Journal of the Russian Universities. Radioelectronics / Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника
Not a member yet
541 research outputs found
Sort by
Методика разработки широкополосных отрицательных индуктивностей с малым отклонением для применений в СВЧ-диапазоне
Get PDFIntroduction. Non-Foster elements (NFEs) mimic behavior of hypothetical negative inductors or capacitors in a certain frequency band. NFEs are used to compensate reactance of conventional inductors and capacitors that allows designing broadband microwave devices. To realize NFEs, active circuits referred to as negative impedance converters (NICs) are employed to convert the load impedance into the negative input impedance. The conversion error, caused by non-optimal choice of NIC parameters and non-idealities of NIC components, limits the accuracy and operating bandwidth of NFEs. The necessity to account for many factors, which indirectly and oppositely impact the final result, and unavailability of a universal design methodology complicate the design of NFEs significantly. As a result, broadband NFE characteristics differ from the target ones remarkably that limits practical applications.Aim. Elaboration of a design methodology to compensate the Linvill’s NIC conversion error and realize high-accuracy broadband negative inductors.Materials and methods. Influence of NIC constituent parameters on the negative inductor frequency characteristics is considered. The performed analysis and the identified relationships allowed us to propose a step-by-step methodology to design negative inductors having tight tolerance over a broad frequency band. The use of a transmission line section instead of a lumped inductor in the NIC load when realizing negative inductors of high absolute values is shown to be advantageous as this allows providing better tolerance and wider bandwidth.Results. In order to demonstrate possibilities enabled by the proposed methodology, simulation results are presented for the GHz-range negative inductors with a set of inductance and tolerance values.Conclusion. The results obtained show that the proposed methodology makes it possible to compensate the conversion error without any numerical optimization and therefore to reduce the deviation of the negative inductance from the target value in the given frequency range or to broaden the bandwidth for a given tolerable deviation of the negative inductance.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
Работы школы ЛЭТИ в области синтеза оптимальных дискретных сигналов
Get PDF Introduction. Numerous modern infocommunication systems are based on the spread spectrum technology, i. e., on the use of signals with a large bandwidth-duration product. Many such systems implement discrete signals, which are sequences of standard pulses manipulated in phase and amplitude. The design of code sequences for such signals is a fairly knowledge-intensive task requiring a serious mathematical apparatus. This review presents the results of Saint Petersburg Electrotechnical University school in the field of synthesis of code sequences with ideal or nearly ideal autocorrelation, as well as code ensembles for CDMA networks. Aim. To acquaint the reader with the results of long-term research carried out by Saint Petersburg Electrotechnical University school in the field of discrete signal design. Materials and methods. The materials under review included the publications of specialists from the Radio System Department of Saint Petersburg Electrotechnical University and those published by domestic and foreign researchers on the corresponding topics. The major focus was to review the most theoretically significant texts published in leading domestic and foreign journals over the past four decades, leaving applied studies, copyright certificates and patents outside the scope of the review. At the same time, the review included those foreign publications of applied nature that are significant for the development of information and communication projects. Results. The reviewed publications significantly expand the range of discrete signals that are promising for wireless infocommunication applications. Conclusion. Solutions of a number of the studied topical problems to design sequences with the necessary metric properties are of an original nature and great practical importance. Введение. Многочисленные современные инфокоммуникационные системы имеют в своей основе широкополосную философию, т. е. используют сигналы с большим произведением ширины спектра на длительность. Для многих подобных систем характерно использование дискретных сигналов, представляющих собой последовательности стандартных