the article is due to the ability to reduce the speed of sound of the mixture with an increase in ethanol concentration in the range of 0–10 % by volume.Conclusion. A measurement structure on the basis of phononic crystal was created. The measurements of various gasoline-ethanol mixtures show that the sensor has significant sensitivity (0.91 kHz/ms−1 ) with quality factor of 200) to distinguish between regular fuels, gasoline based blends and the presence of additives in standard fuels. The sensor has prospects for in-line analyzes the composition of liquid hydrocarbons
Экспериментальное исследование широкополосной антенной решетки К-диапазона с использованием структур из искусственного неоднородного диэлектрика
Get PDFIntroduction. As a result of the extensive development of broadband communication in the millimetre wave band, there has arisen a need for antenna systems with a high level of directivity and compact dimensions, capable of operating across wide frequency ranges. However, at present, few engineering solutions satisfy this demand.Aim. To develop and study experimentally a K-band antenna array (AR) characterized by a high aperture efficiency and compact longitudinal dimensions.Materials and methods. Computer simulations were performed using the CST Studio Suite software. Measurements were carried out using an Agilent E8363B PNA vector circuit analyzer. Radiation patterns were obtained by the method of near-field scanning.Results. A K-band broadband antenna array configuration operating over the 18…26 GHz range was pro-posed. It was found that the period of the array equals 2.25 wavelengths at the highest operating frequency. In order to suppress grating lobes, an additional layer consisting of artificial inhomogeneous dielectric lenses was used. The dielectric material consisted of thin curly layers of sheet polyethylene terephthalate. Additionally, a hybrid configuration of feeding network was proposed, in which one part of the network was developed by means of printed two-wire lines, while the other part was achieved by means of rectangular waveguides. The proposed antenna array demonstrates VSWR of less than 2 and an aperture efficiency above 0.5, side and diffractive lobe levels not exceed –12 in the 18…26 GHz range. The total thickness of the configuration equals 50 mm or 4.3λmin. In order to ensure the compactness of the AR for wideband frequency applications, the thickness of the system can be reduced to 2.5λmin by excluding the waveguide part.Conclusion. When compared with existing solutions, the proposed antenna has a simpler feed network, which yields better matching. High aperture efficiency is achieved in the wide frequency range by means of inhomogeneous dielectric lenses.Введение. В связи с освоением миллиметрового диапазона и развитием средств широкополосной связи имеется потребность в антенных системах, которые работали бы в широкой полосе частот (порядка октавной), имели высокую направленность и компактные размеры. Имеющиеся решения, как правило, не удовлетворяют данным требованиям.Цель работы. Конструирование и экспериментальное исследование антенной решетки (АР) К-диапазона, обладающей высоким коэффициентом использования площади (КИП) и малыми продольными размерами. Материалы и методы. Численные исследования проводились в САПР СВЧ (CST Studio Suite), экспериментальные исследования – на оборудовании для векторного анализа СВЧ-цепей (Agilent E8363B PNA). Характеристики направленности измерялись методом сканирования ближнего поля.Результаты. Предложен вариант реализации широкополосной АР К-диапазона (18…26 ГГц). Период АР составляет 2.25 длины волны на верхней частоте диапазона. Для подавления дифракционных лепестков использован дополнительный слой, состоящий из линз из искусственного неоднородного диэлектрика, сформированный из тонких фигурных слоев листового полиэтилентерефталата. Предложена гибридная конфигурация диаграммообразующей схемы (ДОС), в которой одна часть схемы выполнена на основе печатных двухпроводных линий передачи, а другая – на прямоугольных волноводах. АР имеет КСВ ниже 2 и КИП выше 0.5, уровень боковых и дифракционных лепестков не превышает –12 в диапазоне 18…26 ГГц. Суммарная толщина всей системы составила 50 мм, что равно 4.3λmin. Если из конструкции исключить волноводную часть, толщина может быть уменьшена до 2.5λmin что обеспечивает компактность АР при широкой полосе рабочих частот.Заключение. По сравнению с имеющимися решениями антенна имеет более простую ДОС, за счет чего улучшается согласование с фидером. За счет применения линз из неоднородного диэлектрика обеспечивается высокий апертурный КИП в широкой полосе частот