импульсов, манипулированных по фазе и амплитуде. Синтез кодовых последовательностей для таких сигналов является достаточно наукоемкой задачей, опирающейся на серьезный математический аппарат. В обзоре излагаются результаты исследований школы ЛЭТИ в области синтеза кодовых последовательностей с идеальной или почти идеальной автокорреляцией, а также кодовых ансамблей для CDMA-сетей. Цель работы. Обзор призван познакомить читателя с итогами многолетних исследований школы ЛЭТИ в области синтеза дискретных сигналов. Материалы и методы. Основу материала составляют публикации специалистов кафедры радиосистем ЛЭТИ, а также те работы отечественных и зарубежных коллег, цитирование которых необходимо для целостности изложения. При этом материал отсылает только к наиболее значимым в теоретическом плане текстам, опубликованным в ведущих отечественных и зарубежных изданиях за последние четыре десятилетия, оставляя за рамками обзора многочисленные статьи прикладного характера, а также авторские свидетельства и патенты. В то же время сочтено целесообразным цитирование зарубежных публикаций, прямо указывающих на приоритетный характер разработок презентуемого коллектива и их практическое использование в реализованных проектах инфокоммуникационного направления. Результаты. Итоги обсуждаемых исследований существенно расширяют номенклатуру дискретных сигналов, привлекательных для беспроводных инфокоммуникационных приложений. Заключение. Решения ряда актуальных задач синтеза последовательностей с необходимыми метрическими свойствами имеют оригинальный характер и большую прикладную значимость
Модель формирования акустических характеристик твердых сред с упорядоченной трещиноватостью
Get PDFIntroduction. The development of new structural materials and improvement of existing technologies for the production of new products on their basis lead to the emergence of new types of medium discontinuities. Therefore, the development of new models of discontinuities that take the previously ignored parameters into account seems to be relevant for the purposes of nondestructive testing and structural measurements. This concerns, e.g., the roughness of adjacent surfaces of microcrack ordered sets.Aim. Theoretical substantiation for the processes of elastic waves propagation through an elastic medium containing an ordered lattice of microcracks with boundary conditions in the linear slip approximation, modified by taking into account the parameters of micro-convexities of microcrack rough boundaries. Database formation for experimental studies aimed at determining the physical and mechanical characteristics of structural materials.Materials and methods. The acoustic characteristics of materials were determined based on the derivation and solutions of dispersion equations describing the formation and propagation of effective longitudinal, transverse, and Rayleigh surface elastic waves in elastic media with ordered cracking. Their values were also used to determine the effective speed of Rayleigh surface waves.Results. The conducted simulation of elastic wave formation processes showed that an increase in the concentration of microcracks leads to a decrease in the phase velocities of effective longitudinal, transverse, and surface waves, as well as to an increase in the attenuation coefficients at given ultrasound frequencies and material parameters.Conclusion. The radius of the microsphere that replaces the surface micro-convexity and the roughness parameter Rz have a significant impact on the formation of physical and mechanical characteristics of materials, which are determined by the results of ultrasonic measurements. The developed model can be recommended as a basis for interpreting the results of ultrasonic measurements.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 Rz 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
Исследование перестраиваемого радиофотонного СВЧ-фильтра на основе ацетиленовой газовой ячейки
Get PDFIntroduction. Recently, the development of tunable microwave photonic filters has attracted great scientific and practical interest. Such microwave photonic filters are a good alternative to traditional electrical solutions, due to low losses, wide operating frequency range and such filters can be easily integrated into various telecommunication systems. By using an acetylene reference cell and a laser with tunable wavelength can make it possible to create tunable microwave photonic filter with wide operating frequency range.Aim. Investigation of the characteristic of a tunable microwave photonic filter based on an acetylene reference cell, as well as research possible solution to reduce losses in filter bandwidth; numerical simulation of microwave photonic filter characteristics.Materials and methods. Experimental study was carried out on an experimental prototype of a tunable microwave photonic filter. The filter consisted of a laser with a tunable wavelength, a phase modulator, an acetylene reference cell, an optical fiber connecting the gas cell with a photodetector, and a photodetector. Theoretical study was carried out by modeling of the transmission characteristics of the microwave photonic filter.Results. Experimental transmission characteristics of a tunable microwave photonic filter were obtained. The tuning of the filter bandwidth by tuning laser wavelength was studied. Modeling of transmission characteristics of microwave photonic filter was performed. Possible solution to reduce losses in filter bandwidth was proposed.Conclusion. A tunable microwave photonic filter based on an acetylene reference cell is proposed. Losses in the filter bandwidth was about −30 dB. Using high-power laser and a photodetector with a high photocurrent can reduce losses in the filter bandwidth.Введение. В последнее время большой научный и практический интерес вызывает разработка перестраиваемых радиофотонных СВЧ-фильтров. Такие радиофотонные СВЧ-фильтры являются хорошей альтернативой существующим радиочастотным решениям, так как характеризуются низкими потерями, обладают широким диапазоном рабочих частот и могут быть легко интегрированы в различные телекоммуникационные системы. Использование ацетиленовой газовой ячейки и лазера с перестраиваемой длиной волны излучения позволяет создать перестраиваемый в широком диапазоне частот радиофотонный СВЧ-фильтр.Цель работы. Исследование характеристик перестраиваемого радиофотонного СВЧ-фильтра на основе ацетиленовой газовой ячейки, а также определение способов снижения потерь в полосе пропускания фильтра; численное моделирование характеристик радиофотонного СВЧ-фильтра.Материалы и методы. Экспериментальное исследование проводилось на экспериментальном макете перестраиваемого радиофотонного СВЧ-фильтра. Фильтр состоял из лазера с перестраиваемой длиной волны излучения, фазового модулятора, ацетиленовой газовой ячейки, оптоволокна, соединяющего газовую ячейку с фотодетектором, и фотодетектора. Теоретическое исследование проводилось посредством математического моделирования амплитудно-частотных характеристик радиофотонного СВЧ-фильтра.Результаты. Получены экспериментальные амплитудно-частотные характеристики перестраиваемого радиофотонного СВЧ-фильтра. Исследована перестройка полосы пропускания фильтра посредством изменения частоты излучения лазера. Приведены результаты теоретического расчета амплитудно-частотных характеристик фильтра. Предложен метод снижения потерь в полосе пропускания радиофотонного СВЧ-фильтра.Заключение. Предложена конфигурация перестраиваемого радиофотонного СВЧ-фильтра с использованием ацетиленовой газовой ячейки. Потери в полосе пропускания фильтра составили около −30 дБ. Показано, что для снижения потерь в полосе пропускания фильтра можно использовать лазер с повышенной мощностью излучения и фотодетектор с высоким фототоком
Метод подавления случайных шумов инерциальных датчиков на основе комплексирования AR-модели и адаптивного фильтра Калмана типа SRUKF при начальной выставке БИНС на неподвижном основании
Get PDFIntroduction. In the gyrocompassing mode, the initial heading angle of a platformless inertial navigation system (PINS) is determined based on the data obtained from accelerometers and gyroscopes that measure the projections of the gravitational acceleration vector and the Earth’s angular velocity vector on the axes of the body coordinates system in the PINS initial stationary mode. Due to unavoidable circumstances, such as bias instability and random noise in the accelerometer and gyroscope signals, much time is required to obtain the sufficient amount of sensor data for achieving the necessary accuracy of useful measurement values by the averaging method. In this context, in order to reduce the time of the gyrocompassing mode, data processing methods should be used to eliminate the bias instability and random noise in the signals received from PINS inertial sensors.Aim. To develop a method for suppressing random noise and reducing bias instability in the signals of inertial sensors, thereby reducing the time of the gyrocompassing mode of PINS and providing for the required accuracy of its initial heading angle determination.Materials and methods. An autoregressive (AR) model was used to simulate random noise in the measured sensor signals followed by its filtering using a Sage-window square-root unscented Kalman filter (SW-SRUKF).Results. A mathematical model describing random noise in the PINS inertial sensors in the stationary mode was derived. A methodology for suppressing random noise was proposed. The effectiveness of the proposed method was tested on actual data, with the results presented in the form of figures and tables.Conclusion. A method for eliminating the bias instability and random noise of PINS accelerometers and gyroscopes was proposed based on AR model and SW-SRUKF. The accuracy and effectiveness of the proposed method was confirmed by processing actual inertial sensor data. The results obtained are significant for reducing the initial alignment time of a PINS in the gyrocompassing mode.