Кремниевая электронно-чувствительная pin-линейка, облучаемая с обратной стороны
Get PDFIntroduction. In recent decades, in the field of photoelectronics, special attention has been paid to the development of semiconductor matrix photodetectors. These detectors have become an effective alternative to existing television receiving systems. Among such devices, linear position-sensitive sensors are used in cases where the rapid registration of changes to the environment is required (for instance, high-speed locators for flying vehicles).Aim. To develop a strip of silicon pin-diodes as part of a hybrid IR-detector for effective registration of photoelectrons with time resolution less than 10 ns, as well as to model the key electro-physical characteristics of the strip.Materials and methods. In the device under development, the registration of photoelectrons is achieved by the presence of a near-surface field using p ++–p junction formed by diffusion of boron into the silicon with resistivity of 3 kΩ · cm. The pulling field is also formed in the space charge region between p ++ - and n ++ -regions. Diffusion of phosphorus was carried out to create the n ++ -region. Numerical calculations of potential distribution, concentration of free charge carriers and currents were carried out using software for 1D- and 2D-modelling (SimWin and TCAD Synopsys).Results. 2D-calculation of charge carrier concentration and potential distribution was performed. The study determined the minimum bias for the complete depletion of the i-layer, including that for longitudinal grooves of various depths. The strip was tested as part of a hybrid photoelectric device by irradiating light pulses from IR LED. When the voltage on the diodes was reached –270 V, the duration of the signal front on all channels was 5…9 ns.Conclusion. For use in IR-hybrid detectors, a strip of 12 silicon pin-diodes was developed with a sensitive element of 24 × 0.2 mm in dimension. The study of pulse characteristics showed that the necessary duration of the front signal on all channels was achieved without thinning thus satisfying the requirements for high-speed position-sensitive sensor of the infrared radiation.Введение. В последние десятилетия в фотоэлектронике особое внимание уделяется разработке полупроводниковых матричных фотоприемных устройств, которые фактически стали эффективной альтернативой существующим аналоговым телевизионным приемным системам. Среди таких устройств линейные позиционно-чувствительные датчики применяются для регистрации быстрых изменений в окружающей обстановке и их последующей обработки (например, быстродействующие локаторы летательных аппаратов).Цель работы. Создание линейки кремниевых pin-диодов для использования в составе гибридного детектора ИК-излучения с целью регистрации фотоэлектронов с временны́м разрешением лучше 10 нс. Моделирование основных электрофизических характеристик линейки.Материалы и методы. В разрабатываемом приборе регистрация фотоэлектронов обеспечивается за счет наличия приповерхностного поля при использовании p ++–p-перехода, сформированного диффузией бора в кремний с удельным сопротивлением 3 кОм · см. Тянущее поле, в свою очередь, также формируется в области объемного заряда между p ++ - и n ++ -областями. Для создания n ++ -области проводилась диффузия фосфора. Численные расчеты распределения потенциала, концентрации свободных носителей заряда и токов проводились в программных пакетах одномерного (SimWin) и двумерного (TCAD Synopsys) моделирования.Результаты. Проведен двумерный расчет распределения концентрации свободных носителей заряда и потенциала в исследуемой pin-структуре. Определены минимальные напряжения, обеспечивающие полное обеднение i-слоя, в том числе для случая продольной канавки различной глубины. Линейка тестировалась в составе гибридного фотоэлектронного прибора облучением световыми импульсами от ИК-светодиода. При напряжении на диодах линейки –270 В достигнута длительность фронта сигнала на всех каналах 5...9 нс.Заключение. Для гибридного детектора ИК-излучения разработана линейка из 12 кремниевых pin-диодов, с размерами чувствительной области элемента 24 × 0.2 мм. По результатам исследований импульсной характеристики показано, что без операции утонения достигнута длительность фронта сигнала на всех каналах, удовлетворяющая требованиям к быстродействующему позиционно-чувствительному датчику ИК-излучения