Введение. В режиме гирокомпасирования начальный угол курса бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) определяется на основе данных акселерометров и гироскопов, измеряющих проекции вектора гравитационного ускорения и вектора угловой скорости вращения Земли на оси связанной системы координат в начальном неподвижном режиме работы БИНС. Из-за неизбежного наличия нестабильности смещения нуля и случайных шумов в сигналах акселерометров и гироскопов требуется длительное время для получения достаточного объема данных датчиков, чтобы достичь требуемой точности определения полезных измеряемых значений методом усреднения. Поэтому, чтобы сократить время режима гирокомпасирования, необходимо использовать методы обработки данных для снижения нестабильности смещения нуля и случайных шумов в полученных от инерциальных датчиков БИНС сигналах.Цель работы. Разработка метода подавления случайных шумов и уменьшения нестабильности смещения нуля в сигналах инерциальных датчиков, благодаря чему сокращается время режима гирокомпасирования БИНС при обеспечении требуемой точности определения ее начального угла курса.Материалы и методы. Используется модель авторегрессии (англ. autoregressive – AR) для построения математической модели случайных шумов в сигналах датчиков, затем эти шумы фильтруются путем использования фильтра Калмана типа SKURF (англ. Square-Root Unscented Kalman Filter) с применением Sage-окна (англ. Sage window Square-Root Unscented Kalman Filter – SW-SRUKF).Результаты. Математическая модель случайных шумов инерциальных датчиков в неподвижном режиме. Алгоритм подавления случайных шумов. Результаты обработки реальных данных в виде рисунков и таблиц для апробации эффективности предложенного метода.Заключение. Предлагается метод шумоподавления для снижения нестабильности смещения нуля и случайных шумов акселерометров и гироскопов БИНС путем комплексирования AR-модели и SW-SRUKF. Корректность и эффективность предложенного метода подтверждена результатами обработки реальных данных с инерциальных датчиков. Полученные результаты значимы для сокращения времени начальной выставки БИНС в режиме гирокомпасирования
Классификация аритмий с использованием предварительно обученной модели глубокого обучения с бинарными изображениями сегментированной ЭКГ
Get PDFIntroduction. Arrhythmia or irregular heartbeat occur when the heart’s electrical system is disorganized or out of sync, which may cause strokes, sudden cardiac death, and other complications. The introduction of an automated classification of arrhythmias based on deep learning could facilitate the decision-making process by saving time and labor resources.Aim. To study the performance of a modified arrhythmia classification improved by using binary images of segmented ECG signals with combinations of orthogonal and surface signals.Materials and methods. This article studies an arrhythmia classification based on binary images of surface and orthogonal ECG signals. The data labeling was automated using the Python programming language. Initially, all signals are subjected to preprocessing followed by their plotting and segmenting in 2-second windows. Next, those segments are saved as RGB images followed by their conversion into binary images, where the signal is white, and the background is black. Finally, the pre-trained Alexnet model is used to classify nine classes, where each surface ECG and orthogonal lead is classified separately.Results. The performance of the model is evaluated by the mean accuracy, precision, F1-score, and confusion matrix of all leads. The results of a parallel classification of 12 lead ECG are better than those for the orthogonal leads. All leads with accuracy, precision, and F1-score equal to 0.84, 0.78, and 0.71, respectively.Conclusion. The performance of the model was evaluated for three cases: 12 surface ECG leads, orthogonal leads, and all leads. The calculated mean values of accuracy, precision, and F1-score for each case confirmed the sufficiency of the 12-lead surface ECG for classifying nine different types of arrhythmia using binary images of ECG segments.Введение. Аритмия, или нерегулярное сердцебиение, возникает, когда электрическая система сердца дезорганизована или не синхронизирована, и может вызвать инсульты, внезапную сердечную смерть и другие осложнения. Автоматизированная классификация аритмий с использованием глубокого обучения сэкономила бы время и энергию при внедрении в систему поддержки принятия решений в больницах.Цель работы. Изучение эффективности улучшения классификации аритмий после использования двоичных изображений сегментированных сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) с комбинациями ортогональных и поверхностных сигналов.Материалы и методы. В данной статье изучается классификация аритмий с использованием двоичных изображений поверхностных и ортогональных сигналов ЭКГ. Маркировка данных автоматизируется с использованием языка программирования Python, для всех сигналов реализуется предварительная обработка, а затем полученные сигналы наносятся на график и сегментируются в 2-секундных окнах. Эти сегменты сохраняются как изображения RGB, затем преобразуются в двоичные изображения, где сигнал белый, а фон черный. Предварительно обученная модель Alexnet используется для классификации девяти классов, где каждая поверхностная ЭКГ и ортогональное отведение классифицируются отдельно.Результаты. Производительность модели оценивается по средней точности, прецизионности, F1-score и матрице путаницы всех лидов. Результаты параллельной классификации ЭКГ в 12 отведениях лучше, чем для ортогональных отведений, и все отведения с точностью, прецизионностью и F1-score равны 0.84, 0.78 и 0.71 соответственно.Заключение. Производительность модели оценивалась для трех случаев: 12 поверхностных отведений ЭКГ, ортогональных отведений и всех отведений. Вычисленные средние значения показателей (точность, прецизионность и оценка F1) для каждого случая показывают, что использования 12 поверхностных отведений ЭКГ достаточно для классификации девяти различных типов аритмии с использованием двоичных изображений сегментов ЭКГ
Следящий радиовысотомер малых высот с системой ФАПЧ
Get PDFIntroduction. The article proposes a new principle for designing a low-range tracking radio altimeter based on a phase-locked loop (PLL) for frequency-modulated continuous-wave radar (FMCW) systems.Aim. To develop a model of a low-range tracking radio altimeter, which uses a PLL to estimate the height, as well as to verify its performance via computer simulation.Materials and methods. To solve the problem, we develop a mathematical model of the tracking radio altimeter with an estimator that uses the principles of PLL to generate a reference signal.Results. Computer simulation of a radio altimeter with the PLL circuit to measure the height above a rough surface proves the altitude estimate to be efficient. When operating over a perfectly flat surface, the altimeter provides an efficient altitude estimate for a signal-to-noise ratio greater than 10 dB. When operating over a rough surface under the selected scenario parameters, and the signal-to-noise ratio of 20 dB, the resulting height estimate provides a bias, with its standard deviation growing with increasing the surface roughness. When the standard deviation of the surface roughness is twice the transmission wavelength, the bias and standard deviation of the estimate equal 1 m and 5 m, respectively, under the altimeter height of 150 m. The conducted simulation revealed that the quality of the altimeter performance is subject to abnormal errors, which are caused by deep fading of the received signal due to the signal reflecting from a rough surface.Conclusion. The altimeter under study can be used for estimating the altitude of aircraft flights. Further research will investigate the effect of various factors on the performance quality of the radio altimeter, its circuit implementation and full-scale tests.Введение. Предлагается новый принцип построения следящего радиовысотомера малых высот с непрерывным линейно-частотно-модулированным излучаемым сигналом. Для измерения высоты в радиовысотомере используется замкнутый контур фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). Осуществляется синтез контура ФАПЧ и дана математическая модель радиовысотомера.Цель работы. Создание математической модели следящего радиовысотомера малых высот, использующего для оценки высоты замкнутый контур ФАПЧ, и проверка методом математического моделирования его работоспособности.Материалы и методы. Для решения поставленной задачи предложена математическая модель следящего радиовысотомера с измерителем, использующим принципы ФАПЧ для генерации опорного сигнала.Результаты. Математическое моделирование работы радиовысотомера с контуром ФАПЧ в качестве измерителя высоты до шероховатой подстилающей поверхности доказало его работоспособность и эффективность. При работе по плоской поверхности высотомер дает несмещенную и эффективную оценку высоты при отношениях сигнал/шум больших 10 дБ. При работе по шероховатой подстилающей поверхности, выбранных в статье сценарных параметрах и отношении сигнал/шум 20 дБ полученная оценка высоты приобретает смещение и среднеквадратическое отклонение (СКО), которые увеличиваются с ростом СКО высот шероховатости поверхности. В случае когда СКО высот шероховатости равно удвоенной длине волны излучения, смещение и СКО оценки, соответственно, равны 1 и 5 м при высоте 150 м. В ходе моделирования было обнаружено, что качественные показатели работы высотомера подвержены влиянию аномальных ошибок, которые вызваны глубокими замираниями принимаемого сигнала, возникающими при отражении от шероховатой поверхности.Заключение. Высотомер, математическая модель которого рассмотрена в статье, может быть использован для измерения высоты полета воздушных судов. Дальнейшие исследования будут посвящены изучению влияния различных факторов на качество работы радиовысотомера, его схемотехнической реализации и проведению натурных испытаний
Быстрый численный расчет параметров поверхностных акустических волн Рэлея для модели связанных мод
Get PDFIntroduction. Mathematical modeling is the most important stage in the development of devices based on surface acoustic waves (SAW). Computer simulations that have proven their efficiency in recent years can significantly reduce the time input and improve the accuracy of calculating the designed characteristics. A rapid analysis of the operating characteristics of the designed acoustoelectronic devices requires the knowledge of basic parameters of acoustic waves propagating along the device substrates. Aim. Proposal and approbation of a methodology for calculating the key parameters necessary for modeling SAW devices based on the models of P-matrix and coupling modes, based on the example of analysis of Rayleigh waves by the finite element method. Materials and methods. The theoretical part of the work was carried out using the mathematical theory of differential equations presented in a matrix form and the finite element method. Mathematical processing was conducted in the MatLab and COMSOL environments. Results. An original technique for deriving SAW parameters for a model of coupling modes based on a rapid algorithm implemented in COMSOL was developed. A comparison of the calculated parameters of electromechanical coupling coefficient and velocity of acoustic waves over the substrate surface with those presented in literature showed their good agreement. Based on the derived parameters, a number of transversal filters were designed. A comparison of the calculated and experimentally measured values of the transmission coefficient was performed. Conclusion. The proposed technique for analyzing infinite periodic electrodes by the finite element method based on an analysis of eigenfrequencies and static analysis made it possible to calculate the main parameters of Rayleigh waves in conventional substrates: lithium niobate, lithium tantalate and quartz. The practical significance lies in the use of the obtained parameters in the development of various classes of acoustoelectronic devices.Введение. Важнейшим этапом разработки устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ) является математическое моделирование. Успешно применяемые в последние годы компьютерные пакеты моделирования позволяют существенно сократить время и повысить точность расчета характеристик при проектировании. Для быстрого анализа рабочих характеристик проектируемых акустоэлектронных приборов необходимо знание основных параметров акустических волн, распространяющихся в материалах подложек устройств. Цель работы. Предложение и апробация, на примере анализа волн Рэлея методом конечных элементов, методики расчета ключевых параметров, необходимых для моделирования ПАВ-устройств на основе модели P-матриц и модели связанных мод. Материалы и методы. Теоретическая часть работы выполнялась с применением математической теории дифференциальных уравнений, использовалось матричное описание и метод конечных элементов. В ходе работы применялась математическая обработка в программах MatLab и COMSOL.Результаты. Разработана оригинальная методика извлечения параметров ПАВ для модели связанных мод на основе быстрого алгоритма, реализованного в пакете COMSOL. Сравнение результатов расчета таких параметров, как коэффициент электромеханической связи, скорость распространения акустической волны по поверхности подложки, с известными данными из литературных источников показало хорошее совпадение. На основе извлеченных параметров спроектирован ряд трансверсальных фильтров. Выполнено сопоставление результатов расчета и экспериментальных измерений коэффициента передачи.Заключение. Предложенная методика анализа бесконечных периодических электродов методом конечных элементов на основе анализа собственных частот и статического анализа позволила рассчитать основные параметры волн Рэлея в традиционных подложках ниобата лития, танталата лития и кварца. Практическая значимость состоит в использовании полученных параметров при разработке различных классов акустоэлектронных устройств
Выбор схемы программирования мемристорных элементов
Get PDFIntroduction. An array of memristive elements can be used in prospective neural computing systems as a programmable resistance (analog multiplication factor) when performing operations of analog vector multiplication, discrete in time. To form the required resistance, the memristor should be subjected to a programming procedure. This article discusses conventional programming schemes and proposes a new versatile programming scheme for memristor elements.Aim. To identify or develop an optimal programming scheme for memristors by analyzing the advantages and disadvantages of existing methods.Materials and methods. The programming procedure can be carried out using either SET or RESET, depending on a different direction of movement according to the volt-ampere characteristic of the memory and its transfer to a particular state. The programming process is controlled in the LTspice circuit modeling program.Results. Typical programming schemes of memristors were analyzed; advantages and disadvantages of existing methods were revealed. A new versatile circuit based on a variable resistor was proposed. The circuit was simulated both under a fixed resistance of the variable resistor and when varying the memristor resistance values within their permissible range.Conclusion. In comparison with the RESET mode, the SET programming mode provides for a greater linearity of variations in the memristor resistance. The use of a circuit based on a variable resistor and a bipolar voltage source allows programming of any type and eliminates the need for recommutation of the memristor. The simulation results confirm the feasibility of the proposed method. The proposed circuit can be complemented not only with a comparator, but also with an ADC. This will provide the possibility of selecting various means for measuring the memristor resistance both during programming and for the purpose of monitoring the memristor resistance at the end of the procedure.Введение. Массив мемристивных элементов может быть использован в перспективных системах нейровычислений в качестве программируемого сопротивления (аналогового коэффициента умножения) при проведении операций аналогового умножения векторов дискретного по времени. Для формирования требуемого сопротивления мемристор должен быть подвергнут процедуре "программирования". В статье рассматриваются типовые схемы программирования и предлагается новая схема универсального устройства программирования мемристора.Цель работы. Выявить или разработать оптимальную схему программирования мемристоров, анализируя преимущества и недостатки существующих способов.Материалы и методы. Процедура программирования может быть осуществлена двумя способами – SET и RESET, связанными с различным направлением движения по вольт-амперной характеристике мемристора и его переводом в то или иное состояние. Контроль процесса программирования осуществляется в программе схемотехнического моделирования LTspice.Результаты. Проанализированы типовые схемы программирования мемристора, выявлены преимущества и недостатки существующих способов. Предложена новая универсальная схема с использованием переменного резистора. Проведено схемотехническое моделирование при фиксированном значении сопротивления переменного резистора и при вариации разных значений сопротивления в пределах допустимых значений сопротивлений мемристора.Заключение. Режим программирования SET позволяет достичь большей линейности изменения сопротивления мемристора по сравнению с режимом RESET. Применение схемы с использованием переменного резистора и двухполярного источника напряжения позволяет осуществить программирование любого типа и исключает необходимость перекоммутации мемристора. Результаты моделирования подтверждают работоспособность предложенного способа. Дополнительно к наличию компаратора в схему можно ввести и АЦП для возможности выбора средства измерения сопротивления мемристора как в процессе проведения программирования, так и для целей контроля сопротивления мемристора по окончании процедуры